【《某孔轴压装的计算分析与仿真研究》11000字（论文）】

某孔轴压装的计算分析与仿真研究摘要在零件自动压装技术中，过盈零件的装配质量是产品合格的重要保证。对于所需零件的压力装配曲线作为参考，是保证装配精度与效率的重要需求。合理的压力装配曲线可为企业压装设备的设计及压装过程提供理论与技术支撑，提高产品质量与生成效率。本设计以高铁空气阀门的孔轴压装为例，分析压装过程，研究过盈装配系统的套件接触压力和压装力计算模型，计算了实际孔轴零件的接触压力与压装力。通过LS-DYNA有限元分析软件对孔轴进行建模、参数设置、模型改进；仿真孔轴零件在过盈装配情况下的力与位移曲线，分析摩擦系数、过盈量对最优压装力的影响。将实验、理论计算与仿真压装力结果进行比较和分析，仿真结果有实用价值，可以为企业的压力装配提供更可靠的理论依据，使其更贴近实际工况。关键字：过盈配合；孔轴；压力装配；LS-DYNA目录TOC\o"1-3"\h\u1422620054第一章绪论 1225331.1研究背景与意义 1119561.2自动压装技术的研究现状 2303051.3有限元法及有限元软件在过盈配合中的应用 318861.4本设计的主要内容 431432第二章孔轴模型过盈配合的力学模型 5210162.1力学模型 524192.1.1条件假设 5301232.1.2模型接触压力与压入力计算 5234482.2理论计算 6178632.2.1模型尺寸 682632.2.2材料参数 7160812.2.3孔轴模型的参数计算 7116502.3本章小结 817709第三章孔轴模型过盈配合的有限元模型 9191743.1接触问题概述 9112013.2LS-DYNA有限元分析软件介绍 9272743.3孔轴模型的建立 1091683.3.1孔轴模型的建立及网格划分 1025733.3.2过盈量设置 1321343.3.3材料参数设置 1312613.3.4约束条件及加载条件 13188223.3.5接触设置 13108943.3.6后处理 1384903.3.7有限元分析基本流程与单位制选择 14157853.5本章小结 1516102第四章孔轴模型最优压装力 16286604.1摩擦系数对接触力及最优压装力的影响 16214224.1.1改变摩擦系数进行比较 16174714.1.2理论计算受摩擦系数影响的结果 16240604.1.3有限元仿真受摩擦系数影响的结果 17210944.2过盈量对最优压装力的影响 17257224.2.1改变过盈量对接触压力与压入力影响 179524.2.2过盈量对压入力的影响 17315534.3实际值与理论值、仿真值比较分析 18214544.3.1实验数据 1840654.3.2不同装配阶段对应的应力变化 19166144.3.3接触压力比较 1968574.3.4理论、实验、实际压入力比较 20123464.3本章小结 202249结论与展望 211471参考文献 23第一章绪论1.1研究背景与意义过盈配合是实现零件间紧密接触的一种配合方式，在孔轴过盈配合当中，孔的内径尺寸小于轴的直径尺寸，过盈量的存在使孔轴零件装配完成后孔的内径变大，轴的直径变小，在形成的接触面上会有径向压力的产生，从而实现零件的紧密结合[1]。在众多制造行业中，过盈装配质量和可靠性是保证设备正常运行的必要条件。汽车等交通工具的发动机在构成上也包括很多过盈零件，过盈装配质量在其工作运行中有很大影响。对于过盈装配，可以采用设备直接压入法、低温法和加热装配法等[2]。过盈配合零件在装配过程中由自动压装设备进行压装，本文以压力机直接压入进行装配。交流伺服电动缸作为力与位移控制中高效的驱动单元，具有控制精度高，结构简单，维护方便等优点[3]。伺服电动缸的闭环控制大大提高了对于压装过程位置精度控制，在速度控制上电动缸转速范围大，提高压装对速度的要求，已逐渐取代传统的液压缸压装系统。在压装配过程中，实现优越的过盈配合性能，除了要进行合理的过盈量设置、选择合理的压装工艺外，还需对压装参数进行实时监控，以及对压装过程的历史数据进行查询与管理也是非常有必要的。