机器人减速器传动粗糙表面接触参数研究

针对机器人减速器传动界面广泛存在的粗糙表面接触特性开展相关研究。以GW接触模型为基础,考虑粗糙峰接触过程中相互作用的影响,对它进行修正得到新的模型。采用修正模型计算粗糙表面接触载荷并推导出接触刚度,然后与原始GW接触模型的计算结果进行对比。在进一步的研究中,讨论了不同表面粗糙度与不同接触表面材料对接触载荷与接触刚度的影响。结果表明：粗糙表面接触参数不仅受粗糙峰相互作用的影响,还与粗糙度与接触表面材料有密切的联系。     

纳米级粗糙表面接触行为的分子动力学模拟

为了研究纳米级粗糙表面接触的微观机理,以金刚石为例,采用Tersoff势,用分子动力学方法研究了具有分形粗糙表面的刚性球形探头与弹性平面的接触过程.模拟结果显示,探头的表面形貌是影响趋近阶段粘附力的重要因素,分形维数越大,粘附力越大;探头的表面形貌对载荷-位移曲线也有影响,载荷较小时,探头表面粗糙形貌显著影响载荷的增长规律,载荷较大时,表面形貌对载荷-位移曲线变化的影响不再显著,载荷与位移线性增长;探头表面的纳米级粗糙峰,显著地影响了探头与基体之间的接触行为.但这种改变,并不会影响接触过程中真实接触面积与法向载荷间的线性关系.     

表面粗糙峰坐标点云重构的金属-橡胶接触分析

目的 通过金属-橡胶微观接触面粗糙峰坐标点云重构,建立外部载荷与接触面积、微观接触状态之间的联系.方法 基于粗糙表面的自相关函数和高斯分布函数,获得金属-橡胶粗糙接触面数据点云坐标,利用ANSYS APDL方法,建立金属-橡胶接触模型,对两种表面粗糙度(分别为1.6μm和3.2μm)的4种接触情形进行有限元接触分析,确定模型的可靠性.结果 随着外部载荷的增加,经数据点云重构后的粗糙表面,其接触面积呈非线性增加.载荷较小时,外加载荷每增加0.1 MPa,接触面积增加约6％;大载荷时,外加载荷每增加0.1 MPa,接触面积增加约1.5％.接触状态中,滑移占比为12％左右,近场和粘着呈完全相反的变化趋势.结论 随着外加载荷的增加,界面的真实接触面积呈幂指关系增加.同一载荷下,真实接触面积随表面粗糙度的增加而减小;随着外加载荷的增加,界面间的接触状态由近场接触向粘着接触转变.接触面积和粘着状态是界面间磨损粒子的分布范围和大小的确定因素,对于准确描述载荷传递和随之发生的磨损过程有着重要意义.根据橡胶表面的应力分布和变形情况,解释了粘着接触状态促使橡胶一侧微凸体脱落成为磨损颗粒,证明磨粒磨损是刚柔接触界面的主要磨损形式.     

粗糙表面化学反应动力学模型

根据Mandelbrot的分形几何概念,建立了流体在粗糙表面进行化学反应的动力学模型。该模型的无量纲表面式为1-（1-X）^1-βDs/3=t/t1,式中X为转化率,β为浓度级数,Ds为分形维数,t1为完全化学反应时间,该模型适用于描述焦炭气化反应速率过程,相应的表观激活能为54.814KJ/mol,与传统的收缩核模型相比,分形模型与实验数据的符合程度更好、物理意义更清晰,传统的收缩核模型只是分形模型在规整几何条件下的特殊形式。     

结合面卸载过程法向接触刚度修正统计模型

基于接触统计理论以及GW模型,考虑微凸体弹性接触变形和弹塑性接触变形的两个不同阶段以及卸载过程中有效曲率半径的变化,提出了法向接触载荷与表面平均分离距离之间新的关系,进而建立了固定结合面卸载过程法向接触刚度的统计模型.经过仿真分析,结果表明,卸载过程中的无量纲结合面法向接触刚度随着无量纲表面平均分离距离的增大而减小;不...     

