微间隙共形圆柱接触力模型的适用性分析
发布时间：2021-03-25 07:15
针对目前间隙铰接副接触力模型无法有效表述不同材料耗散阻尼效应,以及不适用于微间隙共形接触的问题,分析各种接触力模型中弹性接触力和耗散阻尼力计算方法的优缺点,提出一种普适性的圆柱内接触力分析模型。该模型将接触力描述为接触深度的显式函数,并将其适用范围有效地扩展至微间隙和低恢复系数工况。采用含间隙铰接副的曲柄-滑块机构进行动力学分析,对所提出接触力进行验证,计算结果表明:所提出的普适性接触力模型体现了微间隙时更高的接触刚度和低恢复系数时显著的阻尼效应,从而可为不同材料和间隙尺寸的间隙铰接副力学分析提供更为完备的计算模型。
【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
圆柱铰接副几何结构
在间隙为0.005～1 mm范围内,针对不同接触侵入深度的情况,利用表1中第5—8号模型的接触力表达式进行量化分析。图2所示为接触侵入深度低于0.01 mm时,不同间隙时接触力与接触侵入深度的关系。可见,在ΔR≤0.01 mm时,Pereira模型的结果远高于其他3个,Persson模型和Liu模型的结果基本一致;当ΔR≥0.05 mm,Persson模型和Liu模型的结果差异趋于明显,而且随着ΔR的增大,这种差异也增大,且 Liu模型的结果始终小于Persson模型的结果。LIU等[10]将有限元计算结果和Persson模型的结果进行对比,认为Persson模型仅适用于间隙很小而接触半角很大的情况;当ΔR≥0.02 mm时,其最大接触半角小于48°,Persson模型的误差已经很大。当ΔR≥0.02 mm,Persson模型的结果大于Liu模型、Bai模型和Pereira模型的结果。可见,Persson模型接触力被高估,而Liu模型、Bai模型则存在接触力被低估,即接触刚度偏低的问题。
图3所示为较高的接触压缩量,即载荷较大情况下不同间隙时接触力与接触侵入深度的关系。在间隙ΔR较小时,Persson模型的接触力计算值在整个接触深度增大过程中,存在不连续和负值情况。因此,在不同间隙尺寸下仍有效的圆柱内接触模型有Pereira、Liu、Bai模型。图2和3结果表明,上述3个普适性模型的接触刚度均随着间隙的减小而增大,这符合多数学者的预测。由于Liu模型是基于圆柱内接触情况而提出的,且经过有限元仿真结果的对比分析,被其他学者广泛引用。基于文献[17]中针对微间隙铰接副的接触力学试验结果,文中将其与Liu模型、Pereira模型计算结果进行对比,如图4和5所示。可发现Pereira模型结果与试验结果更为接近,而Liu模型的接触刚度显著较低,这说明Liu模型低估了接触刚度。因此,在不同载荷和间隙的情况,Pereira模型具有较好的精度和普适性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]接触力模型对含间隙铰接副多体系统分析的影响[J]. 杨芳,陈渭,李培. 西安交通大学学报. 2017(11)
[2]铰接销轴磨损失效分析及改进[J]. 张丽,王国安,蒙秋红. 失效分析与预防. 2010(01)
[3]液压挖掘机工作装置铰点轴和轴套间隙计算模型[J]. 杜文靖,王国强,崔国华,杨军. 农业机械学报. 2007(08)
[4]装载机销轴磨损历程分析及其改进[J]. 姜峰,李方义,李剑峰,王玉玲,陈建. 润滑与密封. 2007(07)
[5]基于恢复系数的碰撞过程模型分析[J]. 秦志英,陆启韶. 动力学与控制学报. 2006(04)
本文编号：3099281
【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
圆柱铰接副几何结构
在间隙为0.005～1 mm范围内,针对不同接触侵入深度的情况,利用表1中第5—8号模型的接触力表达式进行量化分析。图2所示为接触侵入深度低于0.01 mm时,不同间隙时接触力与接触侵入深度的关系。可见,在ΔR≤0.01 mm时,Pereira模型的结果远高于其他3个,Persson模型和Liu模型的结果基本一致;当ΔR≥0.05 mm,Persson模型和Liu模型的结果差异趋于明显,而且随着ΔR的增大,这种差异也增大,且 Liu模型的结果始终小于Persson模型的结果。LIU等[10]将有限元计算结果和Persson模型的结果进行对比,认为Persson模型仅适用于间隙很小而接触半角很大的情况;当ΔR≥0.02 mm时,其最大接触半角小于48°,Persson模型的误差已经很大。当ΔR≥0.02 mm,Persson模型的结果大于Liu模型、Bai模型和Pereira模型的结果。可见,Persson模型接触力被高估,而Liu模型、Bai模型则存在接触力被低估,即接触刚度偏低的问题。
图3所示为较高的接触压缩量,即载荷较大情况下不同间隙时接触力与接触侵入深度的关系。在间隙ΔR较小时,Persson模型的接触力计算值在整个接触深度增大过程中,存在不连续和负值情况。因此,在不同间隙尺寸下仍有效的圆柱内接触模型有Pereira、Liu、Bai模型。图2和3结果表明,上述3个普适性模型的接触刚度均随着间隙的减小而增大,这符合多数学者的预测。由于Liu模型是基于圆柱内接触情况而提出的,且经过有限元仿真结果的对比分析,被其他学者广泛引用。基于文献[17]中针对微间隙铰接副的接触力学试验结果,文中将其与Liu模型、Pereira模型计算结果进行对比,如图4和5所示。可发现Pereira模型结果与试验结果更为接近,而Liu模型的接触刚度显著较低,这说明Liu模型低估了接触刚度。因此,在不同载荷和间隙的情况,Pereira模型具有较好的精度和普适性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]接触力模型对含间隙铰接副多体系统分析的影响[J]. 杨芳,陈渭,李培. 西安交通大学学报. 2017(11)
[2]铰接销轴磨损失效分析及改进[J]. 张丽,王国安,蒙秋红. 失效分析与预防. 2010(01)
[3]液压挖掘机工作装置铰点轴和轴套间隙计算模型[J]. 杜文靖,王国强,崔国华,杨军. 农业机械学报. 2007(08)
[4]装载机销轴磨损历程分析及其改进[J]. 姜峰,李方义,李剑峰,王玉玲,陈建. 润滑与密封. 2007(07)
[5]基于恢复系数的碰撞过程模型分析[J]. 秦志英,陆启韶. 动力学与控制学报. 2006(04)
本文编号：3099281
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