基本介紹
- 中文名：機械結合面
- 外文名：mechanical joints
- 簡稱：結合面、接觸面
- 學科：機械
- 分類：定、半固定、運動結合面
- 影響因素研究：列表形式和近似公式表達的方法
分類,影響因素,研究方法,巨觀研究,微觀研究,研究結論,
分類
根據運動分
從運動來看，結合面可分為三類，即固定結合面、半固定結合面和運動結合面。
（1）固定結合面是最為普遍的一種結合面，它主要起固定聯接和支承的作用。工具機結構中的箱體與床身的聯接面，機架與機座的聯接面；圓柱形的固定聯接面，圓柱銷的聯接面，鉚釘的聯接面；錐面聯接面，包括楔形聯接面和圓錐形聯接面等，都屬於固定結合面。重要的固定結合面還有螺紋聯接面，包括螺栓與機件的聯接以及螺桿與螺母的聯接這樣兩種聯接面。焊接的聯接面也是一種固定結合面。
（2）運動結合面是指相互聯接的兩個零部件之間在工作狀態時存在巨觀相對運動的結合面。運動結合面中最普遍的是滑動導軌和滾動導軌的聯接面、軸承的聯接面、絲槓與螺母或其他產生直線位移與角位移的運動機構的聯接面，齒輪輪齒的嚙合面等等也都屬於運動結合面。
（3）半固定結合面則是指有時固定有時又會出現相對運動的結合面，如摩擦離合器的聯接與接觸等。
根據結合面的結構形狀分
按照結合面的結構形狀，結合面又分為平面結合面和曲面結合面。
影響因素
分類
結合面特性的研究非常複雜，主要原因是影響結合面特性的因素很多，且多為非線性因素，而工況及使用條件的多樣化，相互交錯的影響，更使問題複雜化。為了便於研究，根據眾多影響因素的不同特徵，可以將它們分為三大類：
（1）第一類是與結構有關的因素，如結合面的功能(固定、運動)、結構、類型、尺寸等；
（2）第二類是與工況有關的因素，如結合面的初始面壓(指法向面壓)、結合狀態、振動頻率、相對振動位移(幅值與相位)、潤滑情況等因素。
（3）第三類是與結合面固有特性有關的因素，如結合面的材質、材料的熱處理情況、加工方法、表面粗糙度和形狀誤差。
在這些影響因素中，有些因素的影響是相互的。其中有些影響因素是與結構有關，有些是與工況有關而有些因素兩方面都必須考慮。其中，第一類影響因素可在設計階段解析時進行考慮，而後兩類因素則放在基礎特性參數中考慮，可以通過對結合面微觀機理的研究獲得或通過實驗獲得。
研究方法
如何依據實驗獲取的各種結合條件下的有限多個結合面基礎特性參數，建立起結合面單位面積上的特性參數與各影響因素之間的對應關係，並對各種結合條件下的結合面基礎特性參數進行正確預測，以供設計解析使用，目前主要有列表形式和近似公式表達的方法。
列表形式的方法是以表格或類似表格的形式給出各種不同結合條件下的結合面基礎特性參數。此種資料庫的特點是簡單、直觀，但眾多的結合條件使其建立和查取不便，且只能是有限個，對於中間值的獲取也不方便，因而使其正確預測成為困難。
近似公式表達的方法也是建立在大量實驗的基礎上，通過對影響結合面基礎特性參數的各種因素的影響性質、影響程度及影響規律的詳細研究，將這些因素分為連續變化的因素和非連續變化的因素兩類。連續變化因素如:結合面初始面壓，結合面粗糙度、激振頻率，結合面上激振力的大小，結合面間的相對位移等；非連續變化的因素如:結合面材料、加工方法、潤滑介質等。其中有些因素影響校大，有些影響則較小；有些因素影響的非線性程度較強，有些則較弱。採用數表與公式相結合的方式，將連續變化的因素用參變數表達，而將其它因素分區間用係數(指數)表示。但由於基本影響因素有很多，且是非線性的，因而難以用一個合適的公式來描述其複雜非線性關係，這種方法是建立在統計分析的基礎上，因此工作量校大，往往為了尋求出一個合適的擬合近似公式需要反覆多次，從而也較費時。再者，針對各種不同的結合條件，需要用多個公式來表達。
