过盈联接件质量监测数学模型的研究
大型齿轮与空心轴过盈连接性能分析
大型齿轮与空心轴过盈连接性能分析Performance analysis of interference fit between large gear and hollow shaft王征兵1，刘忠明1，张志宏1，朱帅华2WANG Zheng-bing 1, LIU Zhong-ming 1, ZHANG Zhi-hong 1, ZHU Shuai-hua 2（1.郑州机械研究所 研发中心，郑州 450052；2.河南科技大学 机电工程学院，洛阳 471003）摘 要：采用有限元法对过盈连接进行了计算，得到了配合面的真实接触状态；结果表明，配合面接触压力沿轴向呈U形分布，配合面中部仿真数值与理论计算值吻合较好，两端有较大应力集中。
分析了离心力对配合性能的影响，结果表明，低转速时，离心力产生的影响非常有限，但转速一旦超过一定值，接触压力下降较快，此时要使连接可靠，过盈量计算必须考虑离心力作用，并给予补偿。
关键词：空心轴；过盈连接；有限元中图分类号：TH124 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2017)10-0048-03收稿日期：2017-06-02基金项目：国家科技支撑项目：桥式起重机械轻量化减速器关键技术研究与应用（2015BAF06B02）作者简介：王征兵（1985 -），男，河南郸城人，工程师，主要从事机械传动产品的设计与研发。
0 引言空心轴结构具有质量轻、承载强度高、散热性能好等优点，被广泛地用于起重机械、高速铁路、石油装备、航空航天等领域。
过盈连接承载能力强、结构简单、定心性好、无需任何紧固件，而且可避免因采用键槽削弱零件强度的缺点，在以传递动力的孔轴类、齿轮轴类等紧密装配件中得到广泛应用。
过盈配合属于边界条件高度非线性的接触问题，配合面间的接触状态和应力状态都非常复杂。
传统计算方法是在假定零件处于平面应力状态、配合面压强均匀分布等前提下进行的，很难精确地计算出配合面的压力分布和应力集中情况，从而影响过盈连接的可靠性和设计质量，存在一定的局限性[1～3]。
机械密封环过盈联接的有限元分析(1)
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟机械密封环过盈联接的有限元分析(1)机械密封的主要失效原因中, 由于动静环镶嵌不当, 造成环与环座发生相对转动和脱落是重要原因之一。
据有关部门统计, 由此造成的机械密封失效次数约占失效次数的12%。
过盈量计算不准确是镶嵌不当的主要原因之一。
过盈量太大, 不仅增加热套时的难度, 而且容易造成环座的塑性变形和密封环的碎裂; 而过盈量太小, 在使用中密封环会同环座发生相对转动或脱落, 造成密封失效。
此外, 过盈联接的残余应力对密封环的应用场合也有一定影响。
因此, 对机械密封过盈量和应力场进行研究十分必要。
1、机械密封过盈量的确定因静环与静环座线膨胀系数不同而产生的半径过盈量δ1 按下式计算[1]δ1= TR4 (α1-α2) (1)式中: α1 , α2 为静环座、静环的膨胀系数, ℃-1 ; T 为密封腔工作温度与室温的差值, ℃。
1.2、半径过盈量δ2根据过盈配合界面的摩擦阻力矩大于密封面的摩擦力矩, 由过盈产生的结合压强p 有下列关系式中: f1 为端面动摩擦因数; f2 为静摩擦因数; pc 为端面比压, Pa; 其中f1= 0.07, f2= 0.2。
静环座在结合压强p 作用下产生的位移u1式中: E1 为静环座的弹性模量, Pa; μ1 为静环座的泊松比。
静环在结合压强p 作用下产生的位移u2式中: E2 为静环的弹性模量, Pa; μ2 为静环的泊松比。
平衡摩擦副端面摩擦力矩的半径过盈量δ2。
《装备制造技术》2008年总目次
基 于改进 遗传 算法优化 的模糊 神经网
