技術特征：

1.一種針對雙面鎖緊刀柄-主軸在高轉速條件下的結合部剛度分析方法，該方法采用結合三維分形微觀接觸剛度建模理論與有限元靜力分析的方法，對高轉速條件下的雙面鎖緊刀柄-主軸系統(tǒng)結合部扭轉與徑向剛度建模，并加以分析，從而揭示不同轉速、拉刀力、碟簧剛度及碟簧預緊力工藝參數(shù)對結合部剛度的影響趨勢；

其特征在于：

S1、同時考慮彈塑性變形與域拓展因子的影響，得到了精確的三維分形理論，并基于該理論建立了接觸法向與切向剛度模型；

S2、對雙面鎖緊刀柄-主軸系統(tǒng)三維幾何模型，并添加接觸單元，進行有限元靜力分析，提取雙結合面各節(jié)點壓強值，通過乘以網(wǎng)格面積獲得各節(jié)點所在局部區(qū)域的結合面壓力值；

S3、基于三維分形理論，以節(jié)點局部區(qū)域結合面壓力值作為輸入計算各節(jié)點對應的結合面接觸法向與切向剛度值；

S4、建立各節(jié)點對應法向剛度、切向剛度與雙結合面扭轉剛度、徑向剛度的轉換模型，計算出結合部扭轉與徑向剛度值；

S5、通過求取不同轉速及高轉速條件下不同拉刀力、碟簧預緊力、碟簧剛度對應的結合部剛度值，揭示了轉速、拉刀力、碟簧剛度與碟簧預緊力對結合部剛度的影響趨勢。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種針對雙面鎖緊刀柄-主軸在高轉速條件下的結合部剛度分析方法，其特征在于：

步驟(1)建立三維法向及切向剛度模型；

基于M-B分形理論，結合赫茲理論，同時考慮彈塑性變形和域拓展因子ψ，通過對處于不同變形區(qū)域的單個微凸體法向載荷進行積分可得到總彈性法向載荷、彈塑性法向載荷及總塑性法向載荷分別如下：

$F_e=\left\{\begin{array}{cc}\frac{2^{(11-2D)/2}}{3{\mathrm{\π}}^{(4-D)/2}}\·\frac{D-1}{5-2D}{\left(ln\mathrm{\γ}\right)}^{1/2}{G}^{(D-2)}{\mathrm{E\ψ}}^{(3-D)/2}{a}_l^{(D-1)/2}(a_l^{(5-2D)/2}-a_{1c}^{(5-2D)/2})& \left(D\overline{)=}2.5\right)\\ 2{\mathrm{\π}}^{-3/4}{\left(1n\mathrm{\γ}\right)}^{1/2}{G}^{1/2}{\mathrm{E\ψ}}^{1/4}{a}_l^{3/4}ln\left(\frac{a_l}{a_{1c}}\right)(D=2.5)& \end{array}\right.$

$F_{ep}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{H_{G2}(D-1){\mathrm{\ψ}}^{(3-D)/2}{a}_l^{\′(D-1)/2}}{2(2.26-0.88D)}\·(a_{1c}^{\′(2.26-0.88D)}-a_{2c}^{\′(2.26-0.88D)})& D\≠113/44\\ \frac{69}{88}{H}_{G2}{\mathrm{\ψ}}^{19/88}{a}_l^{\′69/88}ln\left(\frac{a_{1c}^{\′}}{a_{2c}^{\′}}\right)& D=113/44\end{array}\right.$

$F_p=\frac{H(D-1)a_l^{\′(D-1)/2}}{3-D}{\mathrm{\ψ}}^{(3-D)/2}{a_{2c}^{\′}}^{(3-D)/2}$

其中H_G1,H_G2均為與材料屬性及結合面分形參數(shù)相關的系數(shù)，

H為較軟材料的硬度，H＝2.8Y，Y為屈服強度值；k為與泊松比相關的參數(shù)，k＝0.454+0.41ν；a′_1c,a′_2c分別為彈性、彈塑性及塑性變形間臨界橫截面積；

則結合面總法向載荷可表示為F＝F_e+F_ep+F_p；

法向剛度建模中，在彈性變形與彈塑性變形區(qū)域法向接觸剛度分別為：

$K_{ne}=\frac{2\sqrt{2}E(4-D)(D-1)}{3\sqrt{\mathrm{\π}}(3-D)(2-D)}{\mathrm{\ψ}}^{(3-D)/2}{a_l}^{\′(D-1)/2}({a_l}^{\′(2-D)/2}-{a_{1c}}^{\′(2-D)/2})$

