一种新的粗糙度三维模型对过盈配合的影响

1、一种新的粗糙度三维模型对过盈配合的影响论文导读:：基于滑动轴承的外表粗糙度会对过盈配合的性质会产生一定的影响的假设，提出一种通过自底向上建模的方式和APDL语言编程构造出符合高斯分布的外表形貌三维模型的新方法。该方法利用外表粗糙度和轮廓算术平均偏差的关系，以及高斯随机数生成函数成功地模拟了滑动轴承外外表的粗糙形貌。结合算例进行有限元计算和比拟分析。结果说明，该方法可以在一定范围内有效的应用与工程实践。论文关键词：滑动轴承，外表粗糙度，数值模拟，过盈配合1 引言滑动轴承是机械装备的重要根底件，起着承受力和传递运动的作用，被誉为机械装备的关节;。其精度、性能、寿命和可靠性对主机的精度、性能、寿命和

2、可靠性起着至关重要的作用【1】。滑动轴承的装配普遍采用过盈连接。过盈联接以其结构简单、定心性好、承载能力高、承受变载荷和抗冲击性能好等优点，在精密机械、重型机械、起重运输机械、化工通用机械、机车、船舶及军工等行业获得广泛应用。过盈量大小直接影响到过盈配合的有效性，最终影响到滑动轴承的使用寿命和可靠性。本文采用自底向上建模的方式和APDL语言编程，构造出符合高斯分布的滑动轴承外外表粗糙形貌的有限元模型，并对过盈配合进行模拟计算。2外表粗糙形貌模型构建理论不管采用何种加工方法加工出的零件外表都不是绝对光滑的，所有的零件外表都有它各自的外表纹理。外表纹理是与标准面的偏差，这种偏差来源于粗糙度，缺陷以

3、及波纹度。因此实际的外表轮廓是这些因素的叠加而成的，它可能是随机的也可能是可重复的。为了表征这种特性国际上通常采用外表粗糙度这一参数，它被定义为比波纹度小的、间隔的、无规那么的偏差。为了描述粗糙度，采用轮廓均方根偏差或均方根值:式中，为各点轮廓高度；L为测量长度；n为测量点数；为各测量点的轮廓高度。此外，也可用轮廓算术平均偏差Ra来表示。这是国际上最为通用的外表粗糙度参数。对于高斯外表数值模拟，轮廓均方根偏差和轮廓平均偏差的关系为：表1 Ra与的关系 序号 外表粗糙度 Ra (m) 均方根值 (m) 1 0 0 2 0.2 0.25 3 0.35 0.4375 4 0.5 0.625 5 0.

4、65 0.8125 3 滑动轴承外表粗糙形貌模型在柱坐标系r, ,z下，采用自底向上建模的方式创立滑动轴承的1/2模型。2.1点的创立为了简化创立外表粗糙度的形貌的过程，本文只对半径r的随机性进行描述，, , , ,其中，服从Gauss分布如下：这里取， 于是大多数值分布在区间上，于是得出点的随机分布和滑动轴承外外表的粗糙平面三维模型如图1、2。 图1 不同粗糙度的随机点的分布曲线 图2 滑动轴承外外表的粗糙平面三维模型 2.2 线的创立将所创立的离散的点，通过直线将其逐个连接构成粗糙外表的离散框架如图3b。图3 形成滑动轴承外外表粗糙形貌的四步：(a)点 (b) 线 (c)面 (d)体2.3

5、 面与体的创立由于所创立的点符合Gauss分布、具有随机性，导致每个小区域的四个基点都不共面，要以四个基点为角点创立曲面必须通过插值法。为了简化建模过程，采用三角面代替曲面，这样就可以通过面命令创立出粗糙外表模型如图3c，然后生成体如图3d。4 滑动轴承过盈配合分析4.1 几何模型和材料采用某型发动机连杆小头与滑动轴承的1/2实体模型，其中连杆小头的内径为66mm，外径为100mm，滑动轴承的外径为66mm数值模拟，内径为56mm，连杆小头与衬套的配合长度为48mm。连杆小头的材料为弹性模量为210GPa，屈服强度为360Mpa,摩擦系数为0.2，连杆衬套的弹性模量为90GPa ，屈服极限为

