压装配合过盈量计算及有限元分析
ansys过盈装配压入力分析
Ansys 过盈装配压入力分析
1.建模：
建立轴承、壳体、压头的三维模型，模型的装配关系见下图所示：
将建好的模型导入ANSYS Workbench
2.建立材料属性：
在ANSYS Workbench中建立如下所示的材料参数，通过Engineering Data 模块建立。
并将材料和相关部件进行关联。
3.网格划分：
采用六面体为主的方法进行网格划分，网格尺寸为2mm，最终网格数量为20164，节点总数为75013。
有限元模型如下图所示：
4.接触设置：
压头和轴承之间建立绑定接触
轴承外圈和壳体内圈接触区域建立摩擦接触，设置摩擦系数为0.09，设置过盈量为0.012mm。
5.载荷约束：
压入过程中，模拟实际情况，约束壳体底部，在压头端部施加位移载荷，压入10mm。
进行非线性强度分析。
6.计算结果：
提取压头端部的支反力，绘制曲线。
基于有限元法的过盈配合接触特性分析
（ 打滑 ） 关 于连接 件强 度 的研究 ， ． 魏延 刚利 用有 限元
法 得 出 了 轴 和 轮 毂 均 为 弹 性 时 过 盈 配 合 的应 力 边 缘 效 应 ＿ ， ａ ｒ 和 Ｏｒａ 】 Ｇ ｍｅｌ ］ ｃｎ在 假 设 轴 为 弹 性 轮 毂 为 弹 塑 性 的 基 础 上 建 立 理 论 计 算 模 型 ＿ ； 于 轴 孔 过 盈 ２关 ］
ｆ ｇｚ 一 ０
图 ２ 轮 齿 受 力 分 析
义 接触 关 系．
（） ２
Ｐ ＋ Ｐ 一 ０
ｌ
齿 轮 的齿 面 为 渐 开线 形 成 的 曲 面 ， 状 较 为复 形
过 盈配 合 由于结构 简单 ， 载能 力大 ， 有好 的 承 具 对 中性 ， 特别 是在 经 常 出现 冲击 载 荷 的情 况下 能 可
靠 地 工 作 ， 而 在 风 力 发 电 齿 轮 箱 中 得 到 广 泛 的 应 因 用 ． 于 风 力 发 电 机 组 安 装 在 高 山 、 野 、 滩 、 岛 由 荒 海 海
强 阵 风 的 冲 击 ， 过 盈 连 接 的 可 靠 性 提 出 了 更 高 对
要 求．
轴 孔 间利用 过盈 配合形 成压 力产 生 的摩 擦力 来
传递扭 矩 ． 轴孔过 盈 连 接 的失 效包 括 连 接 件 强度 不
够 引 起 的 塑 性 变 形 或 断 裂 和 接 触 面 发 生 相 对 滑 动
利 用有 限元 法 ， 面 面接 触 离散 为 多个 单 元 的 将 接 触 问题． 而单元 的接 触状 态 取 决 于 节 点或 者 高斯 积 分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 的接 触状 态． 接触 面上 任 意 点建 立 坐 标 系 在 如 图 １ 示 ，＂ 所 ５和 轴在 接触 面的切 平面 内 ， ｇ 轴为接 触 面 的法 向． 轴孔 过盈 配合 中对应 可 得 ， 为轴 向 ， Ｙ
不同过盈量对零件装配影响的有限元分析
第39卷 第1期 2017-01 【67】收稿日期：2016-09-23作者简介：许军富（1972 -），男，河南人，高级工程师，硕士，主要从事钻修井项目管理以及钻井管理以及钻井自动化 研究。
不同过盈量对零件装配影响的有限元分析Finite element analysis on affect of differentinterference to component assemble许军富XU Jun-fu（中石化胜利石油工程沙特钻井项目管理部，东营 257000）摘 要：装配是机械产品生产过程中一个必不可少的环节，过盈装配时由于存在过盈量而产生的应力对装配好的机构性能有比较大的影响，严重时可能会造成机构的破坏。
为此，应用有限元软件ABAQUS对不同过盈量的装配进行有限元分析，研究不同过盈量对装配的影响，预先掌握装配过程中的薄弱环节，提高产品装配质量，基于此，本文应用有限元技术计算分析提出了较为合理的结构形式。
关键词：零件；过盈量；装配；有限元中图分类号：TH13.46 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2017)01-0067-030 引言过盈配合是机械工业中一种常见的零部件组装方式，齿轮、轴承以及火车车轮等与其装配轴之间的配合大多采用过盈配合。
在工作外载荷作用下，能产生足够的摩擦力，以保证配合件之间不发生任何相对滑动，同时接触应力又不过大，装配件能正常工作。
过盈装配时由于存在过盈量而产生的应力对装配好的机构性能有比较大的影响，严重时可能会造成机构的破坏[1,2]。
为避免或者减少上述事故的发生，文应用有限元软件ABAQUS 对不同过盈量的装配进行有限元计算分析，研究了配合面之间的应力及接触压力分布规律；研究了不同过盈量对装配的影响，预先掌握装配过程中的薄弱环节，提高产品装配质量，基于此，本文应用有限元技术计算分析提出了较为合理的结构形式[3～5]。
