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 電子信息工程學院，成都 610106;2.中國科學院 光電技術研究所，成都 610209)

0 引言

實際生產中，常常需要在已知過盈件相應尺寸的前提下預判斷過盈配合后組合件的變形趨勢，以便科學指導精密裝配，該方法在許多加工生產領域中應用十分廣泛，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)結在機床［4］，當然除了上述的應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鍵的一步，接觸面的壓強是一個必不可少的輸入參數，但是由于批量生產中，過盈配對尺寸難免不一至，從而直接導制了過盈量的大小不一，因此針對每一種過盈量就得對應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

在彈性力學里，過盈聯(lián)結傳遞負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的系數，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——被包容件內孔直徑(如圖1 所示)

圖1 接觸面參數示意圖

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 不僅可以調用windows 的API 函數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用程序的風格為對話框形式。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

然后是設置彈出對話框，布局主要參數的動態(tài)及其靜態(tài)的控件如圖2，其中控件包含了以下輸入參數:包容件外徑，包容件彈性模量，包容件泊松比，結合面直徑，被包容件內徑，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:接觸面壓強。

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

圖3 彈出的參數計算對話框

3 實驗結果

為了驗證該程序軟件的正確性，這里采用一系列已知結果的參數來進行驗證。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 過盈壓強求解結果

4 結論

綜上所述，運用VC++可以將復雜的多參數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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