襯套與接頭過盈配合仿真分析

趙天宇

摘 要：文章主要針對工程實踐中襯套、接頭叉耳過盈配合的設(shè)計方案，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：V214.1;O343.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，其是指依靠軸相對于孔在直徑上的過盈值實現(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)計上簡易可靠性較好，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

文章主要針對工程實踐中襯套、接頭過盈配合的設(shè)計方案，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，討論過盈量對裝配的影響，指導(dǎo)工程設(shè)計中裝配參數(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]時的仿真結(jié)果，選取計算后的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.不同過盈量對零件裝配影響的有限元分析[J].制造業(yè)自動化，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.