$k_{nep}=\frac{{\mathrm{df}}_{ep}/{\mathrm{da}}^{\′}}{d\mathrm{\δ}/{\mathrm{da}}^{\′}}=\frac{H_{G2}{\mathrm{\π}}^{(3-D)/2}(1.76-0.38D)}{2^{3-D}{G}^{(D-2)}{\left(\ln \mathrm{\γ}\right)}^{1/2}(3-D)}{a}^{\′(0.26+0.12D)}$

切向剛度建模中，在彈性變形與彈塑性變形區(qū)域切向接觸剛度分別為：

$K_{te}=\frac{4G^{\′}(D-1)}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{\mathrm{\ψ}}^{(3-D)/2}{a}_l^{\′(D-1)/2}{\∫}_{a_{1c}^{\′}}^{{a_l}^{\′}}{a}^{\′(-D/2)}{(1-H_1{a}^{\′(D-2)/2})}^{1/3}{\mathrm{da}}^{\′}$

$K_{tep}=\frac{8G^{\′}(D-1)}{\sqrt{\mathrm{\π}}{H_{G2}}^{1/2}}{\mathrm{\ψ}}^{(3-D)/2}{a}_l^{\′(D-1)/2}{\∫}_{a_{1c}^{\′}}^{{a_l}^{\′}}{a}^{\′(-D/2)}{(1-H_2{a}^{\′(0.44-0.22D)})}^{1/3}{\mathrm{da}}^{\′}$

式中G'為結合部等效剪切模量，1/G'＝(2-ν₁)/G₁+(2-ν₂)/G₂；H₁,H₂通過公式得到；

綜上，結合面法向與切向總接觸剛度分別為：K_n＝K_ne+K_nep，K_t＝K_te+K_tep；

步驟(2)有限元靜力分析；

對雙面鎖緊刀柄-主軸系統(tǒng)建立三維幾何模型，通過采用TARGE目標單元與CONTAC接觸單元建立雙結合面接觸對，采用映射方式對雙面雙面刀柄劃分網(wǎng)格，對主軸進行軸向固定約束，在刀柄小端施加拉刀力，對系統(tǒng)整體施加轉速約束，進行靜力分析；在分析結果中分別提取錐面結合面和端面結合面上的節(jié)點壓強值，并計算在各節(jié)點所在網(wǎng)格所在局部區(qū)域結合面壓力值；

步驟(3)計算雙結合面上各節(jié)點對應的等效法向與切向剛度；

將錐面與端面結合面節(jié)點所在部分壓力值代入結合面分形法向與切向剛度模型中，計算雙結合面上各節(jié)點所對應的等效法向及切向剛度值；

步驟(4)計算結合部徑向與扭轉剛度；

由于錐形結合面和端面結合面均為旋轉對稱面，因此分別建立沿y方向的徑向剛度及繞y軸的扭轉剛度模型如下：

$K_{TT}=K_{TT1}+K_{TT2}=\underset{i=1}{\overset{n_T}{\Σ}}(K_{ni}^T\·cos\mathrm{\α}+K_{ti}^T\·sin\mathrm{\α})\·{\mathrm{cos\θ}}_i+\underset{j=1}{\overset{n_E}{\Σ}}{K}_{tj}^E$

$K_{RR}=K_{RR1}+K_{RR2}=\underset{i=1}{\overset{n_T}{\Σ}}\[(K_{ni}^T\·\sin \mathrm{\α}+K_{ti}^T\·\cos \mathrm{\α})\·r_i^T\]+\underset{j=1}{\overset{n_E}{\Σ}}{K}_{nj}^E\·r_j^E$

式中n_T，n_E分別為錐面接觸面和端面接觸面節(jié)點數(shù)目；分別為錐面結合面節(jié)點法向剛度和切向剛度；分別為端面結合面法向剛度與切向剛度；θ為接觸面節(jié)點位置角度；r_i^T,分別為錐面結合面和端面結合面節(jié)點與x軸間的距離；

步驟(5)揭示轉速與拉刀力對結合部剛度的影響；

計算不同轉速條件下結合部扭轉與徑向剛度值，揭示轉速對結合部剛度的影響趨勢。