1 过盈装配分析有限元模型的建立考虑模型的特点，及节省计算时间，分析时采取轴对称模型进行分析，分析步类型选择Static ，General （使用ABAQUS/Standard 作为求解器）。
过盈配合计算原理
过盈配合压装压力参数制定方法目的过盈连接是生产中常使用的一种连接方式,制定过盈连接计算规范是要保证正常生产和研发过程使用正确的压力来连接料件,是装配标准化工作的重要目标之一,最终满足生产和客户的需求,为此,制定本规范。
范围本规范适用于计算金属件，及金属件与非金属件连接的过盈计算内容过盈连接是利用零件之间的过盈配合来实现连接的。
这种连接也叫干涉配合或者紧配合连接过盈连接的特点优点：结构简单，对中性好，承载能力大，在冲击载荷下能可靠地工作，对轴削弱少。
缺点：配合面的尺寸精度高，装拆困难。
过硬连接的主要用于轴与毂的连接，轮圈与轮芯的连接以及滚动轴承与轴或者座孔的连接等过盈连接的工作原理及装配方法过盈连接的工作原理过盈连接是将外径为dB的被包容体压入内径dA的包容件中（图1.1a）。
由于配合直径间有△A +△B的过盈量，在装配后的配合面上，以便产生一定的径向压力。
当连接承受轴向力F （图1.1b）或转矩T（图1.1c）时，配合面上便产生摩擦阻力或摩擦阻力矩以抵抗和传递外载荷过盈连接的装配方法过盈连接的装配方法有压入法和温差法压入法是利用压力机将被包容件直接压入包容件中。
由于过盈量的存在，在压入的过程中，配合表面微观不平度的峰尖不可避免的受到擦伤或压平，因此降低了连接的紧固性。
在被包容件和包容件上分别制出如图1.2所示的倒锥，并对配合面适当加润滑剂，可以减轻上述擦伤。
温差法是加热包容件或者冷却被包容件，使之既便于装配，又可减少或避免损伤配合表面，而在常温下即达到牢固连接。
加热利用电加热，冷却采用液态空气（沸点-1940℃）或者固态二氧化碳（干冰，沸点-790℃）温差法可以得到较大的固持力，常用于配合直径较大的连接；冷却法常用于配合直径较小时。
由于过盈连接拆装会使配合面受到严重的损伤，当过盈量很大时，装好后再拆开就更加困难。
因此，为了保证多次拆装后仍具有良好的紧固性，可采用液压拆卸，即在配合面间注入高压油，以涨大包容件的内径，缩小被包容件的外径，从而使连接便于拆卸，并减少配合面的擦伤。
压装条件对45钢圆柱过盈配合轴表面完整性参数的影响
摘要摘要机械装配在整个机械制造过程占有十分重要的地位，装配质量很大程度上决定了产品最终的质量。
过盈连接以其结构简单、定心精度好、承载能力高等优点在机械制造行业中得到十分广泛的应用，过盈连接的装配结合面对机械设备的性能具有重要影响。
压力装配是常用的过盈连接装配方法之一，不同的压装条件会对过盈配合结合面上的表面完整性参数产生重要影响，进而影响产品的工作性能。
由于过盈配合结合面的封闭性，结合面上表面完整性参数的测量存在诸多困难，因此将压装后的轴及套筒沿轴向剖切分离后，对轴试样表面完整性参数的变化规律进行分析。
针对材料为45钢公称尺寸为Ø15mm的圆柱过盈配合，探究了不同压装条件对过盈配合轴试样表面完整性参数的影响，进一步计算了压装后轴试样表面应力集中系数的大小，为压装条件的选择提供一定的理论依据。
本文主要内容及结论有：（1）分析了表面完整性的内涵，阐述了由表面几何特征、表层物理力学性能特征和棱边质量等三个方面特征参数组成的表面完整性结构体系，并具体阐述了表面粗糙度、残余应力、显微硬度的基本概念及检测方法，以及应力集中的概念和应力集中系数的计算方法。
（2）设计并完成了过盈配合的压力装配试验，将压装后的轴和套筒沿轴向剖切分离后，对轴试样的表面完整性参数进行测量。
分析了压装过盈量及压装润滑介质对压装后轴试样表面形貌、残余应力以及显微硬度的影响。
试验结果表明，压装过程中不使用润滑介质时，压装后轴试样表面均出现不同程度的鱼鳞状拉伤；对于0.02mm、0.04mm、0.06mm三种平均过盈量，采用100号L-CKD 重负荷工业闭式齿轮油作为润滑介质时，装配过后轴表面的高度算数平均偏差S a分别降低了53.6%、62.2%、77.7%，轴表面沿轴向的残余压应力分别增大了109.1%、150.2%、222.2%，显微硬度分别提高了3%、10.4%、6.3%；润滑介质的改变，对压装后轴试样表面形貌、残余应力及显微硬度的变化无明显影响。
轮对压装过程中几个关键工艺参数的分析
轮对压装过程中几个关键工艺参数的分析发表时间：2020-01-08T13:36:29.417Z 来源：《科技新时代》2019年11期作者：郑庆贺[导读] 铁路客车轮对承受着车辆的全部载荷，并在负重的条件下沿轨道作高速运转，轮对压装作为重要工序之一，其参数直接影响着行车安全。
本文分析了轮对压装的工艺过程中的几个关键参数，阐述了压装过程中易产生的问题，分析了产生这些问题的原因。
郑庆贺中国铁路北京局集团有限公司 100860摘要：铁路客车轮对承受着车辆的全部载荷，并在负重的条件下沿轨道作高速运转，轮对压装作为重要工序之一，其参数直接影响着行车安全。
