[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，采用测试接触电阻的方法来反推接触刚度的方法。

背景技术

结合面的特性与机械结构的静特性、动特性及振动与振动控制都存在着密切的关系，从20世纪60年代开始，各国学者就已经对结合面的问题从宏观到微观、从现象到本质展开了大量的研究。由于影响结合面特性参数的因素众多，其作用机理复杂，且具有强烈的非线性特性，结合面作用机理的本质至今仍未被完全了解和揭示。由于结合面的两个接触表面在微观尺度下是粗糙不平的，结合面的接触实际上是两个粗糙表面上离散微凸体的接触，因此从微观角度对结合面的接触情况展开研究将有助于进一步揭示结合面作用机理的本质。

由于结合面的微观接触，产生了一系列相关的特性参数，如接触电阻、接触热阻、接触刚度等。由于结合面特性参数都与微凸体的接触有关，因此它们之间存在着密切的关系，如果能够得到这种参数之间的关系，那么完全可以在已知某种参数的情况下推出结合面的其他特性参数。

结合面的接触刚度作为重要的结合面特性参数之一，对复杂机械系统的整机变形、振动都有显著影响，因此对结合面接触刚度展开研究将有利于完善结合特性参数模型。目前无论是理论还是实验对结合面接触刚度都有大量的研究，但这些研究仍存在以下问题：首先，在理论研究方面，将结合面两个粗糙表面的接触简化为刚性平面和等效粗糙面的接触，同时，在计算结合面特性参数时，均假设表面峰高或者接触点数服从某种函数分布，通过对此函数的积分来计算接触参数，没有考虑微观表面实际三维粗糙峰的空间分布；其次，在实验测量方面，结合面接触刚度与结合面的接触载荷及接触变形有关，而结合面的接触变形由于是微米级，不容易实现测量，因此对变形测量传感器的要求高，导致结合面接触刚度测量实验台的成本高且测量步骤复杂。

发明内容

本发明的目的是针对固定结合面接触电阻比法向接触刚度容易测量的现状，结合理论计算与实验测试，提出一种间接获得结合面法向接触刚度的新方法。

本发明通过以下技术方案实现，主要步骤包括：

(一)测量并后处理接触表面微观形貌

利用三维形貌测量仪器分别获得结合面处两个接触表面的微观形貌数据，用旋转抛物体拟合接触表面的微凸体，并提取各个拟合微凸体的形状参数及其顶点在接触表面上的空间位置坐标即x、y、z坐标。

(二)建立结合面接触电阻R_C与法向接触刚度K_tot之间的关系

(1)建立结合面接触电阻R_C的表达式

对单对微凸体侧接触进行接触受力分析，如图1所示，根据接触力学可得到接触区域的接触面积A与接触表面之间的距离d之间的关系：A＝A(d)，则接触面积A在接触表面上的投影A_n的表达式为：A_n＝Acosθ，其中，θ为接触角。单对微凸体接触时若接触区域为圆，则接触电阻R的表达式为

R=1.054Ca]]>

式中，a为接触区域的半径，其表达式为C为接触电导率，与两个接触表面的电导率C₁、C₂之间的关系为

在各个微凸体接触对之间的接触是相互独立的前提下，结合面接触电阻可以看作是由各个微凸体接触对接触电阻并联产生的，因此，结合面接触电阻R_c的计算公式为：

1Rc=Σi=1Nsp1Ri]]>