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1、过盈配合的有限元分析工程力学系张晨朝20803001过盈配合的有限元分析摘要:在工程应用中,利用接触有限元法建立了内轴与外套过盈配合的有限元力学模型来判断结构设计是否符合要求。针对内轴和外套的过盈配合状态，采用大型通用有限元ANSYS软件对组合模具进行了有限元分析,得出了内轴与外套在过盈配合状态下的应力分布规律及接触面压力分布状况,找到了应力集中位置和大小。结论表明结构配合尺寸设计没有使结构产生变形,该结构完全符合产品的设计要求。关键词:过盈配合;ANSYSAbstract:Intheprojectapplication,inordertojudgewh
2、etherthestructuraldesignmeetstherequirement,thefiniteelementandmechanicalmodeloftheinterferencejointbetweeninsideliningandoutsidewrapisestablishedbyusedcontact-finite-elementmethods.Aimedatconditionoftheinterferencejointbetweeninsideliningandoutsidewrap,wecarryonthefiniteelementa
3、nalysisbasedonANSYSandattainthestressdistributionininterferencejoint;thepressuredistributionincontactfaceandthelocationandthesizeofstressconcentration.Itisconcludedthatthestructureinterferencejointsizeofcombineddiedonotmakethemoldhavedistortionandthecombineddiecompletelymeetsthep
4、roductdesignrequirement.Keywords:interferencejoint;ANSYS1引言过盈配合[1]是机械工业中一种常见的零部件组装方式,齿轮、轴承以及火车车轮等与其装配轴之间的配合大多采用过盈配合。在工作外载荷作用下,能产生足够的摩擦力,以保证配合件之间不发生任何相对的滑动,同时接触应力又不过大,装配件能正常工作。因此,研究配合面之间的接触应力分布规律是十分重要的。机械设备中常用到轴与孔的配合[2]，为保护机体(如机架、箱体等)在设备运转中不受磨损,通常压装轴套,由轴套与轴配合。设备运转[3]一定周期轴套磨损后更换轴套即
5、可恢复轴孔原尺寸。轴套的外径与机体通常采用静配合,而轴套内径则与轴保持不同精度的动配合。在机械设计中一般都只标出轴套内外径的尺寸及公差,以此来保证装配后形成要求的配合。由于轴套与机体[4]采用过盈配合,其过盈量(D)形成轴套与机体的装配应力,在这种装配应力的作用下,轴套内径将产生一定的收缩量(△),显然,轴套的收缩量(△)与轴套压入机体时的过盈量(D)密切相关,也与轴套和机体的几何尺寸,即两者的壁厚系数及各自材料性能相关。由于轴套的内孔收缩改变了原来的尺寸,也就改变了内孔与轴的配合关系,以致达不到原来的设计要求,容易出现间隙过小,有时甚至试车温度升高而抱
6、轴,严重时会出现轴孔小于轴而不能装配的现象。2轴套装配收缩量的理论计算工程力学中,一般将外径与内径之比值之大于1.1的圆筒视为厚壁圆筒,其比值为壁厚系数。在机械零件中,前述机体件之比值分布在1.1～1.5,均属厚壁圆筒,轴套类零件之比值大致分布在1.05～1.35之间。据此,可将轴套压入机体形成的结构简化为两端开口的厚壁圆筒中过盈配合组合圆筒问题。将铜套镶入座孔在机械装配中经常遇到。过盈配合的铜套直接按图纸加工镶入座孔时,铜套对座孔为过盈配合,常温下压入或打入,内孔就收缩,改变了原来间隙配合的性质,只能重新铰孔或镗孔,才能达到孔尺寸公差要求。为保证套孔和
7、轴的间隙配合,其内孔尺寸公差确定至关重要。2.1计算原理过盈配合的铜套内径加工尺寸的计算[5]依据有四点:(1)铜套在常温下镶入座孔后,其金属密度变化不大,可以略去不计。(2)孔座一般采用铸铁或钢件制造,且结构刚性较好,其变形量可不考虑。(3)铜套在被镶入座孔后,其轴向尺寸基本不变(铜套轴向尺寸较长,座孔挤压铜套轴向尺寸的影响可忽略不计)。(4)只有铜套内径产生径向收缩。因此,根据塑性力学中的体积不变原则可知,铜套镶入座孔前后横截面面积应相等。2.2计算过程[6]如右图所示,设D为铜套的外径,ΔD为铜套外径与座孔配合的最大过盈量,d为铜套内径;Δd为铜套
8、镶入座孔后铜套内径的收缩量。根据以上原则可得到下述公式:Δd=D/d*（ΔD-Δ
