解析机械结构预应力坎合连接的原理

【摘 要】本文针对重型机械中大型零件的制造、加工、运输的问题，提出了预应力坎合连接的方法。指出了预应力坎合连接与普通机械加工摩擦的区别，从仿生学的原理揭示多峰坎合连接的原理。通过预应力坎合原理加工的元件具有一定的承载力。文章提出了三种预应力坎合方式的连接方法。通过实验表明在预应力的作用下可以有效的提高零件的抗错移能力。本文介绍了预应力坎合连接在实际中的应用。

【关键词】预应力；坎合连接；机械结构

在重型机械领域中，大型零件净重可以达到数百吨，甚至更大。零部件的生产水平是市场核心竞争力的一种表现，是国家实力一种象征。用传统的制作方法锻造出来的零件承载能力比较低。而且质量有一定的风险，在加工零件的过程中产生成本比较低。在运输中也存在一定的难度。采用坎合的制造理念可以很好的解决这些问题，剖分后的连接问题时制造中的关键。因此找到正确的连接方法是制造中的核心问题。

一些著名的专家提出了应用预应力坎合间接方法来解决剖分后的连接问题，文章对这种方法进行了研究，阐述了预应力与机械连接方式的与普通连接方式的区别。从仿生学的角度分析了多峰坎合的结构原理，并通过坎合系数的实验进行分析，为实际应用提供理论基础。

1 预应力坎合连接

预应力坎合连接能够提高零件抗错移能力，这种连接方式可以通过多峰结构互联嵌入实现。小尺度多峰结构抗错移的能力是有限的。在机械加工中运用的比较少，这种方式是普通的机械的表面摩擦力。大尺度多峰结构嵌入的结构就是所谓的机械抗剪结构。可以产生很大的抗错移能力。预应力比较集中，在超负荷的情况下容易产生裂纹对零件产生破坏作用。在零件的设计过程中要采用多封的设计结构。这种设计结构在承受错移的时候，可将单个较大预应力分散成较少的集中区，提高机械的承载能力，通过合理的设计，可以增加零件的抗错移能力，满足工程的需要。

2 多峰结构的仿生学原理

在自然界中有很多东西都是采用嵌入式的结构。如蔓藤植物的生长过程。可以准确地复制一个表面轮廓。使植物表面和其他表面粘附在一起促使植物形成钩状组织。自然界中的例子数不胜数。动植物的表面的粘附结构也是一种多峰坎合结构，铆钉或其他产生机械阻碍的形状与宏观中的机械结构有着惊人的相似。在实际应用也是基于这种原理制造的。

图1 各种生物多峰结构示意图

由以上分析可知，多峰结构是生物界普遍存在的结构，具有如下特征：（1）峰结构尺度小；（2）结构适应性强；（3）在垂直接触面和平行接触面都要有坎合结构

3 预应力坎合连接的实施方式

在机械连接中运用多峰结构要考虑到三个特征：压预应力场、坎合接触表面、中间过渡层。预应力坎合的间接方式直接多峰坎合连接、压印式和过渡式坎合方式。直接式多峰坎合结构是指在接触表面上如图二设计多峰结构，并如图3所示的多峰嵌入方法，这种结构的缺点是对加工的精确类没有严格的要求，没有一定的适应性。在进行结构加工时，很能进行嵌入式设计，没有一定的坎合效果。在工程上应用比较困难。

压印式多峰坎合结构是指没有一定的接触面在预应力的作用下，使多峰结构和零件表面互相没有接触，进入形成嵌入式结构。这种方法没有能解决适应性的问题。对定位的要求不是很严格，会导致多峰表面发生较大的塑性变形，嵌入的深度就会受到较大影响，从一定程度上影响坎合效果。

图2 圆柱与平面接触受力示意图

过渡板压印式多峰结构是解决嵌入深度的问题，导致坎合能力下降发生问题。在多峰结构中加入过渡平板，可以实现坎合连接。多过渡板不仅可以解决多峰坎合中有互相嵌入和接触的应力问题，而且要注意过渡板和坎合结构是不同的，这样可以增加材料选择的自由度。使用这种方法要注意板料与多峰产生化学腐蚀。

图3 不同多封坎合方式示意图

4 预应力坎合连接的实施方式

在机械的连接的运用多峰坎合结构要考虑到三个因素：预压应力场、坎合接触表面、中间过渡层。预应力多峰坎合的连接方式有直接多峰的连接方式和过渡压板压印坎合方式。其中多峰坎合结构是在接触的表面进行多峰式的结构，在表面层进行多峰镶嵌如图3所示。这种结构的缺点是对加工的精读没有严格的要求，没有很好的适应性。在加工的过程中装配的精度不够。从而失去坎合的效果，在加工中有一定的难度。

压印式多峰结构是指在接触表面设置多峰结构如图3 b所示，在预应力的作用下，使多峰和平面进行接触，形成嵌入的模式。这种方法能够很好的解决适应性的问题，而且对定位的要求不是特别严格。会导致平面的变形比较大，会影响到坎合的效果。

5 结束语

多峰坎合技术本质就是多封结构在部件的接触表面形成嵌入式从而产生抗错移能力，它具有一定的仿生学原理。而在预应力坎合连接的过程中要保证材料有一定的可塑性。当接触面较大时，提高有效提高材料的抗错移的能力。预应力多封连接方式在电石厂中应用。错移阻力的大小取决于多封的嵌入的深度，材料的硬度等。

参考文献：

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