通过结构分析对两根管道间的过盈配合进行优化

Bridget Paulus 2018年 2月 15日

零件之间的紧密连接依赖于恰到好处的过盈配合。结构力学中所谓的过盈配合,就像童话中的“金凤花姑娘”一样,是一种“刚刚好”的状态:如果太松,两个零件无法紧密连接在一起;如果太紧,两个零件又无法进行连接。为了优化包含连接件结构的性能,需要对过盈配合进行计算和分析。其中一种可行的方式是开发一款仿真 App,用于高效计算两个连接件之间的接触压力和表面位移。

寻找“恰到好处”的过盈配合

过盈配合也称作压入配合,是指两个零件以最紧密接触的方式连接在一起。一开始,内部零件的直径比外部零件稍大一些。然后将外部零件加热,直到大到足以装入内部的零件。插入内部零件以后,外部零件在冷却过程中开始收缩,使它们紧紧扣在一起。未达到最佳标准的过盈配合可能会导致零件的连接过松,或因过度膨胀而造成永久的塑性变形,进而无法连接在一起。如果过盈配合恰到好处,连接在一起的两个零件会基本上融合为一个整体,即便受到很大的扭矩也不会分离。

图中的金凤花姑娘正在选择两管道间完美的过盈配合。
正如童话《金凤花姑娘》所写:金凤花姑娘想要找到恰到好处完美匹配的东西(两根既不会太紧,也不会太松,达到过盈配合的管道),而不是将一碗粥加热到她想要的温度。

优化的过盈配合能够减少结构中的各类有害效应。例如,在球轴承装配中,过盈配合能够防止轴承在轴上滑动。如果过盈配合太松,将会发生滑动;如果太紧,球轴承的工作温度将会升高,产生的磨损颗粒也会增多。

为了使结构达到最佳的性能,需要考虑使用仿真 App 来优化过盈配合。通过构建仿真 App 可以有效地估算影响两个零件之间过盈配合的参数。

利用仿真 App 计算过盈配合

“过盈配合计算器”能够计算并对两个管道之间的过盈配合进行可视化。用户可以在 App 的输入 栏中输入不同的几何参数来方便、快捷地对设计进行测试。

使用 App 优化管道间过盈配合的 App 示例。

在本例中,输入参数包括:

  • 外部管道的外径、内部管道的内径和共同直径
  • 径向过盈配合
  • 接触长度
  • 摩擦系数

简明直观的 App 用户界面让用户能够更加方便、直观地理解过盈配合的分析结果。用户可以使用求解重置默认值创建报告打开文档 等按钮来运行和查看不同的分析结果。

通过 App 中的各类结果 选项卡,用户可以看到细微的参数变化对过盈配合的影响,这些结果都是通过底层模型计算得出的。结果中展示了不同输入条件下的最大可转换扭矩和轴向力,以及有效应力、接触压力和管道变形。

“过盈配合计算器”是使用 COMSOL Multiphysics® 软件附带的“App开发器”工具进行创建的。在设计 App 时,可以通过添加不同的输入和输出来满足您的需要。

 

运行中的“过盈配合计算器”。

通过使用仿真 App,您可以针对具体的结构应用,通过测试不同的参数来优化过盈配合。

下一步的工作

点击下方的按钮下载“过盈配合计算器”案例。


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