基于VC++的階梯過盈套接觸面壓強的計算*

張建偉，陳智明，唐 黎

(1.成都大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，成都 610106;2.中國科學(xué)院 光電技術(shù)研究所，成都 610209)

0 引言

實際生產(chǎn)中，常常需要在已知過盈件相應(yīng)尺寸的前提下預(yù)判斷過盈配合后組合件的變形趨勢，以便科學(xué)指導(dǎo)精密裝配，該方法在許多加工生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，例如:在自動機機頭和節(jié)套在閉鎖階段的有限元模型上［1］;壓氣機葉輪過盈配合［2］;無鍵齒式聯(lián)軸器［3］，圓錐過盈聯(lián)結(jié)在機床［4］，當(dāng)然除了上述的應(yīng)用外還有很多的零件的加工離不開過盈量的計算［5-7］。而在高速高精度數(shù)控機床電主軸［8-9］的階梯過盈套裝配過程中，接觸面壓強的計算就是非常關(guān)鍵的一步，接觸面的壓強是一個必不可少的輸入?yún)?shù)，但是由于批量生產(chǎn)中，過盈配對尺寸難免不一至，從而直接導(dǎo)制了過盈量的大小不一，因此針對每一種過盈量就得對應(yīng)計算其接觸面的壓強，從而使得這種計算的工程量較大而且比較繁雜。

在過盈分析上一般都使用ansys 軟件進(jìn)行分析，本文從計算機軟件角度，主要利用VC++語言［10］將接觸面的壓強計算方法編制成友好的圖形用戶界面軟件，實現(xiàn)階梯過盈套裝配接觸面壓強的計算，提高實際工程計算效率的目的。

1 過盈接觸面壓強的計算

在彈性力學(xué)里，過盈聯(lián)結(jié)傳遞負(fù)荷所需的有效過盈量的計算公式如下［11］:

P—過盈接觸面上所需結(jié)合壓力

Ea、Eb—包容件和被包容件材料的彈性模量

Ca、Cb—包容件與被包容件與直徑比相關(guān)的系數(shù)，其計算公式為:

va、vb——分別為兩種材料的泊松比

qa、qb——為包容件與被包容件的相關(guān)直徑比，其計算公式如下:

d——過盈接觸面直徑

D——包容件的外徑

d0——被包容件內(nèi)孔直徑(如圖1 所示)

圖1 接觸面參數(shù)示意圖

將(1)可得:

將(2)、(3)、(4)、(5)式代入，即可求出P值。

2 圖形用戶界面的實現(xiàn)

圖形用戶界面(GUI)是現(xiàn)代計算機中的一種非常流行的編程思想，它很有利于其它專業(yè)工程中的應(yīng)用。實現(xiàn)圖形用戶界面的工具有很多，這里選用VC++。由于VC 不僅可以調(diào)用windows 的API 函數(shù)庫而且還擁有豐富的類庫，因此，無論是與windows 操作系統(tǒng)的兼容性上還是在實現(xiàn)圖形用戶界面上都有很大的優(yōu)勢。下面就通過VC++ 來實現(xiàn)過盈接觸面壓強的計算。

首先，通過MFC Appwizard 建立一個名為stepped sleeves 的工程。并選擇是based dialog，這主要是位了確定該應(yīng)用程序的風(fēng)格為對話框形式。接著就是利用VC++的控件功能在生成的對話框中加入示意圖以及控件按鈕，如圖1 所示。

圖2 過盈件接觸面壓強計算主界面

然后是設(shè)置彈出對話框，布局主要參數(shù)的動態(tài)及其靜態(tài)的控件如圖2，其中控件包含了以下輸入?yún)?shù):包容件外徑，包容件彈性模量，包容件泊松比，結(jié)合面直徑，被包容件內(nèi)徑，被包容件彈性模量，被包容件泊松比，過盈量。另外還有求解按鈕和一個輸出參數(shù):接觸面壓強。

最后就是通過ClassWizard 對各個控件進(jìn)行定義，包括每個控件對應(yīng)的變量名以及變量類型。一般設(shè)為數(shù)值浮點型。再利用公式(1)可以推倒出公式(2)，用公式(2)對按鈕控件進(jìn)行單擊事件的編程。

圖3 彈出的參數(shù)計算對話框

3 實驗結(jié)果

為了驗證該程序軟件的正確性，這里采用一系列已知結(jié)果的參數(shù)來進(jìn)行驗證。已知量有:包容件的材料為65Mn，其屈服極限為800MPa;被包容件的材料為38CrMnA1，其屈服極限為850MPa，彈性模量Ea、Eb均為2.1×105MPa，泊松比va、vi均為0.3，被包容件內(nèi)徑為25mm，包容件外徑為 134. 2mm，過盈量為1.395μm，輸出的壓力為1.49MPa。

運行以上程序，將以上參數(shù)帶入各個文本框，點擊過盈求解按鈕，得出P=1.49293，與理論值一致。因此可以證明，該程序運行正確，可以在實際工程中用于計算過盈量的求解。

圖4 過盈壓強求解結(jié)果

4 結(jié)論

綜上所述，運用VC++可以將復(fù)雜的多參數(shù)過盈量求解問題直接編程圖形用戶界面的計算問題，這樣即保證了工程中計算該參數(shù)的正確性，又提高了工程的效率，可以說給一種實際工程提供了很好的幫助。

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［11］關(guān)慧貞，寇西奇，李桂榮，等. 數(shù)控機床軸向定位過盈套的設(shè)計［J］.制造技術(shù)與機床. 1996(9):29 -31.