下载文档原格式
⾼铁车轴与齿轮过盈配合计算与分析0引⾔转向架是列车的关键组成部件，负责⽀撑车体，承受和传递列车运⾏所需的转矩及载荷，保证列车具有良好的运⾏品质以及⾜够的安全可靠性[1]。
动⼒转向架主要由构架、动⼒设备、弹簧⽀撑及减振装置、轮对、制动减速装置、轴箱体等组成。
齿轮箱是动⼒转向架的重要组成部分，负责对动⼒设备提供的转矩降速增扭，并传递给车轴，带动列车运⾏。
齿轮箱的从动齿轮通过过盈配合的⽅式连接在车轴上。
过盈量过⼩时，其不能为列车前进传递⾜够的动⼒；过盈量过⼤时，导致零件材料局部发⽣⼤⾯积屈服以致零部件破坏。
⾼铁车轴与齿轮的过盈配合选择是典型的⾮线性接触问题，有限元在处理这类问题上具有明显的优势[2-6]。
该⽂以某⾼铁齿轮箱为例，运⽤经典⼒学与⾮线性有限元对车轴齿轮与的过盈配合选择做了计算和分析。
1经典⼒学分析在齿轮与车轴的过盈配合中，当需要传递的转矩为T 时，则应保证在此转矩的作⽤下轮轴不发⽣滑移[7]。
配合⾯间的径向压强产⽣的摩擦阻⼒矩M f，如公式（1）所⽰。
（1）式中：i—齿轮箱的传动⽐。
此时，配合⾯的径向接触压强P，计算⽅法见公式（2）。
（2）式中：K—安全系数；F a—齿轮承受的轴向⼒；d—轮轴配合平均直径；f—配合⾯的摩擦系数；l—过盈配合接触宽度。
以某⾼铁齿轮箱为例，联轴器最⼤滑移扭矩为8000Nm，传动⽐为5.389，齿轮承受的轴向⼒为50669N，配合平均直径为219mm，配合宽度为120mm，摩擦系数为0.125，安全系数为1.5。
经计算，配合⾯的径向接触压强P≥57.70MPa。
因齿轮的外缘结构不规则，将其假设成型⼼在同⼀条直线上的若⼲圆柱的集合体。
其直径与宽度的对应关系如表1所⽰。
表1齿轮外缘与宽度对应关系/mm外缘直径241262619262241宽度1911701119经计算，齿轮的当量外缘直径d A为335mm。
⼜因车轴内部直径d0为0。
根据DIN7190标准[8]，齿轮与轴的直径⾼铁车轴与齿轮过盈配合计算与分析Interference Fit Calculation and Analysis of Axle and Gear in a High-speed Gearbox⾼旺GAO Wang;付赟秋FU Yun-qiu;张辙远ZHANG Zhe-yuan（中车北京南⼝机械有限公司轨道传动研究所，北京102202）（Rail Drive Research Institute，CRRC Beijing Nankou Co.，Ltd.，Beijing102202，China）摘要:⾼铁齿轮箱具有降速增扭的作⽤，其齿轮与车轴间的过盈配合⾮常关键。
符号数值Unit 系数d f 7mm C a d a 15mm C i d i 3mm a l f 8mm b Ea 117500N/mm-2cE i 69000N/mm-2νa 0.25-νi 0.34-塑性材料屈服强度σsa 0N/mm-2脆性材料抗拉强度σba 270N/mm-2塑性材料屈服强度σsi 325N/mm-2脆性材料抗拉强度σbi 0N/mm-2q a 0.466667q i 0.428571µ0.125转矩M 0N.mm 轴向力F x 57.727N 承受转矩P fmin 0承受轴向力P fmin 2.62500N 传递力P fmin 2.62500N/mm-2e amin 0.00026mm e imin 0.00030mm δemin 0.00055mm 塑性材料p famax 0N/mm-2脆性材料p famax 86.715N/mm-2塑性材料p fimax 132.653N/mm-2脆性材料p