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
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。

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。

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。

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。