前言

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

盡管國內(nèi)外學(xué)者從不同角度研究了螺栓結(jié)合部，但是目前仍然未完全解決整機性能解析中所關(guān)注的問題。例如，螺栓規(guī)格、預(yù)緊力、法蘭厚度在實際設(shè)計中應(yīng)遵循什么樣的原則才能滿足設(shè)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(tǒng)分析整機系統(tǒng)中的螺栓結(jié)合部遇到了兩個主要問題，其一是商用軟件系統(tǒng)缺乏有效的結(jié)合部特性數(shù)據(jù)庫的支持，導(dǎo)致螺栓結(jié)合部特性計算誤差較大；其二是螺栓結(jié)合部的復(fù)雜性導(dǎo)致有限元網(wǎng)格難以劃分，要么計算難度大，要么因模型過于簡化而導(dǎo)致計算精度過低。作者針對目前螺栓結(jié)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(jié)合面的主要因素入手，研究單位面積結(jié)合面的特性參數(shù)，通過試驗獲取了與螺栓結(jié)合部材料相關(guān)的結(jié)合面配對條件下的法向、切向靜態(tài)特性參數(shù)；設(shè)計了結(jié)合面法向動態(tài)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(jié)合面法向特性試驗中有可能因加載不均勻而漏掉一段數(shù)據(jù)或避開試驗過程中因各種誤差的存在導(dǎo)致的個別不規(guī)律點，針對這些數(shù)據(jù)缺失問題，作者采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對結(jié)合面進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，為通過數(shù)據(jù)擬合獲得結(jié)合面法向特性曲線提供保證。

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

3）建立了考慮螺栓頭結(jié)合面變形和螺紋結(jié)合面變形耦合的多螺栓結(jié)合部剛度解析模型，給出了單元螺栓結(jié)合部的四節(jié)點彈簧單元等效模型及六節(jié)點等效模型。開發(fā)了試驗驗證裝置，驗證了該單元螺栓結(jié)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(jié)合部的有效處理提供了方法。

4）設(shè)計了螺栓預(yù)緊力測試試驗裝置，根據(jù)試驗結(jié)果能方便擬合出螺栓扳手力矩與預(yù)緊力之間的函數(shù)關(guān)系。

5）研究了螺栓結(jié)合部的動態(tài)特性，建立了可以考慮剛度和阻尼特性的螺栓結(jié)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(jié)合部的梁結(jié)構(gòu)試驗件系統(tǒng)，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(xiàn)疏漏和不妥之處，歡迎廣大讀者提出寶貴意見。