fimax 0N/mm-2p fmax 86.715N/mm-2F11906.970N e amax 0.00933mm e imax 0.00976mm δemax 0.01910mm 冷却αa-810e-6/°C传递载荷所需的最小结合压力包容件传递载荷所需的最小直径变化量被包容件传递载荷所需的最小直径变化量传递载荷所需的最小有效过盈量结合直径包容件外径被包容件内径结合长度包容件弹性模量包容件泊松比被包容件泊松比包容件直径比被包容件直径比横向过盈连接的摩擦因数以HAIMA正时链机油喷嘴（被包容件：铝件）与缸体（包容件：铸铁件）配合为例计算喷嘴尺寸公差包容件线膨胀系数被包容件不产生塑性变形所容许的最大结合压力联接件不产生塑性变形的最大结合压力包容件不产生塑性变形所容许的最大直径变化量被包容件不产生塑性变形所容许的最大直径变化量联接不产生塑性变形所容许的最大有效过盈量包容件不产生塑性变形的传递力过盈联接传递载荷所需的最小过盈量的计算式过盈联接不产生塑性变形所容许的最大过盈量的计算式包容件强度被包容件强度含义包容件不产生塑性变形所容许的最大结合压力被包容件弹性模量考虑热胀冷缩量的变形差（-40°C-20°C）注：手动输入值结论值1.8068181.110.4480880.6423360.408163HM缸体上正时链机油喷嘴安装孔尺寸及公差示例：HAIMA名称名义值精度等级上公差下公差缸体安装尺寸7H80.0220.000。
过盈配合的计算和选用过盈配合是机械零件装配中常见的一种配合方式，它能够确保零件的精确定位和相对运动的可靠性。
在工程设计中，计算和选用合适的过盈配合是非常重要的一步。
我们来了解一下什么是过盈配合。
过盈配合是指在装配两个零件时，一个零件的尺寸略大于另一个零件的孔径或轴径，从而实现零件之间的紧固和相对运动。
过盈配合可以分为过盈配合和过盈配合两种情况。
过盈配合适用于需要传递力和承受载荷的场合，而过盈配合则适用于需要高精度定位和相对运动的场合。
在计算和选用过盈配合时，首先需要确定装配的零件是轴还是孔。
然后，根据零件的尺寸和公差要求，选择合适的过盈量。
过盈量是指轴与孔之间的公差差值，它决定了零件的相对位置和运动的可靠性。
过盈量一般采用公差带法来表示，即将轴的公差和孔的公差相加，得到过盈量。
在选用过盈配合时，需要考虑以下几个因素。
首先是装配的要求，包括定位精度、运动可靠性和传递力的要求。
一般来说，过盈配合能够提供更好的定位精度和运动可靠性，但传递力有限，因此在选择过盈配合时需要权衡这些因素。
其次是零件的材料和加工工艺。
不同材料和加工工艺对过盈配合的要求不同，需要根据实际情况进行选择。
最后是经济因素。
过盈配合需要更高的加工精度和装配要求，因此成本会相对较高，需要在经济可接受范围内进行选择。
在计算过盈配合时，可以利用一些经验公式或软件进行计算。
常见的经验公式包括H7/p6、H8/h7等，其中H表示孔的基准尺寸，p 表示过盈量。
这些公式可以提供初步的参考，但实际计算时需要考虑更多的因素，如材料、公差要求等。
过盈配合的计算和选用是机械装配中非常重要的一步。
正确的过盈配合能够确保零件的精确定位和相对运动的可靠性，提高装配质量和性能。
在计算和选用过盈配合时，需要考虑装配要求、材料和加工工艺、经济因素等多个因素，选择合适的过盈量和配合方式。
同时，可以利用经验公式或软件进行计算，但需要结合实际情况进行综合考虑。
通过科学的计算和选用过盈配合，可以提高装配的精度和可靠性，确保机械零件的正常运行。
公差与配合过盈配合的计算与选用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!公差与配合过盈配合的计算与选用引言在机械设计与制造领域中，公差与配合是至关重要的概念。
