销与销孔过盈配合有限元分析

销与销孔过盈配合有限元分析

许海洋  ,张书博  ,李飞飞

中信重工机械股份有限公司  河南洛阳  471000

摘  要：在工业生产中，销孔配合是非常常见的结构，常用作定位、连接及锁紧。销孔配合形式直接影响其作用和效果，本文针对销孔过盈装配，采用有限元分析的方法对销孔配合的过盈量与应力、应变间的关系进行研究。

关键词  有限元分析 销孔过盈配合 过盈量 应力 应变

一、销孔配合的发展

销是工业生产常用的具有连接、锁紧和定位功能的重要零部件。销的功能性可靠多样，国内外许多专家学者对销的设计、制造、装配等方面很早就进行了研究。工程应用中，销孔类零件的接触非线性为设计制造增加了难度，设计单位为保证产品可靠性，只能加大安全系数，这为产品轻量化带来了阻力，增加额外成本。本文意在为销孔类零件接触非线性问题提供一个整体框架思路，减少设计冗余度。

二、有限元分析的应用

近年来计算机和有限元法发展已较为成熟，有限元分析软件能很好地模拟接触分析。本文通过对不同过盈量下销与销孔过盈装配下的有限元分析，获得过盈状态下销与销孔间的受力情况，为其在生产制造中的设计、制造提供依据。

三、建立有限元模型

1.建立有限元模型

考虑过盈量对销与销孔的装配影响，仅分析接触区域的过盈状态。本文采用销与孔套零件的过盈配合实例进行研究，该配合中，销的公称直径为20mm，配合长度为50mm，孔套的外直径为60mm。

2.有限元模型划分网格

对于有限元分析来说，网格划分精度直接影响分析精度、时间和可靠性，因此划分网格是有限元分析的重要环节。考虑到销与销孔配合模型特征及计算机算力等因素，本次采用常规区域网格大小0.05mm，关键接触区域网格大小0.02mm的规格。

3.设置材料属性

完成载荷和约束添加后，对材料进行属性设置，对销与其配合件指定材料。指定45#为销材料，指定铸钢20CrMoA为配合件材料，其材料属性均按国家标准设定。

4.设置有限元模型边界条件

模型中加载的边界条件为全固定约束，其过盈量为0.05-0.25mm，每隔0.05mm进行分析比对。

四、结果分析

1.过盈量对过盈装配的影响

销尾部添加100MPa载荷，改变过盈量，销孔应力、应变情况如下：

过盈量0.05mm时应力分布图

4

过盈量0.05mm时应变分布图

表1  过盈量与最大应力、最大应变关系

2.结论

利用有限元分析软件，选择不同过盈量对销孔过盈配合作出模拟，从所得仿真数据可以得到以下结论：

1）过盈量增加时，配合面处最大应力大小先增后趋于稳定。在弹性范围内，随着过盈量增加，径向接触压力及摩擦力随之增大；进入塑性变形阶段后，径向接触压力基本保持在恒定值，即进入塑性变形后，过盈配合径向压力基本保持不变。

2）过盈量增加时，配合面处最大应变大小随之增加。

3）生产应用时，由于塑性应变阶段径向接触压力及摩擦力基本保持不变，持续增大过盈量无法带来更大锁紧力，应选用其他规格销孔配合。

参考文献：

[1]杨新平.表面形状误差对过盈配合性能的影响及其计算研究[D].陕西杨凌：西北农林科技大学，2003.06.

[2]牛晓燕，王忠海，王桂香.基于Abaqus摆臂与轴套过盈装配有限元分析[J].河北大学学报（自然科学版），2015，35（4）：343-346.

[3]程永奇，张贵成，孙友松，张鹏，胡建国，方雅.基于UG的传动结构有限元分析方法研究[J].计算机应用技术，2010,37（11）：40-43.

[4]韦念龙，邓群，周晔，尹玉波.有限元分析软件在过盈配合联接安全核算中的应用[J].安全与环境工程，2002,9（3）：38-40.

[5]刘雨.圆柱过盈联接有限元仿真分析[D].辽宁大连：大连交通大学，2015.