结合面接触阻尼和接触刚度的实验检测研究

摘要

结合面在机械零部件连接、安装和固定中广泛存在。研究表明，结合面对整机性能有显著的影响:结合面的刚度占整机总刚度的60％～80％、结合面阻尼占整机总阻尼的90％以上。由此可以看出，机器的整体可靠性和稳定性与结合面的接触特性有着非常大的关系，而目前对于结合面接触特性的检测方法的研究还是非常有限的。
　　针对上述问题，本文在二自由度振动系统的基础上，开展结合面接触特性参数的实验检测研究。建立振动系统的物理模型和数学模型，推导出结合面接触阻尼和接触刚度的检测模型，根据稳定性、刚性和参数可调节等要求设计检测实验平台，通过实验检测不同结合条件对结合面接触特性的一般影响规律。
　　根据刚性和稳定性要求设计、搭建二自由度振动系统实验平台，将结合面接触副的两个部分设计成独立的单自由度振动单元。耦合后，构成一个初始参数已知的二自由度振动系统。利用不同表面耦合造成不同的振动响应，测量结合面接触副的特性参数。根据二自由度系统振动响应的特点，选择了合适的信号采集设备，建立参数识别精度高的信号采集系统。分析了不同影响因素对结合面接触特性的影响机理，根据接触载荷、结合面材料造成接触性能变化的原因设计了检测实验方案。接触阻尼和接触刚度的求解是通过1stOpt对采集的时域响应信号进行基于目标函数的数据拟合，得出二自由度系统的振动参数，再利用振动参数计算接触阻尼和接触刚度。
　　对大量实验数据分析后，发现振动阶段、振幅大小和激励大小对实验检测结果有不同的影响。为此，设计与振动阶段、振幅和激励大小相关的实验，探讨其对接触刚度和阻尼检测结果的影响规律。分析表明，激励初始振幅为imm左右及选取振幅衰减至0.2mm附近时的数据计算接触特性参数的不会出现偏差，结果是可靠的。
　　检测不同接触条件下结合面的接触特性参数的变化规律，包括同一结合面在不同载荷下的接触特性和不同材料结合面在同一载荷下的接触特性。实验结果表明，接触刚度和阻尼随接触载荷的增加而非线性增加的;不同的材料在同一载荷条件下接触特性是不一样的，钢与钢接触副的接触刚度和接触阻尼均大于钢与铜接触副;钢与塑料接触副的接触刚度和接触阻尼在三种接触副中最小。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题来源

1．4 主要研究内容

第二章 建立结合面接触特性参数检测模型

2．1 结合面检测模型的建立

2．1．1 G-W接触模型

2．1．2 结合面的接触特性简化模型

2．2 二自由度振动系统物理模型

2．3 结合面接触特性检测模型振动响应

2．3．1 结合面接触特性检测模型无阻尼振动晌应

2．3．2 结合面接触特性检测模型阻尼振动响应

2．4 本章小结

第三章 检测平台和实验方案的设计

3．1 结合面特性参数检测平台的设计

3．1．1 检测平台的设计要求

3．1．2 检测平台的设计

3．2 信号采集系统

3．3 检测平台初始参数确定

3．4 实验方案设计

3．4．1 机械结合面特性参数的影响因素

3．4．2 实验实施安排

3．5 检测实施步骤

3．6 本章小结

第四章 接触特性检测实验数据处理

4．1 曲线拟合方法的介绍

4．1．1 最小二乘法多项式曲线拟合

4．1．2 麦夸特算法曲线拟合

4．1．3 拟合结果评价

4．2 接触刚度和接触阻尼计算随数据段选择的变化规律

4．3 振动幅值与计算结果的关系

4．4 激励大小对二自由度系统振动响应的影响

4．4．1 特征频率和衰减系数的响应

4．4．2 激励大小对接触刚度k和接触阻尼C的影响

4．5 本章小结

第五章 结合面的接触特性实验研究

5．1 接触载载荷对同一结合面接触特性的影响

5．1．1 不同接触载荷下二自由度系统特征频率变化规律

5．1．2 不同接触载荷下接触刚度和接触阻尼的变化规律

5．2 一定接触条件下不同材料的结合面接触特性实验研究

5．2．1 不同材料的结合面特征频率变化规律

5．2．2 不同材料的结合面接触刚度k变化规律

5．2．3 不同材料的结合面接触阻尼c变化规律

5．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及专利

声明

致谢