锥面联接的压入受力分析及其仿真
8 轴毂连接
强度计算方法与平键相似。 强度计算方法与平键相似。
半圆键联接强度校核
N 1000T / d 2 2000T τ= = = ≤ [τ ] bl bl bld
强度不够时，措施： 1）双键，180°布置（按1.5个键计算）三键，120°布置 2）增大轴径d↑ 3）增长L↑，但轮毂长↑受力不利 4）改用花键
典型实例分析1 典型实例分析 带轮 例 已 知 V 带 轮 直 径 为 250mm ， 轮 毂 与 轴 配 合 尺 寸 d=60mm, 轮毂宽 轮毂宽100mm，圆周力 t =4000N，传动有轻微 ，圆周力F ， 冲击，带轮材料为HT150, 轴材料为 钢，试选择平键。 轴材料为45钢 试选择平键。 冲击，带轮材料为 解：⑴ 初选平键的尺寸 由键的标准中查得， 由键的标准中查得，当d=60mm时，平键的尺寸 ×h=18×11。 时 平键的尺寸b× × 。 由轮毂宽100mm，取键长 由轮毂宽 ，取键长L=90mm。 。 ⑵ 验算键的挤压强度 D 250 V 带轮传递的转矩 5
8 轴毂连接
轴毂连接主要是实现轴和轴上零件的周向固定,有时还可同时 轴毂连接主要是实现轴和轴上零件的周向固定 有时还可同时 实现轴向固定。 实现轴向固定。
一、键连接
键的功用 键用来实现轴及轴上零件之间的周向固定以传递扭 矩；有的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。 键的类型 键是标准件，分为平键、半圆键、楔键和切向键。 键联接设计主要是根据工作要求，选择合适的键联接类型并做 校核计算。
根据用途的不同，平键又可分为普通平键、导向平键和滑键。 根据用途的不同，平键又可分为普通平键、导向平键和滑键。 普通平键用于轴与轮毂间的静连接， 普通平键用于轴与轮毂间的静连接，按键的端部形状分为圆头 用于轴与轮毂间的静连接 ）、平头 平头（ 和单圆头（ 三种。圆头平键的轴槽用 （A型）、平头（B型）和单圆头（C型）三种。圆头平键的轴槽用 指状铣刀加工，键在槽中固定良好，但键槽端部应力集中较大。 指状铣刀加工，键在槽中固定良好，但键槽端部应力集中较大。平 用盘状铣刀加工， 头平键用盘状铣刀加工 轴的应力集中较小。单圆头平键用于轴端 头平键用盘状铣刀加工，轴的应力集中较小。单圆头平键用于轴端 与轮毂的连接。 与轮毂的连接。 导向平键和滑键用于轴与轮毂间的动连接。导向平键较长， 导向平键和滑键用于轴与轮毂间的动连接。导向平键较长，需 用于轴与轮毂间的动连接 用螺钉固定在轴槽中，为便于装拆，在键上制出起键螺纹孔。 用螺钉固定在轴槽中，为便于装拆，在键上制出起键螺纹孔。当轴 上零件滑移距离较大时，为避免导向平键过长，宜采用滑键。 上零件滑移距离较大时，为避免导向平键过长，宜采用滑键。滑键 固定在轮毂上并随轮毂一起在轴槽中作轴向滑动。 固定在轮毂上并随轮毂一起在轴槽中作轴向滑动。
5 阀门的受力分析解析
S --阀瓣厚度
DMP --密封面平均直径
C --阀瓣厚度的腐蚀余量
bM --密封面宽度
DMN --密封面内径
求操纵ＤＮ＝100ｍｍ，ＰＮ＝1.6ＭＰａ的截止阀手轮上 的最大轴向力和最大扭矩。介质为水，密封面材料为不锈 钢：１Cr18Ni9Ｔi，阀杆钢2Cr13，阀杆螺母9-4青铜。
7-2 闸阀的受力分析
7-1 截止阀的受力分析
（二）密封面上的总作用力和比压
2.密封面上的总作用力 QMZ QMJ QMF
QMJ －完全关闭时介质作用在阀瓣上的力。 计算式为 QMJ ( DMN bM ) 2 P 4
QMF －密封面上密封力；
bM －阀座密封面宽度； P －介质的压力，计算时取PN； qMF －密封的必须比压；
7-2 闸阀的受力分析
一、闸阀的密封形式
3.双面强制密封
这种形式的密封无论在介质的进口端或出口端， 闸板与阀座密封面之间都是密封的。 密封是由阀杆轴向力来强制地加以保证，当没有 介质时，密封面之间的正压力不得小于介质静压 力与密封力之和。
设计中只在遇到特殊情况时才采用。
7-2 闸阀的受力分析
二、密封面上的总作用力和比压
4
QMJ
( DMN bM ) 2 P
挤压力及其计算
1
2
3
4
5
1挤压力计算式分析 挤压力:挤压过程中，通过挤压杆和挤压垫作用在金属坯料上的外力。 单位挤压力:挤压垫片单位面积上承受的挤压力。 目前，用于计算各种条件下挤压力的算式有几十个，归纳起来分为以下几组： 借助塑性方程式求解应力平衡微分方程式所得的计算式； 利用滑移线法求解平衡方程式所得的计算式；
图3-4 6063铝合金挤压力与 挤压速度的关系
外摩擦条件的影响 模角 模角对挤压力的影响如图3-5所示。随着模角增大，金属进入变形区压缩锥所产生的附加弯曲变形增大，所需要消耗的金属变形功增大；但模角增大又会使变形区压缩锥缩短，降低了挤压模锥面上的摩擦阻力，二者叠加的结果必然会出现一挤压力最小值。这时的模角称为最佳模角。一般情况下，当α在45°～ 60°范围时挤压力最小。
5
T垫 —挤压垫接触表面上的摩擦力；
6
—作用在制品上的反压力或牵引力；
7
I —挤压速度变化引起的惯性力。
8
挤压力组成：
通常，挤压垫对金属流动所产生的摩擦力只是在终了阶段，当后端难变形区金属进入塑性变形区压缩锥后，沿挤压垫端面流动时才起作用；牵引力的主要作用是防止制品偏离出料台并可起到减少其弯曲和扭拧，远远小于挤压力；在正常挤压过程中，在挤压温度一定的情况下，挤压速度的变化是比较平稳且变化不大，所引起的惯性力是比较小的。故后三项通常可以不用考虑。
根据最小功原理和采用变分法所建立起来的计算式； 经验式、简化式。 各计算式的计算精度除了与计算式的结构合理性有关外，在很大程度上取决于计算式中各参数选择的合理性与准确程度。在选择时要注意以下几点： 适用条件；（2）计算式本身建立的理论基础是否完善、合理，考虑的影响因素是否全面；（3）计算过程是否简便； 有关参数的确定是否困难。
快开门式压力容器安全联锁装置可靠性分析
快开门式压力容器安全联锁装置可靠性分析摘要：在实际应用过程中，由于安全联锁装置的安全性和可靠性失效，压力容器爆炸事故时有发生。
通过对设备的分析，提出了安全联锁装置安全可靠性的测试方法。
关键词：快开门式压力；压力容器；安全联锁装置；可靠性引言安全联锁装置主要由电子元件控制。
在工业生产过程中，通过连续工作，工作环境和设备温度升高，严重时会导致电子元件功能丧失。
在这种情况下，如果继续生产或进行人工操作，很容易埋下安全隐患，引发爆炸事故。
一、快开门式压力容器概述（一）快开门式压力容器的特点大多数快开压力容器属于中低压容器，其最明显的特点是使用快开快闭盖装置：（1）特殊性我国快开压力容器目前尚无设计规范和标准。
快开盖结构复杂，种类多，混乱，问题多。
（2）快开压力容器在运行过程中会经历温升、压升、温降和压降的周期性循环，承受交变载荷的影响，可能在局部结构不连续处产生疲劳裂纹，甚至造成疲劳损伤。
（3）快开压力容器爆炸的主要原因之一是设置了安全联锁装置而未启用，快开压力容器的盖子经常打开，在容器泄压结束前打开端盖、在端盖完全关闭前升压，压力瞬间释放造成事故发生。
（二）安全联锁装置的结构类型快开压力容器具有开启灵活、快速的特点，快开压力容器广泛应用于化工、建材、视频、纺织、航空航天、医疗、造纸等工业领域。
目前，市场上常见的快开压力容器主要有以下几类：①卡箍连接结构。
夹具的内表面上有两个锥面，分别与顶盖的锥面和气缸的端法兰接触，以承受顶盖传递的轴向力。