金属零件过盈配合计算公式一、引言。
金属零件的过盈配合是机械设计中常见的一种配合方式，通过过盈配合可以实现零件的连接和固定。
在实际工程中，需要根据零件的尺寸和要求来计算过盈配合的尺寸，以确保零件能够正常使用。
本文将介绍金属零件过盈配合的计算公式，以及计算过程中需要注意的问题。
二、过盈配合的定义。
过盈配合是指装配时，轴与孔的配合尺寸，轴的尺寸大于孔的尺寸。
在装配时，轴件和孔件之间产生一定的压力，使得轴件能够紧固在孔件中。
过盈配合通常用于要求较高的零件连接，例如需要抗震、抗扭转等特殊要求的零件。
三、过盈配合的计算公式。
1. 过盈量的计算。
过盈量是指轴的尺寸与孔的尺寸之间的差值，通常用公差等级来表示。
过盈量的计算公式如下：过盈量 = 轴的最大尺寸孔的最小尺寸。
其中，轴的最大尺寸和孔的最小尺寸可以根据设计要求和公差等级来确定。
2. 紧配量的计算。
紧配量是指轴与孔的配合尺寸，即轴的最大尺寸与孔的最小尺寸之间的差值。
紧配量的计算公式如下：紧配量 = 轴的最大尺寸孔的最小尺寸。
紧配量通常用于要求较高的精度配合，例如需要精密传动的零件。
3. 松配量的计算。
松配量是指轴与孔的配合尺寸，即轴的最小尺寸与孔的最大尺寸之间的差值。
松配量的计算公式如下：松配量 = 轴的最小尺寸孔的最大尺寸。
松配量通常用于要求较低的精度配合，例如需要便于拆卸的零件。
四、过盈配合计算的注意事项。
1. 根据实际需求确定过盈量。
在实际工程中，需要根据零件的使用要求来确定过盈量。
过大的过盈量会导致装配困难，过小的过盈量则会影响零件的使用寿命。
因此，需要根据实际需求来确定过盈量。
2. 考虑材料的热胀冷缩。
在过盈配合的计算中，需要考虑材料的热胀冷缩。
在高温环境下，材料会膨胀，而在低温环境下，材料会收缩。
因此，需要根据实际工作温度来确定过盈量。
3. 考虑装配和拆卸的便利性。
在确定过盈量时，还需要考虑装配和拆卸的便利性。
过大的过盈量会导致装配困难，而过小的过盈量则会影响零件的拆卸。
80mm的轴与孔过盈配合量在机械制造中，轴与孔的配合是非常重要的一环。
过盈配合是指轴的尺寸稍大于孔的尺寸，通过压入或加热的方法实现紧密的连接。
而80mm的轴与孔的过盈配合量则是指轴的直径与孔的直径之间的差值。
本文将详细讨论80mm的轴与孔过盈配合量的计算方法和实际应用。
一、过盈配合量的计算方法过盈配合量的计算需要根据具体的工程要求和材料的性质来确定。
常见的计算方法有以下几种：1. 制造公差法：根据轴和孔的公差等级，通过查表或计算得到过盈配合量。
一般来说，过盈配合量为公差的一半，即轴的直径减去孔的直径的一半。
2. 过盈配合公式法：根据轴和孔的尺寸，使用过盈配合的公式计算得到过盈配合量。
过盈配合公式的常见形式为：过盈配合量 = A + B * d，其中A和B为常数，d为轴的直径。
3. 经验法：根据实际经验来确定过盈配合量。
这种方法需要根据具体的材料和应用条件来确定，通常需要进行试验和实际操作的验证。
二、80mm轴与孔过盈配合量的实际应用在实际应用中，80mm的轴与孔过盈配合量的选择需要考虑以下几个因素：1. 材料的性质：不同材料的热膨胀系数不同，因此过盈配合量的选择需要考虑材料的热膨胀性质。
如果材料的热膨胀系数较大，可以选择较小的过盈配合量，以避免在温度变化时出现过紧或过松的情况。
2. 工作环境的要求：如果轴和孔在工作环境中会受到较大的振动、冲击或负载，需要选择较大的过盈配合量，以确保连接的牢固性和稳定性。
