由博

摘要： 對(duì)銜鐵與彈簧管的壓裝進(jìn)行有限元分析，確定了壓裝質(zhì)量的主要影響因素是過盈量和摩擦系數(shù)。分析結(jié)果表明過盈量對(duì)最大壓裝力數(shù)值、等效應(yīng)力和接觸應(yīng)力的分布有很大影響，而摩擦系數(shù)只對(duì)最大壓裝力有影響，因此過盈量對(duì)壓裝質(zhì)量的影響更大。

Abstract： The press-mounting process between armature and spring tube was finite element analyzed. The main influence factors of press-mounting quality were determined. They were interference and friction coefficient. The analyzing results showed that the value of maximum press-mounting force and the distribution of contact stress and equivalent stress were influenced largely by interference. The friction coefficient could influence the value of the maximum press-mounting force only. Therefore， the interference has a greater influence on the press-mounting quality.

關(guān)鍵詞： 銜鐵;彈簧管;等效應(yīng)力;接觸應(yīng)力;最大壓裝力;有限元法

Key words： armature;spring tube;equivalent stress;contact stress;maximum press-mounting force;finite element method

中圖分類號(hào)：[O242.21]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）19-0137-02

0? 引言

過盈聯(lián)接壓裝件是動(dòng)力源上重要的聯(lián)接件，使用范圍廣泛，包括航空、航天、軍械等動(dòng)力源領(lǐng)域。在常溫下進(jìn)行銜鐵和彈簧管的過盈聯(lián)接裝配屬于壓裝，所以，近年來有很多人對(duì)壓裝質(zhì)量展開研究。Lou等[1]利用有限元方法對(duì)小型零件的壓裝進(jìn)行了研究，并在研制的壓裝裝置上進(jìn)行了壓裝試驗(yàn)。研究結(jié)果反映了有限元法對(duì)小型零件壓裝分析的正確性。Xiao等[2]利用ABAQUS軟件研究了表面粗糙度對(duì)壓力曲線的影響。最大壓裝力和表面粗糙度的關(guān)系不是簡單的線性關(guān)系，而是在表面粗糙度尚未達(dá)到1.8μm時(shí)，最大壓裝力與表面粗糙度的關(guān)系為正相關(guān)。Lee等[3]用有限元法研究了壓裝接觸邊緣的應(yīng)力集中問題。結(jié)果表明，通過優(yōu)化套筒內(nèi)圓柱面應(yīng)力消除槽的尺寸和位置，可使應(yīng)力集中降低30%。Zhang等[4]提出了一種計(jì)算干涉鉚接壓裝過程中徑向變形的分析模型，并把分析結(jié)果與理論結(jié)果作了比較，兩者之間的偏差僅為5.03%，因此，該分析模型可用于計(jì)算埋頭鉚釘和套筒的變形。Song等[5]利用有限元方法研究了材料、幾何結(jié)構(gòu)、制造工藝對(duì)飛輪-轉(zhuǎn)子過盈聯(lián)接熱裝配的影響。根據(jù)飛輪的等效應(yīng)力和徑向應(yīng)力，確定了在20000rpm轉(zhuǎn)速下飛輪的最小過盈量為0.26mm，結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合。

Xue等[6]用有限元法對(duì)火車輪對(duì)的過盈聯(lián)接設(shè)計(jì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。根據(jù)輪對(duì)的等效應(yīng)力、主應(yīng)力和剪應(yīng)力確定過盈量為0.23mm，相當(dāng)于過盈配合直徑的0.01%。根據(jù)實(shí)際情況，采用上述過盈量可基本消除微動(dòng)疲勞損傷。Croccolo等[7]用數(shù)值模擬的方法研究了過盈聯(lián)接下圓邊的應(yīng)力集中問題，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好。Strozzi等[8]用理論方法研究了形狀誤差對(duì)壓配合接觸應(yīng)力的影響，得出的結(jié)論是形狀誤差對(duì)壓配合接觸應(yīng)力影響不大。Zhang等[9]利用ANSYS軟件對(duì)水泵軸承過盈聯(lián)接壓裝進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明壓裝質(zhì)量影響因素包括軸承尺寸和配合公差。該分析結(jié)果對(duì)軸承壓裝有指導(dǎo)意義。上述過盈配合裝配的研究成果很難用于評(píng)價(jià)精密過盈聯(lián)接裝配的壓裝質(zhì)量。

1? 銜鐵和彈簧管過盈聯(lián)接壓裝的有限元分析

銜鐵和彈簧管各自的結(jié)構(gòu)和尺寸，以及裝配關(guān)系，如圖1所示。銜鐵長7.8mm，外徑6.8mm，內(nèi)徑4.4mm;彈簧管長10.8mm，外徑4.4mm，內(nèi)徑2.7mm;二者過盈配合長度為4.6mm。銜鐵和彈簧管所用材料的力學(xué)性能如表1。

銜鐵和彈簧管的結(jié)構(gòu)都是軸對(duì)稱的，因此用于分析銜鐵和彈簧管壓裝過程的有限元模型是1/4的，如圖2所示。

載荷和邊界條件的設(shè)置如圖3所示。壓裝位移（圖中的D）施加于銜鐵頂部的圓環(huán)面上;對(duì)稱約束（圖中的A和B）分別施加于銜鐵和彈簧管1/4模型的斷面處;約束（圖中的C）施加于彈簧管的臺(tái)階面上。

2? 結(jié)果與討論

2.1 過盈量對(duì)壓裝質(zhì)量的影響

銜鐵的等效應(yīng)力分布如圖4所示。銜鐵的最小等效應(yīng)力位于銜鐵過盈配合面頂部邊緣，而最大等效應(yīng)力位于銜鐵過盈配合面底部邊緣，過盈配合面大部分區(qū)域等效應(yīng)力適中。

彈簧管的等效應(yīng)力分布如圖5所示。彈簧管的內(nèi)孔上部邊緣等效應(yīng)力最小，從此處開始等效應(yīng)力逐漸增大，最大值出現(xiàn)在彈簧管配合段底部。

過盈配合面上的接觸應(yīng)力分布如圖6所示。銜鐵和彈簧管壓裝完成后過盈配合面上接觸應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在其端部。

銜鐵和彈簧管之間的過盈聯(lián)接在電液伺服閥使用過程中不可以出現(xiàn)軸向竄動(dòng)，這就意味著二者的過盈配合面不能出現(xiàn)塑性變形，因此過盈量上限為16μm。

最大壓裝力和過盈量之間的關(guān)系如表2所示，二者之間的關(guān)系呈正相關(guān)。

2.2 摩擦系數(shù)對(duì)壓裝質(zhì)量的影響

根據(jù)國標(biāo)GB5371-2004，當(dāng)過盈聯(lián)接由不同材料構(gòu)成時(shí)，摩擦系數(shù)的范圍是0.07～0.15。最大壓裝力與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系如表3所示。從實(shí)際使用情況來看，當(dāng)最大壓裝力低于60kgf時(shí)，難以保證聯(lián)接強(qiáng)度;當(dāng)最大壓裝力高于86kgf時(shí)，壓裝過程中零件必然出現(xiàn)損壞。因此摩擦系數(shù)的合理范圍是0.09～0.12。

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