基于随机过程的三维粗糙表面接触刚度研究

目的 建立三维粗糙表面法向接触刚度的有限元模型,研究法向接触刚度对粗糙度、自相关系数、弹性模量、屈服极限等参数的敏感性。方法 首先基于随机过程理论,采用二维数字滤波技术,生成满足Gauss分布和指数自相关函数的粗糙表面,建立三维粗糙表面接触有限元模型。然后根据结合面静位移与结合面受力关系推导出静刚度表达式,得到两粗糙表面的法向接触刚度。根据中心复合试验设计方法选取的样本点和有限元计算结果,建立二阶响应面模型。最终定义了临界自相关系数,并研究了临界自相关系数与其他参数的关系。结果 有限元计算得到的法向接触刚度结果合理,与试验结果相比最大误差不超过12.34%。弹性变形、塑性变形及真实接触面积随载荷的增加逐渐增大。法向接触刚度与粗糙度呈现负相关趋势,粗糙度不变时法向接触刚度随自相关系数的增大先增大后减小;法向接触刚度与弹性模量呈负相关趋势,法向接触刚度与屈服强度呈正相关趋势,且粗糙度的改变对法向接触刚度影响最大。当压力为200 MPa时,粗糙度、自相关系数、弹性模量、屈服极限分别为0.8 μm、18.91、240 GPa、355 MPa,法向接触刚度达到最大值121.53 MPa/mm,优化后接触面的法向接触刚度提高247%,并给出了临界自相关系数选取公式。结论 所建立模型正确、准确,为粗糙表面法向接触刚度计算提供一种有效方法,可为航空发动机安装边结构设计提供理论指导。     

粗糙纹理表面数字化模拟

粗糙表面的数字模拟是工件接触性能研究的前提与基础,而现有的粗糙表面模拟方法缺乏对表面纹理的考虑,为此提出了一种粗糙纹理表面数字化模拟方法.该方法通过数字化滤波模拟生成设定自相关函数的粗糙表面,同时模拟生成设定纹理参数的纹理表面,对粗糙表面和纹理表面进行归一化处理后,通过对纹理表面添加比例因子,将两表面进行合成处理,得到...     

螺栓结合面的三维弹塑性接触的有限元分析

为揭示螺栓结合面的微观接触机理,探究不同加载下三维表面粗糙度参数的变化,基于实测的三维形貌数据,建立了螺栓结合面的三维弹塑性有限元接触模型;进一步通过提取有限元模型表面节点坐标及其变形量,重构受压后的三维形貌.测得的表面粗糙度峰值高度明显降低,其三维粗糙度参数Sa、Sq、Sp、Sv和Sz随着装配载荷的增加而逐渐降低,粗...     

基于分形粗糙表面的镀锌板接触与摩擦模型

在镀锌板的成形过程中,模具与坯料间的摩擦常使镀锌板的锌层发生剥落、划痕和裂纹等失效形式。为了评价镀锌板表面形貌、压力和润滑条件对界面摩擦行为的影响,选取了两种不同方法镀锌的钢板(合金化热镀锌板GA与热浸镀锌板GI)进行研究。用轮廓仪测量试样的表面形貌,用分形理论计算分形参数,获得真实接触面积与载荷的关系,然后建立镀锌板与模具之间的接触模型;并根据所建立的接触模型,构建了镀锌板表面形貌与载荷关系的摩擦模型。结果表明,所建立的摩擦模型其摩擦系数的理论值与实验值能够较好地吻合,平均误差小于10%,证明了该摩擦模型的准确性与可行性。     