本文分析了轮对压装的工艺过程中的几个关键参数，阐述了压装过程中易产生的问题，分析了产生这些问题的原因。
关键词：轮对；工艺；参数轮对是铁路客车最主要的零部件之一，而轮对组装的质量是保证车辆在高速运行中安全的至关重要的环节，车轴、车轮经过几道工序的加工，最后冷压组装，轮轴的加工质量好坏直接影响到轮轴压装环节的合格与否。
通过对压装环节主要质量问题的分析，我们找到了引起这些问题的原因，并在相应生产工序中采取措施，加强了工艺管理。
1. 影响轮对一次压装合格率的因素轮轴压装合格与否是用压装曲线来判别的，所以压装曲线记录仪的灵敏度也直接影响着轮对一次压装合格率。
同时，为了保证所需的联接强度及防止轮对联接部分的应力过高，必须正确选择过盈量。
但在实践中只满足过盈量的选取值，并不能取得理想的压力曲线和终止压装力，它还受到配合表面几何形状误差等因素的制约。
1.1 轮座、轮毂孔锥度对压装合格率的影响通常，在车轮轮毂孔上加工0.04的正向锥度，车轴轮座上加工0.10的正向锥度，以保证曲线形状及终止压装力合格。
在轮对压装过程中，由于轮座、轮毂孔锥度不一致，轮轴配合表面各部位的尺寸(沿径向方向)都不相等，因而沿轴向方向每一横截面的过盈量也不相等。
如果轮座与轮毂孔圆锥度较大且方向一致时，在开始压装时，会出现压力小或没压力，而压装一定量的长度时随过盈量的增加压力迅速增大，造成曲线的长度不够。
高速列车轮轴过盈配合性能分析
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关键词： 高速列车； 过盈配合 ； ； 轮轴 接触
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基于厚壁圆筒理论的气门座圈压装有限元分析
ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｌｖｅ ｓｅａｔ ｐｒｅｓｓｉｎｇ ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅꎬ ｗｈｏｓｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ
决于受力状况ꎬ受内压时为正ꎬ其最大值发生在内壁ꎻ受外
２) 组合厚壁圆筒的套装压力
组合厚壁圆筒是由两个筒体套装而成的ꎬ由于过盈量
的存在ꎬ套装后在两个筒体的套装面上将产生均匀压力ꎬ
即套装压力ꎮ 在套装压力的作用下ꎬ组合筒体就会产生套
装应力ꎬ它像预应力一样ꎬ将与筒体受均匀内压作用后产
生的应力进行叠加ꎮ 套装压力的大小与过盈量有关ꎬ两个
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ø Ｅ２ è ｃ －ｂ
øû
ａｃ ＝
(９)
得 Ｐ ＝ ６７.４２ ＭＰａꎮ
２.２ 气门座圈应变分量
利用平面应力方程可求得应变分量:
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１２１
信息技术
李源ꎬ等基于厚壁圆筒理论的气门座圈压装有限元分析
ａ２ ｂ２( ｐ２ －ｐ１ ) １
ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｎｅｓꎬ ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ ｏｆ ＡＮＳＹＳ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｗｈｏｓｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ
前轮毂轴承压装力分析与计算
前轮毂轴承压装力分析与计算简要分析讣算了前轮毂轴承与转向节压装时所需的压装力，应用有限元分析软件对压装时前轮毂轴承、转向节进行了受力计算，为过盈量设计提供了理论支撑。
标签：轮毂轴承；转向节；压装力；有限元分析1概述汽车询轮毂轴承的主要作用是承重和为轮毂的传动提供精确导向，前轮毂轴承与转向节采用过盈连接方式，通过过盈配合产生的摩擦力来平衡工作时承受的径向载荷和轴向载荷，其压装质量对整车的NVH、行驶安全性、舒适性等都有重要的影响。
2前轮毂轴承压装力讣算售后市场反馈某车型底盘在行驶过程中出现异响，经NVH测试确定异响源为前转向节及轮毂总成，初步判断原因为前轮毂轴承与转向节发生窜动，轴承撞击卡簧产生异响，经核算转向节与前轮毂轴承配合过盈量为0.051〜0.094mm, 为解决异响问题，将转向节与前轮毂轴承配合过盈量调整为0.081〜0.120mm, 山于过盈量增加需对压装力进行计算，以确保现场压力机工作可靠。
前轮毂轴承与转向节装配形式如图1所示。
轮毂轴承与转向节为圆柱面过盈连接，曲厚壁圆筒理论可得压装力计算示意图，如图2。