3. 加工精度的要求：如果工程要求较高的加工精度，需要选择较小的过盈配合量，以确保连接的精确性。
4. 拆卸和维修的方便性：过盈配合量过大会增加拆卸和维修的难度，因此需要根据具体情况选择合适的过盈配合量。
根据以上因素的考虑，80mm的轴与孔过盈配合量一般在0.02mm到0.08mm之间。
具体的数值需要根据实际情况来确定，可以根据工程要求和经验来选择合适的数值。
三、过盈配合量的检验方法过盈配合量的检验是保证连接质量的重要环节。
计算和选择过盈配合的新方法
陈连; 吉美丽
【期刊名称】《《机械工业标准化与质量》》
【年(卷),期】2001(000)003
【摘要】本文提出了一种计算和选择过盈配合的新方法。
本方法首先按可靠性优化设计理论确定满足预定可靠性要求的过盈量和结合长度 ,然后根据 GB/T5 371《过盈配合的计算和选用》选择标准配合 ,再对结合长度进行一维优化 ,可以经济地满足预定的可靠性要求 ,彻底摆脱用传统方法选择过盈配合的盲目性。
【总页数】3页(P17-19)
【作者】陈连; 吉美丽
【作者单位】连云港化工高等专科学校
【正文语种】中文
【中图分类】F4
【相关文献】
1.用计算机对过盈配合进行计算与选择 [J], 彭常户
2.过盈配合选择的计算方法 [J], 陈纪新
3.应用Excel进行过盈配合的计算和选择 [J], 卢庆
4.高速回转下的两个园柱形过盈配合另件的过盈量计算 [J], 蔡(土予)涛
5.基于可靠性优化技术的计算和选择过盈配合的新方法 [J], 陈连
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
计算和选择过盈配合的新方法连云港化工高等专科学校 陈连 吉美丽 摘 要 本文提出了一种计算和选择过盈配合的新方法。
本方法首先按可靠性优化设计理论确定满足预定可靠性要求的过盈量和结合长度,然后根据GB T 5371《过盈配合的计算和选用》选择标准配合,再对结合长度进行一维优化,可以经济地满足预定的可靠性要求,彻底摆脱用传统方法选择过盈配合的盲目性,对提高过盈联接的工作可靠性有较大的工程价值。
关键词 过盈配合 计算和选择 可靠性优化设计 新方法 1 引言、定心性好、承载能力高、承受变载荷和冲击的性能好等优点,因此在机械制造,特别是重型机械制造中具有十分重要的技术经济价值。
但由于传统的计算方法不仅麻烦,而且无法对联接的工作可靠性作出定量的评价,从而给联接带来消极影响。
本文基于可靠性与优化设计理论,提出了一种计算和选用过盈配合的新方法,对提高过盈配合的质量有积极意义。
2 传统的计算方法根据材料力学中对厚壁圆筒的分析,过盈配合的有效过盈量∆e与结合压力p f之间的关系可以用式(1)表示:∆e=p f d f(c a E a+c i E i)(1)式中 c a=(1+q2a) (1-q2a)+Λac i=(1+q2i) (1-q2i)+Λiq a=d f d aq i=d i d f对包容件和被包容件,危险应力均发生在内表面上,按第四强度理论计算的相当应力如式(2)所示:Ρa=p f3+q4a (1-q2a)Ρi=2p f (1-q2i)(2)式(3)是传递载荷所需的最小结合压力计算式,将其代入式(1)可以求得所需最小有效过盈量[如式(4)所示]。
p f m in=F2x+(2T d f)2 (Πd f L f f)(3)∆e m in=p f m in d f(c a E a+c i E i)(4)为保证联接件的结合强度,考虑各种因素对联接性能的影响,需对计算求得的最小有效过盈量进行修正,求出联接件的最小过盈量[如式(5)]:∆m in=∆e m in+∆y+∆t+∆l+∆m(5)过盈联接还应保证联接的两元件不发生塑性变形。