在自动化压装设备中，对于零件的压装设备，目前主要采用多窗口控制，该方式只能在压入曲线上设置的多个指定位置判断位置与压力的大小，从而调整电动缸转速的大小进行控制。零件在过盈配合过程中的接触面与装配质量紧密相关，因此过盈配合压力装配和装配过程的力与位移曲线的指导一直是研究的重点。不仅孔轴模型需要装配曲线的指导，对于任意过盈零件来讲，归根结底都需要实际模型的力与位移曲线作为参考。通过实际曲线的研究可以分析零件在压入过程中的灵活变化，提高零件装配质量的同时保证压装机器不被过度损坏。这些都体现出力与位移曲线在压装控制过程中的重要作用。国内自动化的压装设备大多是通过力与位移的曲线检测压装[4]，指导压装过程，因此压装曲线在装配过程中发挥着重要的作用。压装执行件的选型对于自动化压装机设备是非常重要的。企业对于压装执行件选型的相关计算参照的是机械设计手册提供的相关数据、公式以及设计经验，可靠性不高[5]。由于企业缺少通用的过盈配合压力装配理论支持，在生产中仅仅依靠经验、实际数据，在装配过程中效率不高，实际生产零件质量存在问题。本文基于LS-DYNA对过盈零件压力装配过程分析，采用了有限元分析方法，根据材料属性、尺寸精度等参数，仿真计算得到压装过程中的压装力．位移曲线，实现对压装过程更科学的描述，同时为基于力与位移曲线控制压装质量的控制模式提供相应的理论曲线，为压装机设计过程中执行机构运行的加载状况提供理论依据，指导实际压装过程。同时通过比较不同影响因素下的压装情况，分析不同改变对最优压装力的影响。将实验、理论计算结果与仿真进行比较分析不同方法在压装过程中的差异。1.2自动压装技术的研究现状合理的压装曲线对于零件装配至关重要，压装技术也需要不断提升来满足企业需求。自动压装机器是通过在指定方向上施加压力来实现零件间装配的，且压装机多用于过盈配合零件的装配。压装设备包括液压、伺服电动缸等类型，压力设备将电机转速变为水平位移，从而实现压装。总体来看，无论是采用任何一种控制方式，对于零件的压入力与位移曲线是必不可少的参考，通过合适的压入曲线可以使过盈配合零件不会由于压入力过大使零件损坏，为零件装配质量提供保障，增长零件使用寿命。在2011年霍玉芳等人提出力与位移曲线监测，采用压力传感器与位移传感器，使零件在压装过程中实时反馈，更好的提高过盈零件的压装质量，此时压力与位移的曲线是压装过程的根本依据[6]。目前多数压装设备采用窗口监测控制的方法，对于W500-P监测仪，由公差判断窗口轨迹和包络线轨迹进行检测和控制。在公差判断窗口轨迹中有对压装过程中最大位移窗口的设置，可以通过窗口设置在压装位移中必须穿越的数值或不可穿越的数值；包络线轨迹中可以实现用上下两条包络线限制压装过程中对应位置压装力的范围。此方法监控窗口设置参数的在零件压入位移的对应位置的压入力大小需要被给定[7]。当压装曲线越过限定值会发出警告，压装零件出现问题。在压力装配设备的不断发展过程中，压力装配曲线的重要性越来越明显，压力装配曲线的仿真具有重要作用。利用有限元分析软件进行模型仿真对实际压装具有指导作用，通过对模型的仿真分析其压装过程中的压入力及接触力都可以通过仿真软件进行分析，得到合适的压入条件。1.3有限元法及有限元软件在过盈配合中的应用对于有限元法通俗易懂的理解为：先分再合，将要分析的物体划分成很多小物体单元，对每个小物体进行分析后，再把分割的有限个小物体分析结果合在一起。有限元法的应用范围广，有限元法适合解决比较复杂的非线性问题。过盈装配的技术在各行各业都有应用，随着企业和人们的需求，对加工精度以及装配质量都需要进一步发展。在过盈零件的装配方面与有限元法相结合的应用越来越引起人们重视。一些学者利用ANSYS、LS-DYNA、ABAQUS有限元仿真软件对各种过盈零件进行仿真，Yong-junWu,Jian-jun等人在2012年提出齿轮考虑弹性变形，滑动摩擦等因素动态接触有限元方法，利用LS-DYNA用限元分析软件分析了不同速度下动态齿轮啮合接触过程中产生的接触力，可适用于连续和弹性齿轮的动态啮合特性[8]。