基于微观接触模型的支撑基座刚度分析

针对支撑基座的竖直刚度计算问题,围绕如何提高有限元计算准确性,提出一种等效刚度模型替代宏观结构模型的分析方式,基于有限元法进行微观粗糙表面仿真和分析,利用积分思想计算等效刚度。通过轮廓扫描仪获取真实工件表面的形貌数据,重构符合高斯分布的微观粗糙表面,使用ANSYS软件仿真计算接触刚度,结果与不同理论接触模型对比,验证了有限元微观接触表面刚度的合理性。将宏观结构模型有限元计算刚度与等效刚度模型计算刚度对比,结果表明接触面的塑性变形和曲面的基体变形对刚度影响最大,为后续支撑系统的结构优化提供依据。     

考虑表面形貌的接触应力分析

目的 研究规则和实际表面形貌对二维平面线接触模型的影响.方法 基于线接触几何特性,考虑表面受载后的弹性变形特性,结合规则和实际粗糙表面的形貌特征,并考虑磨合对表面的影响,采用移动平均滤波方法对实际粗糙表面进行光滑处理,利用共轭梯度法,求解表面接触压力和摩擦力,计算二维平面内接触近场应力分布,同时采用修正的离散卷积快速傅里叶变换方法提高计算效率.对比验证二维接触模型的准确性,并对比规则和实际粗糙形貌表面受法向载荷和切向载荷时平面应力分布云图中的应力分布和大小.结果 圆面与圆形微凸体接触时,圆形凸体半径越小,最大Mises应力值越大,半径增大,最大Mises应力减小.多个圆形微凸体及正弦微凸体对应力分布影响类似.当考虑切向力时,会对应力分布云图中的应力分布形状和大小产生巨大影响.在相同平面表面形貌时,摩擦系数越大,Mises应力越大,并且应力沿摩擦力方向发生偏移.结论 数值模型能准确计算出粗糙平面的应力.当圆面与规则表面轮廓平面接触时,与光滑表面接触时相比,Mises应力分布呈现很大不同,微凸体越小,应力越集中;摩擦力会使接触压力和近场Mises应力产生偏移,摩擦系数越大,偏移越明显.当考虑实际粗糙表面时,在粗糙界面尖端接触区域产生应力集中.经过磨合表面采用平均滤波光滑处理后,粗糙界面尖端接触区域应力集中将大幅减小.     

基于界面相互作用的黏附接触数学模型研究进展

黏附接触现象在各个领域都有着很重要的作用和影响。若要分析物体间的黏附接触行为,则建立相应的数学模型是有效的方法之一。现有文献中的数学模型种类繁多,对于不同受力情况下的黏附现象所适用的理论也不尽相同。针对常见的黏附现象,按照其不同的受力形式分为弹性体接触、粗糙表面黏附及基材表面剥离等几大类,分别对以上几类接触行为采用的理论模型及其应用进行了归纳分析整理。综合叙述了基于计算机模拟技术的现代仿真模型的基本原理、应用和发展,重点介绍了适用于一般物体之间黏附行为分析的通用模型,以期为黏附接触领域的研究和建模提供指导和参考。对于弹性体接触的情况,重点介绍了经典力学接触理论的基本公式和适用类型,包括Hertz接触理论、JKR模型和DMT模型等,并依据Tabor数讨论了JKR模型与DMT模型的差异。对于粗糙表面的黏附接触,重点介绍了Greenwood和Williamson(GW模型)所提出的多凸起模型的基本理论和局限性。对于材料的表面剥离情况,重点介绍了剥离力学中应用最广泛的Kendall剥离模型的基本理论。对于现代仿真技术手段,重点介绍了分子动力学模型(MD模型)和有限元模型(FEM)的基本思想和优缺点。之后分别对以上各类模型的拓展完善、应用领域及研究进展进行了归纳总结,最后对黏附接触领域数学模型的发展方向进行了展望。     

厚板轧机轧制区接触状态的有限元分析

应用大型非线性有限元软件MSC.Marc,建立了三维动态弹塑性全辊系有限元模型,对四辊轧机轧制厚带钢的过程进行模拟。与以往模型相比,该模型充分考虑了由于窜辊、辊形、单侧驱动等客观因素带来的辊系不对称特点,最大程度上减少了假设。基于模型,深入研究了不同带钢宽度时,轧制区轧件与工作辊间接触压力及摩擦力的三维分布情况,对研究厚板四辊轧机与带钢的接触状态及相关问题的解决,提供了理论依据。     

