過盈配合的有限元分析

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1、過盈配合的有限元分析工程力學(xué)系張晨朝20803001過盈配合的有限元分析摘要:在工程應(yīng)用中,利用接觸有限元法建立了內(nèi)軸與外套過盈配合的有限元力學(xué)模型來判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合要求。針對內(nèi)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(jìn)行了有限元分析,得出了內(nèi)軸與外套在過盈配合狀態(tài)下的應(yīng)力分布規(guī)律及接觸面壓力分布狀況,找到了應(yīng)力集中位置和大小。結(jié)論表明結(jié)構(gòu)配合尺寸設(shè)計(jì)沒有使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形,該結(jié)構(gòu)完全符合產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。關(guān)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(jī)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(chǎn)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(shí)接觸應(yīng)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(yīng)力分布規(guī)律是十分重要的。機(jī)械設(shè)備中常用到軸與孔的配合[2]，為保護(hù)機(jī)體(如機(jī)架、箱體等)在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中不受磨損,通常壓裝軸套,由軸套與軸配合。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)[3]一定周期軸套磨損后更換軸套即

5、可恢復(fù)軸孔原尺寸。軸套的外徑與機(jī)體通常采用靜配合,而軸套內(nèi)徑則與軸保持不同精度的動配合。在機(jī)械設(shè)計(jì)中一般都只標(biāo)出軸套內(nèi)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(jī)體[4]采用過盈配合,其過盈量(D)形成軸套與機(jī)體的裝配應(yīng)力,在這種裝配應(yīng)力的作用下,軸套內(nèi)徑將產(chǎn)生一定的收縮量(△),顯然,軸套的收縮量(△)與軸套壓入機(jī)體時(shí)的過盈量(D)密切相關(guān),也與軸套和機(jī)體的幾何尺寸,即兩者的壁厚系數(shù)及各自材料性能相關(guān)。由于軸套的內(nèi)孔收縮改變了原來的尺寸,也就改變了內(nèi)孔與軸的配合關(guān)系,以致達(dá)不到原來的設(shè)計(jì)要求,容易出現(xiàn)間隙過小,有時(shí)甚至試車溫度升高而抱

6、軸,嚴(yán)重時(shí)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(jì)算工程力學(xué)中,一般將外徑與內(nèi)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(jī)械零件中,前述機(jī)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(jù)此,可將軸套壓入機(jī)體形成的結(jié)構(gòu)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?cè)胱自跈C(jī)械裝配中經(jīng)常遇到。過盈配合的銅套直接按圖紙加工鑲?cè)胱讜r(shí),銅套對座孔為過盈配合,常溫下壓入或打入,內(nèi)孔就收縮,改變了原來間隙配合的性質(zhì),只能重新鉸孔或鏜孔,才能達(dá)到孔尺寸公差要求。為保證套孔和

7、軸的間隙配合,其內(nèi)孔尺寸公差確定至關(guān)重要。2.1計(jì)算原理過盈配合的銅套內(nèi)徑加工尺寸的計(jì)算[5]依據(jù)有四點(diǎn):(1)銅套在常溫下鑲?cè)胱缀?其金屬密度變化不大,可以略去不計(jì)。(2)孔座一般采用鑄鐵或鋼件制造,且結(jié)構(gòu)剛性較好,其變形量可不考慮。(3)銅套在被鑲?cè)胱缀?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(jì))。(4)只有銅套內(nèi)徑產(chǎn)生徑向收縮。因此,根據(jù)塑性力學(xué)中的體積不變原則可知,銅套鑲?cè)胱浊昂髾M截面面積應(yīng)相等。2.2計(jì)算過程[6]如右圖所示,設(shè)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(nèi)徑;Δd為銅套

8、鑲?cè)胱缀筱~套內(nèi)徑的收縮量。根據(jù)以上原則可得到下述公式:Δd=D/d*（ΔD-Δ