大连理工大学的胡菊云在2012年对衔铁组件过盈配合研究，确定过盈量的合理取值，在不同条件下分析等效应力的影响[9]。李聪杰等人在2013年采用VB语言对过盈量等参数进行计算，提出编程计算与有限元分析的结合的计算方式[10]。一些研究人员对轮对压装在不同过盈量下压入力大小进行比较，过盈量越大压入力越大；同时仿真得到摩擦系数对接触面的等效应力影响不大，对压入力影响明显；压入速度对接触面等效应力无影响[11,12]。2014年何亚峰等人分析齿轮与轴压装过程，将过盈配合简化为平面问题处理，建立了过盈量计算公式，通过接触应力分析得到理论值与有限元计算结果接近，可提供理论依据[13]。2016年乔颖敏等人对压装配合过盈量最松最紧状态计算，分析不同配合状态下的影响[14]。梁利华等人在2016通过理论计算与仿真，验证了过盈配合是弹塑性变形问题[15]。王奎等人在2018年对轴套过盈配合进行理论计算，并将理论值与有限元分析值进行比较，有限元分析数值大于理论计算值，有限元分析更能体现实际接触现状。配合直接越大边缘压力越大，与理论相比，验证有限元方法计算更可靠[16]。熊强强等人在2019年分析导管在压装过程中各阶段的受力，分析了过盈量，润滑条件下对最大压装力的影响[17]。ShipingYang在2019年对过盈配合环齿对齿根进行疲劳强度分析，提出了过盈配合齿根弯曲强度条件公式[18]。2019年JFJiang等人对销与孔过盈分析，通过推导，得到了孔与销之间的接触应力、过盈配合尺寸的弹性极限，以及塑性区半径与过盈配合尺寸的关系[19]。郑州大学的周洋等人在2020年利用MATLAB编程计算轴与齿轮过盈装配后的齿形径向位移且利用有限元分析了摩擦系数与过盈量增大，径向位移越大；齿轮齿数越少，径向位移越大[20]。2020年北京交通大学的郝文晓利用仿真软件对轮轴接触表面形状进行建模分析，分析了模型的形状误差在压装过程中造成应力分布不均匀的影响[21]。在2020年李森分析了海底管道在不同椭圆度条件下过盈配合后的应力分布情况进行分析，椭圆度越大，应力集中越明显[22]。在2020年王胜曼对孔轴进行轴向接触应力分析，得出边缘轴向应力集中，中间应力小[23]。大部分研究人员只是利用零件过盈量的承载能力进行仿真，在2020年ArunPRaj等人利用有限元分析了圆柱度、圆度、粗糙度这三种因素对过盈量承载力的影响，结果表明圆柱度误差降低承载能力[24]。2020年RSaeedi等人通过仿真过盈量对井下钻头疲劳强度有影响[25]。1.4本设计的主要内容本设计的主要内容是确定最优的压装力。最优的压装力值通常是由经验累积和相关理论计算确定的。设定值与准确值在大小上存在一定偏差，不能实现对压装过程不同位移进行有效的压入力控制。因此，生产过盈零件的压装设备需要能为零件在压力装配过程中对压力值的准确设定以及更好的实现有效控制。企业需要能够提供压装设备的执行机构运行的最大压装力以及在已知实际装配零件材料属性、配合过盈量、孔轴尺寸参数下的合理压装过程的F-S理论曲线。

第二章孔轴模型过盈配合的力学模型2.1力学模型2.1.1条件假设在孔轴零件的装配过程中，由于实际压装过程存在很多外界影响因素难以分析，故在理论分析中需要一些假设条件。过盈装配过程中可能存在弹性形变和弹塑性形变。由于过盈量的影响，在轴压入孔的过程中，压入力不断增大，接触面产生的压力也随着增大，属于弹性区域，此时应力与应变的变化是线性关系的。当压入过程中应力超过屈服极限时，孔轴模型会发生从弹性到塑性的变化，应力与应变从线性变化到非线性[26]。弹塑性范围假设条件：孔与轴均为平面应力状态，此时的轴向应力为0。假设孔与轴在结合长度上受到的结合压力为常数。假定孔与轴的材料弹性模量均为不变的常量。2.1.2模型接触压力与压入力计算在轴压入孔的过程中轴直径被压缩，孔内径被扩张，孔轴相互挤压，在孔轴接触表面形成径向压力。径向压力不仅是压入过程造成摩擦力的因素，同时是过盈零件紧密结合的根本原因。图2-1为孔轴模型过盈装配的简化图。在图中，模型包括孔与轴两部分。基于厚壁圆筒理论，计算孔轴过盈配合的接触压力以及压装力。