络在火灾探 测中 的应用 氢型白土对食用植物 油氧化 稳定性 的 作用 实验 硬齿 面滚齿 与磨齿表 面质量 对 比试 验 陆敏明 ４ ４ －５
喷油器与增 压柴油机 匹配 的燃烧分析 余红东 ， ３ ４ 等 －
张丽杰 ， ４ ４ 等 －２
的 ４ Ｖ汽车 发电系统 的磁场定 向控 制 ２
基 于 Ｃ Ｔ Ａ和 Ａ Ａ ＡＩ Ｄ ＭＳ的 二 级 斜 齿 轮
４５ —
４８ — ４ １ —１
电 线通信中 电磁兼容问题浅析
ＤＬ Ｎ Ｓ孤子 的绝 热 参 数 演 化 空 间并 联 ４ Ｒ Ｒ（ Ｒ） 构 的 分 析 与 一Ｐ Ｒ 机
叶天汉 ， 等 黄斌全
田建 平 ， 等
４ １ —３
４ １ —５
可重构汽车车身焊接央具 的研究
快 走 丝 线 切 割 机 床 断丝 原 因分 析 与对
策
椭 圆宏程序在数控 车削中的应用与研究 成 立 种新型砂轮切 割机 的研制
４ ｌ 一７
４２ —Ｏ
李德荣 ， ２ ２ 等 —２
杨 旭 娟 ， ２ ２ 等 —４
燃汽轮发电机组锥 型转 子扭 转振动研究 李 志和 ， 等 ４ ３ —２
液压 激振器的动力学 分析 与仿 真 直线 电机关键技术 问题及其 解决办法
探讨 基 于 Ａ Ｓ Ｓ的 长 虹 Ｓ ２ ３ ６型 电视 机 ＮＹ Ｆ １６
张 琦， 等 ４ ３ —５
蒋 良华 马国鹭 ， 等 ４ ３ —７ ４＿ －Ｏ ４
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
液粘传动系列装置 的研究 降低非道路用柴油机 Ｎ ｘ和 Ｐ Ｏ Ｍ排放
的试验研究
过盈连接的设计计算书
提高扩展内容第15章连接设计1. 过盈连接的设计计算教材15.4节简单介绍过盈连接的原理、特点及应用。
鉴于此连接在机械工程中广泛应用，特作如下扩展，供读者参考。
1.1过盈连接的特点及应用过盈连接是利用连接零件间的过盈配合来实现连接的。
这种连接也叫干涉配合．．．．．．连接或紧配合．．。
．．．连接过盈连接的优点是结构简单、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。
其主要缺点为配合面的尺寸精度高、装拆困难。
过盈连接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座孔的连接等。
本节仅介绍圆柱面的过盈连接。
1.2 圆柱面过盈连接的设计计算（1）过盈连接的工作原理及装配方法1）过盈连接的工作原理过盈连接是将外径为d的被包容件压入内径为A d的包容件中（图1.1a）。
由于配合B直径间有B∆的过盈量，在装配后的配合面上，便产生了一定的径向压力。
当连接A∆+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。
a) 圆柱面过盈连接b) 受轴向力的过盈连接c) 受转矩的过盈连接图1.1 圆柱面过盈连接的工作原理2）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，在压入过程中，配合表面微观不平度的峰尖不可避免地要受到擦伤或压平，因而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所示的导锥，并对配合表面适当加润滑剂，可以减轻上述擦伤。
温差法是加热包容件或（和）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的连接。
加热是利用电加热，冷却采用液态空气（沸点为-副1940C）或固态二氧化碳（又名干冰，沸点为-790C）。
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；冷却法则常用于配合直径较小时。
过盈连接的应用实例见图1.3及1.4。
圆柱过盈联接有限元仿真分析
圆柱过盈联接有限元仿真分析圆柱过盈联接在机械产品装配过程中占有重要地位,其应用十分广泛。
按照联接件的几何特征划分,圆柱过盈联接可以分为薄壁圆筒过盈联接和厚壁圆筒过盈联接两种形式。
