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考虑温度影响的机床螺栓结构接触特性分析

雷声 毛宽民 李明 赵飞宇

雷声, 毛宽民, 李明, 赵飞宇. 考虑温度影响的机床螺栓结构接触特性分析[J]. 制造技术与机床, 2022, (11): 109-115. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.017
引用本文: 雷声, 毛宽民, 李明, 赵飞宇. 考虑温度影响的机床螺栓结构接触特性分析[J]. 制造技术与机床, 2022, (11): 109-115. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.017
LEI Sheng, MAO Kuanmin, LI Ming, ZHAO Feiyu. Contact characteristic analysis of bolted joint on machine tools considering temperature effect[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (11): 109-115. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.017
Citation: LEI Sheng, MAO Kuanmin, LI Ming, ZHAO Feiyu. Contact characteristic analysis of bolted joint on machine tools considering temperature effect[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (11): 109-115. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.017

考虑温度影响的机床螺栓结构接触特性分析

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.017
基金项目: 国家自然科学基金项目(52105135);湖北省自然科学基金(2020CFB174);中南民族大学基本科研业务费(CZY20027)
详细信息
    作者简介:

    雷声,男,1988年生,博士,讲师,硕士生导师,研究方向为机械结合部及机床动力学、加工过程智能检测与故障诊断。E-mail:leisheng945@sina.com

    通讯作者:

    毛宽民,男,1964年生,博士,教授,博士生导师,研究方向为机床动力学、加工过程中振动分析测试及应用、机床大件的低应力装配。E-mail:kmmao4645@sina.com

  • 中图分类号: TH113, TB122, O321

Contact characteristic analysis of bolted joint on machine tools considering temperature effect

  • 摘要: 螺栓连接结构广泛应用于机械装备之中,其特性对整体结构的力学性能有显著影响。由于螺栓杆及连接构件热伸缩系数上的差异,温度变化导致的螺栓杆及连接件的热变形会使得螺栓的预紧力发生变化,从而影响整体结构的动力学特性。文章基于有限元分析研究温度对螺栓连接结构接触特性的影响,并以机床中常用的铸铁材料为例,依次研究了连接板厚、螺栓直径、螺栓预紧力与温度耦合情况下的接触特性,并采用克里金插值法构建了螺栓接触特性参数库。结果表明:当连接板的厚度较小时,温度变化对接触特性影响并不显著,当板厚增大到一定程度后,温度变化会使接触区域的变化及接触应力的变化显著增大;预紧力较小时,温度变化影响接触区域大小和平均接触应力,预紧力增大到一定程度后,温度变化对接触特性的影响不明显。

     

  • 图  1  温度变化时的螺栓连接状态变化情况

    图  2  螺栓连接结构的有限元模型

    图  3  接触分析的基本流程

    图  4  螺栓结合部接触特性分析

    图  5  螺栓结合部接触应力测试

    图  6  温度对接触特性的影响

    图  7  不同板厚下温度对接触特性的影响

    图  8  不同螺栓直径下温度对接触特性的影响

    图  9  不同预紧力下温度对接触特性的影响

    图  10  接触特性参数管理库

    表  1  温度对接触特性的影响分析

    温差/℃0102030
    应力/MPa1.861.982.122.29
    应力变化/(%)/6.413.923.1
    半径/mm65.163.16056.8
    半径变化/(%)/−3.4−8.1−13
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    表  2  不同板厚的接触特性(温差30 ℃)

    板厚/mm10203040
    应力值变化/MPa0.490.10.430.54
    应力值变化/(%)4.431.0723.1235.29
    半径值变化/mm0.630.98.514.71
    半径值变化/(%)−2.29−1.97−13.02−20.46
    下载: 导出CSV

    表  3  不同预紧力时的接触特性(温差30 ℃)

    预紧力/N12 50025 00037 50050 000
    应力值变化/MPa0.340.430.430.32
    应力值变化/(%)31.3123.1215.868.86
    半径值变化/mm11.58.56.44.3
    半径值变化/(%)−18.23−13.02−9.65−6.49
    下载: 导出CSV

