搜索机械零件的接触刚度和基体刚度的比较
2016-08-24 by:CAE仿真在线 来源:互联网
问题描述:
由于表面粗糙度的存在,零件表面接触层在压力载荷作用下会产生变形,压力与变形的比值称为接触层的接触刚度,注意这里的压力是分布压力,也称为面压,相应的接触刚度称为面刚度,集中力与变形的比值称为集中刚度。对于机床导轨这类滑动型接触面,通常压力比较低,一般的接触压力在0.1MPa左右,重载时在1MPa左右。问:接触刚度与材料基体的刚度在数值上有多大差别?
算例:
两段各长0.5米,截面积为1平方厘米的圆形铸铁棒料轴向串联,轴向压力为0.1兆帕和1兆帕时,端面的接触刚度和两个棒料的轴向刚度各是多少?讨论一下端面的接触刚度在整体轴向刚度中占的比重?
问题解答:
横截面积A=1cm^2=1e-4m^2
铸铁弹性模量E=1.1e11MPa
构件长度L=0.1m,0.01m
接触变形和压力的关系:lmd=c*p^m,
lmd:接触变形,单位微米(μm),
c、m:常数,根据杨橚,唐恒龄,廖伯瑜主编的《机床动力学II》第223-225页的论述,对磨削、刮研和精刨表面,铸铁材料,c=0.3~1.5,m=0.5,钢,c=0.017~0.09,m=0.21~0.6, 本例中取c=0.5,m=0.5
p:法向均布压力,单位兆帕(MPa)
由上式导出的面刚度公式:ka=(p^(1-m))/(cm)
轴向载荷p=0.1MPa时,
面刚度ka=4*p^0.5=1.2649MPa/μm
集中刚度k=ka*A=(1.2649e6)*(1e-4)N/μm=1.2649e2N/μm=126.49N/μm=400e6N/m=1.2649e8N/m
构件长度L=0.1m:
构件刚度kc=p*A/(L*p/E)=E*A/L=(1.1e11)*(1e-4)/0.1=1.1e8N/m
构件长度L=0.01m:
构件刚度kc=p*A/(L*p/E)=E*A/L=(1.1e11)*(1e-4)/0.01=1.1e9N/m
轴向载荷p=1MPa时,
面刚度ka=4*p^0.5=4MPa/μm
集中刚度k=ka*A=(4e6)*(1e-4)N/μm=4e2N/μm=400N/μm=400e6N/m=4e8N/m
构件长度L=0.1m:
构件刚度kc=p*A/(L*p/E)=E*A/L=(1.1e11)*(1e-4)/0.1=1.1e8N/m
构件长度L=0.01m:
构件刚度kc=p*A/(L*p/E)=E*A/L=(1.1e11)*(1e-4)/0.01=1.1e9N/m
问题讨论:
1)接触刚度的具体数值与接触压力有关,压力越高,接触刚度越大;
2)接触刚度与基体刚度在量级上相差不多,对于中小尺度的机械零件,接触刚度与基体刚度相当或者更低,接触刚度对整体刚度造成的影响不可以忽略;
3)零件尺度越小,接触刚度对整体刚度的影响越显著。
相关标签搜索：机械零件的接触刚度和基体刚度的比较 有限元技术培训 有限元仿真理论研究 有限元基础理论公式 能量守恒质量守恒动量守恒一致性方程 有限体积法 什么是有限元 有限元基础知识 有限元软件下载 有限元代做 Fluent、CFX流体分析 HFSS电磁分析 Ansys培训