通过逐个拧紧和松开连接螺栓实现容器的开关，但容器启闭时间较长，难以满足快速开启的要求，主要用于染色机等；②齿啮合快开装置的顶盖法兰和端部法兰在圆周方向上加工均匀分布的齿。
通过将顶盖法兰旋转一定角度，可以实现顶盖法兰齿与端部法兰齿的啮合和错开，从而达到快速打开和关闭盖子的目的，广泛应用于大型蒸压釜中；③本实用新型的按压式快开装置的按压结构主要是利用活动连接螺栓、旋转手柄、手轮、凸轮等对门套的快速拧紧或松开来达到快开的目的。
轴的校核和受力分析
SEU-QRM
21
轴向定位和固定——
⑦ 锁紧挡圈、紧定螺钉
锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，装拆方便，但不能承 受大的轴向力。
SEU-QRM
22
2. 零件在轴上的周向定位和固定——
定位方式的选择——考虑传递转矩的大小和性质、零 件对中精度的高低、加工难易等因素。
常用周向定位方法——键、 花键、成形、销、过盈配合 等，通称轴毂连接。紧定螺 钉也可作周向定位，但仅用 于转矩不大的场合。
Mandrel(心轴)——只承受弯矩而不承受转矩的轴，如自 行车轮轴。按轴转动与否，又可分为转动心轴和固定心 轴。
Transmitting Shaft(传动轴)——指只受转矩不受弯矩或 受很小弯矩的轴，如连接汽车发动机输出轴和后桥的轴。
SEU-QRM
4
Rotating shaft
Transmitting shaft
SEU-QRM
11
19.2 Structure Design of Shafts 轴的结构设计
轴结构设计的任务——在满足强度、刚度和振动稳定性的 基础上，根据轴上零件的定位要求及轴的加工、装配工艺 性要求，合理地确定轴的结构形状和全部尺寸。
轴的组成—— 轴颈(journal)——轴上被支承部分； 轴头——安装轮毂(hub)部分； 轴身——连接轴颈和轴头的部分。
19.1 Introduction 概述
轴用于安装传动零件(如齿轮、凸轮、带轮等)，使其有确定 的工作位置，实现运动和动力的传递，并通过轴承支承在 机架或机座上。
SEU-QRM
1
19.1.1 Classification of Shafts 轴的分类
按轴线形状分——直轴(straight shaft)、曲轴(crankshaft) 和软轴(flexible shaft)。
锥套在联轴器中的应用
联 齿 式 轴 器 固定 到 相 应 轴 身 处 ．联 轴 器 上 钻 有 螺 纹 孔 。 后 拧 紧 螺栓 如 图 １ 螺 栓 越 紧 ， 、 然 ， 轴 锥套 、 轴 器 联 三者 的配合 越紧 密 拆 卸 时 ， 螺栓松 开 ． 将 用工 具从联 轴器 与锥 套 的空 隙处将 联轴 器撬 出。或在锥 套 的螺纹 孔 处 拧 入 螺 栓 将 联 轴 器 顶 出 ．而 锥 套 由于键 槽 的存
在 ， 备 了一 定 的弹 性 。 容易 从 轴上 拆 下 。 而 实现 具 很 从 联轴 器 的方便 拆卸 ． 且不会 损 伤联轴 器 而
联 轴 器 与轴 大 多采 用 过 盈 配合 ． 合 紧 密 在 长 结
时 问 的工 作 过 程 中 ． 属 原 子 相 互 结 合 ． 与 联 轴 器 金 轴 更 加 紧 固 ． 卸更 加 困难 工作 中我 们 常 用 的拆 卸 方 拆 法 ： 击法 、 出法 、 敲 拉 推压 法 、 拆 法 、 应 加 热 法 等 。 热 感 以上方 法 都 需相 应 的专 业 工 具 ． 三爪 卡 盘 、 马 、 如 拉 压
三家 ； 要 到实 地使 用 的砖 厂去考擦 比较 ； 根据 厂家 ⑧ ④
提 供 的 技 术 数 据 、 位 进 行 核 算 对 比 ． 择 最 佳 性 价 比 价 选
的设备
再 者 。 面 上 挤 出 机 的 种 类 、 构 、 式 很 多 。选 市 结 样
收 稿 日 期 ： ０１ －１ －０１ ２ ０－ ０－
高速 重 载 的动 力 传 动 中 ， 些 联 轴 器 还 有 缓 冲 、 振 有 减 和提 高 轴 系动 态性 能 的作 用 。联 轴 器 由两 部 分 组 成 ，
பைடு நூலகம்
面加 工 有 键槽 （ 图 １ 示 ）轴 与联 轴 器之 间通 过 如 所 ． 定 的弹性 性能 ． 方便 拆 卸 。安 装 时将锥 套 ， 弹性柱 销
静力学仿真1
3 环模的结构静力学分析环模制粒机中决定质粒生产成本和生产率的一大因素一直是环模的使用寿命，它甚至已经成为衡量一个国家环模制粒机技术的重要指标，因此国内外专家学者一直在研究提高环模制粒机使用寿命的方法。
因为环模在制粒过程中，受到压辊通过物料对其施加的作用力、物料对其的摩擦力及电机对其产生的驱动力矩的共同作用，利用ANSYS首先分别对环模受到的正压力和扭矩分别进行仿真分析，最后将力和扭矩共同作用进行分析，来达到全方面审核环模的性能，从而完成对环模制粒机的性能优化，提高环模使用寿命[19]。
3.1 环模正压力变形分析环模制粒机中环模材料选择的是17CrNiMo，其弹性模量11，E 2.1*10Pa环模材料的泊松比μ=0.28。
环模的主要结构参数中，环模内径590mm，环模外径520mm，环模宽度175mm，为使计算方便，忽略环模的模孔。
从Solidworks中导入已经创建好的环模三维模型，如图3.1。
图3.1导入三维模型环模划分网格，通过细化网格，用较多的结构单元来提高环模的计算精度，这里取单元尺寸为0.02m [20]，划分后如图3.2。
图3.2环模网格划分对环模的上下两端进行固定约束，约束后的环模如图3.3。
图3.3 环模的力约束由于环模内表面受到物料及压辊对其产生的正压力，施加载荷沿环模径向，施加载荷大小根据环模内表面受力公式：1222N P F Rf ωηη= （3.1）其中，ω为环模转动角速度；P 为电机功率； 1η为电机效率；2η为传动效率；R 为环模内半径；f 为环模和压辊间摩擦力。
取f=0.4，计算并圆整，得到环模内表面所受到的正压力为2113N ，转换成压强为6.5KPa ，对环模内表面施加6.5KPa 的压强，如图3.4所示。
图3.4环模加载压强加载压强后，对其进行仿真得到对应的云图，应力分析云图如图3.5，总变形分析云图如图3.6所示。
图3.5应力分析云图从环模的应力分布云图中可以看出，在不包括约束部分的情况下，环模内侧中间收到的压强最大，并有中间向两侧逐渐减小，然而环模内表面上的应力分布并不是十分均匀。
基于三缸柱塞泵梯形螺纹的有限元分析
的螺纹共 ６ 。为便于分析 ，图 １ ，从上到下 牙啮合 牙 中 依次编号 ，最上 端编 号 为 １ ，最 下 端 牙啮 合编 号 为 ６ ， 其编号分别表示啮合位 置，为分 析方便 和观察其接触 位
种断裂一般 由交变载荷 引起＿Ｊ ｌ。
图１ 三缸柱塞泵梯形螺纹接触配合面示意图
由于 内螺纹和外螺纹的材料不 同，故此在划 分网格
（）螺纹因磨损几何尺寸变小 ，强度减小 ，加速 了 ２
螺纹的断裂 。
２０ ０７年第 ４朝
时， 采用不 同的有 限元单元进行划分 ；由于螺纹处形 状
受 ４ ＭＰ 的 ４ ０型柱塞泵泵头体寿命是 ５０ ０～６Ｏ ０ 。 ０ ａ ０ ０ ０ ｈ
建模时 ，模型的结构尺寸基于三缸柱塞 泵梯形螺 纹
的基本尺寸建立的。由于 内螺纹 和外螺 纹的结构 以及载 荷都是轴对称的，因此在建模 时做 了简化 ，只取其对称
这 然不能满足现场使用要求 ，且更换泵头体也 比较麻
部断裂而导致整个泵头体报废 ，断裂开始时 ，发生在旋
合第一圈 的旋入 口并慢慢向 内推进 ，约断裂两 圈时 ，因 是超高压设备 ，需停产更换 泵头体 ，从开始 断裂到泵头