依据弹性力学理论，前轮毂轴承与转向节结合面承受的最大压装力Pmax H- 算公式：将以上数值带入公式计算可得，最大压装力P=39.88kN,经查阅生产现场C 型增加缸压床说明书，该压床满足装配过盈量增大后的使用要求。
3压装时前轮毂轴承、转向节受力分析山于前轮毂轴承与转向节配合过盈量增大，为避免压装过程中转向节或轴承出现失效，需对压装时轴承及转向节进行受力分析，本文通过有限元计算，定义单元类型为Solid 185，应用接触分析，创建U标单元TARGE 170s接触单元CONTA174,得出了在最大过盈量为0.12mm时，前轮毂轴承与转向节的受力情况，有限元计算结果如图3所示。
通过图3转向节与轴承等效应力可以看出转向节所受最大等效应力为108MPa,前轮毂轴承所受最大等效应力为263MPa,已知转向节材料为QT450,。
过盈量计算
过盈量计算过盈配合压装压力参数制定方法目的过盈连接是生产中常使用的一种连接方式,制定过盈连接计算规范是要保证正常生产和研发过程使用正确的压力来连接料件,是装配标准化工作的重要目标之一,最终满足生产和客户的需求,为此,制定本规范。
范围本规范适用于计算金属件，及金属件与非金属件连接的过盈计算内容过盈连接是利用零件之间的过盈配合来实现连接的。
这种连接也叫干涉配合或者紧配合连接过盈连接的特点优点：结构简单，对中性好，承载能力大，在冲击载荷下能可靠地工作，对轴削弱少。
缺点：配合面的尺寸精度高，装拆困难。
过硬连接的主要用于轴与毂的连接，轮圈与轮芯的连接以及滚动轴承与轴或者座孔的连接等过盈连接的工作原理及装配方法过盈连接的工作原理过盈连接是将外径为dB的被包容体压入内径dA的包容件中（图1.1a）。
由于配合直径间有△A +△B的过盈量，在装配后的配合面上，以便产生一定的径向压力。
当连接承受轴向力F（图1.1b）或转矩T （图1.1c）时，配合面上便产生摩擦阻力或摩擦阻力矩以抵抗和传递外载荷过盈连接的装配方法过盈连接的装配方法有压入法和温差法压入法是利用压力机将被包容件直接压入包容件中。
由于过盈量的存在，在压入的过程中，配合表面微观不平度的峰尖不可避免的受到擦伤或压平，因此降低了连接的紧固性。
在被包容件和包容件上分别制出如图1.2所示的倒锥，并对配合面适当加润滑剂，可以减轻上述擦伤。
温差法是加热包容件或者冷却被包容件，使之既便于装配，又可减少或避免损伤配合表面，而在常温下即达到牢固连接。
加热利用电加热，冷却采用液态空气（沸点-1940℃）或者固态二氧化碳（干冰，沸点-790℃）温差法可以得到较大的固持力，常用于配合直径较大的连接；冷却法常用于配合直径较小时。
由于过盈连接拆装会使配合面受到严重的损伤，当过盈量很大时，装好后再拆开就更加困难。
因此，为了保证多次拆装后仍具有良好的紧固性，可采用液压拆卸，即在配合面间注入高压油，以涨大包容件的内径，缩小被包容件的外径，从而使连接便于拆卸，并减少配合面的擦伤。
基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析
基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析如下图所示，将轴缓缓压入轴毂中，轴和毂之间在径向有8mm的过盈量，轴毂固定，两者的材料均为钢，弹性模量为2.06E11Pa，泊松比为0.3，摩擦系数为0.2。
分析装配过程中轴和轴毂的应力应变情况。
问题分析（1）本题主要分析装配过程中结构的静态响应，所以分析步选择通用静态分析步。
（2）本题由于为过盈配合，属于大变形，故应考虑几何非线性的影响。
（3）模型具有轴对称性，所以可以采取轴对称模型来进行分析，这样可以节省计算时间。
（4）为了方便收敛，分析步可以分成两步，第一步建立两者间的接触关系，第二步完成过盈装配。
（5）接触面之间有很大的相对滑动，所以模型要使用有限滑移（Finite sliding）。
ABAQUS/CAE分析过程如下：（1）进入Part模块，创建Name为Axis的部件在草图环境中输入（0,0），（0.1,0），（0.1,0.12），（0.13,0.12），（0.13,0.28），（0,0.28），（0,0）同时为轴部件端部切割出一78度角的倒角同样再创造一Name为Hub的部件，设置与Axis一样，在草图环境中输入利用Rectangle工具创建一矩形，两角点为（0.09992,0）和（0.19992，-0.12）（2）进入property模块，定义材料属性并将定义的材料属性赋予给Axis和Hub（3）进入Assembly模块，创建两者间的装配关系（4）进入step模块定义名为Make-Contact和Press-Axis-Down的两个分析步，，将Nlgeom设置为on，详细信息如下：（5）进入Interaction模块首先定义名为Fric02的接触属性然后定义名为Axis-Hub的接触关系（6）返回到Step模块，在“Output”中定义History output（名为：H-Output-2）和DOF