基于CAE的高速转动轴过盈配合有限元分析.pdfVIP

精密制造与 自动化 2010年第 1期 ；制造业信息化； ◇ ◇ 基于CAE的高速转动轴过盈配合有限元分析 朱 红 周鹤群 汪中厚 上海机床厂有限公司 (200093) 上海理工大学 机械学院 (200093) 摘 要 基于三维软件 Pro／ENG1NNER及其有限元分析模块 Pr0 ECHANCIA对典型的过盈配合轴简连接的静 态情况和高速旋转情况分别进行精密分析，得出了一些有用的结果，并把这些结果与理论计算进行了对比，对比 表明，这种计算过盈配合的方法是正确的，对实际的过盈配合设计有指导的作用。 关键词 过盈配合 Pr ECHANC 理论计算 有限元分析 过盈连接配合以其承载能力强、结构简单、定 圆筒相当于只受内壁压力 P。根据过盈量和轴筒配 心性好、无需任何紧固件等优点在机床行业中广泛 合前后的变形协调条件 ，可求出接触压力 (Con~ct 应用。但是在高速转动轴中离心力作用使过盈量不 Press)pE]。并可由材料力学根据P求出轴的传递 断减少，而在无精密计算的情况下，过量增加过盈 扭矩 。 量会引起与轴连接的套筒等零件发生破裂。所以， P=E6(c一b2)／(2bc、 (1) 选择合适的过盈量是高速转动轴过盈配合的重中之 T= “pb (2) 重 。这就要求在设计时要对过盈配合的各项性能指 式中： 6——结合半径 ； 标进行精密的验算。 c——厚壁圆筒外半径； 使用有限元方法可以更加精确地仿真过盈配合 E——弹性模量； 中应力的分布情况，这为过盈连接的设计、选用和 — — 过盈量； 校核提供 了新的方法。有很多学者把有限元方法应 — — 轴筒的摩擦因数。 用到过盈配合计算当中，但是多数情况只考虑到过 图l所示m为筒长，n为轴筒配合两端的余长。 盈配合的静态情况，少数则考虑到了转动情况对过 盈配合的影响，这种考虑是基于二维平面分析。在 结构不断复杂化的今天，平面分析已经不能满足实 际的要求，所以三维分析过盈配合的转动分析的研 究是很有意义的。本文以三维软件Pm／ENGINNER 及其有限元分析模块Pro／MEC}LNICA对过盈配合 静态情况进行有限元仿真计算，经过与理论计算结 果对比，表明在轴与厚壁圆筒 (以下简称轴筒)过 盈配合中的仿真结果是准确可靠的。并且分析了轴 筒配合在高速旋转情况下对过盈量的影响，得出了 图1 过盈配合示意图 一 些重要的结果。 2 模型设置 1 理论分析 本文将对轴与厚壁圆筒过盈配合进行有限元分 如图l所示的过盈配合，由于假定两构件的轴 析计算，并与理论计算进行对比，所采用模型参数 向应力 =0，其中轴相当于只受外壁压力p，厚壁 如表 1。 41 朱 红等 基于CAE的高速转动轴过盈配合有限元分析 表 1 轴筒过盈配合模型相关参数 mm 将式 (4)至式 (7)代入式 (8)，则有： 相关参数 b C m