体报废持 续 的时 间约 为 １ ｈ 右。据有 关 资料 介绍 ， ５ 左 ０ 螺纹的第一圈受力最大 ， 旋人 Ｉ是应 力集 中的地方 ， ５ 此
失效 而不是断裂失效 。而且其受力时产生 的最 大变形位 移为 ０ ４ ４×１ ～ｍｍ，属于小 变形范 围，说明螺纹 没有 ．０ ０
圆锥形凹模径向分块压边拉深工艺实验研究
圆锥形凹模径向分块压边拉深工艺实验研究孔晓华 秦泗吉 陆 宏 郑 星燕山大学,秦皇岛,066004摘要:采用圆锥形凹模拉深工艺可以提高成形极限,但需要用压边圈将板坯先压成与凹模面吻合的形状,当变形程度较大时,板坯很容易起皱㊂为了克服这一缺点,提出了将圆锥形凹模与径向分块压边方法结合的工艺,该工艺可有效改善压边圈与板坯的约束状态,从而达到抑制起皱的目的㊂对圆筒形件的拉深成形,采用了刚柔复合的径向分块压边圈结构,设计了圆锥形凹模径向分块多压边圈拉深模,取不同凹模半锥角的圆锥形凹模进行了圆筒形件的拉深成形实验㊂实验表明,新的压边方法能有效克服初始成形过程的起皱,可与锥度较小的凹模一起使用㊂采用凹模半锥角为45°的凹模,得到A A 5754㊁A A 6061和08A l 三种板材的极限拉深系数分别为0.410㊁0.431㊁0.373,显著提高了成形极限㊂对圆锥形凹模的拉深成形,给出了理论计算成形极限的方法,理论与实验结果非常接近㊂关键词:圆锥形凹模拉深成形;径向分块压边;起皱;拉深成形极限中图分类号:T G 386.1 D O I :10.3969/j.i s s n .1004132X.2015.18.021E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nD e e p D r a w i n g P r o c e s sU s i n gR a d i a l S e g m e n t a l B l a n kH o l d e r sw i t hC o n i c a l D i e K o n g X i a o h u a Q i nS i j i L uH o n g Z h e n g X i n gY a n s h a nU n i v e r s i t y ,Q i n h u a n gd a o ,He b e i ,066004A b s t r a c t :T h ef o r m i ng l i m i tc o u l db ei m p r o v e db y u s i n g th ec o ni c a ld i ei nt h ed e e p d r a w i n gp r o c e s sw h e n t h eb l a n k w a sd r a w nt ot h es h a p ea c c o r d a n t t ot h e i n s i d es u r f a c eo f t h ed i e .A n dt h e b l a n kw r i n k l e de a s i l y d u r i n g t h e l a r g ed e f o r m a t i o n p r o c e s s .An e wt e c h n o l o g y c o m b i n i n g t h e c o n i c a l d i ew i t h t h e r a d i a l s e g m e n t a l b l a n kh o l d i n g t e c h n i q u ew a s p r o p o s e d t o i m p r o v e t h e r e s t r a i n c o n d i t i o n s b e t w e e n t h eb l a n kh o l d e r s a n d t h e b l a n k a n d t o s u p p r e s s t h ew r i n k l e s .T h e d r a w i n g d i ew e r e d e s i g n e d w i t h t h e c o n i c a l d i e a n d t h e r i g i d ‐f l e x i b l e c o m p o s i t e s e g m e n t a l b l a n kh o l d e r s a n d t h e e x p e r i m e n t s f o r t h e c y l i n d r i c a l c u p d e e p d r a w i n gp r o c e s sw e r e c o n d u c t e du s i n g t h e c o n i c a l d i e sw i t hd i f f e r e n t d i e s e m i ‐c o n ea n g l e s .T h er e s u l t sr e v e a l t h a tt h e w r i n k l e sa tt h eb e g i n n i n g o ft h ed r a w i n gp r o c e s sc a nb e o v e r c a m e e f f e c t i v e l y b y t h e n e wb l a n kh o l d i n g m e t h o dw i t h s m a l l e r c o n i c a l a n g l e s .T h e f o r m i n gl i m i t c o e f f i c i e n t s f o rA A 5754,A A 6061a n d 08A La r e a s 0.410,0.431a n d 0.373r e s p e c t i v e l y ,w h i c h a r e e n -h a n c e d e f f e c t i v e l y ,a d o p t i n g t h e d i ew i t h45°d i e s e m i ‐c o n e a n g l e .T h e t h e o r e t i c a l f o r m i n g l i m i t c a l c u -l a t i o nm e t h o d f o r t h ed e e p d r a w i n gp r o c e s sw i t h t h e c o n i c a l d i e i s g i v e n a n d t h e t h e o r e t i c a l r e s u l t s a r e a c c o r d a n tw i t h t h e e x pe r i m e n t a l o n e s .K e y wo r d s :d e e p d r a w i n gp r o c e s sw i t hc o n i c a ld i e ;r a d i a l s e g m e n t a lb l a n kh o l d i n g ;w r i n k l i n g ;f o r m i n g l i m i t o f d e e p d r a w i n g收稿日期:20141229基金项目:国家自然科学基金资助项目(51175451)0 