结合面接触刚度的影响因素及分析方法

延安大学 建筑工程学院，陕西 延安 716000

0 引言

大型机械设备都由许多零部件组成，因而会有许多结合面的存在。结合面的表面微观形貌的不确定性与复杂性导致了用理论很难预测真实结合面接触刚度的大小。由于结合面接触刚度的大小与机械设备的整机的工艺制造水平密切相关，因此研究无处不在的结合面界面力学特性是非常有必要的。在静态状况下，整体的刚度有一半之多取决于结合面的切向与法向的接触刚度；在动态接触情况下，机械装备的阻尼很大程度上是由结合面的阻尼所决定的。假如能够从理论和实验上解决结合面特性参数模型的问题，那么对装备业的升级将会起到十分巨大的作用。

1 结合面的概念及分类

零件、组件与部件之间互相接触而的表面，称之为“结合面”或者“接触面”［1］。依据运动形式来分类，结合面可分为固定结合面、半固定结合面及运动结合面三种类型。从结构形状角度看，结合面又分为平面结合面，（如图1）和曲面结合面（如图2）。

图1 平面结合面示意图

图2 曲面结合部示意图

2 影响结合面接触刚度的因素

2.1 影响结合面静态接触刚度的因素

结合面静态接触刚度的主要影响因素有：接触面承受的法向载荷与切向载荷、接触面的材料力学属性、形成接触面的材料成型方法、结合部表面轮廓粗糙度、结合面之间的润滑状态等。

2.2 影响结合面动态接触刚度的因素

影响结合面动态接触刚度的主要因素有：结合面的材料力学属性、结合面金属材料成型方法及热处理方法；结合面的表面轮廓的参数指标；结合面之间的润滑状态；结合面承受的法向载荷与切向载荷及动载荷性质的形式；振动频率；结合面结构形状。

3 结合面的分析方法

3.1 结合面静态接触刚度的研究方法

结合面的静态接触刚度研究方法非常丰富，现阶段有被公认的经典研究方法主要有分形法、概率统计法、有限元法、等效刚度法和等效阻尼法等。比较新颖的研究则用界面元法、神经网络法、无网格法等。使用这些数学方法建立机械结合面静态刚度模型与现有实验数据比较还是存在一定的误差。

3.2 结合面动态接触刚度的研究方法

结合面动态特性的研究主要集中在结合部阻尼和接触刚度的研究上。由于仅靠理论分析设计计算很难获得准确的结果，所以需要通过实验数据来分析研究机械结合面动态特性。模态实验分析是机械结合面动态特性的一种重要研究方法。另外，有限元法在机械结合面动态特性的研究中应用也非常广泛，该方法既能够用于平面结合部分，也能够用于圆柱和球面结合部的动态特性研究中来。

4 结论

通过结合面的分类，总结出影响结合面动静动态接触刚度的因素，综述了结合面静动态接触刚度的分析方法。由此可以得出机械结合面静态刚度由法向接触刚度和切向接触刚度两部分组成，要全面研究机械结合面的刚度，必须要将结合面的众多影响因素予以全面考虑。