【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电主轴热态特性研究领域,涉及一种考虑微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻的接触热阻建模方法,该方法运用matlab计算并分析了基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻的影响。
技术介绍
电主轴是数控机床的关键部件之一。电主轴的热特性是影响机床加工精度的重要因素之一。目前,接触热阻的建模方法主要有传统的赫兹接触模型、基于经典力学和统计的G-W模型、基于统计学参数的W-A接触模型、还有基于W-M函数的M-B模型,前三个模型具有尺度依赖性,受仪器分辨率和取样长度的影响,后一个模型具有全面性、确定性和尺度独立性,但没有综合考虑微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻。本专利技术考虑了微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种考虑微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻的接触热阻建模方法,该方法运用分形理论建立接触热阻模型并考虑了微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻的影响。该方法首先建立结合面实际接触面积和接触载荷方程,然后建立基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻从而建立总接触热阻模型,最后使用Matlab编写计算程序得到总接触热阻,弹性阶段接触热阻和间隙介质热阻随结合面外在载荷变化情况。本专利技术是采用以下技术手段实现的:S1、首先用分形理论对整个粗糙表面进行理论描述,单个微凸体进行基体热阻、收缩热阻的理论分析,得到微凸体的接触面积、接触载荷以及临界接触面积。将接触面积和接触载荷积分得到实际接触面积和接触载荷。S2、考虑空气的热传导建立空气介质热阻模型,两者并联得到接触热阻模型。S3、按照计算流程编写Matl ...
【技术保护点】
一种考虑微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻的接触热阻建模方法,该方法运用分形理论建立接触热阻模型并考虑了微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻的影响;该方法首先建立结合面实际接触面积和接触载荷方程,然后建立基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻从而建立总接触热阻模型,最后使用Matlab编写计算程序得到总接触热阻,弹性阶段接触热阻和间隙介质热阻随结合面外在载荷变化情况;其特征在于,S1、首先用分形理论对整个粗糙表面进行理论描述,单个微凸体进行基体热阻、收缩热阻的理论分析,得到微凸体的接触面积、接触载荷以及临界接触面积;将接触面积和接触载荷积分得到实际接触面积和接触载荷;S2、考虑空气的热传导建立空气介质热阻模型,两者并联得到接触热阻模型;S3、按照计算流程编写Matlab程序计算接触热阻随载荷变化曲线图;本方法在于考虑了微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻影响,能够对各个热阻进行精确计算;本方法为电主轴的热态特性分析边界条件接触热阻的计算提供指导。
【技术特征摘要】
1.一种考虑微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻的接触热阻建模方法,该方法运用分形理论建立接触热阻模型并考虑了微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻的影响;该方法首先建立结合面实际接触面积和接触载荷方程,然后建立基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻从而建立总接触热阻模型,最后使用Matlab编写计算程序得到总接触热阻,弹性阶段接触热阻和间隙介质热阻随结合面外在载荷变化情况;其特征在于,S1、首先用分形理论对整个粗糙表面进行理论描述,单个微凸体进行基体热阻、收缩热阻的理论分析,得到微凸体的接触面积、接触载荷以及临界接触面积;将接触面积和接触载荷积分得到实际接触面积和接触载荷;S2、考虑空气的热传导建立空气介质热阻模型,两者并联得到接触热阻模型;S3、按照计算流程编写Matlab程序计算接触热阻随载荷变化曲线图;本方法在于考虑了微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻影响,能够对各个热阻进行精确计算;本方法为电主轴的热态特性分析边界条件接触热阻的计算提供指导。2.根据权利要求1所述的一种考虑微凸体的基体热阻、收缩热阻和空气介质热阻的接触热阻建模方法,其特征在于:当两个粗糙表面相互接触时,被假设为许多大小不等的圆形微凸体的相互接触,而同一表面微凸体间的变形影响予以忽略;粗糙表面可被看作由大量的、离散的、相互并联的小圆柱形微凸体组成;因此,粗糙表面的彼此接触问题可被简化为接触面积为a′接触高度为d′的圆柱微凸体间的相互接触;接触高度为d′可得:d′=Z′max-δmax(1)式中Z′max样本中最高点到最低点的距离,可给出Z′max=L(G/L)D-1;L——样本长度;δmax微凸体的最大变形:δmax=GD-1aL′2-D2---(2)]]>当热流通过相互接触的粗糙表面时,接触热阻由基体热阻、收缩热阻和小间隙热阻组成;两个相互接触的粗糙表面的热阻网络;基体热阻rbi与收缩热阻rci相互串联形成接触的小热阻单元;间隙热阻rgi与接触的热阻单元并联;对于本接触热阻模型,存在下列假设:(1)热流通道之间无热交换;(2)所有热流通道界面温差相同;(3)通过空隙中的流体介质的传热方式为热传导,不考虑热辐射与热对流;1.1接触微凸体总接触面积和接触压力当两个粗糙表面相互接触时,由于相互接触的表面微凸体受到彼此的挤压,从而使微凸体产生弹性或者塑性变形;相互接触的粗糙表面的弹性模量可由等效弹性模量获得,v1,v2,E1,E2分别是两个表面的泊松比和弹性模量;对于接触的一个微凸体的等效半径可表示为R=R1R2/(R1+R2),这里R1和R2分别为相互接触的小微凸体的半径;真实接触面积和总接触载荷可由积分获得;微凸体截面积a′的分布函数为:n(a′)=D2ψ(2-D)2aL′D2a′-D+22---(3)]]>式中a′微凸体变形后的截面积,当微凸体为弹性变形时a′=2a;a′L最大微凸体的截面积;ψ描述微观接触时微凸体大小分布的域扩张系数,可由超越方程(ψ(2-D)/2-(1+ψ-D/2)-(2-D)/D)/((2-D)/D)=1得;区分弹性变形状态和塑性变形状态的临界微凸体面积可给出:ac′=[2(7-2D)π(D-1)b(-1)G(2D-2)(EKσy)2lnγ]1D-1---(4)]]>式中b=(πq/2)2,q=0.454+0.41ν1;ν1较软材料的泊松比;σy较软材料的屈服强度;K硬度系数,通常K=2.8;微凸体截面积a′>ac′时为弹性变形阶段,微凸体截面积a′≤a′c时为塑性变形阶段;对于弹性变形和塑性变形状态下的微凸体,单个微凸体间接触力f与截面积a′的关系可给出:fe=29-2D23π3-D2(lnγ)12GD-1Ea′3-D2---(5)]]>fp=Kσya′(6)式中e、p分别代表弹性变形和塑性变形状态;整个表面的负载F和真实接触面积Ar可由积分获得:F=∫0ac′fpn(a′)da′+∫ac′aL′fen(a′)da′=KσyD2-Dψ(2-D)2aL′D2ac′2-D2+29-2D23π3-D2D2-D(lnγ)12GD-...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵永胜,马澄宇,刘志峰,蔡力钢,程强,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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