引言对拉深成形,提高成形极限的方法主要有两类㊂一是在现有工艺基础上,对成形过程进行精确控制,使成形过程的控制参数按工艺要求的最佳方式变化,如采用变压边力控制;二是开发新的成形工艺,如多点成形㊁分块压边成形㊁借助于液体或固体颗粒等传力介质的成形等,一般是通过改变板坯的加载方式,使其达到最佳或较佳的成形效果,进而提高成形极限㊂对于普通的拉深成形,可以通过控制压边力的大小或采用分块压边方法,控制成形过程达到较好的成形效果㊂为此,许多学者进行了大量的研究工作㊂K e r ge n 等[1]通过实验研究了圆筒形件拉深成形工艺,设计了最佳压边力控制曲线,提高了极限拉深比㊂M a n a b e 等[2]基于塑性理论模型给出了各向异性板材的破裂极限力和起皱极限力理论计算公式,并研究了圆筒形件法兰区皱纹高度与成形性能的关系㊂S i e ge r t 等[3‐4]提出了分块压边概念,并分析了带有分块压边圈的拉深成形装置㊂Y a ga m i 等[5]在以上研究的基础上将压边圈分成108个独立的压边块,每3个一组共由36个小液压缸分别控制,对盒形件法兰区的不同质点进行分块多点压边㊂H a s s a n 等[6]将压边圈设计成上下两层结构,依靠上层的压边圈沿径向㊃8252㊃中国机械工程第26卷第18期2015年9月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.移动来施加压边力,此方法通过改变变形区摩擦力的方向有效地控制了金属的流动,提高了圆筒形件的成形极限㊂赵磊等[7]对汽车后柱加强板的成形进行了研究,表明分块压边不仅能减小零件的起皱和破裂,还能减小零件的回弹㊂上述文献中的分块压边方法,多是针对非轴对称零件,即将压边圈沿周向分块,对不同变形区域的变形质点分区控制,从而控制金属流动,达到改善成形效果的目的㊂径向分块压边方法针对轴对称拉深成形的特点,将压边圈沿径向分块,这种方法既能达到分区控制金属流动的目的,又能使工艺过程简便[8]㊂采用锥形或其他曲面形状的凹模进行拉深成形,可以提高成形极限㊂熊志清[9]分析了采用锥形凹模的无压边模具,研究了圆筒形件拉深的起皱和破裂问题,预测了成形极限㊂H e z a m等[10]提出了锥形凹模拉深盒形件的方法,实验结果表明锥形凹模可获得较高的极限拉深比㊂刘琼等[11]结合0.618黄金分割法找到了曲面凹模的极限拉深系数,并将其与平端面凹模相比,得出了曲面凹模可以减小极限拉深系数的结论㊂圆锥形凹模拉深成形时,先要用锥形压边圈将板坯压成锥形,此时的变形相当于在没有压边的情况下,将圆形平板毛坯拉深成圆锥形零件,这个过程很容易起皱㊂采用径向分块压边方法可以克服这一缺点,将其与锥形凹模结合进行拉深成形,可达到提高成形极限的目的㊂1 圆锥形凹模拉深成形的力学分析1.1 圆锥形凹模拉深成形特点采用锥形凹模进行圆筒形件的拉深成形,就是用锥形压边圈先使平板毛坯的法兰变形区变成锥形,并压紧在凹模的锥面上,随后完成拉深过程㊂用锥形压边圈成形锥形的过程,相当于完成了第一道无压边圈的拉深工序,因此,这种成形方法可提高成形极限㊂另一方面,由于采用了锥形凹模,故凹模圆角处的包角由p/2变为锐角㊂根据拉深成形过程的力学分析,较小的包角可以使凹模圆角处的摩擦阻力变小,从而减小板坯传力区的拉应力㊂包角变小也使得板坯在凹模圆角处的弯曲角变小,即减小了弯曲变形程度㊂此外,所施加的压边力虽然会产生摩擦力,但压边力沿锥面母线方向的分力是指向凹模口的,因此有助于板坯向凹模口流动㊂因此,与普通平端面凹模相比,拉深成形时,板坯的破裂趋势减弱㊂采用锥形凹模成形一般选择整体的锥形压边圈,在预先成形时,因板坯处于自由状态,当板坯相对厚度较小或凹模锥角较小㊁变形程度较大时,板坯起皱可能性增大㊂1.2 圆锥形凹模拉深成形力学分析圆锥形凹模拉深成形的变形区包含锥形凹模区㊁直壁区和凸模圆角等区域㊂力学分析一般先从锥形凹模区开始㊂图1所示为半微锥环的受力情况㊂图中符号含义为:O O'为对称轴线;r㊁r+d r分别为微锥环小端和大端径向尺寸;t㊁t+d t分别为厚度方向尺寸;d s为微锥体母线长度;α为锥面母线与对称轴的夹角,称为半锥角;σρ㊁σρ+dσρ分别为上下纬端面上作用的经向应力;σθ为作用于微锥壳体上的纬向应力;p为作用于壳体内表面的单位面积上的压力㊂图1 圆锥形零件半微锥环受力分析因作用于板厚方向上的力很小,根据轴对称问题的分析方法,采用薄膜假设条件,列平衡方程[12]:d(σρt r c o sα)=p r s i nαd s(1)σθt d s-s i nαd(σρt r)=p r c o sαd s(2)由式(1)㊁式(2)消去p,得d(σρt r)=σθt d r(3)式(3)与平面内轴对称问题的平衡方程式在形式上完全相同,又可写成r dσρd r+σρd t/t d r/r=σθ-σρ(4)若进一步设厚度不变,式(4)可简化为r dσρd r=σθ-σρ(5)采用H o l l o m o n材料硬化模型,且假设板材具有面内同性㊁厚向异性,根据文献[13]的分析方法,设初始板坯外半径R0拉深至法兰外缘为R w的位置时,板坯在凹模圆角处的经向应力最大,其值为σr=∫R w r0B1(l n R20-R2w+r2r)n d r+σF(6)㊃9252㊃圆锥形凹模径向分块压边拉深工艺实验研究 孔晓华 秦泗吉 陆 宏等Copyright©博看网. All Rights Reserved.其中,B1=B[2(1+R)/(1+2R)]n+1,B为材料的强度系数,n为硬化指数,R为板坯厚向异性系数;r0为凹模内半径;σF为压边力F引起的附加应力,可根据力的平衡条件计算如下:σF=(μs i nα-0.5c o sα)F/(πR w t w)(7)式中,μ为板坯在法兰区与凹模和压边圈的摩擦因数;t w为对应法兰外缘的板厚,计算时可近似以初始板厚t替代㊂式(7)表明,半锥角α越小,附加应力越小,破裂趋势越小㊂参照文献[13]的近似计算方法,并考虑板坯经过凹模圆角处的摩擦,板坯在凹模圆角处的经向应力为σr 0=[B1(12l n R20-R2w-r0R wr0R w)n l nR wr0+σF]e x p(μα)(8)式(8)表明,凹模圆角处的经向应力是拉深位置的函数,可以验证,这是一个上凸函数,有最大值,设其最大值为σr0m a x㊂图2所示为不同凹模锥角情况下,凹模口经向应力相对值随拉深位置R w/R0的关系曲线㊂参数取值为:R=1.2,B=450M P a,n=0.25, R0=100mm,r0=45mm,μ=0.12,t=1mm, F=10k N㊂可以看出,凹模锥角对经向应力的影响是很显著的㊂图2 凹模口经向应力相对值随拉深相对位置变化情况参考文献[12]对圆筒形件拉深成形问题的分析,考虑凸凹模圆角的弯曲影响,危险端面的最大拉应力σm a x为σm a x=σr0m a x k d/k p(9) k p=1/(1+t/r p) k d=(1+t/r d)/(1+0.5t/r d)式中,r p㊁r d分别为凸模和凹模圆角半径㊂当σm a x符合下列条件时,即产生破裂[14]:σm a x=B(1+R1+2R)n+1n n(10)当材料性能参数和成形参数已知,由式(9)和式(10)可计算出极限拉深系数㊂2 圆锥形凹模径向分块压边拉深成形工艺对轴对称拉深成形,由于法兰区的金属变厚,最外缘部分最厚,采用普通的平压边圈,所产生的压边力只是部分地作用在最外缘的金属板坯上,而不是作用在整个法兰区㊂径向分块压边工艺是将压边圈沿径向分成若干部分,与普通压边方法相比,增大了板坯的约束程度,在总压边力相同的情况下,压边效果会更好,或所需的起皱临界压边力较小㊂对轴对称曲面零件的成形采用径向压边方法,因各个压边圈之间可以沿轴向移动,这样可以使压边圈在成形过程中当板坯的形状变化时仍起到压边作用㊂根据前面的分析,采用圆锥形凹模拉深时,由于所使用的普通压边方法难以有效地约束板坯,故起皱趋势增大㊂将圆锥形凹模拉深和径向分块压边方法结合,可以克服普通压边方法不能将板坯有效压住的缺点,增强压边效果,提高成形极限㊂图3是采用锥形凹模,分别选取普通锥形压边圈和径向分块压边方法的拉深成形模具示意图㊂(a)普通压边方法(b)径向分块压边方法图3 圆锥形凹模普通压边与径向分块压边工艺3 圆锥形凹模径向分块压边工艺实验3.1 实验模具设计和工作原理将多个径向分块压边圈和锥形凹模组合进行圆筒形件的拉深成形,首先需要用压边圈将板坯压成与锥形凹模面轮廓吻合的形状,为实现这一目的,采用了刚柔复合结构设计,如图4所示㊂图4为圆锥形凹模径向分块压边拉深实验模具结构图㊂图中上压板5㊁橡胶块6㊁压边圈组7和压边圈套9组成刚柔复合的压边圈㊂压边圈组㊃0352㊃中国机械工程第26卷第18期2015年9月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.1.