在实际工况中,影响过盈联接的因素较多,分析不同因素对于圆柱过盈联接的影响规律,对其研究和应用具有十分重要的意义。
本文从圆柱过盈联接设计参数(过盈量和摩擦系数)和联接件材料属性(弹性模量和泊松比)两方面着手,分别以352226X2-2RZ型货车轴承密封罩的压装作为薄壁圆筒的实例,以HESA整体辗钢车轮和RE2B型车轴的轮对压装作为厚壁圆筒的实例,采用有限元软件ABAQUS 建立弹塑性接触分析模型,得到其应力、应变变化曲线,进一步研究圆柱过盈联接设计参数和联接件材料属性对塑性应变、最大接触应力以及最大等效应力的影响规律,并对薄壁圆筒和厚壁圆筒的应力和应变的变化规律进行对比分析。
研究结果表明:(1)增大压装过盈量会导致薄壁圆筒和厚壁圆筒过盈联接件最大接触应力、最大等效应力和塑性应变增大,厚壁圆筒抵抗塑性变形的能力要强于薄壁圆筒,而厚壁圆筒的最大接触应力和最大等效应力的变化幅度也大于薄壁圆筒;(2)摩擦系数的增加会导致薄壁圆筒和厚壁圆筒过盈联接件应力和应变的增加。
增大摩擦系数时,薄壁圆筒所受的塑性应变和最大接触应力增幅要大于厚壁圆筒,而其最大等效应力增幅则要小于厚壁圆筒;(3)改变泊松比对薄壁圆筒和厚壁圆筒过盈联接件最大接触应力、最大等效应力和塑性应变影响较小;(4)当外载荷为轴向位移时,增大弹性模量会导致薄壁圆筒和厚壁圆筒过盈联接件最大接触应力、最大等效应力和塑性应变增大。
薄壁圆筒和厚壁圆筒上塑性应变的变化幅度相当,同时薄壁圆筒上最大接触应力和最大等效应力的变化幅度也大于厚壁圆筒。
本文的研究成果为进一步研究过盈联接打下了一定的理论基础,也为过盈联接实际应用提供了一定的指导作用。
《过盈连接》课件
市场前景
当前市场情况
过盈连接在各个行业中的应 用越来越广泛，市场需求持 续增长。
市场需求和趋势
随着工业自动化的推进和产 品性能要求的提高，过盈连 接的需求将进一步增加。
市场竞争和机会
目前，过盈连接市场竞争尚 不激烈，但存在很大的发展 机会。
案例分享
1
成功应用案例
展示过盈连接在真实项目中的成功应用案例，包括解决了哪些问题，取得了怎样 的效果。
技术实现
1
设计原则
过盈连接的设计原则包括合适的过盈量、
加工方法
2
与连接材料的匹配、表面处理等。
过盈连接的加工方法有冷装配、热装配
等多种选择，根据具体情况选择适当的
加工方式。
3
效果测试
通过断裂测试、静载试验等手段，评估
过盈连接的效果和性能。
故障分析和解决方案
4
分析过盈连接可能出现的故障，并提供 相应的解决方案，确保连接的可靠性。
应用领域
1 汽车工业
过盈连接在汽车领域广泛应用，例如发动机 连接、底盘连接、传动系统等。
2 机械制造业
各类机械设备的连接，如工业机械、机床等， 都可以采用过盈连接。
3 电子设备
电子设备的连接需要稳固可靠，过盈连接能 够满足这一需求。
4 其他行业
过盈连接还可以应用于建筑、航空航天等领 域，满足不同行业的连接要求。
2
客户反馈和效果
收集客户的反馈和评价，验证过盈连接在实际应用中的优势和效果。
3
市场影响和市场份额
分析过盈连接在市场中的影响力和市场份额，展示其潜力和前景。
总结和展望
通过本课件，您了解了过盈连接的定义、原理、应用领域、技术实现、市场 前景以及成功应用案例，展望过盈连接在未来的发展和应用前景。
自动控制数字化过盈偶件精密装配技术研究
0.0054
1.96
0.0047 50
=（0.0054±0.0013）
即 过 盈 量 落 入 （ 0.004 ， 0.007 ） 区 间 的 概 率 为 95%，因此，将过盈偶件的过盈量细化为（0.004， 0.007）。
第 13 卷 第 4 期
周卫卫等：自动控制数字化过盈偶件精密装配技术研究
3）自动控制过盈偶件精密装配技术。
2 过盈偶件精密装配技术研究
2.1 高精度平键键槽的测量
分别设计适合键槽的专用塞规式测量系统。采用 比较测量的方法，键槽宽度的测量精度提高到了 0.001 mm，满足测量要求。