图2-1孔轴示意图假设轴的内径为，孔轴结合半径为，孔的外半径为,过盈配合孔的扩张量为，轴的压缩量为。基于厚壁圆筒理论，推导后可知以下公式[27]：(2-1)(2-2)其中为轴的弹性模量，为孔的弹性模量，为轴的泊松比，为孔的泊松比。（2-3）结合前面三个等式，可得接触压力：（2-4）压入力为：（2-5）其中为孔轴接触长度，为摩擦系数。2.2理论计算2.2.1模型尺寸孔轴模型剖面图如下图2-2、图2-3所示。图2-2为轴的示意图，图2-3为孔的示意图。轴的直径为50.0157mm,轴的长度为12mm，轴初始端的倒角为3˚，倒角深度为3mm；孔的内径为49.883mm,孔的外径为80mm，孔的长度为11mm，孔的倒角为15˚，倒角深度为1mm。过盈量为0.1327mm。图2-2轴零件尺寸图2-3孔零件尺寸2.2.2材料参数实际压装采用孔与轴零件材料都采用铝合金6061，表2-1为具体材料属性。表2-1材料属性材料名称铝合金6061密度泊松比弹性模量屈服强度2.70g/cmᶾ0.3368900MPa276MPa2.2.3孔轴模型的参数计算孔轴零件在装配完成后，孔与轴的接触界面就会产生由于过盈量形成的接触压力。接触压力P的大小与过盈量有关。基于厚壁圆筒理论，孔与轴模型可以应用该理论进行分析压力装配过程的受力情况。圆筒理论对于空心轴计算的，实际孔轴模型对于轴是实心的，当取值为0时，轴为实心轴。同时可知接触压力与过盈量，材料弹性模量有关，与压入的长度无关。孔轴模型过盈装配结合表面存在摩擦力，压入过程需要克服过盈量及接触面的粗糙程度直接决定的摩擦阻力，在装配过程中所需的压装力等于压入过程中的摩擦力。经过计算可得，，，，，由于孔轴材料属性相同，。将参数代入公式计算，计算结果如下：接触压力为压入力为当摩擦系数取0.07时，由计算结果可得，压入量最大时，最大压入力为5815N。2.3本章小结本章主要介绍过盈配合下基于厚壁圆筒理论对接触界面接触压力与压入力的分析，算出实际孔与轴的接触压力及压入力，为后续分析提供参考。

第三章孔轴模型过盈配合的有限元模型3.1接触问题概述接触问题包括摩擦过程的接触和碰撞两类问题。在孔轴压力装配过程中，存在接触的不可预测性等很多因素造成实际受力分析结果为非线性的。在初始压入阶段，轴从未接触状态到接触状态，接触刚开始的应力集中现象可能大于材料的屈服应力，使得接触界面的受力包括弹塑性的变化；在压入过程中，由于接触面积的不断变化，接触面的不断增加，在接触过程中造成的压力变形，接触压力分布不均；摩擦过程中接触面的变形导致接触面积的变化，接轴在压入过程中出现转动等一系列问题都是导致非线性存在的原因。有限元分析软件对于接触、碰撞等非线性有很大作用，通过有限元软件进行模型建立以及求解，可得模型的近似解。归根结底，接触界面的非线性主要影响因素：接触的不确定。即在不同时刻对应发生接触的零件运动状态，由于前一时刻运动是否使材料已将发生形变，只有在接触求解时刻才能确定接触的实际状况。接触的非线性。接触过程中物体接触界面相互作用，由于过盈量的引入，材料性质改变等影响，对于接触判断与计算都比较复杂。由于以上原因，使得对于接触过程需要对每一时间步长进行接触检测。接触问题的求解一般采用试探-校验的迭代方法进行求解[28]。具体步骤如下：根据初始条件，刚度矩阵等计算出的迭代的结果和此时的运动状态，检查此刻的接触状态，建立新的接触关系。在该时刻判断接触类型，对发生接触的结点进行动力学方程的求解。如果接触结果满足校验条件，则完成本次求解并加载下一时间步长进行计算，直到接触界面的求解都满足校验要求，依次循环直到达到设定的时间，结束并输出最终结果。如果不满足条件，则结果可能发生不收敛情况，停止求解，输出结果报错。3.2LS-DYNA有限元分析软件介绍LS-DYNA应用范围广泛，它是一款有限元力学分析软件，能够生产过程中各种复杂的力学问题，在航空航天、汽车、机械制造、建筑、材料等行业都有广泛应用。LS-DYNA软件对非线性问题处理方面有很大的优势，它的算法有Lagrangian算法、ALE算法和Euler算法。LS-DYNA在非线性动力学有很大的优势，可以模拟静态仿真和动态仿真，同时包括显示分析和隐式分析[29]。