過盈聯(lián)接壓裝質量影響因素研究

由博

摘要： 對銜鐵與彈簧管的壓裝進行有限元分析，確定了壓裝質量的主要影響因素是過盈量和摩擦系數(shù)。分析結果表明過盈量對最大壓裝力數(shù)值、等效應力和接觸應力的分布有很大影響，而摩擦系數(shù)只對最大壓裝力有影響，因此過盈量對壓裝質量的影響更大。

Abstract： The press-mounting process between armature and spring tube was finite element analyzed. The main influence factors of press-mounting quality were determined. They were interference and friction coefficient. The analyzing results showed that the value of maximum press-mounting force and the distribution of contact stress and equivalent stress were influenced largely by interference. The friction coefficient could influence the value of the maximum press-mounting force only. Therefore， the interference has a greater influence on the press-mounting quality.

關鍵詞： 銜鐵;彈簧管;等效應力;接觸應力;最大壓裝力;有限元法

Key words： armature;spring tube;equivalent stress;contact stress;maximum press-mounting force;finite element method

中圖分類號：[O242.21]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）19-0137-02

0? 引言

過盈聯(lián)接壓裝件是動力源上重要的聯(lián)接件，使用范圍廣泛，包括航空、航天、軍械等動力源領域。在常溫下進行銜鐵和彈簧管的過盈聯(lián)接裝配屬于壓裝，所以，近年來有很多人對壓裝質量展開研究。Lou等[1]利用有限元方法對小型零件的壓裝進行了研究，并在研制的壓裝裝置上進行了壓裝試驗。研究結果反映了有限元法對小型零件壓裝分析的正確性。Xiao等[2]利用ABAQUS軟件研究了表面粗糙度對壓力曲線的影響。最大壓裝力和表面粗糙度的關系不是簡單的線性關系，而是在表面粗糙度尚未達到1.8μm時，最大壓裝力與表面粗糙度的關系為正相關。Lee等[3]用有限元法研究了壓裝接觸邊緣的應力集中問題。結果表明，通過優(yōu)化套筒內圓柱面應力消除槽的尺寸和位置，可使應力集中降低30%。Zhang等[4]提出了一種計算干涉鉚接壓裝過程中徑向變形的分析模型，并把分析結果與理論結果作了比較，兩者之間的偏差僅為5.03%，因此，該分析模型可用于計算埋頭鉚釘和套筒的變形。Song等[5]利用有限元方法研究了材料、幾何結構、制造工藝對飛輪-轉子過盈聯(lián)接熱裝配的影響。根據(jù)飛輪的等效應力和徑向應力，確定了在20000rpm轉速下飛輪的最小過盈量為0.26mm，結果與實際情況基本吻合。

Xue等[6]用有限元法對火車輪對的過盈聯(lián)接設計進行了評價。根據(jù)輪對的等效應力、主應力和剪應力確定過盈量為0.23mm，相當于過盈配合直徑的0.01%。根據(jù)實際情況，采用上述過盈量可基本消除微動疲勞損傷。Croccolo等[7]用數(shù)值模擬的方法研究了過盈聯(lián)接下圓邊的應力集中問題，試驗結果與仿真結果吻合較好。Strozzi等[8]用理論方法研究了形狀誤差對壓配合接觸應力的影響，得出的結論是形狀誤差對壓配合接觸應力影響不大。Zhang等[9]利用ANSYS軟件對水泵軸承過盈聯(lián)接壓裝進行了分析。分析結果表明壓裝質量影響因素包括軸承尺寸和配合公差。該分析結果對軸承壓裝有指導意義。上述過盈配合裝配的研究成果很難用于評價精密過盈聯(lián)接裝配的壓裝質量。

1? 銜鐵和彈簧管過盈聯(lián)接壓裝的有限元分析

銜鐵和彈簧管各自的結構和尺寸，以及裝配關系，如圖1所示。銜鐵長7.8mm，外徑6.8mm，內徑4.4mm;彈簧管長10.8mm，外徑4.4mm，內徑2.7mm;二者過盈配合長度為4.6mm。銜鐵和彈簧管所用材料的力學性能如表1。

銜鐵和彈簧管的結構都是軸對稱的，因此用于分析銜鐵和彈簧管壓裝過程的有限元模型是1/4的，如圖2所示。

載荷和邊界條件的設置如圖3所示。壓裝位移（圖中的D）施加于銜鐵頂部的圓環(huán)面上;對稱約束（圖中的A和B）分別施加于銜鐵和彈簧管1/4模型的斷面處;約束（圖中的C）施加于彈簧管的臺階面上。

2? 結果與討論

2.1 過盈量對壓裝質量的影響

銜鐵的等效應力分布如圖4所示。銜鐵的最小等效應力位于銜鐵過盈配合面頂部邊緣，而最大等效應力位于銜鐵過盈配合面底部邊緣，過盈配合面大部分區(qū)域等效應力適中。

彈簧管的等效應力分布如圖5所示。彈簧管的內孔上部邊緣等效應力最小，從此處開始等效應力逐漸增大，最大值出現(xiàn)在彈簧管配合段底部。

過盈配合面上的接觸應力分布如圖6所示。銜鐵和彈簧管壓裝完成后過盈配合面上接觸應力的最大值出現(xiàn)在其端部。

銜鐵和彈簧管之間的過盈聯(lián)接在電液伺服閥使用過程中不可以出現(xiàn)軸向竄動，這就意味著二者的過盈配合面不能出現(xiàn)塑性變形，因此過盈量上限為16μm。

最大壓裝力和過盈量之間的關系如表2所示，二者之間的關系呈正相關。

2.2 摩擦系數(shù)對壓裝質量的影響

根據(jù)國標GB5371-2004，當過盈聯(lián)接由不同材料構成時，摩擦系數(shù)的范圍是0.07～0.15。最大壓裝力與摩擦系數(shù)之間的關系如表3所示。從實際使用情況來看，當最大壓裝力低于60kgf時，難以保證聯(lián)接強度;當最大壓裝力高于86kgf時，壓裝過程中零件必然出現(xiàn)損壞。因此摩擦系數(shù)的合理范圍是0.09～0.12。

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