The invention discloses an annular surface combined with different calculation methods of the contact load, the method to design the ring joint surface contact thermal conductivity test, then calculate the annular contact load interference fit surface, based on the establishment of thermal contact conductance model of fractal model, if the interference fit with the measured contact thermal conductivity consistent with the theoretical model, then contact load transition fit and clearance can be measured into thermal contact conductance model estimation. The main features of the method are the design of the contact thermal conductivity experiment and the concept of inverse contact load through experimental and theoretical models. The experimental test method of contact thermal conductivity and the calculation of contact load obtained by this method have positive effects on the thermal analysis of motorized spindle.
【技术实现步骤摘要】
一种环形结合面不同配合下接触载荷的计算方法
本专利技术属于电主轴热态分析领域,涉及一种环形结合面不同配合下接触载荷的计算方法,更具体是一种基于环形结合面接触热导实验测试和理论模型来反推过渡配合和间隙配合状态下接触载荷的计算方法。
技术介绍
电主轴(MotorizedSpindle)是数控机床的关键部件之一。其特点是将机床主轴与主轴电机合二为一,机床主轴由内装式电机直接驱动,把机床主传动链缩短为零,从而实现了机床的零传动。电主轴的热态特性对机床的加工精度影响尤为显著,建立完整、精确地电主轴热模型不得不考虑接触热导的影响,结合面接触热导随接触载荷的变化而变化,因此计算环形结合面的接触载荷对电主轴的热态分析至关重要,不同配合接触载荷不一样,目前过盈配合下的接触载荷有现成公式,而过渡配合和间隙配合的接触载荷计算仍是个难点,这是本专利技术的原因和意义所在。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种环形结合面不同配合下接触载荷的计算方法。该方法的主要特点是结合环形结合面的接触热导实验和接触热导的分形模型来反推结合面不同配合状态下的接触载荷。本专利技术是采用以下技术手段实现的:S1、设计环形结合面接触热导测试实验:中间设置加热装置,试件外环设置冷却装置,上下安装隔热层,以保证热流大部分都从试件径向流过。通过每单位距离布置温度传感器,测量两试件径向温度,根据温度沿径向传递的一维稳态热传导特性,推出两试件结合面上的温度差ΔT;通过热流计或标定的铜块测量流过试件的热流量q,再由计算公式得到结合面的接触热导。S2、根据分形理论,考虑收缩热阻、基体热阻和空气介质热阻建立结合面接触热阻模型 ...
【技术保护点】
一种环形结合面不同配合下接触载荷的计算方法,其特征在于:该方法是结合环形结合面的接触热导实验和接触热导的分形模型来反推结合面不同配合状态下的接触载荷;S1、设计环形结合面接触热导测试实验:中间设置加热装置,试件外环设置冷却装置,上下安装隔热层,以保证热流大部分都从试件径向流过;通过每单位距离布置温度传感器,测量两试件径向温度,根据温度沿径向传递的一维稳态热传导特性,推出两试件结合面上的温度差ΔT;通过热流计或标定的铜块测量流过试件的热流量q,再由计算公式
【技术特征摘要】
1.一种环形结合面不同配合下接触载荷的计算方法,其特征在于:该方法是结合环形结合面的接触热导实验和接触热导的分形模型来反推结合面不同配合状态下的接触载荷;S1、设计环形结合面接触热导测试实验:中间设置加热装置,试件外环设置冷却装置,上下安装隔热层,以保证热流大部分都从试件径向流过;通过每单位距离布置温度传感器,测量两试件径向温度,根据温度沿径向传递的一维稳态热传导特性,推出两试件结合面上的温度差ΔT;通过热流计或标定的铜块测量流过试件的热流量q,再由计算公式得到结合面的接触热导;S2、根据分形理论,考虑收缩热阻、基体热阻和空气介质热阻建立结合面接触热阻模型从而建立接触热导模型,分析结合面接触热导和接触载荷的关系;S3、对于过盈配合,根据过盈量计算其接触载荷,再由接触热导分形模型得到此载荷下接触热导的大小,对比同种配合状态下实验测得的接触热导来验证实验设计和接触热导分形模型的合理性,可以用来计算过渡配合和间隙配合状态下的接触载荷;S4、对于过渡配合和间隙配合,实验测出两个状态下的接触载荷,然后带入接触热导分形模型进行反推即可得到过渡配合和间隙配合的接触载荷。2.根据权利要求1所述的一种环形结合面不同配合下接触载荷的计算方法,其特征在于:步骤1,搭建实验装置和实验方法实验装置包括测温传感器(1)、上隔热装置(2)、冷却环(3)、外环测试件(4)、内环测试件(5)、下隔热装置(6)、环形待测结合面(7)、标定铜环热流计(8)、加热装置(9)、导热硅脂(10)、真空腔体(11)、底座(12);上隔热装置(2)、下隔热装置(6)对称设置在冷却环(3)的上下两端,外环测试件(4)设置在冷却环(3)的内表面,内环测试件(5)设置在外环测试件(4)的内表面,外环测试件(4)、内环测试件(5)之间为环形待测结合面(7),标定铜环热流计(8)设置在内环测试件(5)的内表面,标定铜环热流计(8)和内环测试件(5)之间为导热硅脂(10),标定铜环热流计(8)的中间为加热装置(9);测温传感器(1)、上隔热装置(2)、冷却环(3)、外环测试件(4)、内环测试件(5)、下隔热装置(6)、环形待测结合面(7)、标定铜环热流计(8)、加热装置(9)、导热硅脂(10)组成实验装置的主体结构,实验装置设置在真空腔体(11)内,真空腔体(11)的底部为底座(12);Rij表示各个传感器的径向距离,i=1,2,3,j=1,2,i分别表示标定铜环热流计(8)、内环测试件(5)、外环测试件(4),j表示该试件内测温传感器的数目,Rx是两测试件结合面的径向距离,Tij表示传感器测得的温度;实验分别测得内外环试件在过盈配合、过渡配合和间隙配合状下各个传感器的温度,然后根据温度沿径向一维导热分布规律,分别将内外环试件各测温点温度推至接触界面,即可得接触界面的温度差:已知标定铜环的导热系数λ铜,将其推至接触界面即可得接触界面的热流密度:由公式(1)和公式(2)得接触界面接触热导:步骤(2)接触热导分形模型;步骤2粗糙表面接触载荷和实际接触面积的计算当两个粗糙表面相互接触时,接触界面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,接触界面上接触点尺寸越小其数量就越多;根据赫兹接触理论,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;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′的关系给出:fp=Kσya′(5)其中,下标e和p分别代表弹性变形和塑性变形状态,E为当量弹性模量,v1,v2,E1,E2分别是两个表面的泊松比和弹性模量;K为硬度系数,通常K=2.8;γ大于1的常数,对于服从正态分布的随机表面,通常取γ=1.5,G为分形粗糙度参数,D为分形维数,σy为较软材料的屈服强度;整个表面的负载F和真实接触面积Ar可由积分获得:
【专利技术属性】
技术研发人员:蔡力钢,方翠,赵永胜,刘志峰,
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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