采用过盈配合高速转轴应力分析方法的研究　

《采用过盈配合高速转轴应力分析方法的研究　》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、采用过盈配合高速转轴应力分析方法的研究(齐齐哈尔大学应用技术学院，黑龙江齐齐哈尔161006)摘要：使用有限元法对采用过盈配合的高速旋转轴的应力进行了分析，根据分析结果，进一步对过盈配合压力压装和温差组装提出了动态和静态分析方法，明确了主轴间过盈配合量的大小是影响主轴性能的重要因素。关键词：过盈配合；高速转轴；应力分析中图分类号：TH133.2文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)09—0061—02在生产实践中我们会经常遇到使用过盈配合的高速旋转轴，正确地计算主轴与其配合段的过盈配合至关重要，它是影响主轴转动性能的一项关键技术。使用有限元分析软件对过盈配合应

2、力的动态和静态进行分析，以高速旋转的过盈装配轴为例进行了有限元仿真计算，比较了两种方法的计算结果，分析了过盈量、摩擦系数、形状误差对装配应力的影响，结果对于确定合理过盈量和改进加工工艺具有重要的参考意义。1有限元方法及算法分析有限元方法是在力学模型上进行的近似数值计算。首先将一个连续体简化成为有限个单元组成的离散化模型，从分析一个单元入手，假设单元内部位移为节点位移的简单函数建立单元的节点位移和节点力之间的关系；再将这些单元组合成为整体，建立整体节点位移和节点力之间的关系。通过解整体节点力和节点位移之间的关系代数方程，可以求出未知的节点位移，再返回单元，通过对单元的分析最

3、终求出离散化模型的数值解答；有限元方法的发展是依赖于计算机技术的向前发展，目前有限元方法已经从小应变、小位移、弹性材料和静力分析发展向大变形、热分析、材料非线性的问题、动力学问题的研究，以及生物力学的许多研究越来越多地成为当前有限元方法的新课题，当今有限元分析系统的另一个特点是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后，自动生成有限元网格并进行计算，如果分析的结果不符合设计要求则重新进行造型和计算,直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。1.1有限元方法的基本步骤1.1.1问题及求解域定义。过盈问题是接触问题的一种，属于边界条件高度非线性

4、的复杂问题，其特点是在接触问题中某些边界条件不是在计算开始就可以给出，而是计算的结果，两接触体间的接触面积和压力分布随外载荷的变化而变化，同时还包括正确模拟接触面间的摩擦行为和可能存在的接触传热。用有限元法解接触问题以往常采用的物理模型是节点对模型，即将两接触物体的接触面划分成相同的网格，组成一一对应的节点对，并假定两接触体的接触力通过节点对传递，这种模型需预先知道接触发生的确切部位，以便施加边界单元，对于结构复杂问题和考虑摩擦的动态接触问题点对模型将给结构离散和方程求解带来极大困难，从而难以解决。近年来提出的点面接触模型是把两接触体分为主动体和被动体，在分析时研究主动体

5、的节点与被动体接触表面上相接触的自由度关系及变形的一致关系，从而确定接触边界条件，然后从边界变形协调的变分原理出发，建立整个接触系统的控制方程。这种模型能有效处理复杂接触表面和动态接触问题。接触问题中产生接触的两物体须满足边界不穿透约束条件，在接触边界施加不穿透约束的方法主要有拉格朗日乘子法、罚函数法和基于求解器的直接约束法，前两种方法处理时都具有局限性，直接约束法处理接触问题是追踪物体的运动轨迹。一旦探测出发生接触，便将接触所需的运动约束和节点力作为边界条件直接施加在产生接触的节点上，对接触的描述精度高，具有普遍适应性。接触面上的摩擦行为机理十分复杂，常用滑动库仑模型、

6、剪切摩擦模型和粘滑摩擦模型等理想模型来加以模拟。根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。1.1.2求解域离散化。将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网络越细）则离散域的近似程度越好,计算结果也越精确,但计算量及误差都将增大,因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。1.1.3确定状态变量及控制方法。一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式,过盈装配一般有压力压装和温差组装两种组装方法。压力压装法是用外力将

7、轴压入孔中，温差组装法是指根据热胀冷缩原理先利用温差使两配合体的过盈量消失后进行组装，待温差消失就自动形成了紧配合。针对这两种组装法可分别采用动态和静态接触计算方法来仿真组装过程。动态接触计算方法即按照实际压装过程在适当位置施加位移或载荷边界条件，动态模拟轴压入装配孔的整个过程，但应保证轴的一端有一定的锥度，从而在刚发生接触时能进入孔内。静态接触分析是按照两配合物体的实际过盈量建立有限元模型，并让其有限元网格按实际过盈量重合，定义接触容限来决定发生接触的节点，并将相应节点拉回到接触面上。1.1.4单元推导。对单元构造一个适合的