前言

螺栓联接是机床结构中应用最普遍的固定联接之一，其中螺栓结合部直接影响着机床整机的静、动态性能。螺栓结合部由螺栓头结合面、螺纹结合面、被联接的法兰结合面及螺栓本身组成，这些组成部分相互作用、耦合，导致螺栓结合部特性非线性强，而且研究难度大，成为机床乃至机械结构系统中结合部研究的热点之一。因此，研究螺栓结合部特性的变化规律，不仅可以为螺栓结合部的设计提供科学依据，而且对提升高档数控机床的设计、制造、装配工艺水平及整机性能具有重要意义。

尽管国内外学者从不同角度研究了螺栓结合部，但是目前仍然未完全解决整机性能解析中所关注的问题。例如，螺栓规格、预紧力、法兰厚度在实际设计中应遵循什么样的原则才能满足设计需求，目前还缺乏理论支持。另外，目前采用商用有限元软件系统分析整机系统中的螺栓结合部遇到了两个主要问题，其一是商用软件系统缺乏有效的结合部特性数据库的支持，导致螺栓结合部特性计算误差较大；其二是螺栓结合部的复杂性导致有限元网格难以划分，要么计算难度大，要么因模型过于简化而导致计算精度过低。作者针对目前螺栓结合部研究中所存在的问题撰写了本书。

本书的编写特色如下：

1）从影响结合面的主要因素入手，研究单位面积结合面的特性参数，通过试验获取了与螺栓结合部材料相关的结合面配对条件下的法向、切向静态特性参数；设计了结合面法向动态刚度与阻尼的试验装置，并得到了不同面压条件下阻尼和动刚度随激振频率变化的曲线。结合面法向特性试验中有可能因加载不均匀而漏掉一段数据或避开试验过程中因各种误差的存在导致的个别不规律点，针对这些数据缺失问题，作者采用BP神经网络对结合面进行数据挖掘，为通过数据拟合获得结合面法向特性曲线提供保证。

2）建立了单元螺栓结合部的有限元分析模型，将结合面基础特性参数以二次开发的形式赋予结合面，并分析了不同螺栓规格下法兰厚度、预紧力对螺栓结合面变形的影响规律。得出了M12螺栓在法兰厚度达到20mm及M16、M20螺栓在法兰厚度达到30mm时，法兰结合面的变形变化不大的结论。通过对螺栓头结合面的分析，得到了当法兰厚度达到30mm时3个规格螺栓头的变形分布变化不大的结论。

3）建立了考虑螺栓头结合面变形和螺纹结合面变形耦合的多螺栓结合部刚度解析模型，给出了单元螺栓结合部的四节点弹簧单元等效模型及六节点等效模型。开发了试验验证装置，验证了该单元螺栓结合部的等效处理方法的有效性，为目前机床整机有限元建模分析中螺栓结合部的有效处理提供了方法。

4）设计了螺栓预紧力测试试验装置，根据试验结果能方便拟合出螺栓扳手力矩与预紧力之间的函数关系。

5）研究了螺栓结合部的动态特性，建立了可以考虑刚度和阻尼特性的螺栓结合部的各向异性的虚拟材料等效处理模型，通过搭建的含有多螺栓结合部的梁结构试验件系统，试验验证了所建立模型的可行性。

由于编者水平有限，书中难免会出现疏漏和不妥之处，欢迎广大读者提出宝贵意见。