低速滑动导轨结合面接触刚度建模探讨

暴露出一系列待解问题。低速运动机床机械结合面大量存在含油结合面，不可忽视结合面间润滑介质特性的影响。在本研究中从油膜与微凸体微观层面出发，针对含润滑介质的低速运动导轨结合面接触刚度的精确建模进行深入的研究。固体部分采用统计学理论，应用微凸体变形机制和部分膜Reynolds方程分别推导了低速机床中滑动导轨从静止到振动最后到宏观低速运动情况下的混合润滑接触刚度建模，旨在为解决设备运行精度、稳定性问题以及预测和控制动态响应提供关键理论支撑。最后构建实验平台并开展实验，将实验获取的数据结果与通过有限元分析方法得到的数值进行对比分析，验证了所构建理论模型的合理性。本文研究成果包含以下几点：

1、从固体和流体两方面对导轨混合润滑结合面静态接触刚度进行了分析。针对固体部分微凸体不同阶段的侧向接触分析，结合统计学理论，建立了反映微凸体侧接触效应的导轨结合面固体接触刚度模型。对于流体部分，基于流体部分Reynolds方程的数值求解，得出了油膜压力分布数据，进而构建了流体接触刚度模型。二者并联成功构建了低速运动导轨初始静止阶段的固-液接触总刚度模型。仿真结果显示，在固体接触部分，量纲一化固体法向、切向接触刚度上均表现为随着量纲一化结合面平均间距的增加而减小，固体法向接触总刚度随着法向及切向的载荷比增大而增大；流体接触部分推导了压力、流量因子和接触概率因子分别与膜厚比之间的关系，得到了在不同法向负荷条件下油膜的压力分布与油膜厚度的拟合值。随着润滑油粘度的增加，油膜刚度、固体刚度以及总刚度都呈现下降趋势；增强结合面间接触刚度的一种有效途径是提升结合面的法向预加载力，并且固-液结合面法向总刚度由固体的刚度所主导。

2、针对机床导轨法向振动动态载荷环境，分别建立了固体、流体部分的动态接触刚度模型，并通过刚度并联原理构建了低速滑动导轨受法向振动时的动态接触刚度模型。仿真结果表明：滑动导轨接触面的动态接触刚度随着垂直载荷的增加呈现出上升趋势。若意图对整个接触界面的动态刚性进行控制，则应主要把控固体接触特性因为固-液结合面法向动态接触总刚度由固体刚度所主导；通过减小结合面激振力幅值、激振频率和润滑油粘度进而能显著提升导轨接触面的整体动态刚性性能。

参考文献（略）