薄板轧制的接触摩擦及其对轧制力的影响

借助非线性有限元软件Marc,采用弹塑性有限元方法对轧制力进行了模拟,模拟结果与实测值对比说明计算模型是精确可靠的。利用此模型,在压下量及其他条件不变情况下只改变接触摩擦,计算了接触摩擦的改变对轧制力的影响。得出了轧制力沿接触弧的分布、摩擦力沿接触弧的分布及接触摩擦与轧制力的关系等一些有意义的结果。     

Influencing factors on elastic-plastic deformation of multi-layered surfaces under sliding contact

Stress distribution in the gradient multi-layered surface under a sliding contact was investigated using finite element method(FEM). The main structure parameters of layered surface discussed are total layer thickness,layer number and elastic modulus ratio of layer to the substrate. A model of multi-layered surface contact with rough slider was studied. The effect of the surface structure parameters on the elastic-plastic deformation was analyzed.     

Elastic-plastic solution to stamping thin strip on elastic foundation

1 Introduction In the recent years, there has been growing need for improving quality and decreasing costs of products of the metal forming industry[1?3]. The thin strip metal forming with elastic foundation has been widely used in engineering. A rigid punch presses the thin strip into a pliable polyurethane pad which is displaced, and applies compressive force onto the work-piece surface. This problem is a mechanical problem relating to three-body contact. Contact mechanics has been studied …     

圆凹坑织构对线接触摩擦副摩擦学性能的影响

根据摩擦试验中圆盘试样的旋转方向,用YLP-20型激光加工系统在圆柱销试样回转面不同区域(前端、后端、中间)加工规则分布的表面织构,利用UMT-3摩擦磨损仪进行单向旋转摩擦试验,研究表面织构分布区域对摩擦副摩擦学行为的影响。结果表明:在载荷10N、滑动速度0.003~0.628m/s时,不同分布区域的织构对摩擦副的摩擦学行为影响不同,相比无织构试样,分布于试样回转面中间部分的织构对摩擦副起到了减摩作用。这是由于中间织构通过形成局部流体动压润滑作用提高了摩擦副的承载能力,降低了接触表面的摩擦因数,同时通过储存磨屑,减少了表面磨损。前后端织构产生的流体动压润滑效应很小,磨损严重,导致其摩擦因数高于中间织构和无织构试样的摩擦因数。     

主轴式滚磨光整加工弹塑性接触力修正计算

目的基于对主轴式滚磨光整加工弹塑性接触力修正系数研究的思路,探究主轴式滚磨光整加工过程中工件及滚抛磨块之间的碰撞接触力与碰撞接触速度之间的定量关系。方法采用EDEM系统中的Hertz-Mindlin接触模型进行模拟仿真,首先以Hertz接触理论以及牛顿第二定律为基础,推导弹性正面碰撞接触力与碰撞接触速度之间的关系表达式,然后在Thornton弹塑性假设的基础上建立滚抛磨块与工件之间弹塑性接触力与碰撞接触速度之间的关系表达式,并将不同转速下工件与滚抛磨块之间的弹塑性正面碰撞接触力计算结果与实验测试结果进行对比分析,最后通过量化结构变位系数进一步修正弹塑性接触力计算公式。结果基于Hertz接触理论、牛顿第二定律以及Thornton接触力学模型,推导了出速度修正系数表达式,且速度修正系数在0.32～0.58之间。同时考虑结构变位修正系数,基于Matlab,经过试算求得结构的变位修正系数在0.50～2.41之间,修正后的弹塑性接触力计算结果与实验测试结果的相对误差在0.122%～8.901%之间。结论滚抛磨块与工件之间的弹塑性接触力计算公式,理论依据充分,参数明确,可以为滚磨光整加工实际工艺制定提供可信的计算方法。