機械系統接觸耦合機理與整機精度精量化建模

《機械系統接觸耦合機理與整機精度精量化建模》是依託南京理工大學，由何博俠擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：機械系統接觸耦合機理與整機精度精量化建模
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何博俠
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

為了提高複雜精密機械系統的裝配精度和整機動態性能，開展機械結合面接觸耦合機理和整機精度精量化建模理論的研究。探索機械結合面巨觀接觸特性的微觀構造機理，提出基於真實接觸面積的結合面基礎特性理論，研製機械零件接觸狀態的超聲測量裝置，建立真實接觸面積的理論計算模型，開發獲取真實接觸面基礎特性參數的方法；針對機械結合部的典型構型，研究複雜接觸狀態下的載荷分布規律，建立結合部接觸耦合變形的分析計算模型；綜合考慮機械零件的尺寸、形位、受力變形及接觸耦合偏差，研究裝配控制矩陣的構造方法，建立三維空間整機裝配精度的精量化解算模型；研究根據接觸狀態自動生成結合面等效動力學參數的方法，建立機械系統整機動態特性精量化分析計算模型。該項目對探索機械系統巨觀精度的微觀生成機制，掌握接觸特性的主動設計方法，定量分析生命周期中精度形成、保持與衰退的程度，提高基礎製造裝備的整機性能和精度保持性具有重要價值。

結題摘要

為了提高複雜精密機械系統的裝配精度和整機動態性能，課題開展機械結合面接觸耦合機理和整機精度精量化建模理論的研究。研究了基於名義接觸面積的結合面基礎特性理論，開發了結合面基礎特性測量專用感測器，基於大量實測數據證實基於名義接觸面積的結合面基礎特性理論存在的問題，在此基礎上提出基於真實接觸面積的結合面基礎特性理論及其參數的獲取方法。建立了結合面動態特性參數的計算模型，發現面壓對切向動剛度的影響幅度明顯強於其對法向動剛度的影響幅度；結合面面積對法向動剛度的影響幅度顯著強於面壓對法向動剛度的影響幅度，而對切向動剛度的影響幅度與面壓比較接近。獲得了滾珠絲槓結合單元的動態特性參數計算模型。實驗研究過程中，基於信噪比改進了動態測試參數辨識的Levy法，提高了受到噪聲干擾的測試數據的識別精度。 搭建了粗糙表面微觀形貌的雷射干涉掃描成像系統，得到了數字全息技術記錄粗糙表面微觀形貌的合理參數區間。提出機械系統功能表面跨尺度結構的多視場協同測量方法，開發了機器視覺多視場協同測量關鍵技術。建立了點光源和連續光源曲面成像理論，以運載火箭密封系統用O形密封圈表面形貌檢測為背景，建立了O形圈曲面成像理論和表面形貌成像檢測方法。提出基於雷射聲表面波技術的粗糙表面接觸狀態探測方法，發現聲表面波通過結合面傳播時，面壓對其具有衰減作用，其衰減幅度與面壓之間具有單峰曲線關係，並且峰值點的面壓不會隨聲表面波信號強度的變化而改變，證實了雷射聲表面波表徵結合面接觸狀態的可行性。 提出了考慮接觸特性的機械系統裝配精度建模方法，建立了整機動力學建模中栓接固定結合面的等效處理方法，提出機械系統動態特性的精量化建模方法，建立了考慮結合面特性的整機動力學模型，並利用模態試驗證實了理論模型的準確性，基於測試數據提出了整機動力學模型驗證的“振型一致、頻率相近”原則。 課題開創性地提出了粗糙表面接觸狀態的雷射聲表面波探測技術，發現了利用雷射聲表面波信號探測粗糙表面接觸狀態的基本規律，建立了機械系統功能表面跨宏/微尺度的機器視覺多視場協同測量方法與關鍵技術，為將表面形貌信息與表面性能對應起來、探索巨觀接觸特性以及表面功能創成的微觀構造機理奠定了堅實的技術基礎，對提高我國高端裝備的整機性能和功能保持性具有重要意義。