接触变形与接触表面名义压强关系
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第六章电接触理论§6-1 概述任何一个电系统,都必须将电流(作为电的信号或电的能量)从一个导体通过导体与导体的接触处传向另一个导体。
此导体与导体的接触处称为电接触,它常常是电信号或电能传送的主要障碍。
由电机、电器、自动元件、仪表、计算机等组成的现代化大型复杂电系统,例如通信系统、控制系统、拖动系统、电力系统等,它们所包含的电接触数目往往成千上万。
如果其中一个或几个工作不正常或失效,则将导致整个系统工作紊乱甚至停顿,其后果极其严重。
电系统和电器元件中电接触的具体结构类型是多种多样的,一般分为三类:1.固定接触两接触元件在工作时间内固定接触在一起,不做相对运动,也不相互分离。
例如母线的螺栓连接或铆接(称永久接触),仪表中的塞子、插头(又称半永久接触器)等。
2.滚动和滑动接触器两接触元件能作相对滚动和滑动,但不相互分离。
例如断路器的滚轮触头,电机的滑环与电刷及电气机车的馈电弓与电源线等。
3.可分、合接触两接触元件可随时分离或闭合。
这种可分、合接触元件常称为触头或触电。
一切利用触头实现电路的接通和断开的电器中都可见到这种接触类型。
上述三种接触型式中,它们共有的工作状态是接触元件闭合接通电流。
运行经验表明,当两导体相互接触流过电流时,接触处会出现局部高温,严重时可达接触导体材料的熔点。
在可分、合接触中它的通电状态除闭合通电以外,还有由闭合过渡到分离,最后切断电路,或由分离过渡到闭合,最后接通电路,以及处于开断状态等。
触头在切断或闭合电路的过程中,触头间往往会出现电弧。
电弧的温度很高,大大超过一般金属材料的熔点或沸点。
即使电弧存在的时间很短,也会使触头表面融化或气化,造成触头材料的损失,或者产生触头的熔焊。
因此,在以上三种电接触类型中,工作任务最重的是分、合接触器。
为了保证电接触长时间稳定而可靠的工作,必须做到:(1)电接触在长期通过额定电流时,温升不超过国家规定的数值,而且温升长期保持稳定。
(2)电接触在短时通过短路电流或脉冲电流时,接触处不发生熔焊成松弛。
研究两物体因受压相触后产生的局部应力和应变分布规律的学科。
1881 年H.R.赫兹最早研究了玻璃透镜在使它们相互接触的力作用下发生的弹性变形。
他假设:①接触区发生小变形。
②接触面呈椭圆形。
③相接触的物体可被看作是弹性半空间,接触面上只作用有分布的垂直压力。
凡满足以上假设的接触称为赫兹接触。
当接触面附近的物体表面轮廓近似为二次抛物面,且接触面尺寸远比物体尺寸和表面的相对曲率半径小时,由赫兹理论可得到与实际相符的结果。
在赫兹接触问题中,由于接触区附近的变形受周围介质的强烈约束,因而各点处于三向应力状态,且接触应力的分布呈高度局部性,随离接触面距离的增加而迅速衰减。
此外,接触应力与外加压力呈非线性关系,并与材料的弹性模量和泊松比有关。
实际工程中的很多接触问题并不满足赫兹理论的条件。
例如,接触面间存在摩擦时的滑动接触,两物体间存在局部打滑的滚动接触,因表面轮廓接近而导致较大接触面尺寸的协调接触,各向异性或非均质材料间的接触,弹塑性或粘弹性材料间的接触,物体间的弹性或非弹性撞击,受摩擦加热或在非均匀温度场中的两物体的接触等。
对以上问题的研究已取得不少成果。
Hertz接触-假设Hertz接触在讨论弹性接触问题时,一般假定:(1)接触系统由两个相互接触的物体组成,它们间不发生刚体运动;(2)接触物体的变形是小变形,接触点可以预先确定,接触或分离只在两物体可能接触的相应点进行;(3)应力、应变关系取线性;(4)接触表面充分光滑;(5)不考虑接触面的介质(如润滑油)、不计动摩擦影响。
应力Hertz接触当两曲面接触并压紧时,压力P沿z轴作用,在初始接触点的附近,材料发生局部的变形,靠近接触形成一个小的椭圆性平面,椭圆的长半轴“在x轴上,短半轴b在y轴上。
椭圆形接触面上各点单位压力大小与材料的变形量有关,z轴上的变形量大,沿Z轴将产生最大单位压力凡。
其余各点的单位压力p是按椭圆球规律分布的。
Hertz接触-有限元分析Hertz接触随着计算机技术的发展、有限元法的成熟以及大型有限元商业软件的面世,使得接触分析的数值算法成为可能。
