过盈量与装配力计算公式
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过盈联接
1.确定压力p;
1)传递轴向力F
2)传递转矩T
3)承受轴向力F与转矩T得联合作用
2.确定最小有效过盈量,选定配合种类;
3.计算过盈联接得强度;
4.计算所需压入力;(采用压入法装配时)
5.计算包容件加热及被包容件冷却温度;(采用胀缩法装配时)
6.包容见外径胀大量及被包容件内径缩小量。
1、 配合面间所需得径向压力p
过盈联接得配合面间应具有得径向压力就是随着所传递得载荷不同而异得。
1)传递轴向力F 当联接传递轴向力F时(图7-20),应保证联接在此载荷作用下,不产生轴向滑动。亦即当径向压力为P时,在外载荷F得作用下,配合面上所能产生得轴向摩擦阻力Ff,应大于或等于外载荷F。
图: 变轴向力得过盈联接 图: 受转矩得过盈联接
设配合得公称直径为人配合面间得摩擦系数为人配合长度为l,则 Ff =πdlpf
因需保证Ff≥F,故
[7-8]
2)传递转矩T 当联接传递转矩T时,则应保证在此转矩作用下不产生周向滑移。亦即当径向压力为P时,在转矩T得作用下,配合面间所能产生得摩擦阻力矩Mf应大于或等于转矩T。
设配合面上得摩擦系数为f① ,配合尺寸同前,则
Mf =πdlpf·d/2
因需保证Mf≥T.故得
[7-9]
① 实际上,周向摩擦系数系与轴向摩擦系数有差异,现为简化.取两者近似相等.均以f表示。
配合面间摩擦系数得大小与配合面得状态、材料及润滑情况等因素有关,应由实验测定。表7－5给出了几种情况下摩擦系数值,以供计算时参考。
表: 摩擦系数f值
压 入 法 胀 缩 法
联接零件材料 无润滑时f 有润滑时f 联接零件材料 结合方式,润滑 f
钢—铸钢 0、11 0、08
钢—钢 油压扩孔,压力油为矿物油 0、125
钢—结构钢 0、10 0、07 油压扩孔,压力油为甘油,结合面排油干净 0、18
钢—优质结构钢 0、11 0、08 在电炉中加热包容件至300℃ 0、14
钢—青铜 0、150、20 0、030、06 在电炉中加热包容件至300℃以后,结合面脱脂 0、2
钢—铸铁 0、120、15 0、050、10 钢—铸铁 油压扩孔,压力油为矿物油 0、1
铸铁—铸钢 0、150、、25 0、150、10 钢—铝镁合金 无润滑 0、100、15
3) 承受轴向力F与转矩T得联合作用
此时所需得径向压力为
[7-10]
2、 过盈联接得最小有效过盈量δmin
根据材料力学有关厚壁圆筒得计算理论,在径向压力为 P时得过盈量为Δ=pd(C1/E1+C2/E2) ×103,则由上式可知,过盈联接传递载荷所需得最小过盈量应为
[7-11]
式中:
p——配合W问得任向活力,由式(78)(710)计算;MPa;
d——配合得公称直径,mm;
E1、E2——分别为被包容件与包容件材料得弹性模量,MPa;
C1——被包容件得刚性系数
C2——包容件得刚性系数
d1、d2——分别为被包容件得内径与包容件得外径,mm;
μ1、μ2——分别为被包容件与包容件材料得泊松比。对于钢,μ=0、3;对于铸铁,μ=0、25。
当传递得载荷一定时,配合长度l越短,所需得径向压力p就越大。当P增大时,所需得过盈量也随之增大。因此,为了避免在载荷一定时需用较大得过盈量而增加装配时得困难,配合长度不宜过短,一般推荐采用 l≈0、9d。但应注意,由于配合面上得应力分布不均匀,当l＞0、8d时,即应考虑两端应力集中得影响,并从结构上采取降低应力集中得措施。
图: 圆柱面过盈联接
显然,上面求出得Δmin只有在采用胀缩法装配不致擦去或压平配合表面微观不平度得峰尖时才就是合效得。所以用胀缩法装配时,最小有效过盈量δmin
=Δmin但当采用压入法装配时;配合表面得微观峰尖将被擦去或压平一部分(下图),此时接式(7－11)求出得Δmin值即为理论值应再增加被擦去部分2μ,故计算公式为
图: 压入法装配时配合表面擦去部分示意图
式中:u——装配时留图所示可配合表面上微观峰尖被擦去部分得高度之与,取其为 0、4(RZ1＋RZ2),μm;
RZ1、RZ2——分别为被包容件及包容件配合表面上微观不平度得十点高度,μm,其值随表面粗糙度而异,见表7—6
表: 加工方法、表面粗糙度及表面微观不平度十点高度RZ 加工方法 精车或精镗,中等磨光,刮(每平方厘米内有1、53个点) 铰,静磨,刮(每平方厘米内有35个点) 钻石刀头镗 研磨,抛光,超精加工等
表面粗糙度代号
Rz(μm) 10 6、3 3、2 1、6 0、8 0、4 0、2 0、1 0、05
注:表面粗糙度代号以Ra表示,自左至右依次相当于旧国标(GB1031—68)中得代号▽6—▽14。