LS-DYNA软件自带前处理器，求解器，后处理器三部分组成。在前处理界面有不同类型的关键字，不仅可以对实际模型进行建立与网格划分，同时可以对模型进行材料，约束等关键字进行条件设置。分析计算可按照设置情况进行求解计算。计算结果通过后处理界面显示，可观察孔轴模型在压入过程的应力应变情况，观察不同时间对应压入力的大小以曲线方式显示出来。3.3孔轴模型的建立3.3.1孔轴模型的建立及网格划分对于有限元的仿真，求解的精准在于模型的建立，网格划分及参数设置。根据主从面一般的定义原则：将孔定义为主面，轴定义为从面，将孔的网格密度划分进行加密，轴的网格密度划分稀疏。在LS-PREPOST界面通过blockM关键字进行孔和轴模型的建立，进行处理并划分好网格。网格划分的质量直接决定求解的准确性与收敛性，网格密度过密，使求解时间加长；网格稀疏，求解速度提高，求解准确度不高。网格划分越乱，单元种类越多，会对求解造成影响，使求解不收敛，直接导致计算失败。合适的网格密度对于求解问题很重要。具体模型建立过程如下：如图3-1中为BlockM关键字设定界面。在Indexlist和positionlist中进行模型初始化建立，Index设定的参数间距决定网格的密度，position设定的参数决定实物模型大小。position中的间距差是实际模型的长度，对应Index中的间距差为实际间距划分的网格格数。图3-1computationwindow窗口经过多次仿真与模型建立，为了仿真结果的准确性以及高效性，对孔模型选择网格间距为30，轴模型选择间距为20，轴模型使用蝴蝶形网格，网格质量比较高。通过BlockM界面中的computationwindow进行初始模型的切割位置，在Del选项中实现切割，在computationwindow窗口选中所需投影表面，在Project选项中进行投影，最终通过投影形成所需模型。这里的投影是通过选中模型的面对外部添加的圆柱面，球面等进行贴合，将模型的表面映射成圆柱面或球面。从模型面到投影面的网格划分由computationwindow界面中的索引间距决定。投影结果如图3-2所示。图3-2投影图当直接将轴压入孔中会出现应力集中，使接触端口出现过大变形且压入力急剧增大。孔轴模型对于倒角的建立是有必要的。同理，利用投影原理对孔轴模型进行倒角的建立。投影前需通过计算引入倒角度数的半径确定投影圆柱面的半径，把模型边缘线进行投影即可得到所需倒角。孔轴模型的倒角投影完成后的图3-3和图3-4。图3-3孔倒角图图3-4轴倒角图经过切割，投影等操作最终生成孔轴模型总固体单元个数173600，节点个数为252738。单元属性为SOLID（恒应力固体单元），孔轴模型如下图3-5。图3-5孔轴模型图3.3.2过盈量设置过盈量设置:在仿真模型中，在建立孔轴模型时直接加入过盈量，设定孔的直径为49.883mm，轴的内径为50.0157mm，过盈量为0.1327mm。3.3.3材料参数设置材料属性：在LS-DYNA中材料选项卡中选择24号片段线性材料即：*MAT-PIECEWISE-LINEAR-PLASTICITY，在卡片中设置材料的编号MID、弹性模量、密度、泊松比，设定完成后在对应的part零件上选择定义材料的编号。仿真中设置材料为铝合金6061，在对应关键字卡片中输入相关参数，为后续模型设置做基础。3.3.4约束条件及加载条件边界条件：在软件中对孔一侧端面所有节点进行约束，禁止孔模型在压入过程中位移或旋转。使用*BOUNDARY-SPC-SET将孔的一侧端面完全固定。位移加载条件：使用*BOUNDARY-PRESCRIBED-MOTION-SET对轴的一端所有节点施加位移约束，让轴以固定速度压入孔中。3.3.5接触设置在仿真中采用自动面面接触方式。面面接触采用的关键字为CONTACT-AUTOMATIC-SURFACE-TO-SURFACE。设置静摩擦力FS=0.07，动摩擦系数FD=0.04。在LS-DYNA中算法包含动力约束法、分配参数法、罚函数法三种方法。在孔轴零件压装过程中采用接触算法为罚函数法。