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1、過盈配合的有限元分析工程力學系張晨朝20803001過盈配合的有限元分析摘要:在工程應用中,利用接觸有限元法建立了內軸與外套過盈配合的有限元力學模型來判斷結構設計是否符合要求。針對內軸和外套的過盈配合狀態(tài)，采用大型通用有限元ANSYS軟件對組合模具進行了有限元分析,得出了內軸與外套在過盈配合狀態(tài)下的應力分布規(guī)律及接觸面壓力分布狀況,找到了應力集中位置和大小。結論表明結構配合尺寸設計沒有使結構產生變形,該結構完全符合產品的設計要求。關鍵詞:過盈配合;ANSYSAbstract:Intheprojectapplication,inordertojudgewh
2、etherthestructuraldesignmeetstherequirement,thefiniteelementandmechanicalmodeloftheinterferencejointbetweeninsideliningandoutsidewrapisestablishedbyusedcontact-finite-elementmethods.Aimedatconditionoftheinterferencejointbetweeninsideliningandoutsidewrap,wecarryonthefiniteelementa
3、nalysisbasedonANSYSandattainthestressdistributionininterferencejoint;thepressuredistributionincontactfaceandthelocationandthesizeofstressconcentration.Itisconcludedthatthestructureinterferencejointsizeofcombineddiedonotmakethemoldhavedistortionandthecombineddiecompletelymeetsthep
4、roductdesignrequirement.Keywords:interferencejoint;ANSYS1引言過盈配合[1]是機械工業(yè)中一種常見的零部件組裝方式,齒輪、軸承以及火車車輪等與其裝配軸之間的配合大多采用過盈配合。在工作外載荷作用下,能產生足夠的摩擦力,以保證配合件之間不發(fā)生任何相對的滑動,同時接觸應力又不過大,裝配件能正常工作。因此,研究配合面之間的接觸應力分布規(guī)律是十分重要的。機械設備中常用到軸與孔的配合[2]，為保護機體(如機架、箱體等)在設備運轉中不受磨損,通常壓裝軸套,由軸套與軸配合。設備運轉[3]一定周期軸套磨損后更換軸套即
5、可恢復軸孔原尺寸。軸套的外徑與機體通常采用靜配合,而軸套內徑則與軸保持不同精度的動配合。在機械設計中一般都只標出軸套內外徑的尺寸及公差,以此來保證裝配后形成要求的配合。由于軸套與機體[4]采用過盈配合,其過盈量(D)形成軸套與機體的裝配應力,在這種裝配應力的作用下,軸套內徑將產生一定的收縮量(△),顯然,軸套的收縮量(△)與軸套壓入機體時的過盈量(D)密切相關,也與軸套和機體的幾何尺寸,即兩者的壁厚系數(shù)及各自材料性能相關。由于軸套的內孔收縮改變了原來的尺寸,也就改變了內孔與軸的配合關系,以致達不到原來的設計要求,容易出現(xiàn)間隙過小,有時甚至試車溫度升高而抱
6、軸,嚴重時會出現(xiàn)軸孔小于軸而不能裝配的現(xiàn)象。2軸套裝配收縮量的理論計算工程力學中,一般將外徑與內徑之比值之大于1.1的圓筒視為厚壁圓筒,其比值為壁厚系數(shù)。在機械零件中,前述機體件之比值分布在1.1～1.5,均屬厚壁圓筒,軸套類零件之比值大致分布在1.05～1.35之間。據此,可將軸套壓入機體形成的結構簡化為兩端開口的厚壁圓筒中過盈配合組合圓筒問題。將銅套鑲入座孔在機械裝配中經常遇到。過盈配合的銅套直接按圖紙加工鑲入座孔時,銅套對座孔為過盈配合,常溫下壓入或打入,內孔就收縮,改變了原來間隙配合的性質,只能重新鉸孔或鏜孔,才能達到孔尺寸公差要求。為保證套孔和
7、軸的間隙配合,其內孔尺寸公差確定至關重要。2.1計算原理過盈配合的銅套內徑加工尺寸的計算[5]依據有四點:(1)銅套在常溫下鑲入座孔后,其金屬密度變化不大,可以略去不計。(2)孔座一般采用鑄鐵或鋼件制造,且結構剛性較好,其變形量可不考慮。(3)銅套在被鑲入座孔后,其軸向尺寸基本不變(銅套軸向尺寸較長,座孔擠壓銅套軸向尺寸的影響可忽略不計)。(4)只有銅套內徑產生徑向收縮。因此,根據塑性力學中的體積不變原則可知,銅套鑲入座孔前后橫截面面積應相等。2.2計算過程[6]如右圖所示,設D為銅套的外徑,ΔD為銅套外徑與座孔配合的最大過盈量,d為銅套內徑;Δd為銅套
8、鑲入座孔后銅套內徑的收縮量。根據以上原則可得到下述公式:Δd=D/d*（ΔD-Δ
