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力分布，以及襯套內徑裝配后的尺寸變化情況，探究應力大小與過盈量大小的關系。

關鍵詞：襯套;接頭;過盈配合

中圖分類號：V214.1;O343.3 文獻標識碼：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零件表面間產生彈性壓力，從而獲得緊固連接的裝配。該配合方式在結構設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力以及襯套內徑裝配后的尺寸變化，討論過盈量對裝配的影響，指導工程設計中裝配參數的選擇。主承力件承力面裝配的襯套，在具體的工程設計中一般被要求“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。溫度恢復正常后，襯套的膨脹會迫使接頭叉耳孔也隨之膨脹，從而導致二者相互擠壓，表面間產生接觸壓力并影響連接強度與零件應力分布、產生應變。襯套和接頭材料均選用45#鋼材料，主要參數楊氏模量E=210 GPa，泊松比為0.29，密度為7 800 kg/m3。暫假設靜摩擦系數為0.2，具體受工況潤滑脂選用影響[2]。

設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}，仿真應力分布云圖如圖2所示。

總結圖2仿真應力分布云圖結果，得到襯套最大應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]時的仿真結果，選取計算后的Z方向的網格位移，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 結語

由圖2、圖3可知，襯套應力最值與計算選用的過盈量成正比。且應力最值出現在接頭叉耳端部靠近襯套軸肩一側。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且變形集中于孔內區域;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越大，且軸肩一端壓力更大，最值出現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

[1] 馮春宇，劉遠日，梁棟，等.厚壁圓筒過盈結合力的影響因素研究[J].流體機械，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].制造業自動化，2017（1）：56-58.

[3] 周娟利.基于有限元法的過盈配合應力分析[J].機械設計與制造工程，2016（8）：34-36.

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