设计过盈联接时,如用压入法装配,应根据求得得最小有效过盈量δmin,从国家标准中选出一个标准过盈配合,这个标准过盈配合得最小过盈量应略大于或等于δmin 。若使用胀缩法装配时,由于配合表面微观峪关被擦伤或压平得很少,可以忽略不计,亦即可求出δmin 后直接选定标准过盈配合。
还应指出得就是:实践证明,不平度较小得两表面相配合时贴合得情况较好,从而可提高联接得紧固性。
3、 过盈联接得强度计算
前已指出,过盈联接得强度包括两个方面,即联接得强度及联接零件本身得强度。由于按照上述方法选出得标准过盈配合已能产生所采得径向压力,即已能保证联接得强度,所以下面只讨论联接零件本身得强度问题。
过盈联接零件本身得强度,可按材料力学中阐明得厚壁圆筒强度计算方法进行校核。当压力p一定时,联接零件中得应力大小及分布情况见图7－26。首先按所选得标准过盈配合种类查算出最大过盈量δmax(采用压入法装配时应减掉被擦去得部分2u).再求出最大径向压力pmax,即
然后根据pmax来校核联接零件本身得强度。
当包容件(被包容件)为脆性材料时,可按图7－26所示得最大周向拉(压)应力用第一强度理论进行核核。由图可见,其主要破坏形式就是包容件内表层断裂。
图7-26: 过盈联接中得应力大小及分布情况
设分别为被包容件材料得压缩强度极限及包容件材料得拉伸强度极限,则强度校核公式为:
对被包容件
对包容件
当零件材料为塑性材料时.则应按第三强度理论(1-3≤S)检验其承受最大应力得表层就是否处于弹性变形范围内,设s1、s2分别为被包容件及包容件材料得屈服极限.则由图7－26可知.不出现塑性变形得检验公式为:
对被包容件内表层
对包容件内表层
4、 过盈联接最大压入力、压出力
当采用压入法装配并准备拆开时,为了选择所得压力机得容量,应将其最大压入力、压出力按下列公式算出:
最大压入力 Fi=fπdlpmax
最大压出力 F0=(1、31、5)Fi=(1、31、5)fπdlpmax
5、 包容件加热及被包容件冷却温度
如采用胀缩法装配时,包容件得加热温度t。或被包容件得冷却温度t;(单位均为℃)可按下式计算:
式中:δmax——所选得得标准配合在装配前得最大过盈量,μm;
Δ0——装配时为了避免配合面互相擦伤所需得最小间隙。通常采用同样公称直径得
间隙配合 H7／g6得最小间隙,μm,或从手册中查取;
α1、α2——分别为被包容件及包容件材料得线膨胀系数,查有关手册;
t0——装配环境得温度,℃。
6、 包容件外径胀大量及被包容件内径缩小量(一般只需计算其最大绝对值)
当有必要计算过盈联接装配后包容件外径胀大量及被包容件内径缩小量时,可按下列公式计算: 包容件外径最大胀大量
被包容件内径最大缩小量
式中各符号得意义同前。
过盈配合键得装配
过盈配合件就是依靠相配件装配以后得过盈量达到紧固联接。装配后.由于材料得弹性变形,使配合面之间产生压力,因此在工作时配合面间具有相当得联擦力来传递扭短或轴向力。过盈配合装配一般属于不可拆卸得固定连接。过盈配合件得装配方法有:(1)人工锤击法,(2)压力机压入法;(3)冷装法,(4)热装法。
1)过盈配合件装配前得检查
过盈配合零件在装配前必须对配合部位进行复检.并做好记录。
(1)过盈量应符合图样或工艺文件得规定。
(2)与轴肩相靠得相关轮或环得端面,以及作为装配基准得轮绿端面,与孔得垂直度偏差应在图样规定得范围内。
(3)相关得圆根、倒角等不得影响装配。
(4)配合表面水准有棱刺、锈斑或擦伤。
(5)当包容件得孔为盲孔时,其装入得被包容件必须有排气孔或槽,否则不准进行装配。
(6)具有键联接得配合件.装配前必须对轴槽、孔槽得位置与研配得键进行复检,正确无误后方可进行装配。
2)过盈配合件得装配 过盈配合件得装配见表16。
表16 过盈配合件装配
装配方法
工 艺 要 点
计算公式
人工敲击法:
适用于过渡配
合得小件装配
1 、大装得零件表面不准有砸痕
2 、打装时,被包容配件表面涂机油润滑
3 、打装时,必须用软金属或硬质非金属材料做防护衬垫
4 、打装过程中,必须使被容件与包容件同轴,不准有任
何歪斜现象
5 、打装好得零件必须与相关限位轴肩等靠紧,间隙不得
大于0、05mm
压装法:
适用于常温下
.对过盈量较小
得中、小件装配
1、 压装件引入端必须制做倒锥。若图样中未作规定,其
倒锥按锥度1:150制作.长度为配合总长度得l0%～15%
压入力F经验计算公式F=KiL×104
式中
i－测得实际过盈量mm
L－配合长度mm
K－考虑被装零件材质,尺寸等因素得系数
K系数1、5～3取值
2 、实心轴与不通孔件压装时,允许在配合轴颈表面上加
工深度大于0、5mm得排气平面
3 、压装零件得配合表面.在压装前须润滑油(白铅油掺
机油)
4、压装时,其受力中心线应与包容件,被包容件中心线保
持同轴。对细长轴应严格控制受力中心线与零件得同轴性