Monitor，具体信息如下所示：（7）进入Load模块依次定义名为Hub-Bot（类型为：Dispalcement/Ratation，约束U2和UR3）、Hub-Right（类型为：Dispalcement/Ratation，约束U1）、Axis-Left（类型为：Dispalcement/Ratation，约束U1和UR3）的边界条件，分析步均为Initial 然后再创建名为Axis-Down-5mm的边界条件，分析步为Make-Contact，类型为Dispalcement/Ratation，在U2中输入-0.005；类似的，再新建名为Press-Axis-Down的边界条件，分析步为Press-Axis-Down，在U2中输入-0.12。
探究机械零部件过盈配合装配工艺
—136—工装设计引言在过盈装配中，最主要的就是明确过盈量的大小和受力位置，并且要确保零部件装配按照拆装方向进行，正确使用零部件过盈配合的装配方法，提高整体的使用效果。
随着机械加工的不断发展，零部件装配工艺，能够为机械设备执行与加工提供重要的配合，保证机械设备正常运转，提高加工精度和加工效率，满足机械设备使用需求。
通过对机械零部件装配中过盈工艺进行深入的研究与总结，能够有效提高过盈配合的整体水平，满足机械工艺发展建设需求。
1过盈配合的基本特点1.1根据过盈量大小选择合适的装配措施过盈量与公差具有非常明显的影响，过盈量不同会导致公差大小和位置均不同，为此在零部件分解和装配时，需要根据过盈量的实际大小，采取不同的装备措施，在传动装置过盈装配时，如果齿轮箱的球状轴承与传动轴之间的连接运用过盈装配的方法，会导致供应量变小而对轴承造成明显的冲击，可以利用敲打的方式，将装配零部件转移到实际的位置上，在传动装置中，如果弹簧片固定连接必须要有足够的过盈量，确保符合摩擦力矩的规定，为了增强装配的质量符合标准，要根据热胀冷缩原理选择恰当的过盈配合方式，以压桩设备为辅助将零部件装配到合适的位置上。
可以根据零件的尺寸大小和实际过盈量进行选择，选择方法可参照以下方法：直径小于100mm ，过盈量在0.00～0.03mm 之间的，可选择锤击法或压入法。
直径在100～200mm ，过盈量小于0.05mm ，可选择压入法。
直径大于200mm ，过盈量大于0.08mm ，可采用热装法。
虽然直径很小，但过盈量较大，应考虑热装法。
对于直径较大，过盈量大于0.15mm ，压装困难，可直接进行热装。
1.2受力位置要恰当零部件的装配必须要确保受力位置符合标准，对装配质量有明显的要求。
在球状轴承连接中，如果采用简单的同窗对称方法对轴承进行敲击，就会导致敲击产生明显的倾斜度，最终影响装配效果。
为了有效预防这种情况，可以利用轴承冲字为缓冲，尽可能使零部件保持均衡，在对轴承分解和装配的同时，要把握受力位置达到受力均衡的效果，提高零部件的整体使用寿命，也能够使得机械设备运行安全可靠。
谈机械制造工艺中的圆柱过盈压装技术
谈机械制造工艺中的圆柱过盈压装技术摘要:压装技术在机械制造行业中具有广泛的应用,文章通过对机械制造中圆柱过盈压装技术的有关工艺特点与要求的阐述以及对配合过盈量与压入力的计算公式的分析推理,较详细地阐明了机械压装工艺的操作方法与要领,可为机械制造行业中压装技术的应用提供一定的技术参考。
关键词:压装技术;机械制造;技术参考中图分类号:TH162 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)24-0003-02 在机械行业里,压力装配在某些机制工艺流程中具有不可替代的作用,它能在某些环节中降低设备要求,节省材料、人力及工作时间,从而降低企业生产成本,提高生产效率,推动企业更好地向前发展。
1机械制造过程中宜采用压装工艺的情况采用普通机械加工的方法来完成生产中的某些工序时所需成本高,不经济;因而采用压力装配来完成相应的生产制作。
例如,某些驱动桥生产企业在生产车桥时,需要将桥壳和套管分别加工后再进行压装,以降低生产成本和加工难度。
某些机械部件不方便采用整体加工的方法来完成生产,只宜采用分别加工好后再进行压装的方法来进行紧固连接。
例如,在生产制造某些企业里所使用的轧辊,需将辊子主体和两端轴头分别加工好,再用压装的方法将轴头和辊子主体紧固连接。
在生产制造某些需要一定过盈配合的机械装置时,需要使用压装的工艺方法。
如某些机械装置中衬套的镶嵌,需要采用压装的方法;很多轴承的装配,也经常采用压力装配。
2在进行压装前,相互配合的轴、孔所需的加工技术要求2.1轴、孔的公差配合要求为了达到过盈配合的目的,轴的加工尺寸需大于孔的加工尺寸,其具体的过盈配合数值还需要根据机械部件的技术要求、轴与孔的材料、配合直径Фd的大小等来确定。
一般情况下,轴与孔在某些特定技术要求下的过盈联接的优选配合特性,见表1。
表1过盈配合下的优选配合特性及应用举例基孔制基轴制优先配合特性及应用举例H7*/p6 P7/h6 过盈定位配合,即小过盈配合,用于定位精度特别重要时,能以最好的定位精度达到部件的刚性及中性要求,而对内孔承受压力无特殊要求,不依靠配合的紧固性传递摩擦负荷。