6、280MPa，摩擦系数为0.15。4.2 有限元模型由于结构和载荷的对称性，故采用轴对称分析模型，同时忽略了滑动轴承的其他结构如，油孔、油槽等结构，这样处理会更加明显的表达外表粗糙度对应力场分布的影响。模型全部采用SOLID185八节点单元，该单元具有超弹性，应力刚化，蠕变，大变形和大应变的能力，符合连杆小头与滑动轴承过盈配合的要求。同时考虑到研究对象是连杆小头与滑动轴承配合面间的接触问题，在两者可能发生的接触处设置接触单元，现将连杆小头的内外表作为目标面，用Target174模拟目标面上的接触单元；滑动轴承的外外表作为接触面，用Contact170模拟接触面上的接触单元。4.3 边界条件1过

7、盈量 设计二者配合的过盈量分别为。2约束条件 在对称面上进行对称约束。5 结果与讨论图4为最大等效应力与不同粗糙度值的变化曲线。从图4可以看出最大等效应力的变化幅度较小数值模拟，变化范围在02Mpa之间。通过多项式拟合得出最大等效应力与粗糙度的变化关系为：图5为不同粗糙度下轴向接触压力的变化曲线。从图5可以看出较大的等效等效应力出现在靠近滑动轴承的边缘处，即所说的边缘效应;，而轴承中部的等效应力变化比拟平缓。这种仿真结果与实际情况十分吻合。 图4 最大等效应力与粗糙度变化曲线 图5 不同粗糙度下的接触压力变化曲线 6 结论1 、通过创立的粗糙度三维模型对过盈配合进行详细的分析，可以发现该方法可

8、以较好的对过盈配合进行有效的模拟，模拟结果根本符合实际情况，如图62 、通过对等效应力云图的比照如图7，发现在静配合状态下滑动轴承的外表粗糙度对过盈配合的影响较小，影响范围为02Mpa。综上，可以大胆推测外表粗糙度极有可能在动载荷下对过盈配合的性质产生较大的影响。这可能是因为滑动轴承摩擦组件在工作中既要承受燃气燃烧瞬时变换的高温热负荷，又要承受运动过程中外界施加的机械负荷，在两种载荷耦合作用下，微小的外表特性如外表粗糙度就可能会对过盈配合产生较大的影响。这也说明外表粗糙度对过盈配合影响的研究在理论上和工程应用上有着非常广阔的研究前景。 图7 滑动轴承组件的等效应力云图 图6 滑动轴承的接触压力

9、云图 参考文献：1王全清,何加群.对我国轴承行业自主创新的几点思考. 轴承，2021，6：52-54.2陈国安,葛世荣等.机加工外表轮廓的分形插值. 中国矿业大学学报,1999,282：118-121.3葛世荣,Tonder K. 粗糙外表的分形特征与分形表达研究. 摩擦学学报，1997，171：73-80.4Geshirong, Chen Guoan. The Fractal Numerical Methords in Tribological AnalysisProceedings of Symposium on Lubricating Materials and Tribochemist

10、ry, (1998),p:250-256.5朱华葛世荣结构函数与均方根分形表征效果的比拟。中国矿业大学学报2004,332：396-3996RenqiangXiong Jacob N.Chung Investigation of laminar flow in microtubes withrandom rough surfaces. Microfluidics and Nanofluidics, (2021), p.11-20.7Renqiang Xiong, J.N. Chung A new modelfor three-dimensional random roughness effec

11、t on friction factor and heattransfer in microtubes. International Journal of Heart and Mass Transfer,(2021),p.3284-3291.9SanjayAgarwal,P.VenkateswaraRao Modeling and prediction of surface roughness in ceramic grinding. International Journal of Machine ToolsManufacture Vol. 50 (2021),p.1065-1076.10M. Brezocnik Prediction of su