基于机加工表面规律特征的结合面力学特性研究

There are two problems in the study of mechanical properties of mechanical joint surfaces. The first problem is that the research object is a rough uncertainty surface, which causes the experimental results in the researchers to be unable to copy, and the error can not be traced back. The second problem is that the regular and periodic features of the machining surface are not taken into account. In order to solve the above problems, this project separates the regular and periodic morphology features from the random rough components in the typical machining surface，extracts the microscopic morphology features on the machined surface, building several joint surface models with regular surface features. On this basis, the contact single wave is used as the research object to model and analyze the contact mechanics, and is used to establish the contact theory of the proposed regular surface. Combined with the experiment result of multi waveform joint surface, the contact constitutive relation of micromorphology is rebuilt. The mechanical properties of the replicated regular joint surface determined by different materials, different heat treatment, different hardness, different locations and contact angles were studied. The mechanical property influence of the surface random components on the joint surface is explored. This project tries to solve the problem that the research conclusion of the joint surface can be duplicated and verified experimentally, and to establish a traceable and reproducible research way for the mechanical properties of joint surfaces.

机械结合面力学特性研究一直存在两个问题，第一是研究对象为具有不确定性的粗糙表面，导致研究者中实验结果无法复制，出了问题无法追溯；第二是没有利用机加工表面的规律性和周期性特征。为了解决上述问题，本项目将典型加工表面中规律性和周期性形貌特征与随机粗糙成分进行分离，抽取加工表面确定的规则的微观形貌特征，建立具有规则形貌特征接触表面的结合面模型。采用单波形曲面为研究对象进行接触力学建模、分析与实验，建立所提规则曲面的接触理论，并与构成结合面表面微观形貌的多波形曲面结合面相结合，探究微观形貌接触面接触本构关系。研究不同材料、不同的热处理、不同表面硬度、不同位置与接触角度等因素下确定的可复制的规则结合面力学特性。在此基础上根据随机成分的大小，探索表面随机成分对结合面力学特性的影响。本项目试图解决结合面研究结论可复制与实验可验证问题，为结合面力学特性研究建立一个可追溯可复制的研究新思路。

本项目将典型加工表面中规律性和周期性形貌特征与随机粗糙成分进行分离，抽取加工表面确定的规则的微观形貌特征，建立具有规则形貌特征接触表面的结合面模型。采用单波形曲面为研究对象进行接触力学建模、分析与实验，建立圆柱波形、余弦波性及抛物面波形曲面等三种典型曲面的接触理论，并与构成结合面表面微观形貌的多波形曲面结合面相结合，探究微观形貌接触面接触本构关系。研究不同材料、不同的热处理、不同表面硬度、不同位置与接触角度等因素下确定的可复制的规则结合面力学特性。在此基础上根据随机成分的大小，探索表面随机成分对结合面力学特性的影响。.本项目解决了机械结合面力学特性研究一直存在两个问题。第一是研究对象为具有不确定性的粗糙表面，导致研究者中实验结果无法复制，出了问题无法追溯；第二是没有利用机加工表面的规律性和周期性特征。本项目通过解决结合面研究结论可复制与实验可验证问题，为结合面力学特性研究建立一个可追溯可复制的研究新思路。.规则形貌结合面力学特性研究结果应用于北京北一数控2850等型号等超跨距龙门机床的结构分析上，为北一数控在龙门结构优化设计中提供技术支持，该项目能提前预测结合面力学特性，为横梁起拱曲线的设计与加工提供了准确的结合面力学特性数据。此外规则形貌结合面力学特性的研究成果也应用在北京机床研究所新研究的汽车关键零件加工机床上，该型号机床左右两部分同时进行油泵腔体加工，为了提高加工效率，两部分在同时加工过程中不得干扰彼此加工精度，由于结合面力学特性数据给结构设计提供准确的预测，在设计之初就避免了可能导致振动影响较大的部位，因此在结构优化中采取了相应的措施，使得机床设计取得良好的减振效果。.项目累计发表论文22篇，SCI检索论文13篇，申请国家发明专利9项，获批1项，培养硕士研究生9名。.