[发明专利]一种确定固定结合面法向接触刚度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定固定结合面法向接触刚度的方法，具体是一种基于结合面两个接触表面的微观形貌，采用理论计算的确定方法。

背景技术

在复杂机械系统如机床、大型飞机中存在大量的结合面，由于结合面的连接特性呈非线性，如果无法科学有效地处理机械系统结合面问题，将会在产品的设计、制造与装配环节面临许多难题，因此，准确建立结合面特性参数模型将为复杂机械系统的设计提供理论基础，提高整机性能预测能力。

在结合面特性参数模型中，结合面接触刚度是重要的特性参数之一。结合面两个接触表面在微观尺度下是粗糙不平的，通常认为是由宏观形状误差、波纹度和粗糙度三种尺度的表面叠加而成，因此当两个机加工表面相互接触时，结合面处的接触行为仅发生在一些离散的微凸体上，而这些微凸体的接触状态决定了结合面处的接触刚度。因此研究结合面两个接触表面的微观形貌及微凸体的接触状态对结合面接触刚度的影响规律将有助于准确确定结合面特性参数模型。

由于粗糙表面形貌复杂，微凸体形状不规则且无规律性，目前国内外学者在研究结合面微观接触行为时采用的方法是：用球或者椭球等规则几何体模拟粗糙峰，将实际的微凸体接触行为简化为这些规则几何体的接触行为。这种对微观接触行为的研究是建立在许多假设条件的情况下进行的，虽然接触模型一直在发展、完善，但现有的接触模型基本上仍都存在以下问题：1、将两个粗糙表面的接触简化为一个刚性平面和一个粗糙面的接触；2、将结合面处单对微凸体的复杂接触行为简化为刚性平面与单个等效微凸体之间的接触；3、在研究整个表面的接触行为时，假设表面轮廓高度服从某种函数分布如正态分布，采用表面粗糙度统计参数如平均曲率半径等；4、局限于在粗糙度尺度层面研究结合面处接触刚度，没有考虑几何形状即波纹度、宏观形状误差对结合面接触刚度的影响规律。

发明内容

本发明的目的是针对现有结合面接触模型中存在的一些不足，提供一种确定固定结合面法向接触刚度的方法。

包括以下步骤：

计算局部小结合面法向静态刚度

1)建立接触表面拟合微凸体特征参数矩阵

根据粗糙表面形貌数据，选用一种合适的规则几何体形状来模拟粗糙峰，提取各个拟合微凸体的形状参数(A₁，A₂，……，A_p)和峰顶位置坐标(X，Y)，Z)，建立该粗糙表面的拟合微凸体特征参数矩阵：