[科普中国]-机械结合面

分类根据运动分

从运动来看，结合面可分为三类，即固定结合面、半固定结合面和运动结合面。

（1）固定结合面是最为普遍的一种结合面，它主要起固定联接和支承的作用。机床结构中的箱体与床身的联接面，机架与机座的联接面；圆柱形的固定联接面，圆柱销的联接面，铆钉的联接面；锥面联接面，包括楔形联接面和圆锥形联接面等，都属于固定结合面。重要的固定结合面还有螺纹联接面，包括螺栓与机件的联接以及螺杆与螺母的联接这样两种联接面。焊接的联接面也是一种固定结合面。

（2）运动结合面是指相互联接的两个零部件之间在工作状态时存在宏观相对运动的结合面。运动结合面中最普遍的是滑动导轨和滚动导轨的联接面、轴承的联接面、丝杠与螺母或其他产生直线位移与角位移的运动机构的联接面，齿轮轮齿的啮合面等等也都属于运动结合面。

（3）半固定结合面则是指有时固定有时又会出现相对运动的结合面，如摩擦离合器的联接与接触等。

根据结合面的结构形状分按照结合面的结构形状，结合面又分为平面结合面和曲面结合面1。

结合面特性的影响因素分类结合面特性的研究非常复杂，主要原因是影响结合面特性的因素很多，且多为非线性因素，而工况及使用条件的多样化，相互交错的影响，更使问题复杂化。为了便于研究，根据众多影响因素的不同特征，可以将它们分为三大类：

（1）第一类是与结构有关的因素，如结合面的功能(固定、运动)、结构、类型、尺寸等；

（2）第二类是与工况有关的因素，如结合面的初始面压(指法向面压)、结合状态、振动频率、相对振动位移(幅值与相位)、润滑情况等因素。

（3）第三类是与结合面固有特性有关的因素，如结合面的材质、材料的热处理情况、加工方法、表面粗糙度和形状误差。

在这些影响因素中，有些因素的影响是相互的。其中有些影响因素是与结构有关，有些是与工况有关而有些因素两方面都必须考虑。其中，第一类影响因素可在设计阶段解析时进行考虑，而后两类因素则放在基础特性参数中考虑，可以通过对结合面微观机理的研究获得或通过实验获得。

研究方法如何依据实验获取的各种结合条件下的有限多个结合面基础特性参数，建立起结合面单位面积上的特性参数与各影响因素之间的对应关系，并对各种结合条件下的结合面基础特性参数进行正确预测，以供设计解析使用，目前主要有列表形式和近似公式表达的方法。

列表形式的方法是以表格或类似表格的形式给出各种不同结合条件下的结合面基础特性参数。此种数据库的特点是简单、直观，但众多的结合条件使其建立和查取不便，且只能是有限个，对于中间值的获取也不方便，因而使其正确预测成为困难。

近似公式表达的方法也是建立在大量实验的基础上，通过对影响结合面基础特性参数的各种因素的影响性质、影响程度及影响规律的详细研究，将这些因素分为连续变化的因素和非连续变化的因素两类。连续变化因素如:结合面初始面压，结合面粗糙度、激振频率，结合面上激振力的大小，结合面间的相对位移等；非连续变化的因素如:结合面材料、加工方法、润滑介质等。其中有些因素影响校大，有些影响则较小；有些因素影响的非线性程度较强，有些则较弱。采用数表与公式相结合的方式，将连续变化的因素用参变量表达，而将其它因素分区间用系数(指数)表示。但由于基本影响因素有很多，且是非线性的，因而难以用一个合适的公式来描述其复杂非线性关系，这种方法是建立在统计分析的基础上，因此工作量校大，往往为了寻求出一个合适的拟合近似公式需要反复多次，从而也较费时。再者，针对各种不同的结合条件，需要用多个公式来表达2。

结合面静动态特性的研究方法在实际机械结构中，固定平面结合面是最为普遍的一种结合面，也是最基本的结合面。当实际的机械结构确定后，其中的各结合面的材料、加工方法及加工表面质量、结合面间的介质状况以及结合面上的法向压力大小也确定了。这时，结合面上的实际面压分布状况除了受这些影响因素的影响以外，同时还受到结合面上的工作载荷的影响。对于结合面上的工作载荷，可以分为两部分，一是静态载荷部分，一是动态载荷部分。作为结合面上的静态载荷，它主要影响结合面上的实际面压的重新分布，从而影响结合面上各点的变形大小，而结合面上的动态载荷，可以认为是在静态变形基础上的扰动。关于结合面问题的研究方法，一般来说，有理论分析、实验测试以及目前广泛采用的理论和实验的综合方法。无论采用何种方法，根本的目的都是得到结合面的模型，但是这些模型在应用中也各有差异。总的来说，结合面的研究工作可分为宏观研究和微观研究两种。

宏观研究宏观研究一般是用弹簧和阻尼器模型来表示结合面，建立起振动系统的总体模型，然后将实验和理论两套数据定量地结合起来，以估计模型中对应结合面的刚度和阻尼的值。从实验方面来研究其机理，主要是通过实验获得有关数据，并分析解释实验结论，这在设计及实验的应用上比较方便。这方面的工作其应用往往比较快，但它对实验结果的精度要求较高。

微观研究微观研究主要是通过结合面变形的物理机理和结合面内阻尼特性的实验和分析来得到结合面的特性，对于从本质上认识结合面的特性来说，这方面的工作是很重要的2。

结合面静态特性的研究结论（1）影响结合面静态特性的主要影响因素有：结合面预面压、材料、加工方法及表面粗糙度、结合面的结构类型与尺寸、结合面的功能、结合面形状误差、结合面间的介质状况、结合面上的静载荷等；

（2）影响结合面静态特性的影响因素可以分为三类，即1)与结构有关的因素，如结合面的结构类型与尺寸、结合面的功能、结合面形状误差等；2)与工况有关的因素，如结合面上的静载荷等；3)反映结合面固有特性的因素，如结合面面压、材料、加工方法及表面粗糙度、结合面间的介质状况等。

（3）结合面面压对结合面静刚度的影响规律可以用指数函数规律来描述；

（4）合面静态特性影响因素的处理方法：与结构设计有关的影响因素在设计预测时予以处理；反映结合面固有特性的因素以结合面静态基础特性参数数据来体现；

（5）结合面静态特性可用有限个非线性弹簧来代替；

（6）结合面的静变形与相应的力之问的关系曲线在加、卸载时出现迟滞现象，从而表明结合面间存在阻尼，并在一定程度上解释了结合面阻尼的产生机理1。

结合面动态特性的研究结论（1）影响结合面动态特性的因素除了前面已经提及的影响结合面静态特性的因素以外，还有结合面上的动载荷大小、振动频率、结合面问的动态相对位移；

（2）结合面动态特性具有非线性；

（3）结合面阻尼的产生机理因具体结合条件不同而不同，主要有库仑摩擦阻尼、挤压油膜阻尼、迟滞变形和微观滑移所产生的结合面阻尼；

（4）结合面动态特性可以用结合面的法向和切向刚度与阻尼来模拟或表征1。