研究生课程《摩擦学》习题及答案1.1摩擦学定义及其三个主要分支摩擦学是研究作相对运动的相互作用表面及其有关理论和实践的一门科学技术。
就其功能和机理而言,摩擦学可归纳为三个主要的学科分支:摩擦、磨损与润滑。
1.2简述摩擦理论学说摩擦学研究的对象很广泛,在机械工程中主要包括:动、静摩擦,零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击,机械制造工艺的摩擦学问题,弹性体摩擦。
摩擦学已由当初的摩擦、磨损与润滑三大研究内容扩展到摩擦、磨损、润滑和摩擦学设计四大领域。
基于目前的学科发展摩擦学的主要研究内容可归纳如下:特殊工况下的摩擦学研究纳米摩擦学的研究先进表面处理工艺的摩擦学特性研究摩擦学设计方法与数据共享技术的研究仿生摩擦学研究摩擦学系统监控技术的研究摩擦学问题的模拟计算和零件寿命评估摩擦学新材料研究2.1论述轮廉支承长度率曲线与轮廉表面微观的特征关系。
轮廊支承长度率曲线是描述轮廊表面微观几何形状特征最主要的表征形式之一。
由于轮廊支承长度率是无量纲值,此时支承曲线的形状与不平度的绝对高度无关,而是由不平度的形状和轮廓峰的分布性质决定的。
2.2表面湿润程度的表征方法及意义。
湿润现象反映了固体表面自由能、固-液界面自由能和吸附在固-液界面上的分子状态。
液体在固体上的湿润行为实质上是一种置换过程,最常见的过程是液体在固体表面置换空气,而湿润程度可用接触角表示。
接触角是工程中常用来度量湿润性和固-液黏结强度的重要指标,接触角越小,黏结功越大,湿润性越好。
2.3论述在载荷不变的前提下,实际接触面积与名义接触面积无关。
名义接触面积是接触表面的表观面积,,由接触物体的外部尺寸决定;实际接触面积是物体真实接触面积的总和。
实际接触面积仅为名义接触面积的很少一部分。
而实际接触面积的增加是依靠接触点数目的增加和每一接触尺寸的加大,且起主要作用的是接触点数目的增多。
假定两钢平面相接触,并施加载荷,这时微凸体顶部将发生塑性变形,直到各个微凸体顶部的实际接触面积足以承担载荷为止。
机械设计名词解释:1.机械零件的失效与破坏:答:零件失去设计所要求的效能(功能)2.名义载荷与计算载荷:答: 1)名义载荷:根据原动机额定功率(或阻力、阻力矩)计算出来的作用于机械零件上的载荷,一般用F表示力,用T表示力矩。
2)计算载荷:考虑机械零件在工作时有冲击、振动和由于各种因素引起的栽荷分布不均匀等,将名义载荷修正后用于零件计算的栽荷,以Fc ,Tc表示。
计算载荷与名义载荷的关系为:Fc = KFTc= KT式中,K为载荷系数,一般取K≥1。
3.工作应力与工作能力:答:1)工作应力:构件工作时,由载荷引起的应力2)工作能力:零件不发生失效时的安全工作限度4.可靠性和可靠度:答:1)可靠性:指零件在规定条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力 2)可靠度:可靠性的概率度量5.极限应力与许用应力:答:1)极限应力:材料能力承受的最大应力叫做材料的极限应力2)许用应力:用极限应力除以大于1的安全系数作为构件工作应力的最高限度6.油的黏性与油性:答:1)黏性:流体在运动状态下抵抗剪切变形速率能力的性质,称为粘滞性或简称黏性2)油性(润滑性):润滑性是指润滑油中极性分子与金属表面吸附形成一层边界油膜,以减少摩擦和磨损的性能。
7.摩擦和磨损:答:1)摩擦:当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时,在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力,这种力叫摩擦力。