螺钉2.模柄3.凸模4.限位螺钉5.上压板6.橡胶块7.压边圈组 8.螺钉 9.压边圈套 10.圆锥形凹模图4 锥形凹模径向分块多压边圈拉深模具7共有5级压边圈㊂图4左半部分为模具工作的初始状态,右半部分为压边圈组将板坯压成圆锥形后的状态㊂具体工作过程为:在1㊁2㊁3放入模具之前,先将压力机滑块下行,使其作用在压边圈上,下行一段距离,使压边圈组对板坯预成形并与锥形凹模接触,压力机滑块返回后拧紧螺钉4和8,然后放入件2和3,拧紧螺钉1㊂压力机滑块下行与凸模3接触后继续下行,即可完成拉深过程㊂滑块第一次下行是为了完成拉深前的压边过程,当设备或模具有单独的压边系统时,压边和拉深的成形过程可以一次完成㊂实验过程中压边力的大小可通过改变螺钉4的长度进行调整㊂在压边圈组7将板坯压成锥形的过程中,橡胶块6在5作用下,将力传递给压边圈组7,外层压边圈首先将板坯的局部压成与凹模面吻合的形状,随着压入深度的增加,从外到内的各层压边圈逐渐将板坯压成锥形凹模面的形状,在成形过程中,内层的压边圈起到凸模的作用,而外层的压边圈起到了压边作用㊂显然这样的成形过程,比普通整体的锥形压边圈更不容易起皱㊂与普通方法相比,可能成形的锥角更小,变形程度更大㊂当设备有单独的压边系统或弹性压边装置时,对上面的设计稍作改进,去掉螺钉8,将上压板5与压边装置相连即可用于实际生产㊂3.2 实验条件实验材料为A A5754㊁A A6061铝板和08A l 钢板㊂实验设备为H1F80伺服压边力㊂润滑方式为机油润滑㊂模具几何参数如下:凹模内径30mm,凹模圆角半径6mm,凸模直径27.8mm,凸模圆角半径4mm,凹模半锥角为90°㊁70°㊁45°和30°,压边力根据拉深实验结果通过改变螺钉4的长度来进行调整㊂图5为拉深实验所采用的设备和模具㊂图6为实验模具部分零件照片㊂图5 实验设备及模具(a)半锥角为90°和70°的凹模(b)半锥角为45°和30°的凹模(c)径向分块多压边圈图6 实验模具部分零件材料的性能参数(由单向拉深试验测定)和板坯的几何参数见表1㊂表1 板坯几何参数和材料性能参数材料A A5754A A606108A l板料直径(mm)60~7260~7265~78板料厚度(mm)1.001.031.00B(M P a)412.0145.0511.8n0.250.150.19R0.7700.6371.475㊃1352㊃圆锥形凹模径向分块压边拉深工艺实验研究 孔晓华 秦泗吉 陆 宏等Copyright©博看网. All Rights Reserved.3.3 实验结果及分析选取不同锥度的凹模与径向分块压边圈进行拉深实验,结果表明,若凹模锥角太大,则提高成形极限的效果有限;若凹模锥角太小,则板坯被压成锥形凹模面的变形程度太大,容易起皱㊂在进行圆筒形件拉深成形极限实验时,选择了凹模半锥角为45°的凹模㊂取不同材质和几何尺寸的板坯进行了圆筒形件的拉深成形实验,测量了极限拉深系数,并与采用式(10)计算得到的极限拉深系数进行了比较㊂理论计算所用的压边力与实验所采用的压边力相同,用实测方法得到㊂具体方法是,去掉图3中的1㊁2㊁3和4,在材料试验机上将橡胶压缩至与实验相同的位置,测量出压边力的大小,然后将适当长度的螺钉4拧紧即可㊂在其他成形条件相同的情况下,铝板与钢板相比,起皱趋势增大,压边力并无明显减小㊂因此,对不同板坯,实验采用的压边力都为980N ㊂表2为不同板坯的极限拉深系数实验值与理论计算值㊂表2 圆筒形件极限拉深系数实验与理论计算结果材料板料最大直径(mm )极限拉深系数及误差实验值理论值误差(%)A A 575468.00.4100.3993.2A A 606165.00.4310.4443.108A l75.00.3730.3574.4图7所示为部分拉深实验样件㊂根据理论分析并经实验验证,采用普通成形方法得到的A A 5754㊁A A 6061和08A l 三种材料的极限拉深系数分别不小于0.49㊁0.52和0.46㊂显然,采用圆锥形凹模径向分块多压边圈圆筒形件拉深工艺,提高成形极限显著㊂(a )A A 6061和A A 5754(b )08A l图7 拉深件照片4 结论(1)提出了将径向分块压边方法与圆锥形凹模相结合的拉深工艺,设计了刚柔复合的分块压边圈结构㊂这种成形方法可以避免采用普通压边圈而产生的起皱缺陷㊂(2)选取A A 5754㊁A A 6061和08A l 三种不同材质的板坯,用实验方法分析了采用径向分块压边与圆锥形凹模进行圆筒形件拉深的成形极限,极限拉深系数分别为0.410㊁0.431和0.373㊂(3)在一定的假设条件下,采用理论分析方法,计算了三种板坯采用圆锥形凹模成形的极限拉深系数,与实验结果非常接近㊂参考文献:[1] K e r g e nR ,J o d o g n eP .C o m pu t e r i z e dC o n t r o l o f t h e B l a n k H o l d e r P r e s s u r eo n D e e p D r a w i n g P r o c e s s [J ].S A EP a pe r ,1992,920433.[2] M a n a b eK ,Y a n g M ,Y o s h i h a r aS ,e t a l .A r t if i c i a l I n -t e l l i g e n c eI d e n t i f i c a t i o no fP r o c e s sP a r a m e t e r sa n d A d a p t i v eC o n t r o l S y s t e mf o rD e e p ‐d r a w i n g Pr o c e s s [J ].M a t e r i a l s P r o e e s s i n g T e c h n o l o g y,1998,80:421‐426.[3] S i e g e r tK ,W a g n e rS ,Z i e g l e r M ,e t a l .C l o s e dL o o pB i n d e rF o r c eS y s t e m [J ].S A ES pe c i a lP u b l i c a t i o n s ,1996,960824.