过盈量与装配力计算公式分析
过盈联接1．确定压力p；1）传递轴向力F2）传递转矩T3）承受轴向力F和转矩T的联合作用2．确定最小有效过盈量，选定配合种类；3．计算过盈联接的强度；4．计算所需压入力；（采用压入法装配时）5．计算包容件加热及被包容件冷却温度；（采用胀缩法装配时）6．包容见外径胀大量及被包容件内径缩小量。
1. 配合面间所需的径向压力p过盈联接的配合面间应具有的径向压力是随着所传递的载荷不同而异的。
1）传递轴向力F当联接传递轴向力F时（图7-20），应保证联接在此载荷作用下，不产生轴向滑动。
亦即当径向压力为P时，在外载荷F的作用下，配合面上所能产生的轴向摩擦阻力Ff，应大于或等于外载荷F。
图: 变轴向力的过盈联接图: 受转矩的过盈联接设配合的公称直径为人配合面间的摩擦系数为人配合长度为l，则F f=πdlpf因需保证Ff≥F，故[7-8]2）传递转矩T当联接传递转矩T时，则应保证在此转矩作用下不产生周向滑移。
亦即当径向压力为P时，在转矩T的作用下，配合面间所能产生的摩擦阻力矩Mf应大于或等于转矩T。
设配合面上的摩擦系数为f①，配合尺寸同前，则M f=πdlpf·d/2因需保证Mf≥T．故得[7-9]① 实际上，周向摩擦系数系与轴向摩擦系数有差异，现为简化．取两者近似相等．均以f表示。
配合面间摩擦系数的大小与配合面的状态、材料及润滑情况等因素有关，应由实验测定。
表7－5给出了几种情况下摩擦系数值，以供计算时参考。
表: 摩擦系数f值压入法胀缩法联接零件材料无润滑时f有润滑时f联接零件材料结合方式，润滑 f钢—铸钢0.11 0.08钢—钢油压扩孔，压力油为矿物油0.125钢—结构钢0.10 0.07 油压扩孔，压力油为甘油，结合面排油干净0.18钢—优质结构钢0.11 0.08在电炉中加热包容件至300℃0.14钢—青铜0.15~0.20 0.03~0.06 在电炉中加热包容件至300℃以后，结合面脱脂0.2钢—铸铁 0.12~0.15 0.05~0.10 钢—铸铁 油压扩孔，压力油为矿物油0.1铸铁—铸钢 0.15~0..25 0.15~0.10 钢—铝镁合金 无润滑 0.10~0.153） 承受轴向力F 和转矩T 的联合作用 此时所需的径向压力为[7-10]2. 过盈联接的最小有效过盈量δmin根据材料力学有关厚壁圆筒的计算理论，在径向压力为 P 时的过盈量为Δ=pd(C 1/E 1+C 2/E 2) ×103，则由上式可知，过盈联接传递载荷所需的最小过盈量应为[7-11]式中：p ——配合W 问的任向活力，由式（7~8）~(7~10）计算；MPa ； d ——配合的公称直径，mm ；E 1、E 2——分别为被包容件与包容件材料的弹性模量，MPa ； C 1——被包容件的刚性系数C 2——包容件的刚性系数d1、d2——分别为被包容件的内径和包容件的外径，mm；μ1、μ2——分别为被包容件与包容件材料的泊松比。
过盈配合所需压装力的计算
压装力max 压装力min
F1 F max pmax( dL)
F2
F min p min( dL)
101985.3195
10198.53195 0 0
轴向摩擦 N力 kg N kg
1MPa=10kg/ cm2 =100N/100 mm2=1N/m m2
C1 C2 E1 E2
0.00006934
最大压力【压强 】
pmax
最小压力【压强
】 计算结果
pmin
p max
max d (C1 C2) 103 5.448101368
Mpa
E1 E2
p min
min d (C1 C2) 103
0
Mpa
E1 E2
N/mm2 N/mm2
结合面正压力
p max( dL) 566585.1084 N
备注
计算参数
简化系数
简化系数 计算参数
中间参数
(d1/ d)2
C1
C1
1 (d1 / d )2 1 (d1 / d )2
v1
8.249411765
(d / d 2)2
0.5184
C2
C2
1 (d / d 2)2 1 (d / d 2)2
v2
3.50
C1/E1 C2/E2
0.00003750 0.00003184
序 号
名称
圆柱体过盈结合面压装力计算公式及用法【2014.8.3】
代号
公式
计算结果
单位
备注
序 号
名称
压装力max
压装力min
代号
公式
F max p max( dL) F min p min( dL)
过盈配合压装力计算
公称直径 d （mm） 35 空心轴mm 内径 外径
最小过盈量(μ m) 0.1
最大过盈量（μ m） 0.15 孔mm 外径
内径
25 35 被包容件的刚性系数C1 2.783333333
35 60 包容件的刚性系数C2 1.731578947
配合面摩擦系数 f 0.1
配合长度 l（mm） 28
最小过盈量 δ min（μ m） 100
