过盈配合产生的接触压力和拔出力计算.pdf

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1、第1期(总第164期)机械工程与自动化No.12011年2月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONFeb.文章编号:1672-6413(2011)01-0195-03过盈配合产生的接触压力和拔出力计算12张敬佩,李初晔(1.北京航天时代激光导航技术有限责任公司,北京100143;2.中国航空工业北京航空制造工程研究所,北京100024)摘要:在ANSYS有限元分析平台详细计算了工程中常见的轴与套过盈配合引起的接触压力和拔出力,通过参数综合,以CAE技术作为实验工具总结出过盈力与设计参数之间的关系方程,实际验证表明计算结果与真实值之间有较好

2、的一致性。关键词:ANSYS;过盈配合;接触中图分类号:TB115∶TP391.7文献标识码:B1计算问题描述2过盈拔出力理论计算如图1所示,轴和套通过过盈配合冷装在一设轴拔出的位移量为VS,当VS

3、。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)图2为过盈配合中轴与套的应力分布,图3为过盈配合后轴与套接触面的形状(变形放大图)。图2过盈配合中轴与套的应力分布图1过盈配合示例图从图3中看出,过盈配合后轴与套接触面不再是过盈配合后,最终轴径D1要收缩到D1′,套内径光滑的,而是由交替凹槽和凸起条组成。一般取轴的D3要扩张到D3′,根据位移协调关系D1′=D3′,因此推导出D1单边收缩量与D3单边扩张量之和等于单边过平均单边收缩量为D1-D1′=0.029mm,套的平均单2D3′D1′D1-D3盈量。由-=0,两边同加单边过盈量,D3′-D3222边扩张量为=0.021mm,两

4、者之和为2整理后得:0.05mm,等于单边过盈量。有限元建模分析时套的外D1-D1′D3′-D3D1-D3+=。表面固定,由于套的扩张受到外表面约束的限制,因222此套的变形小些,关于轴收缩和套扩张量之间的比例D1-D1′D3′-D3其中:为D1的单边收缩量;为D3的关系,刚性弱者收缩(或扩张)量大一些[1,2]。下面将分22单边扩张量。析套外表面自由的情形。收稿日期:2010-07-13;修回日期:2010-08-30作者简介:张敬佩(1975-),女,河北深州人,工程师,硕士,主要从事惯导系统转动调制装置的研究。·196·机械工程与自动化2011年第1期3过盈

5、力与设计参数之间的关系理得:影响过盈力大小的设计参数有:过盈量e、摩擦系D3HF=k0e
。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(7)数
、套外径D2、套高度H、套内径D3。通过ANSYSD2-D3对参数进行多方案分析,总结出过盈力的通用计算表D3达式。根据式(7),拔出力还与套高度H、成正D2-D3比,通过有限元分析也证明了这两种关系的存在。表2最大拔出力与套外径D2的关系套外径D2(mm)最大拔出力F(N)140143000160129000180118000200110000220105000图3过盈配合后轴与套接触面的形状(变形放大图)350885903.1过盈力与过盈量、

6、摩擦系数之间的关系3.3比例常数k0的确定表1的有限元计算表明,最大拔出力与过盈量、摩为得到常数k0的较准确值,将多组数据代入式擦系数均成正比,因此接触面间平均压力p0与过盈量(7),得到一组比例常数k0,见表3。关系可以写成:表3比例系数k0的确定p0=ke。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)eD2D3HF
k0其中:k为比例常数。将式(2)代入式(1),得到拔出力mmmmmmmmNF:0.10.114010050560000225560.050.052001005011000028025F=p0S
=keS
。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3)0.050.314010

7、05081000021769本计算模型D2=140mm,D3=100mm,H=20.050.0514080501110002730050mm,因此接触面积S=
D3H=15700mm,将e=0.050.051409050131000262000.05mm、
=0.1、F=290000N代入式(3),得到k=0.050.0514010050143000230003630。总结出计算模型拔出力F与过盈量e、摩擦系数对表3中的数据求平均值得到k0=24800。
之间的关系为:当D2/D3比值增大时,k0的值会适当增加。比较F=3630e
S。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(4)

8、式(1)和