基于细观的导轨表面接触性能有限元分析

摘要

普通滑动导轨接触表面在细观尺度上是两粗糙表面相接触，当两粗糙表面相互接触时，最先接触的是比较高的微凸体。研究滑动导轨磨损对提高导轨性能有重大意义。研究滑动导轨粗糙表面的接触性能对研究导轨精度及摩擦磨损有很大的作用，因此本文主要研究了滑动导轨表面的接触性能，主要内容有:
　　 首先，采用TaylorHobson粗糙度轮廓仪通过实验对滑动导轨试件进行表面形貌测量与数据的采集，从而获得滑动导轨试件的评定参数。再依据评定参数，利用ABAQUS有限元软件建立基于G-W简化模型的导轨表面细观有限元模型。
　　 然后，根据滑动导轨的接触理论，运用ABAQUS有限元分析软件对导轨表面静态模型进行理想弹性状态分析，得到了接触压强、应力以及应变随外载荷的变化规律，以及不同粗糙度表面的性能对比。并运用商业数学软件MATLAB对所得参数进行了回归分析，建立载荷和微凸体半径与法向应变之间关系的预测模型。
　　 最后，以无量纲法向干扰ω*=ω/ωc为输入，建立了细观双球接触模型，分析其在弹塑性状态下受法向预干扰以及切向滑动过程中的应力应变，残余应力分布等规律。进一步分析了静态、临界状态、初始滑移状态、滑动过程以及滑动结束之后几个不同状态下的应力、塑性应变、残余应力以及反作用力的变化规律。
　　 本研究对于项目后续对导轨表面磨损性能的研究，以及导轨精度的保持性的研究工作都有着积极的借鉴意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题研究的目的及背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 精密加工

1．2．2 高精度机床

1．2．3 高精度机床导轨精度

1．2．4 导轨的精度保持

1．2．5 滑动导轨磨损的研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 摩擦磨损及接触理论模型

2．1 摩擦

2．1．1 基本概念

2．1．2 摩擦种类

2．1．3 摩擦理论

2．2 磨损

2．2．1 基本概念

2．2．2 磨损分类

2．2．3 磨损理论

2．3 接触理论

2．3．1 固体表面形貌参数

2．3．2 固体表面形貌的统计学特征

2．3．3 两个相互接触的粗糙表面的性能

2．4 本章小结

第三章 导轨表面真实形貌测量

3．1 测量数据的采集

3．1．1 设备及原理

3．1．2 测量方案

3．2 测量数据整理

3．2．1 表面模型的形貌参数

3．2．2 数据整理

3．3 本章小结

第四章 导轨表面静态弹性接触模型的构建及分析

4．1 简化模型

4．1．1 接触表面的细观形貌

4．1．2 接触表面的简化

4．2 有限元软件介绍

4．2．1 ABAQUS分析的一般过程

4．2．2 ABAQUS接触分析的特点及应注意的问题

4．3 有限元模型

4．4 结果与分析

4．4．1 同一轮廓粗糙度表面接触性能比较分析

4．4．2 不同轮廓粗糙度表面接触性能比较分析

4．5 静态接触预测模型

4．5．1 正交试验设计

4．5．2 回归分析

4．5．3 预测模型

4．6 本章小结

第五章 导轨表面滑动过程弹塑性接触性能分析

5．1 接触理论参数

5．2 有限元建模

5．3 结果与讨论

5．3．1 静态接触性能分析

5．3．2 起始滑动过程性能分析

5．3．3 无摩擦表面滑动过程性能分析

5．3．4 不同摩擦系数表面滑动过程性能分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究结果总结

6．2 研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