最大配合面轴向 最小配合面轴向 最大配合面轴向 压力 力（压入力） 力（压入力） Fmax（MPa） Fi min（t） Fi max（t） 161.15 3.25 5.06
0.025 0.1
0.012 0.05
最小压出力 4.229641416
最大压出力 6.581532773
F0（N）≥1.3*Fi F0（N）≥1.3*Fi
加工方法、表面粗糙度及表面微观不平度十点高度RZ 0.4 0.2 0.1 1.6 0.8 0.4
0.05 0.2
被包容件及包容件配合表面上微观 不平度的十点高度 RZ1（μ m） RZ2（μ m） 6.3 6.3 表面上微观峰尖被擦去部分的高度 之和（U）μ m 5.04
最小配合面轴向压力 Fmin（MPa） 103.56
最大过盈量 δ max（μ m） 150
摩擦系数 联接零件材料 钢—铸钢 钢—结构钢 钢—优质结构钢 钢—青铜 钢—铸铁 铸铁—铸铁
压入法 无润滑时f 0.11 0.1 0.11 0.15-0.20 0.12-0.15 0.15-0.25 油润滑时f 0.08 0.07 0.08 0.03-0.06 0.05-0.10 0.15-0.10
泊松比 钢μ 0.3 铸铁μ 0.25 套 0.3
花键轴过盈联结的分析
花键轴过盈联结的分析王大维;吕浩;唐春;杨昌林【摘要】针对过盈压装技术,特别是对花键轴压装工艺进行了研究.从理论上推导了花键轴的压装过程,建立了压装力计算公式;采用Deform有限元软件进行了仿真分析,得到了应力、应变分布和压装力变化曲线;通过实验法,得到实际的压装力-位移曲线.压装力结果表明:理论计算、有限元计算与实际压装基本一致,可为花键轴的压装工艺提供一定的理论参考.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2018(031)004【总页数】4页(P36-39)【关键词】过盈配合;花键轴;有限元【作者】王大维;吕浩;唐春;杨昌林【作者单位】重庆红宇精密工业有限责任公司,重庆 402760;重庆红宇精密工业有限责任公司,重庆 402760;重庆红宇精密工业有限责任公司,重庆 402760;重庆红宇精密工业有限责任公司,重庆 402760【正文语种】中文【中图分类】TH160 引言过盈联结是零件装配的一种方式，这种联结结构简单、对中性好、承载能力强、能承受交变载荷、承受冲击性能好等特点[1]，在实际生产中被广泛使用。
它是依靠相配件之间装配过盈量，利用包容件和被包容件的材料变形，在轴配合面之间产生压力，并依靠此压力能够传递力矩、轴向力或两者均有的复杂载荷，进而达到紧固联接[2] 。
分为纵向和横向两种方式。
纵向过盈联结，是在常温下，用外力将被包容件压人包容件；横向过盈联结，是将包容件加热或将被包容件冷却到一定温度，使孔径增大或轴径缩小，产生装配间隙。
进而装配，恢复温度后形成过盈联结。
花键轴过盈联结属于纵向过盈联结，它是压装力产生轴向位移，从而形成过盈配合，使包容件与被包容件紧密结合[3]。
其特点是：①包容件和被包容件不需要加热或冷却即可进行装配；②可实现较小直径的装配；③传递扭矩大；④定心精度高；⑤不可多次拆装。
在压装过程中，有许多因素，如过盈量、配合公差、装配速度、装配温度、装配压力、粗糙度等因素，都会直接或间接影响工件压装后的结构性能[4]。
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压装配合过盈量计算及有限元分析
乔颖敏;张建刚
【摘要】为得到过盈量和温度改变时轴承孑孔应力的变化趋势及压装配合时过盈
量的合理取值范围,根据过盈配合原理计算径向力和接触面应力,同时以某型号变速
器输入轴轴承与轴承孑孔的过盈配合为例,建立有限元模型并进行数值模拟,得出此
型号轴承压装配合过盈量最优范围.
【期刊名称】《汽车工艺与材料》
【年(卷),期】2016(000)009
【总页数】4页(P38-41)
【关键词】过盈配合;压装力;有限元;应力
【作者】乔颖敏;张建刚
【作者单位】陕西法士特汽车传动工程研究院,西安710119;陕西法士特汽车传动
工程研究院,西安710119
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.3
过盈配合是轴承与轴承孔配合常用的连接方式之一。
两个或两个以上的零件配合可分为滑动配合、过渡配合、紧配合等多种状态，过盈配合属于紧配合中的一种，二者配合过程中需用特殊工具以较大的压装力挤压进去，也可利用材料的热胀冷缩特性，把孔径材料预热或者把轴材料冷却，迅速插入待常温后即为过盈配合状态。
变速器的输入轴与离合器壳体通过轴承进行连接，轴承外圈与离合器壳体无相对滑动，
轴承内圈与输入轴一起转动且相对无滑动，轴承内外圈连接之间严格无转动。
在实际工作过程中，轴承高速转动而产热导致零件升温、过盈配合量减小，在转动过程中轴承传递到外圈部分扭矩克服过盈周向摩擦而使轴承外圈与轴承孔有相互转动，致使出现轴承跑外圈现象。
