通过结构分析对两根管道间的过盈配合进行优化

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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