    表  4  不同连接工况下的平均接触应力

    连接工况温差/℃
    051015202530
    B10F125005.535.535.535.535.535.535.53
    B10F2500011.111.110.610.610.610.610.6
    B10F3750015.315.715.715.715.715.715.7
    B10F5000021.120.919.818.818.618.918.8
    B20F125001.941.931.931.921.911.921.91
    B20F250003.733.653.783.713.653.73.69
    B20F375005.385.375.585.495.415.425.62
    B20F500007.457.387.457.217.267.447.25
    B30F125000.991.021.111.191.211.271.3
    B30F250001.861.921.982.082.122.242.29
    B30F375002.712.822.782.8933.163.14
    B30F500003.623.543.663.653.743.843.94
    B40F125000.820.91.011.081.121.161.21
    B40F250001.531.541.731.821.912.032.07
    B40F375002.212.242.362.532.662.752.98
    B40F500002.862.922.973.153.353.593.51
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    表  5  不同连接工况下的平均接触半径

    连接工况温差/℃
    051015202530
    B10F1250027.527.527.527.527.527.527.5
    B10F2500027.527.528.128.128.128.128.1
    B10F3750028.128.128.128.128.128.128.1
    B10F5000028.128.128.128.128.128.128.1
    B20F1250045.445.445.445.445.445.445.4
    B20F2500046.346.346.346.346.346.346.3
    B20F3750047.247.246.347.247.247.246.3
    B20F5000046.347.248.145.44947.349
    B30F1250063.162.158.955.854.752.651.6
    B30F2500065.364.263.1616057.956.8
    B30F3750066.363.165.263.161.358.959.9
    B30F5000066.366.365.265.264.263.162
    B40F1250069.265.259.855.853.150.447.8
    B40F2500071.971.966.563.861.258.557.1
    B40F3750073.273.270.567.965.261.262.5
    B40F5000074.574.573.271.967.967.965.2
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  • [1] Yoshimura M. Making use of CAD technology based on the dynamic characteristics data of joints to improve the structural rigidity of machine tools[J]. Machine Tools, 1979, 1(1): 142-146.
    [2] 伍良生, 马淑慧, 屈重年, 等. 弹簧-阻尼动力学单元螺栓连接结合面研究[J]. 机械设计与制造, 2014(1): 4-6. doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2014.01.002
    [3] 刘晓峰, 孙伟, 方自文. 基于非均匀分布复弹簧单元的螺栓连接薄板结构动力学有限元建模[J]. 振动与冲击, 2021, 40(13): 111-119. doi: 10.13465/j.cnki.jvs.2021.13.015
    [4] 孙志勇, 孙伟, 孙清超, 等. 螺栓连接结合部薄层单元参数优化辨识[J]. 机械设计与制造, 2019(1): 50-54. doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2019.01.014
    [5] 史文博, 杜静, 龚国伟. 风电机组轮毂螺栓连接建模与接触强度分析[J]. 机械设计与制造, 2019(12): 169-172. doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2019.12.042
    [6] Tian H, Li B, Liu H, et al. A new method of virtual material hypothesis-based dynamic modeling on fixed joint interface in machine tools[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2011, 51(3): 239-249. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2010.11.004
    [7] 毛宽民, 黄小磊, 李斌, 等. 一种机床固定结合部的动力学参数化建模方法[J]. 华中科技大学学报:自然科学版, 2012, 40(4): 49-53.
    [8] 毛宽民, 李斌, 雷声. 机床结合部动力学建模及应用[M]. 武汉: 武汉理工大学出版社, 2018: 148-179.
    [9] 王棒, 李亦军, 王高, 等. 发动机燃烧室出口温度分布测试的新型传感器[J]. 中国测试, 2019, 45(8): 112-117. doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2019020054
    [10] 武斌, 蔡存朋, 曹正林, 等. 增压发动机排气管前端法兰结合面高温密封问题研究[J]. 汽车工艺与材料, 2021(10): 7-11. doi: 10.19710/J.cnki.1003-8817.20200497
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  • 收稿日期:  2022-07-20
  • 网络出版日期:  2022-10-28

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