接触面之间的这种现象或特性叫“摩擦”2)磨损:运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移8.物理吸附膜与化学吸附膜:答:1)物理吸附膜:润滑剂中脂肪酸的极性分子牢固地吸附在金属表面上形成物理吸附膜2)化学吸附膜:润滑剂中分子受化学键力作用而贴附在金属表面上所形成的吸附膜则称为化学吸附膜9.接触表面处的挤压强度与接触强度:答:1)挤压强度:是在挤压应力作用下抵抗破坏的能力称为挤压强度2)接触强度:是在接触应力作用下抵抗破坏(变形和断裂)的能力称为接触强度,包括接触静强度和接触疲劳强度10.有限寿命设计与无限寿命设计:答:1)有限寿命设计:以机器指定寿命为依据进行的设计2)无限寿命设计:以机器使用寿命无限长为依据所进行的设计11.设计机器时应满足哪些基本要求?设计零件时应满足哪些基本要求?答:1)使用功能要求;经济性要求;劳动保护和环境保护要求;寿命与可靠性的要求;其他专用要求2)避免在预定寿命期内失效的要求;结构工艺性要求;经济性要求;质量小的要求;可靠性要求12.简述机械零件的主要失效形式有哪些,主要计算准则有哪些。
制造工艺学问答题机械工艺学Sky出品(华理的学弟学妹们,膜拜你工件的安装和夹具1、定位、夹紧、安装定位:机械加工前,使工件在机床或夹具中占据某一正确位置的过程。
夹紧:工件定位后,采用一定机构将其夹紧,使其定位不受切削加工影响的过程。
安装:工件从定位到夹紧的整个过程。
2、何谓夹具?其作用是什么?夹具:在机械加工中,依据工件的加工要求,使工件相对机床、刀具占有正确位置,并能迅速、可靠地夹紧工件的机床附加装置,称为机床夹具,简称夹具。
3、试述六点定位原则。
工件在空间具有六个自由度,即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。
用适当分布的六个支承点(即定位元件)来限制工件的六个自由度的原则称为六点定位原则。
4、完全定位、不完全定位。
完全定位:工件的六个自由度被不重复地完全限制的定位。
不完全定位:允许少于六点的定位,即工件的六个自由度不全都被限制的定位。
5、过定位、欠定位。
过定位:工件上的某个自由度被限制了两次以上的定位。
欠定位:工件的定位支承点数少于所应限制的自由度数,从而使应该限制的自由度没有被限制的定位6、什么是基本支撑?有哪些类型,各种基本支撑的使用特点?基本支撑:用于限制工件的自由度,即真正具有独立定位作用的定位元件类型:固定支撑、可调支撑、自位支撑固定支承(装上夹具后,一般不再拆卸或调节)1、支承钉:特点:平头,用于光滑平面定位;圆头,因接触刚性差,夹紧后会代来较大的安装误差,所以一般用于未经机加工的平面定位;网纹顶面,与定位面的摩擦力较大,可阻碍工件的移动,加强定位稳定性,常用于粗糙表面的侧面定位。
2、支承板:特点:应用于工件平面较窄,很难用支承钉布置成支撑三角形;或工件刚度不足,夹紧力和切削力又不能恰好落在支承点上时。
可调支承用于工件上未经机械加工的表面,当毛坯的尺寸变化较大时,便于调节。
自位支承特点:每一个自位支承只相当于一个定位点,限制一个自由度,但由于增加了与工件接触点的数目,可减少工件的变形。
一、概述两个物体相互压紧时,在接触区附近产生的应力和变形,称为接触应力和接触变形。
接触应力和接触变形具有明显的局部性,随着离开接触处的距离增加而迅速减小。
材料在接触处的变形受到各方向的限制,接触区附近处在三向应力状态。
在齿轮、滚动轴承、凸轮和机车车轮等机械零件的强度计算中,接触应力具有重要意义。
接触问题最先是由赫兹(H、Hertz)解决的,他得出了两个接触体之间由于法向力引起接触表面的应力和变形,其他研究者先后研究了接触面下的应力和切向力引起的接触问题等。
通常的接触问题计算,是建立在以下假设基础上的,即1.接触区处于弹性应力状态。
2.接触面尺寸比物体接触点处的曲率半径小得多。
计算结果表明,接触面上的主应力大于接触面下的主应力,但最大切应力通常发生在接触面下某处由于接触应力具有高度局部性和三轴性,在固定接触状态下,实际应力强度可能很高而没有引起明显的损伤。
但接触应力往往具有周期性,可能引疲劳破坏、点蚀或表面剥落,因此,在确定接触许用应力时要考虑接触和线接触。
当用接触面上最大应力建立强度条件时,许用应力与接触类型有关,点接触的许用应力是线接触的许用应力的1.3~1.4倍。
二、弹性接触应力与变形1.符号说明E1,E2——两接触体的弹性模量v1,,v2——两接触体的泊松比a——接触椭圆的长半轴b——接触椭圆的短半轴k=b/a=cosθR1,R1’——物体1表面在接触点处的主曲率半径。
R1和R1所在的平面相互垂直。
若曲率中心位于物体内,则半径为正,若曲率中心位于物体外,则半径为负。