2.1.1 测量系统误差分析
经专业检定，此测量系统在任意 0.02 mm 内的 示值误差为 0.001 mm，键槽公差要求为 4P9（−0.004/
表 1 键槽实际测量尺寸及过盈量 Tab.1 Actual measured dimension and interference of keyway
平键宽度
过盈量
序号
键槽宽度
平键宽度
3.990 3.992 3.994 3.996 3.992 3.995 3.991 3.996 3.996 3.995 3.996 3.990 3.996 3.995 3.991 3.995 3.995 3.996 3.994 3.998 3.993 3.994 3.995 3.992 3.995
2.1.3 试验验证与过盈量计算
使用专用塞规式测量系统可以将键槽测量精度 提高到 0.001 mm，为精确计算平键与键槽的过盈量 提供了保证。
键槽的设计宽度为 4−0.004 −0.016 mm，平键的 设计宽度为 4−0.002 −0.012 mm，通过使用专用塞规 式测量系统测量实际加工键槽尺寸，选择适配的平 键，计算过盈量，结果如表 1 所示。
一种锥面过盈连接液压法装配应用研究与实践
一种锥面过盈连接液压法装配应用研究与实践
在实践应用中，为了保障连接质量和连接强度，需要进行优化设计和试验研究。
首先，需要通过数值模拟分析来确定过盈连接的焊接参数，如焊接压力、焊接时间、预热温度等。
然后，根据焊接参数进行实验操作，进行焊接质量检测和连接强度测试。
最后，根据实验
结果对焊接参数进行调整，进一步优化设计。
在锥面过盈连接液压法装配的应用中，需要注意以下事项。
首先，焊接前需要对过盈
面进行充分的清理，以保证焊接质量。
其次，在焊接过程中需要严格控制焊接参数，尤其
是焊接时间和焊接温度，以免造成过盈面膨胀过度和焊接热损伤。
最后，在焊接完成后需
要进行连接强度测试，以保证连接质量和安全稳定。
总的来说，锥面过盈连接液压法装配是一种重要的机械零部件连接方式，具有优异的
结构强度和连接可靠性。
在应用过程中，需要进行优化设计和试验研究，保证连接质量和
安全性。
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过 盈 联 接 广 泛应 用 在 矿 山机 械 、 车 、 路 机 车 车 辆 等 设 汽 铁
大的力等都是凭经验确定 。 据调查 目前在汽车结构 中零件 间采 用过盈联接到处 可见 ， 是仅次于螺栓联接 的第二种最常见最普 通 的联接方 式。比如在捷达轿车传动器 的总成装 配过程 中 ， 装 配线上 的 ５ Ｏ个工位其中有 ２ Ｏ个工位 包含 了过盈联接 ， 这些零 件 的装配质 量好坏 ， 影响到总成的噪音各振动量大小 。 直接
＋ 盟 ＝ 旦二 ｏ （） ２
配合面间的摩擦力 ， 实现装配 的 目的。 在２ ０世纪 ８ Ｏ年代 ， 出现 了在传统压装方法的基础上采用
ｒｒＯ ｚ ｄｄ ｄ 除上式 ， 各项 简化后得 ：
收 稿 日期 ：０ ７ １ ２ ２０ －１－ ｌ 作者简介 ： 尹珊 波（ ９５ ）副教授 ， １６ 一 ， 工程硕士 ， 主要研究方向 ： 械设计理 论、 电技术 。 机 机
量 的方 法来控制最终 的产 品实物质量 ， 因此 ， 于过程的质量 基 控制方法必将成为质量控制技术研究 领域 的重 点。因此 ， 建立
过盈联接件配合面摩擦力（ 压装力 ） 的数学模型显得非常必要。
２ 过盈 联接 压装 力数 学模 型 的建 立
轴与滚动轴承内圈的配合是典型的过盈联接 ， 任选 Ａ 现 —
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《 备制 造技术 ） ０８年第 ２期 装 ２０
过盈联接件质量监测数 学模 型的研究
尹珊波
（ 湖南交通 工程 职业技 术学 院 ， 湖南 衡 阳 ４ １０ ） ２ ０ ２