研究方法
在實際機械結構中，固定平面結合面是最為普遍的一種結合面，也是最基本的結合面。當實際的機械結構確定後，其中的各結合面的材料、加工方法及加工表面質量、結合面間的介質狀況以及結合面上的法向壓力大小也確定了。這時，結合面上的實際面壓分布狀況除了受這些影響因素的影響以外，同時還受到結合面上的工作載荷的影響。對於結合面上的工作載荷，可以分為兩部分，一是靜態載荷部分，一是動態載荷部分。作為結合面上的靜態載荷，它主要影響結合面上的實際面壓的重新分布，從而影響結合面上各點的變形大小，而結合面上的動態載荷，可以認為是在靜態變形基礎上的擾動。關於結合面問題的研究方法，一般來說，有理論分析、實驗測試以及目前廣泛採用的理論和實驗的綜合方法。無論採用何種方法，根本的目的都是得到結合面的模型，但是這些模型在套用中也各有差異。總的來說，結合面的研究工作可分為巨觀研究和微觀研究兩種。
巨觀研究
巨觀研究一般是用彈簧和阻尼器模型來表示結合面，建立起振動系統的總體模型，然後將實驗和理論兩套數據定量地結合起來，以估計模型中對應結合面的剛度和阻尼的值。從實驗方面來研究其機理，主要是通過實驗獲得有關數據，並分析解釋實驗結論，這在設計及實驗的套用上比較方便。這方面的工作其套用往往比較快，但它對實驗結果的精度要求較高。
微觀研究
微觀研究主要是通過結合面變形的物理機理和結合面內阻尼特性的實驗和分析來得到結合面的特性，對於從本質上認識結合面的特性來說，這方面的工作是很重要的。
研究結論
結合面靜態特性的研究結論
（1）影響結合面靜態特性的主要影響因素有：結合面預面壓、材料、加工方法及表面粗糙度、結合面的結構類型與尺寸、結合面的功能、結合面形狀誤差、結合面間的介質狀況、結合面上的靜載荷等；
（2）影響結合面靜態特性的影響因素可以分為三類，即1)與結構有關的因素，如結合面的結構類型與尺寸、結合面的功能、結合面形狀誤差等；2)與工況有關的因素，如結合面上的靜載荷等；3)反映結合面固有特性的因素，如結合面面壓、材料、加工方法及表面粗糙度、結合面間的介質狀況等。
（3）結合面面壓對結合面靜剛度的影響規律可以用指數函式規律來描述；
（4）合面靜態特性影響因素的處理方法：與結構設計有關的影響因素在設計預測時予以處理；反映結合面固有特性的因素以結合面靜態基礎特性參數數據來體現；
（5）結合面靜態特性可用有限個非線性彈簧來代替；
（6）結合面的靜變形與相應的力之問的關係曲線在加、卸載時出現遲滯現象，從而表明結合面間存在阻尼，並在一定程度上解釋了結合面阻尼的產生機理。
結合面動態特性的研究結論
（1）影響結合面動態特性的因素除了前面已經提及的影響結合面靜態特性的因素以外，還有結合面上的動載荷大小、振動頻率、結合面問的動態相對位移；
（2）結合面動態特性具有非線性；
（3）結合面阻尼的產生機理因具體結合條件不同而不同，主要有庫侖摩擦阻尼、擠壓油膜阻尼、遲滯變形和微觀滑移所產生的結合面阻尼；
（4）結合面動態特性可以用結合面的法向和切向剛度與阻尼來模擬或表征。
