自然热电偶的动态特性研究

          自然热电偶其电势的大小与影响参数由Pillter效应数学表达式表示:

　　当两种金属材料紧密接触且做相对运动时,接触区会因摩擦生热,进而会导致接触区的温度上升。其接触区温度变化的大小除了与接触材料的摩擦特性相关外,还直接与接触压力和相对运动速度相关。因此,上述的温度变化反映着接触区的压力状态和相对运动速度的大小。

　　因为接触热电势正比于接触区的温度,故接触区的压力状态和相对运动速度可由接触热电势来表征。基于上述的分析,可以提出如下设想:摩擦副的受力状态和运动状态可由其接触热电势来描述。如果上述设想成立,无疑会为摩擦副的状态测试提供一条新途径。然而,接触热电势能够描述摩擦副的必要条件是:接触热电势要有良好的动态特性。人们担心的是接触热电势的时间历程无法描述较高频率成分的运动、动力波形。

　　热波的生成与测试原理

　　要证明接触热电势能否很好地描述摩擦副的动力与运动波形,即自然热电偶是否具有较好的动态特性,则必须能够获得作用于接触区的较高频热波,然后通过动态测试与信号分析的方法加以研究。获得较高频热波并将其直接作用于接触区是很困难的,为此,我们将金属切削加工中的振动现象引入本研究过程,不仅解决了上述困难,而且简便、易行。

　　1.热波的生成

　　在特定的切削条件下就会发生耦合型颤振。其原理如图1所示,设刀架系统的质量为集中质量m,分别由刚度系数为k1和k2的两根相互垂直的弹簧支撑,且k1 系统的刚度主轴,X1与加工表面法线Y的夹角为α。由于动态切削力P的作用,使振动系统同时在X1和X2两个方向上振动。系统在Y方向和Z方向的振动响应可表示为:

　　依据式(3)、(4)分析可知,Es中含有频率为ω的谐波成分,且为主频率成分。

　　综上所述:较高频热波可通过人为产生耦合型颤振方式来获得。

　　2.测试原理和方法

　　描述信号动态特性的特征量是其波动的幅值、频率与相位。由上述可知热电势Es与刀具振动信号含有同频率谐波分量。因此,可以通过改变振动频率的方法来研究自然热电偶的动态特性。其方法如下:

　　1)拾取刀具振动信号并作自谱分析,以确定其主振频率,从而确定接触热电势信号的主频率成分。

　　2)测取热电势信号,对其作自谱分析,验证振动信号与热电势信号是否具有相同的主频率成分。

　　3)同时测取上述两信号,对其作互谱分析,以确定两信号间的相位关系。