[4] S i e g e r tK ,Z e i g l e r M ,W a g n e rS ,e t a l .C l o s e dL o o pC o n t r o l o f t h eF r i c t i o nF o r c e ‐d e e pD r a w i n g Pr o c e s s [J ].J o u r n a lo f M a t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y,1997,71(1):126‐133.[5] Y a ga m iT ,M a n ab eK ,Y a m a uc h iY ,e t a l .E f f e c to f A l t e r n a t i n g B l a n k H o lde r M o t i o no fD r a w i n g a n d W r i n k l eE l i m i n a t i o no nD e e p ‐d r a w a b i l i t y [J ].J o u r -n a l o fM a t e r i a l sP r o c e s s i n g T e c h n o l o g y,2007,187:187‐191.[6] H a s s a n M A ,S u e n a g aR ,T a k a k u r a IV ,e t a l .A N o -v e l P r o c e s so nF r i c t i o n A i d e dD e e p D r a w i n g U s i n g T a p e r e dB l a n k H o l d e rD i v i d e di n t oF o u rS e gm e n t s [J ].J o u r n a lo f M a t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y,2005,159(3):418‐425.[7] 赵磊,黄顶社,刘全坤.基于分块压边圈的汽车后柱加强板回弹控制[J ].模具工业,2010,36(5):87‐92.Z h a o l e i ,H u a n g D i n g s h e ,L i u Q u a n k o n g .C o n t r o lo f S p r i n g b a c ki nt h eF o r m i n g P r o c e s so fR e i n f o r c i n gP l a t eo f A u t o m o t i v e B a c k C o l u m n B a s e do n S e g -m e n t e dB l a n k H o l d e r [J ].D i e &M o u l dI n d u s t r y,2010,36(5):87‐92.(下转第2538页)㊃2352㊃中国机械工程第26卷第18期2015年9月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.F e iQ u n x i n g,Z h a n g Y a n,B a iF e n g m i n,e ta l.M i-c r o s t r u c t u r e o fM u l t i p l e‐l a y e rL a s e rC l a dF G H95S u p e r a l l o y[J].H e a tT r e a t m e n t o fM e t a l s,2009,34(8):73‐76.[20] 王东生,田宗军,段宗银,等.压片预置式激光多层熔覆厚纳米陶瓷涂层结合性能[J].中国激光,2012,39(2):0203003‐1‐0203003‐6.W a n g D o n g s h e n g,T i a nZ o n g j u n,D u a nZ o n g y i n,e ta l.B o n d i n g S t r e n g t ho fT h i c k N a n o s t r u c t u r e dC e-r a m i cC o a t i n g b y S q u a s h P r e s e t t i n g T y p e L a s e rM u l t i‐l a y e rC l a d d i n g[J].C h i n e s eJ o u r n a lo fL a-s e r s,2012,39(2):0203003‐1‐0203003‐6. [21] 王东生,田宗军,王泾文,等.激光多层熔覆制备厚陶瓷涂层[J].焊接学报,2012,33(5):57‐60.W a n g D o n g s h e n g,T i a nZ o n g j u n,W a n g J i n g w e n,e ta l.E x p e r i m e n t a lo nP r e p a r a t i o no fT h i c kC e r a m i cC o a t i n g b y L a s e rM u l t i‐l a y e rC l a d d i n g[J].T r a n s-a c t i o n so f t h eC h i n a W e l d i n g I n s t i t u t i o n,2012,33(5):57‐60.[22] D e s a l eG R,P a u lC P,G a n d h iB K,e ta l.E r o s i o nW e a rB e h a v i o r o f L a s e rC l a dS u r f a c e s o f L o wC a r-b o nA u s t e n i t i cS t e e l[J].W e a r,2009,266(9/10):975‐987.[23] M a s a n t aMJ,G a n e s hP,K a u lR H,e t a l.D e v e l o p-m e n t o fA H a r dN a n o‐s t r u c t u r e dM u l t i‐c o m p o n e n tC e r a m i cC o a t i n g b y L a s e rC l a d d i n g[J].M a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g A,2009,508(1/2):134‐140.[24] S o r nO L,W e i s h e i tAE,K e l b a s s a IM,e t a l.F u n c-t i o n a l l y G r a d e d M u l t i‐l a y e r sb y L a s e rC l a d d i n g f o rI n c r e a s e dW e a r a n dC o r r o s i o nP r o t e c t i o n[J].P h y s-i c sP r o c e d i a,2010,5(A):359‐367.