长时间轴承跑外圈，会使轴承孔磨损，逐渐导致轴承孔径增大，进一步导致齿轮啮合状态变差，引起齿轮点蚀、断齿、轴承破坏等一系列变速器故障。
上述的工作过程存在复杂的非线性接触，数值求解困难。
常用的有限元分析理论[1]和相关软件在计算复杂接触问题方面具有较大优势，为计算过盈配合的应力分布提供了有效途径。
设有两个空心轴过盈配合，其中外轴（包容件）内径D2，外径d3，内轴（被包容件）内径D1，外径d2，则两轴过盈配合量为Δd=D2-d2，可根据制造公差计算。
两轴之间的径向力计算如下。
式中，ND为公称直径；γ1与γ2分别为内、外轴材料的泊松比；E1与E2分别为内、外轴材料的弹性模量。
由此得出接触表面的应力计算如下。
压装所需压力计算如下。
式中，L为内、外轴配合宽度，Cf为摩擦系数。
所能承受扭矩计算如下。
对于直径为d的材料，受热后直径的变化量计算如下。
式中，ce为线胀系数；Δt为材料温度的变化值。
由以上计算可得出直径随温度变化公式如下。
在热装时为了消除过盈量，可以对外圈进行加热使外圈直径变大，外圈加热温度计算如下。
同时也可以对内圈进行冷却处理，使得内圈直径减小，内圈降低温度计算如下。
以某型号变速器的输入轴轴承孔与轴承的过盈配合为例来分析配合过盈量和温度对
轴承孔应力分布的影响。
离合器壳体的材料为ADC12，轴承材料为45#钢，材料属性如下。
已知输入轴轴承外径d2=120 mm，输入轴轴承孔径为D2，为实现过盈配合，则d2＞D2，这是在常温下20℃工作时输入轴轴承的尺寸。
根据热胀冷缩原理，温度升高，则轴承孔和轴承外圈直径均增大，但轴承孔的线胀系数大于轴承材料的线胀系数，即温度升高，过盈配合量减小。
变速器工作过程中，由于轴承运转会导致轴承及周围零件的温度升高，齿轮啮合传动也会导致齿轮及润滑油温升高，为了保证变速器在温度升高后仍能正常工作，则要求在温度升高后轴承与轴承孔仍然是过盈配合，那么要求d2t＞D2t。
假设温度升高10℃，根据( )d2+Δt×ce1×d2计算如下。
若轴承外径为120 mm，则轴承孔内径最大为119.985 mm，这样在工作温度升高10℃时才能保证二者仍然是过盈配合，此时过盈量为0.015 mm。
对于过盈配合，如果过盈量太大，则会导致安装时所需压装力大，且安装完成后由于过盈配合接触面变形而产生的接触应力大，若接触应力超过材料能承受的最大应力，会导致材料屈服或开裂，因此在变速器未加载情况下，由过盈接触而产生的应力应有一个安全系数，取较大的安全系数2.5，因此过盈量有个最大值，即过盈配合的轴承孔有一最小值。
由公式（1）和公式（2）推导并代入已知量可得到如下关系。
已知离合器壳材料为ADC12，抗拉强度215 MPa，取安全系数2.5，则离合器壳所受应力最大值不超过86 MPa。
根据公式（3）和（4），可得到压装力计算如下。
其中摩擦系数取0.1，配合宽度22 mm。
所能承受的扭矩为计算如下。
对某型号变速器离合器壳体用ANSA进行有限元前处理，完成网格划分，之后导
入有限元计算软件ABAQUS，并建立轴承模型，划分网格。
有限元模型如图1所示。
离合器壳体后端全约束，轴承内圈耦合于其中心点并全约束。
在过盈配合模拟过程中存在复杂的接触[2]，为了防止由于材料变形而导致一种材料嵌入到另一种材料中，在轴承孔和轴承外圈定义接触对，采用库伦摩擦模型，建立接触属性，摩擦系数取0.1。
根据过盈量最小值的计算值，设定过盈量为0.015，提交计算，重点关注的是离合器壳体由于过盈配合而产生的应力分布，离合器壳体的应力结果如图2所示，其最大主应力43 MPa，位于轴承孔内表面。
为了得到不同过盈量下轴承孔和轴承所受应力分布，在过盈量为0.015～0.4 mm 之间的一系列值进行分析，得到不同过盈量下的配合最大应力，
根据实际工况，变速器连续工作期间温度不能超过120℃，否则会使润滑油分解并缩短变速器使用寿命，由表2数据可知，在过盈量为0.15 mm时，温度升高到120℃才会导致轴承跑圈，因此过盈量不必大于0.15 mm。
外壳应力达到86 MPa时过盈量为0.1 059 mm，满足设计要求。
变速器持续工作会导致轴承温度升高，为了尽量降低轴承跑外圈故障，要求温度为50℃时轴承仍为过盈配合，则过盈量至少为0.045 mm。
综上，对于我公司某型号变速器输入轴轴承与轴承孔的配合，为了降低轴承跑外圈故障且保证与轴承配合的壳体应力安全，根据计算，推荐的过盈量为0.045～0.105 9 mm之间。
以变速器输入轴轴承与离合器壳体的配合为例，分析了过盈配合量对轴承孔应力分布的影响，根据计算公式和有限元计算结果，接触应力随过盈量的增大而增大。
为了得到有利的过盈配合量，需综合考虑过盈量及温度的影响。
过盈量太小，则工作过程中温度升高会导致轴承跑外圈；过盈量太大，则所需压装力大，在压装时易损
伤零件，且轴承孔附近长期处于大应力状态下，也易造成损伤。
根据计算结果，此型号变速器输入轴轴。