過盈配合產生的接觸壓力和拔出力計算

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1、第1期(總第164期)機械工程與自動化No.12011年2月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONFeb.文章編號:1672-6413(2011)01-0195-03過盈配合產生的接觸壓力和拔出力計算12張敬佩,李初曄(1.北京航天時代激光導航技術有限責任公司,北京100143;2.中國航空工業(yè)北京航空制造工程研究所,北京100024)摘要:在ANSYS有限元分析平臺詳細計算了工程中常見的軸與套過盈配合引起的接觸壓力和拔出力,通過參數(shù)綜合,以CAE技術作為實驗工具總結出過盈力與設計參數(shù)之間的關系方程,實際驗證表明計

2、算結果與真實值之間有較好的一致性。關鍵詞:ANSYS;過盈配合;接觸中圖分類號:TB115∶TP391.7文獻標識碼:B1計算問題描述2過盈拔出力理論計算如圖1所示,軸和套通過過盈配合冷裝在一設軸拔出的位移量為VS,當VS

3、間平均接觸壓力為p0,則拔出力F為:F=p0S。?????????????(1)圖2為過盈配合中軸與套的應力分布,圖3為過盈配合后軸與套接觸面的形狀(變形放大圖)。圖2過盈配合中軸與套的應力分布圖1過盈配合示例圖從圖3中看出,過盈配合后軸與套接觸面不再是過盈配合后,最終軸徑D1要收縮到D1′,套內徑光滑的,而是由交替凹槽和凸起條組成。一般取軸的D3要擴張到D3′,根據位移協(xié)調關系D1′=D3′,因此推導出D1單邊收縮量與D3單邊擴張量之和等于單邊過平均單邊收縮量為D1-D1′=0.029mm,套的平均單2D3′D1′D1-D3盈量。由-=

4、0,兩邊同加單邊過盈量,D3′-D3222邊擴張量為=0.021mm,兩者之和為2整理后得:0.05mm,等于單邊過盈量。有限元建模分析時套的外D1-D1′D3′-D3D1-D3+=。表面固定,由于套的擴張受到外表面約束的限制,因222此套的變形小些,關于軸收縮和套擴張量之間的比例D1-D1′D3′-D3其中:為D1的單邊收縮量;為D3的關系,剛性弱者收縮(或擴張)量大一些[1,2]。下面將分22單邊擴張量。析套外表面自由的情形。收稿日期:2010-07-13;修回日期:2010-08-30作者簡介:張敬佩(1975-),女,河北深州人,工

5、程師,碩士,主要從事慣導系統(tǒng)轉動調制裝置的研究?!?96·機械工程與自動化2011年第1期3過盈力與設計參數(shù)之間的關系理得:影響過盈力大小的設計參數(shù)有:過盈量e、摩擦系D3HF=k0e。????????(7)數(shù)、套外徑D2、套高度H、套內徑D3。通過ANSYSD2-D3對參數(shù)進行多方案分析,總結出過盈力的通用計算表D3達式。根據式(7),拔出力還與套高度H、成正D2-D3比,通過有限元分析也證明了這兩種關系的存在。表2最大拔出力與套外徑D2的關系套外徑D2(mm)最大拔出力F(N)140143000160129000180118000

6、200110000220105000圖3過盈配合后軸與套接觸面的形狀(變形放大圖)350885903.1過盈力與過盈量、摩擦系數(shù)之間的關系3.3比例常數(shù)k0的確定表1的有限元計算表明,最大拔出力與過盈量、摩為得到常數(shù)k0的較準確值,將多組數(shù)據代入式擦系數(shù)均成正比,因此接觸面間平均壓力p0與過盈量(7),得到一組比例常數(shù)k0,見表3。關系可以寫成:表3比例系數(shù)k0的確定p0=ke。??????????????(2)eD2D3HFk0其中:k為比例常數(shù)。將式(2)代入式(1),得到拔出力mmmmmmmmNF:0.10.114010050560

7、000225560.050.052001005011000028025F=p0S=keS。??????????(3)0.050.31401005081000021769本計算模型D2=140mm,D3=100mm,H=20.050.0514080501110002730050mm,因此接觸面積S=D3H=15700mm,將e=0.050.051409050131000262000.05mm、=0.1、F=290000N代入式(3),得到k=0.050.0514010050143000230003630??偨Y出計算模型拔出力F與過盈量

8、e、摩擦系數(shù)對表3中的數(shù)據求平均值得到k0=24800。之間的關系為:當D2/D3比值增大時,k0的值會適當增加。比較F=3630eS。???????????(4)式(1)和

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