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        襯套與接頭過盈配合仿真分析

        2021-09-10 07:22:44趙天宇
        科技尚品 2021年2期
        關(guān)鍵詞:襯套

        趙天宇

        摘 要:文章主要針對(duì)工程實(shí)踐中襯套、接頭叉耳過盈配合的設(shè)計(jì)方案,提供一種仿真分析方法,用以分析過盈配合情況下襯套的應(yīng)力分布,以及襯套內(nèi)徑裝配后的尺寸變化情況,探究應(yīng)力大小與過盈量大小的關(guān)系。

        關(guān)鍵詞:襯套;接頭;過盈配合

        中圖分類號(hào):V214.1;O343.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-1064(2021)02-001-02

        DOI:10.12310/j.issn.1674-1064.2021.02.001

        文章主要關(guān)注孔軸配合中的過盈配合裝配,其是指依靠軸相對(duì)于孔在直徑上的過盈值實(shí)現(xiàn)零件表面間產(chǎn)生彈性壓力,從而獲得緊固連接的裝配。該配合方式在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)易可靠性較好,相比于過渡配合、間隙配合同軸性更好,也能承受更大的軸向力、扭矩以及動(dòng)載荷,但也需要更高要求的加工精度以及裝配面的粗糙度。

        1 襯套和接頭過盈配合仿真

        文章主要針對(duì)工程實(shí)踐中襯套、接頭過盈配合的設(shè)計(jì)方案,提供一種仿真分析方法,用以分析過盈配合情況下襯套的應(yīng)力以及襯套內(nèi)徑裝配后的尺寸變化,討論過盈量對(duì)裝配的影響,指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)中裝配參數(shù)的選擇。主承力件承力面裝配的襯套,在具體的工程設(shè)計(jì)中一般被要求“襯套外徑尺寸及公差需確保與配合孔有一定的過盈量”。為了提升襯套剛度并為襯套提供機(jī)械限位,一般選擇凸肩襯套與接頭叉耳配合,凸肩對(duì)襯套外徑有垂直度要求,且凸肩端面有較高的尺寸及行為公差要求。裝配后,在無特殊情況下,保證內(nèi)部螺栓連接過渡配合[1]。

        仿真簡(jiǎn)化模擬接頭一處叉耳、叉耳耳片上開孔裝配凸肩襯套。在建模過程中省略接頭臺(tái)階以及粗、精加工界限,省略砂輪越程槽的倒角,建模如圖1所示。

        在裝配時(shí)需冷卻襯套使其收縮,收縮后便能與接頭叉耳孔配合。溫度恢復(fù)正常后,襯套的膨脹會(huì)迫使接頭叉耳孔也隨之膨脹,從而導(dǎo)致二者相互擠壓,表面間產(chǎn)生接觸壓力并影響連接強(qiáng)度與零件應(yīng)力分布、產(chǎn)生應(yīng)變。襯套和接頭材料均選用45#鋼材料,主要參數(shù)楊氏模量E=210 GPa,泊松比為0.29,密度為7 800 kg/m3。暫假設(shè)靜摩擦系數(shù)為0.2,具體受工況潤(rùn)滑脂選用影響[2]。

        設(shè)定自變量為接觸面的過盈量d=0.04[mm]*n,具體n的取值為{0.1,0.25,0.75,1},仿真應(yīng)力分布云圖如圖2所示。

        總結(jié)圖2仿真應(yīng)力分布云圖結(jié)果,得到襯套最大應(yīng)力隨襯套半徑過盈量變化曲線,如圖3所示。

        具體研究n=1,即過盈量為d=0.04[mm]時(shí)的仿真結(jié)果,選取計(jì)算后的Z方向的網(wǎng)格位移,并截取法相平面[3],獲得位移分布云圖如圖4、圖5所示。過盈裝配表面接觸壓力分布如圖6所示。

        2 結(jié)語

        由圖2、圖3可知,襯套應(yīng)力最值與計(jì)算選用的過盈量成正比。且應(yīng)力最值出現(xiàn)在接頭叉耳端部靠近襯套軸肩一側(cè)。由圖4、圖5可知,在配合頂部及水平方向,襯套的變形量最值約為0.03mm且變形集中于孔內(nèi)區(qū)域;在配合底部,襯套的變形量最值約為0.04mm,接頭的變形量約為0.01mm分布較均勻,二者共同分擔(dān)0.04mm徑向過盈量。豎直方向的襯套形變量要大于水平方向,故襯套內(nèi)徑呈類橢圓狀。由圖6可知,過盈裝配表面接觸壓力越靠近兩側(cè)越大,且軸肩一端壓力更大,最值出現(xiàn)于接頭外徑曲率變化處。由于接觸壓力來自于接頭襯套的彈性形變,襯套形變量周向不一致引起了接觸壓力分布不均[4]。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 馮春宇,劉遠(yuǎn)日,梁棟,等.厚壁圓筒過盈結(jié)合力的影響因素研究[J].流體機(jī)械,2019(8):42-44.

        [2] 許軍富.不同過盈量對(duì)零件裝配影響的有限元分析[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2017(1):56-58.

        [3] 周娟利.基于有限元法的過盈配合應(yīng)力分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,2016(8):34-36.

        [4] 李偉建,潘存云.圓柱面過盈連接的應(yīng)力分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2008(3):8-10.

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