联接件不发生塑性变形的最大结合压力如式(6)所示:p f m ax=m in{p fam ax,p fi m ax}(6)式中 p fam ax=Ρsa(1-q2a) 3+q2ap fi m ax=Ρsi(1-q2i) 2将式(6)带入式(1),可以得到联接件不产生塑料变形的最大有效过盈量,如式(7)所示:∆e m ax=p f m ax d f(c a E a+c i E i)(7)在以上诸式中,各符号的意义为:d i、d a—被包容件内径和包容件外径;E a、Λa—包容件材料的弹性模量和泊松比;E i、Λi—被包容件材料的弹性模量和泊松比;F x、T—联接承受的轴向力和力矩;工作研究L f 、d f —结合长度和结合直径;f —结合面上的摩擦系数;∆y —表面粗糙度引起的修正量;∆t —温差引起的修正量;∆l —离心力引起的修正量;∆m—抵偿重复压装时过盈量减少的补偿值;Ρsa 、Ρsi —包容件和被包容件材料的屈服极限。
当配合面间的实际过盈量∆<∆m in 时,在传递负荷时配合面间将发生打滑现象(结合强度失效);当∆>∆e m ax 时,联接件将在配合面上产生塑性变形(联接强度失效)。
因此在选择配合时,应使最大过盈量[∆m ax ]≤∆e m ax ,最小过盈量[∆m in ]≥∆m in ,即基本过盈量∆b 应在两个极限过盈量∆e m ax 和∆m in 之间选择。
通常由∆e m ax 和∆m in 所限制的范围较大,在此范围内往往可以选择若干种配合,如图1所示。
图中T s 和T h 分别为轴公差和孔公差,T f 为过盈公差,而∃1和∃2分别为结合强度和联接强度的储备量。
至于究竟应该选择哪一种配合,传统方法具有很大盲目性,不能定量地描述配合联接的工作可靠性。
图1 过盈配合的选择3 过盈联接的可靠性分析过盈配合失效包括打滑、包容件和被包容件的材料在配合面上产生塑性变形三种形式,三者相互独立,且具有串联性质,如果分别用R 1、R 2和R 3来表示其可靠度,则整个配合系统的可靠度可表为R =R 1・R 2・R 3。
根据可靠性理论,当过盈量、强度和应力均服从正态分布时,可靠度计算式中的R 1、R 2和R 3可用式(8)表示:R 1=P (∆-∆m in >0)=12Π∫u R1-∞e t 2 2d t R 2=P (Ρsa -Ρa >0)=12Π∫u R 2-∞e t 2 2d t R 3=P (Ρsi -Ρi >0)=12Π∫u R 3-∞e t 2 2d t(8)式中 u R 1=(∆-∆m in ) S 2∆+S 2∆m inu R 2=(Ρsa -Ρa ) S 2sa +S 2a u R 3=(Ρsi -Ρi ) S 2si +S 2iS ∆、S ∆m in —实际过盈量和最小过盈量的标准离差;S sa 、S a —包容件材料屈服极限和应力的标准离差;S si 、S i —被包容件材料屈服极限和应力的标准离差。
各符号上面的横线代表其均值,其他符号意义同前。
从式(1)～式(8)可以看出,包容件和被包容件不发生塑性变形,即不发生联接强度失效的可靠度R 2和R 3除材料性能和配合尺寸以外,仅与过盈量有关;在材料和尺寸确定以后,过盈量∆越大,R 2和R 3越小,所以∆不能过大。
而对不发生结合强度失效的可靠度R 1,除上述因素以外,还与配合长度L f 有关;L f 越小,p f m in 或∆e m in (∆m in )越大,在同样过盈量下u R 1越小,R 1也越小,即越容易发生结合强度失效(打滑)。
