Моделирование контактной жесткости с учетом рельефа шероховатости

Точность, а также эксплуатационные свойства машин как износостойкость, контактная жесткость, усталость, коррозийная стойкость, электро- и теплосопротивление контактов, герметичность соединений и другие – в большей мере определяются контактным взаимодействием деталей, в основе которого лежат свойства поверхностных слоев.

Проблемы технического обеспечения и повышения качества выпускаемых машин могут быть решены совместно с задачами выбора и технологического обеспечения системы параметров поверхностного слоя деталей, характеризующих эксплуатационные свойства последних.

Для этого широко используют моделирование параметров поверхности, и в первую очередь шероховатости, которая непосредственно связана с жесткостью и износостойкостью стыков.

При определении областей контакта фактических профилей в работах рассматривается взаимодействие единичных идеализированных выступов, представляемых в виде цилиндрических, конических, кубических, полусферических, эллиптических и т.д. сегментов, используются также пилообразные и синусоидальные неровности благодаря простоте их математического списания.

Профиль поверхностей может уточняться введением распределения сегментов по высоте и шагу.

Затем вероятностными методами (с учетом геометрических параметров рельефа поверхности) полученные зависимости распространяются на всю исследуемую область. Взаимное влияние напряженно-деформированного состояния сегментов, смежных с рассматриваемыми, в современных схемах контакта поверхностей микрорельефа не учитываются.

Последнее обстоятельство особенно важно принимать во внимание, когда на тела действуют не только нормальные, но и касательные нагрузки.

Особенность предложенной методологии состоит в том, что в основу рассмотрения схем контакта деталей положено взаимодействие профилей шероховатости, которые максимально приближены к реальному.

Профиль поверхностей задается различными способами :профилограммой, полученной одним из методов профилометрии, кинематикой движения инструмента, либо математической моделью.

Это осуществляется в тех случаях, когда данных, опубликованных в литературе недостаточно. В этом случае, необходима разработка математических моделей профиля.

Модель расчета контактной жесткости микрорельефа, учитывающая отмеченные особенности, может быть построена путем сведения задачи контакта микрорельефа к схеме общей упруго-пластического контакта между телами, микроструктура и волнистость рельефа которых носит случайный характер.

Приведение контакта микрорельефа поверхностей к схеме имитационной контактной задачи позволяет уточнить значение целого ряда факторов, таких как область контакта, закон распределения контактных давлений по выступам, концентрация напряжений у ножки микровыступа, деформационная составляющая коэффициента трения и т.д. для произвольной нагрузки.

Такая схема позволяет объяснить эффект увеличения области контакта при действии на стык нормальной (тангенциальной) боковой нагрузки. Известно, что при действии нормальной силы возникает некоторая площадь контакта.

При приложении постепенно возрастающей тангенциальной нагрузки площадь контакта увеличивается в три – четыре раза и затем возникает скольжение одной из контактирующих
поверхностей относительно другой. Это можно объяснить тем, что при действии тангенциальной нагрузки вследствие упругих деформаций микровыступов, особенно тангенциальных перемещений, выбираются зазоры между их боковыми сторонами, после чего вступают в соприкосновение дополнительно новые выступы.

Для расчета контактной жесткости стыкуемых поверхностей определяются геометрические микро- и макропараметры, характеризующие реальный рельеф и, как следствие этого, зазор между телами. Затем разрабатывают алгоритм моделирования шероховатости и волнистости поверхностей.

В общем случае микрорельеф описывается множеством поверхностных конечных элементов.

Координаты узлов элементов определяются на основании математического описания, являющегося реализацией случайного процесса, характеризуемого математическим ожиданием
и автокорреляционной функцией. Параметры характеристик случайного процесса зависят от конкретного способа обработки и условий производства.

В общем случае рельеф рассматривается как случайная функция постоянного процесса с эргодическим свойством.

Профиль технической поверхности представляется зависимостью состоящей из систематической составляющей Х(х,z), определяемой средним значением управляемых факторов процесса обработки и случайной составляющей Х(х,z) вызываемой случайными вариациями тех же и всех остальных факторов технологического процесса.

Ординаты случайной составляющей Х(х,z) подчиняются нормальному закону распределения. Не-
смотря на то, что часто встречаются профили неровностей, распределение ординат которых существенно отличается от нормального закона.

Узнай цену консультации

"Да забей ты на эти дипломы и экзамены!” (дворник Кузьмич)