[25] M o n t e m o rM F,S i m o e sA M,C a r m e z i m MJ,e t a l.C h a r a c t e r i z a t i o no f R a r e‐e a r t h C o n v e r s i o n F i l mF o r m e d o n t h eA Z31M a g n e s i u m A l l o y a n d I t sR e-l a t i o nw i t hC o r r o s i o nP r o t e c t i o n[J].A p p l i e dS u r-f a c eS c i e n c e,2007,253(16):6922‐6931.[26] 王东生,田宗军,沈理达,等.激光熔覆技术研究现状及其发展[J].应用激光,2012,32(6):538‐544.W a n g D o n g s h e n g,T i a nZ o n g j u n,S h e nL i d a,e ta l.R e s e a r c hS t a t u sa n d D e v e l o p m e n to fL a s e rC l a d-d i n g Te c h n o l o g y[J].A p p l i e dL a s e r,2012,32(6):38‐544.[27] 李春香.316L及420不锈钢粉末温压工艺研究[D].长沙:中南大学,2008.(编辑 苏卫国)作者简介:申卫国,男,1963年生㊂天津工业大学机械工程学院讲师㊂研究方向为激光制造应用及其过程检测㊂发表论文4篇㊂方 艳,女,1980年生㊂天津工业大学机械工程学院讲师㊂董 玲,女,1976年生㊂天津工业大学机械工程学院讲师㊂岑 虎,男,1986年生㊂天津工业大学机械工程学院硕士研究生㊂王春娴,女,1966年生㊂天津工业大学机械工程学院讲师㊂顾振杰,男,1989年生㊂天津工业大学理学院实验员㊂(上接第2532页)[8] 秦泗吉,黄晓忠,王婧.径向分块双压边圈轴对称拉深成形工艺研究[J].中国机械工程,2011,22(14): 1741‐1744.Q i nS i j i,H u a n g X i a o z h o n g,W a n g J i n g.R e s e a r c ho nA x i s y mm e t r i c a l D e e p D r a w i n g P r o c e s sB a s e d o nR a d i a lD o u b l eS e g m e n t a lB l a n k‐h o l d e r T e c h n i q u e[J].C h i n a J o u r n a l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,2011, 22(14):1741‐1744.[9] 熊志清.圆杯无压边锥模拉深皱曲强度与拉深极限预测[J].机械工程学报,2001,37(9):75‐78.X i o n g Z h i q i n g.P r e d i c t i o no n W r i n k i n g S t r e n g t ha n dL i n m i n g D r a w i n g R a t i o n f o r C u p D e e p‐d r a w i n gW i t h o u tB l a n k o l d e rT h r o u g haC o n i c a lD i e[J].C h i-n e s eJ o u r n a lo f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,2001,37(9):75‐78.[10] H e z a m L M A,H a s s a nM A,H a s s a b‐A l l a h IM,e ta l.D e v e l o p m e n to fa N e w P r o c e s sf o rP r o d u c i n gD e e p S q u a r eC u p s t h r o u g hC o n i c a lD i e s[J].I n t e r-n a t i o n a lJ o u r n a lo f M a c h i n e T o o l sa n d M a n u f a c-t u r e,2009,49(10):773‐780.[11] 刘琼,程培元,吴卫超.曲面凹模优化拉深工艺的模拟研究[J].冲压,2008(5):82‐84.L i uQ i o n g,C h e n g P e i y u a n,W u W e i c h a o.T h eS i m-u l a t i o nR e s e a r c h o nD r a w i n g T e c h n o l o g y o f C u r v e dD i e[J].S t a m p i n g,2008(5):82‐84.[12] 梁炳文,胡世光.板料成形塑性理论[M].北京:机械工业出版社,1987.[13] 秦泗吉.轴对称拉深成形凸缘变形区应力应变解析求解[J].机械工程学报,2011,47(24):20‐25.Q i nS i j i.A n a l y t i c a l S o l u t i o n o f S t r e s s i nF l a n g eD e-f o r m a t i o n i n A x i s y mm e t r i c a l D e e p D r a w i n gP r o c e s s[J].J o u r n a lo f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g.2011,47(24):20‐25.[14] Y o s s i f o nS,T i r o s h J.R u p t u r e I n s t a b i l i t y i nH y d r o-f o r m i ng D e e p‐d r a w i n g P r o c e s s[J].I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l o fM e c h a n i c a lS c i e n c e s,1985,27(9):559‐570.(编辑 袁兴玲)作者简介:孔晓华,男,1982年生㊂燕山大学机械工程学院博士研究生㊂主要研究方向为板材成形工艺㊂发表论文1篇㊂秦泗吉(通信作者),男,1963年生㊂燕山大学机械工程学院教授㊁博士研究生导师㊂陆 宏,女,1962年生㊂燕山大学机械工程学院副教授㊂郑 星,男,1986年生㊂燕山大学机械工程学院硕士研究生㊂㊃8352㊃中国机械工程第26卷第18期2015年9月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.。
有压与无压入料三产品重介旋流器的比较与选择
有压与无压入料三产品重介旋流器的比较与选择1.1 有压给料重介旋流器及其入料过程有压给料重介旋流器从外形上来看，主要是圆筒圆锥形的配合。
而从入料压力来看，大体上分为两种：一是原煤直接进入混料桶，通过泵，将原煤和悬浮液的混合物以一定的压力经入料管沿切线方向给入旋流器的圆筒部分，入料压力可达0.1Mpa以上。
在给料过程中，物料粉碎现象严重，而且增加设备磨损，但是可以降低厂房高度。
二是利用定压箱给料，原煤和悬浮液在定压箱中混合后靠自重进入旋流器。
定压箱液面到旋流器入口的距离一般是旋流器直径的9-11倍，以保证有足够的压力，否则压力过低，离心力过小，影响分选效果，降低处理能力，但给料压力稳定。
