前言

螺栓聯接是機床結構中應用最普遍的固定聯接之一，其中螺栓結合部直接影響著機床整機的靜、動態性能。螺栓結合部由螺栓頭結合面、螺紋結合面、被聯接的法蘭結合面及螺栓本身組成，這些組成部分相互作用、耦合，導致螺栓結合部特性非線性強，而且研究難度大，成為機床乃至機械結構系統中結合部研究的熱點之一。因此，研究螺栓結合部特性的變化規律，不僅可以為螺栓結合部的設計提供科學依據，而且對提升高檔數控機床的設計、制造、裝配工藝水平及整機性能具有重要意義。

盡管國內外學者從不同角度研究了螺栓結合部，但是目前仍然未完全解決整機性能解析中所關注的問題。例如，螺栓規格、預緊力、法蘭厚度在實際設計中應遵循什么樣的原則才能滿足設計需求，目前還缺乏理論支持。另外，目前采用商用有限元軟件系統分析整機系統中的螺栓結合部遇到了兩個主要問題，其一是商用軟件系統缺乏有效的結合部特性數據庫的支持，導致螺栓結合部特性計算誤差較大；其二是螺栓結合部的復雜性導致有限元網格難以劃分，要么計算難度大，要么因模型過于簡化而導致計算精度過低。作者針對目前螺栓結合部研究中所存在的問題撰寫了本書。

本書的編寫特色如下：

1）從影響結合面的主要因素入手，研究單位面積結合面的特性參數，通過試驗獲取了與螺栓結合部材料相關的結合面配對條件下的法向、切向靜態特性參數；設計了結合面法向動態剛度與阻尼的試驗裝置，并得到了不同面壓條件下阻尼和動剛度隨激振頻率變化的曲線。結合面法向特性試驗中有可能因加載不均勻而漏掉一段數據或避開試驗過程中因各種誤差的存在導致的個別不規律點，針對這些數據缺失問題，作者采用BP神經網絡對結合面進行數據挖掘，為通過數據擬合獲得結合面法向特性曲線提供保證。

2）建立了單元螺栓結合部的有限元分析模型，將結合面基礎特性參數以二次開發的形式賦予結合面，并分析了不同螺栓規格下法蘭厚度、預緊力對螺栓結合面變形的影響規律。得出了M12螺栓在法蘭厚度達到20mm及M16、M20螺栓在法蘭厚度達到30mm時，法蘭結合面的變形變化不大的結論。通過對螺栓頭結合面的分析，得到了當法蘭厚度達到30mm時3個規格螺栓頭的變形分布變化不大的結論。

3）建立了考慮螺栓頭結合面變形和螺紋結合面變形耦合的多螺栓結合部剛度解析模型，給出了單元螺栓結合部的四節點彈簧單元等效模型及六節點等效模型。開發了試驗驗證裝置，驗證了該單元螺栓結合部的等效處理方法的有效性，為目前機床整機有限元建模分析中螺栓結合部的有效處理提供了方法。

4）設計了螺栓預緊力測試試驗裝置，根據試驗結果能方便擬合出螺栓扳手力矩與預緊力之間的函數關系。

5）研究了螺栓結合部的動態特性，建立了可以考慮剛度和阻尼特性的螺栓結合部的各向異性的虛擬材料等效處理模型，通過搭建的含有多螺栓結合部的梁結構試驗件系統，試驗驗證了所建立模型的可行性。

由于編者水平有限，書中難免會出現疏漏和不妥之處，歡迎廣大讀者提出寶貴意見。