R2,R2’——同上,但属物体2的ψ——两接触体相应主曲率平面间的夹角k(z/b)=cotφ——接触表面下到Z轴上要计算应力的一点相对深度Z1——任一物体中从表面到Z轴产生最大切应力点的深度A、B——任意两表面上接触点附近相应点之间距离的椭圆方程系数2.接触表面上的应力与位移两个任意形状的物体接触于一点,如图2-5-1所示,在法向力P作用下两物体压紧后形成的接触表面为椭圆形,其长、短半轴分别为在接触面上的压应力大小按半椭形分布,最大压应力发生在接触面中心处,其值为两物体接触后相对位移以上式中系数α、β和λ见表2-5-1 α、β和λ系数。
接触应力和接触压力:
接触应力是指两个接触物体相互挤压时在接触区及其附近产生的应力。
这种现象在许多机械零件中尤为重要,例如滚动轴承、齿轮和凸轮等。
在这些零件中,接触应力常常是导致疲劳破坏、磨损和失效的主要原因。
接触压力的分布和大小对接触应力的计算至关重要。
当两个物体接触时,接触点或线在实际受力后会变成一个小接触面,通常呈椭圆形。
接触面上的压力分布遵循赫兹接触理论,即在接触面的中心处压力最大,并向边缘逐渐减小。
最大接触应力(也称为赫兹应力)可以通过特定的公式计算,这些公式考虑了材料的弹性模量、泊松比以及接触体的几何形状等因素。
在齿轮和滚动轴承的设计中,接触应力的计算尤为重要。
接触应力的增加与载荷的增加不成线性关系,而是与载荷的平方根或立方根成正比。
因此,在设计这些零件时,必须考虑接触强度,包括接触静强度和接触疲劳强度。
通过提高表面光洁度、添加润滑剂或采用适当的热处理工艺,可以有效提高接触强度,延长零件的使用寿命。
接触应力和接触压力的研究不仅限于静态情况,在滚动接触中,切应力的循环变化也会导致接触疲劳破坏。
这种破坏通常表现为接触表面下的小块金属剥落,形成麻点和凹坑,进而加剧零件的磨损和失效。
总之,接触应力和接触压力是机械设计中不可忽视的重要因
素。
通过深入理解其分布和计算方法,工程师们可以设计出更加可靠和耐用的机械零件。
接触变形与接触表面名义压强关系
在物理学中,接触变形是指由于外力的作用,物体表面产生的形变。
接触表面名义压强是指单位面积上受到的力的大小。接触变形与接
触表面名义压强之间存在着一定的关系,下面将从几个方面进行介
绍。
接触变形与接触表面名义压强之间的关系与物体的材料性质有关。
不同材料的物体在受力时会产生不同的变形,因此其接触表面的名
义压强也会有所不同。例如,对于金属材料来说,其具有良好的弹
性和塑性,当外力作用于金属表面时,金属会发生弹性变形和塑性
变形,从而使接触表面的名义压强分布不均匀,呈现出一定的变化
规律。而对于脆性材料来说,其弹性变形较小,当外力作用于脆性
材料表面时,容易产生破裂或断裂,因此其接触表面的名义压强较
高。
接触变形与接触表面名义压强之间的关系与外力的大小和方向有关。
当外力作用于物体表面时,如果外力的大小较小,物体的接触变形
也相对较小,接触表面的名义压强也较小;而当外力的大小较大时,
物体的接触变形较大,接触表面的名义压强也较大。此外,外力的
方向对接触变形和接触表面名义压强也有一定的影响。不同方向的
外力作用会引起物体表面不同方向的变形,从而导致接触表面的名
义压强分布不均匀。
接触变形与接触表面名义压强之间的关系与接触面积有关。当外力
作用于物体表面时,如果接触面积较大,外力分布在较大的接触面
上,从而减小了单位面积上受到的力的大小,接触表面的名义压强
也相对较小;而如果接触面积较小,外力集中在较小的接触面上,
单位面积上受到的力较大,接触表面的名义压强也相对较大。
接触变形与接触表面名义压强之间的关系还与表面粗糙度和表面间
的润滑情况有关。当接触表面粗糙度较大或润滑条件较差时,物体
在受力时容易产生局部的变形和滑动,从而导致接触表面的名义压
强分布不均匀;而当接触表面粗糙度较小或润滑条件较好时,物体
在受力时能够更加均匀地分布力,接触表面的名义压强也相对较均
匀。
接触变形与接触表面名义压强之间存在着一定的关系,这种关系与
物体的材料性质、外力的大小和方向、接触面积、表面粗糙度和表
面间的润滑情况等因素密切相关。深入研究这种关系对于了解物体
受力和变形的规律,以及优化接触表面设计和减小接触表面的名义
压强具有重要的理论和实际意义。希望本文的介绍能够增加对接触
变形与接触表面名义压强关系的理解。