摘要 ： 为了更好地控制过盈联接件 的质量 ， 静力平衡 、 从 单元体 变形几何关 系 物理关 系三 个方面建立评价 其质量 的配合 面间摩擦 力 和 的数学模 型 ， 出可通过选配合适的过盈量和压力一住移 曲线采保证联接质量 。 得
图１ Ａ— Ａ截 面 及 单 元 体 的 截 取
２１ 静 力 平衡 分 析 ．
在轴 承内圈厚 壁中取一单元体如 图 １并对单 元体进行应 ， 力分析 ， 如图 ２ 所示 。 在单元体上取法 向坐标 Ｒ， 切向坐标 如图 ２ ， 据静力 ｂ根 平衡条件 ： － ∑Ｒ－ Ｏ
即 （ｒ ）， ｒｄ ｄ － ｒ ｄ ｄ．２ｒ ｄｄ ｓ ｃ ＋ｄ （ ＋ｄ） ｒ Ｏ． Ｏｚ一 ｃ ．ｒｚ ｉ ｒ ｒ ｒ ｎ
内圈 的 径 向位 移
对于过盈 联接 零件 的装配 ， 评价合格 的标准是其配合 面间 的最大摩擦力是否能达到设计所期望的值。但 是 ， 在完成装 配 过程 以后 ， 最大摩擦力系数在不破坏联接条件 的情况下是无法 进行实际测量的。 我们知道影响过盈联接零件 配合 面间的摩擦 力大小 的因素有很 多 ， 摩擦力 的大小与摩擦系数 、 配合过盈量 、 零件的材料及 尺寸有关 。而摩擦系数 的大小以与零件 的材料 、
有采用 圆锥 面及花键形式的。 两个被联接件之间所能提供 的最
大摩擦力应该不小于联接件所能提供 的最大轴 向工作载荷 ， 只 有 这样才能保证在工作 过程 中被联接件不发生相对运（ ） ， 滑 动
联接才不会失效。
８一 压 装 过 盈 量 Ⅱ 轴 颈 在 轴承 压装 后 的径 向 位 移 Ⅱ 一 承 广 厂轴
现 代控制 、 测量及计算 机技术的压装机 ， 最大 压装 力是衡量过 盈联接最终质量 的重要指标 。但是从 质量控制 的角度 出发 ， 更 加强调对产 品形成过程 的质量进行控 中， 常遇到铜套等零件 ， 往往铜套 内
径加工 的扩 大量 、 选择 多大 的压装设 备 、 过盈联接件 能传递多
大。 由图 １ 得变形后 的几何关 系： 可
壳体就是包容件 ， 滚动轴承外环就是 被包 容件 ； 而滚 动轴 承 内
环与轴之间采用过盈联接 时 ， 滚动轴 承内环是包 容体 ， 而轴就
是 被包 容体 。
８２ Ｉ ＩＩ ／ ｕ ＋ｕｊ ＝ １ ２
（） １
包 容体 与被包容体之间的配合 面最常见 的是 圆柱面 ， 也 但
１ 过盈联 接 的工 作原理
在过盈联接件 中， 一个称作包容件 ， 另一个称作被包容件 。 例如 ， 滚动轴承外环与变速箱壳体之 间采 用过盈联 接 ， 速箱 变
Ａ配合截 面进行变形后的几 何关 系分析 ， 如图 １ 示。轴承压 所
装后 ， 轴颈与 内圈间产生径 向压力 ｐ 轴颈缩小 ， ， 使 内圈 内壁 胀
一
（） ７
积分 常数 Ａ Ｂ由内、 、 外表 面的边 界条件确定 ， 对于轴承 内
＋ｄ
圈 ， 图 ４ ａ 所示， ｒ ａ ， ： Ｐ； ｒ ｂ时 ， ｒ 如 （） 当 ＝时 － 当 ＝ ｏ ＝０， 代人
Ｉ 、
？
２ 式 （ ）式（ ） ：Ａ＝ｂ ＿ａ ； ＝ ６ ， ７得 ．２ Ｂ
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Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ２， ０ ８ ｎ ｆ ｃｒ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ２ ０ ｉ
式中 （ —径 向应力 ；５ ｒ ｒ ｏ 一周向应力 。
将式 （ ） ６ 代入式 （ ）得 ｏ ＝ 一 ５， ５Ａ
二
配合面的光洁度、 压应力 、 有无润滑及 润滑油 的性 质等等 有关 。
要实现这种联接方式通常采用压装法 ， 所谓压装法就是采用机 械 、 动、 气 液压 、 电动等形式 的压力机 ， 使过盈联接零 件克服 迫
： ０
因 ｄ 很小 ，ｉ Ｏ ｓ ｎ
二 二
， 略去高阶微量 ｄｒ ｄｄ ｄ ．并 以 ｃ ・ｒＯｚ ， ｒ