传统算法是先将配合强度L f 取定,而当L f 取值过小时,为保证传动安全就必须取较大过盈量,而过盈量的增大又可能导致联接强度可靠度下降,从而使整个配合系统的可靠性得不到保证。
L f 的大小还直接影响到经济性,所以传统算法中将其事先确定下来的做法无论在可靠性还是在经济性方面都存在着明显的缺陷。
通过选择结合长度和过盈量工作研究来经济地满足预定的可靠性要求是一项十分有意义的工作。
4 选择过盈配合的可靠性优化方法基于以上分析,可取过盈量和结合长度为设计变量,即如式(9):X=[x1,x2]T=[∆,L f]T(9)结合面积直接反映加工成本即配合的经济性,故可以传递一定载荷时的最小结合面积为设计追求目标,目标函数如式(10)表示: m in f(X)=Πd f L f=Πd f x2(10)设要求整个过盈配合系统的可靠度不低于r,则可以建立如式(11)的约束条件: G1(X)=R(X)-r=R1R2R3-r≥0(11)为改善加工和装配工艺,一般要求L f d f ≤1.6,从而有对结合长度的约束条件,如式(12): G2(X)=1.6d f-L f=1.6d f-x2≥0(12)式(9)～式(12)代表的极小化数字模型是一个含两个不等式约束的小型非线性规则问题,可以用多种方法求解。
作者基于约束随机方向法和复化四阶高斯积分法编写了通用计算机程序ROD,可用于过盈配合的选用计算。
因为配合的过盈量要受国家标准限制而不能任意取值,所以整个计算过程按以下步骤进行:第一步用程序ROD计算满足预定可靠性要求的过盈量∆o′和结合长度L′fo;第二步依据∆o′选择相近的配合,确定实际配合的过盈量∆o;第三步在同样的可靠性指标下对结合长度L f作降维优化,确定其的最佳值L fo。
值得注意的是,为了保证联接强度可靠性不受到削弱,在第二步选择配合时应使∆o≯∆o′。
5 算例已知:d i=10mm,d f=50mm,d a=100mm,Ρsa=400M Pa,E a=E i=210GPa,Λa =Λi=0.3,Ρsi=320M Pa,f=0.11,T= 1750N・m。
根据有关资料,取强度和应力的变异系数为0.08,过盈量变异系数为0.1,要求配合系统的可靠度R≥0.999。
试选择过盈配合,并确定结合长度。
用以上数据运行程序ROD,可以求得最佳过盈量和配合长度分别为∆o′= 68.11708Λm和L′fo=79.53228mm,最小结合面积为F o′=12492.93mm2。
实际达到的可靠度为R1=0.9994325,R2=0.9999866,R3 =0.9995812,R=0.9990006。
根据GB T 1801-1999《极限与配合 公差带和配合的选择》,选定配合<50H7 u6,平均过盈量∆o= 65.5Λm。
对结合长度进行一维优化,得L fo= 82.66261mm,最小结合面积为F o= 12984.64mm2,实际可靠度为R1= 0.9993089,R2=0.9999964,R3= 0.9998701,R=0.9991756。
在上例中,如果选用配合<50H7 v6(平均过盈量为76.5Λm),则包容件和被包容件不发生塑性变形的可靠度(只与过盈量有关)分别为R2=0.9994978和R3= 0.9913724。
显然,不管配合长度取多大,即不管配合面上不发生打滑现象的可靠度R1多大,配合系统的可靠度R均不会超过R3之值,即0.9913724。
5 结束语随着机械产品的精密化和高速化,过盈配合将得到越来越广泛的应用,对配合的工作可靠性也提出了越来越高的要求。
本文提出的方法可以将预定的可靠性设计到过盈联接中去,对提高对盈配合的质量和联接的工作可靠性有积极意义。
(收稿日期:2000211230)工作研究。