综上所述，两种方式各有特点，具体选用应结合煤质、厂房配置等综合考虑。
1.2 无压旋流器及其入料过程无压旋流器主要是圆筒形。
给料首先给入缓冲漏斗，在自重的作用下通过给料缓冲漏斗沿旋流器中心给入，介质则在旋流器的底端延切线给入，从底至顶形成一股上升旋涡流，轻产物在漩涡中心向下流，从溢流口（下部）流出，重产物重产物沿筒壁上升从底流口（上部）排除。
该入料方式要求厂房较高，管路磨损较小。
1.3 重介旋流器的分选原理介质悬浮液在离心力场的作用下，在旋流器内会形成不同密度的等密度面，即密度场。
密度自上而下，由内而外增加，并存在一个理论上的分离界面，也称分离锥面。
这个界面上的悬浮液密度在理想情况下，等于矿粒的分离密度。
从另一个方面考虑，介质悬浮液沿切线进入旋流器，其有轴向速度和径向速度，它们同样会形成不同速度的等速度面，在位置上我们也可以理解分离界面是轴向零速面和径向零速面的综合面。
即在分离界面以外的悬浮液形成外螺旋流，向底流口方向移动;在分离界面以内的悬浮液形成内螺旋流向溢流口方向移动，内、外螺旋流移动的方向正好相反。
据有关试验研究表明，矿粒在重介旋流器内的分离，同样遵循阿基米德原理。
其中密度大的矿粒会越过分离界面，随外螺旋流从底流口排出。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
０ 引 言
在 机械 设备 中 ， 有 诸 多使 用 锥 形 轴 伸来 传 递 扭 矩 的联接结 构 ， 有 的甚 至 还 要 承受 弯 矩 等 复 杂 工 况 。 圆 锥 过盈 联接 是锥 形轴 伸 的核 心 ， 它 不 仅具 有 普 通 圆柱 过 盈 联 接 的结 构 简单 、 定 心性 好 、 承 载力 高 等 优 点［ １ ］ ， 还 有 易于控 制过 盈量 或 结 合 压力 、 拆 装 方便 且 配 合 面 不 易擦 伤［ ２ ］ 、 高转 速 下 承 受交 变 扭 矩 更 为 可 靠［ ３ 等 特 点 。因此 ， 圆锥过 盈联 接广 泛应 用于 机床 主轴 、 刀柄 联 接、 轴承、 联 轴器 、 化工 装备 、 特 殊工具 等 场合 。 在 锥形 轴伸联 接 的设计 当中 ， 可 以采 用多 种方 法 ， 如： 将 锥形 轴 等 效成 圆柱 过 盈 配合 ， 采 用 图算法 ｌ ５ ； 或 将锥 面压 力视 作均 布 ， 在弹性 范 围 内进 行理 论计 算 ［ ６ ； 或 采用 有 限 元 方 法 进 行 仿 真 分 析 。无 论 采 用 哪 种 方 法， 都需 要 过盈量 或结 合压 力 的保证 ， 压入 过程 恰是 关
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — １ ２ — ２ ３ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ４ — ０ ３ — ２ ０
图 ２ 扭 矩 传 递 模பைடு நூலகம்型
设 为锥 面结合 面 传 递 扭 矩 时 的静 摩 擦 因数 ， 则 Ｆ 一Ｆ ， 又 Ｆ 一ｐ Ａ， 对 此联接 圆锥， 结 合 面 积 Ａ＝ ＝ ＝
＼
ｌ
＼
２
１ 一锥 孔 轴 ； ２ 一锥轴 ； ３ 一联 接 法兰
图 １ 锥 面联 接 结 构 示 意 图
产 生 的静 摩 擦力 传 递 的 。为 了计 算 简 便 ， 需 假 设 以下 前提 ： ① 在锥 面联 接 的 整个 配 合 面 上 的结 合 压 力 为 常 量； ②应 力在 弹性 范 围 内 ， 无 塑性 变 形 ； ③ 配 合 面 的周 向摩 擦符 合 库仑摩 擦定 律 。
，
￣ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／／ ／ ／ ／ ／ ￣
／ ／ ／ ／ ／ Ｖ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ Ｐ ／ ＇ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ￣
ｌ ＿ ＿ － １
一
３
１ 锥面 联接 的压 入 受力分 析及 计算 某设 备 悬臂搅 拌 轴上 的锥 面联接 如 图 １ 所 示 。该 锥 面联 接主 要用 于扭 矩传 递 ， 并 保 证 一 定 的 刚 度 。锥 孔轴 １ （ 含 法兰 ） 和联 接法 兰 ３为 ４ ０ Ｃ ｒ 合金钢， 锥轴 ２ 为 Ｓ ＵＳ ３ ２ １不锈 钢 ， ２和 ３之 间为 螺纹 联 接 。两 法 兰 通 过均 布 的 Ｎ 个螺 栓联 接拉 紧 ， 并 可 拆 卸 。配合 锥 面 的小端 和大 端直 径 分 别 为 ５ Ｏ ｍｍ、 ６ Ｏ ｍｍ， 配 合 长 度 为 Ｌ— １ ０ ０ ｍｍ， 即锥度 Ｃ一１：１ Ｏ 。 锥 面联接 传递 扭 矩 ， 主 要 是 由联 接 面 间结 合 压 力
施 加 相 应 的压 入 力 ，得 到锥 面接 触 面 上 的压 力 分布 情 况 。 仿 真 得 到 的 结 合 压 力 与 理 论 计 算 值 基 本 吻合 ，也 验
证 了锥 面 间 结 合压 力 与压 入 力 之 间 的 关 系 ，为 其 实 际 应 用 提 供 了理 论 指 导 。 关 键 词 ：锥 面 ；过 盈 联 接 ；接 触 压 力 ；仿 真
键。
用ｄ 表示 配合 圆锥 面大 、 小 两 端 的平 均 直 径 ， 将 结 合压 力产 生 的摩擦 力转 化为 在 圆周半径 上 的作用 力 如 图 ２所示 。将 圆锥 面 圆周 分 布 的结 合 压 力 Ｐ转 化 为某 一轴 向剖 面 上 的直 接 作 用 力 ， 如 图 ３所示 。其 中， 为通 过 螺栓对 锥轴 施 加 的轴 向压 入力 ， ， 为 使 锥 套保 持平 衡所 需 的作用 力 ， Ｆ 为锥 面结 合 压 力 的等 效 作用 力 ， Ｆ， 为压 人 过程 的摩 擦 阻力 ， ａ为 半 锥 角 ， 配 合 锥形 面 小 端 和 大端 结 合 直 径 分 别 为 ｄ 和 ｄ ， 等 效 直径为 ｄ 一（ ＋ｄ ） ／ ２ 。
锥 面联 接 的压 入 受力 分 析及 其 仿 真
姜 薛起 ，李锡 文
（ 华 中科 技 大 学 机 械 科 学 与工 程 学 院 ， 湖北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ ）
摘 要 ：基 于某 设 备 搅 拌 轴上 的锥 面过 盈联 接 ， 结合 锥 面 角度 因素 和 实 际 受 力 情 况 ，建 立 关 于 压 入 过 程 中压 入 力 和 传 递 扭 矩 所 需锥 面 间结 合 压 力 间 的 关 系 。在 此 基 础 上 ，使 用 ＡＮＳ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 进 行仿 真，通过对锥 轴
作 者 简 介 ；姜 薛 起 （ １ ９ ８ ９ 一 ） ，男 ，江 苏 宿 迁 人 ，在 读 硕 士 研究 生 ，研 究 方 向 为机 电装 备 设 计 。
２ ０ １ ４年 第 ５ 期
第 ５期 （ 总第 １ ８ ６期 ）
２ ０ １ ４年 １ Ｏ月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴ１ ０Ｎ
ＮＯ ．５
０ｃ ｔ ．
文章编号 ： １ ６ ７ ２ － ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ５ － ０ ０ ３ ６ － ０ ３