罚函数像弹簧一样，正常情况下未被压缩时，处于初始状态，且受力为0；当被压缩时，会产生相应的力使压下去的压缩量回到最初位置。在轴压入孔的过程中，设置每一时间步长结束，对轴定义的网格中的节点去接触搜寻主接触面的网格单元，然后根据给定接触条件判断接触的状态，若轴的节点穿透接触界面时，罚函数会施加法向力作用在从节点，使孔轴始终在表面进行接触[30]。3.3.6后处理后处理操作：在*DATABASE关键字设置BINRY-D3PLOT动画，可查看轴在压入过程中接触界面的应力应变等变化，在ASCII-option中设置RCFORC卡片，用于对压装过程中接触界面摩擦力进行显示。3.3.7有限元分析基本流程与单位制选择对于实现一个模型的有限元仿真，其步骤是：首先建立有限元模型，然后在LS-PREPOST界面进行孔轴模型的材料属性、边界加载、接触等条件的设置，最终在LS-DYNA软件上进行求解，求解完成在将求解文件在LS-PREPOST显示结果。通过前面知道接触问题的特性，对于有限元仿真具体在进行处理接触问题的原理如下，简要流程图如图3-6。模型建立并被定义后，根据定义时间步长，通过接触条件判断接触状态，进行求解状态方程，若满足接触条件，继续进行下一次的迭代，直到达到结束时间。图3-6接触原理流程图由于仿真软件未对单位进行定义，本次仿真计算模型参数的基本物理量的单位如下表3-1。表3-1基本物理量的单位质量长度时间密度弹性模量速度力应力tonmmston/mm³MPamm/sNMPa3.5本章小结本章首先简要概述了接触问题以及接触非线性的特点，给出了对于接触问题的求解方法。主要围绕对孔轴模型在LS-DYNA有限元分析软件中进行模型建立，通过切割，投影等操作完成对模型的建立与网格划分，设置材料参数、边界条件及加载条件等，使模型可以正常的仿真。对模型在仿真过程中的接触原理流程进行介绍，实现了对孔轴模型压装的仿真。

孔轴模型最优压装力4.1摩擦系数对接触力及最优压装力的影响4.1.1改变摩擦系数进行比较对于过盈压力装配，不同的变量对压装结果有不同的影响。以下考虑摩擦系数对压装结果的影响进行分析。表4-1为不同摩擦系数在仿真情况下最终接触压力与最终压入力最大值。表4-1不同摩擦系数对应接触力及最大压入力摩擦系数0.030.050.090.15接触力/MPA28.24-68.6540.32-82.7330.68-110.249.24-133软件仿真最大压入力/N753484201004715188理论计算最大压入力/N24924153747612460由表4-1可得，对于摩擦系数越大，接触压力越大，最大压入力越大。理论值是在理想条件下得到的结果，理论计算最大压入里值小于仿真结果。4.1.2理论计算受摩擦系数影响的结果图4-1受摩擦系数影响的理论计算压入力由图4-1看出，由于理论计算可得摩擦系数的设置对仿真结果有较大影响，对于摩擦系数设置需要合理选取。4.1.3有限元仿真受摩擦系数影响的结果图4-2受摩擦系数影响的仿真压入力由图4-2仿真结果看出，摩擦系数的变化直接影响压入力的大小，摩擦系数越大，随压入位移增加压入力也越大。4.2过盈量对最优压装力的影响4.2.1改变过盈量对接触压力与压入力影响仿真不同过盈量的接触压力与最大压入力如下表4-2中。表4-2不同过盈量对应接触力及最大压入力过盈量0.1mm0.13mm0.18mm接触力/MPA38.36-67.5031.60-72.4054.78-92.89最大压入力/N4861684688514.2.2过盈量对压入力的影响图4-3做出了孔轴模型的过盈量在0.1mm、0.13mm、0.18mm压力装配过程中的压入力变化结果。图4-3不同过盈量对压入力影响由图4-3看出，在轴压入孔的过程中，过盈配合条件下压入力的整体趋势相同，对于过盈量越大，初始阶段的压入力峰值的越大，整个压入过程压入力也变大，最终压入力也随着压入长度在过盈量的影响下不断增大。4.3实际值与理论值、仿真值比较分析4.3.1实验数据图4-4为所测实验数据压入力与压入位移的曲线关系，此曲线图是在设定压入速度为1mm/s的条件下进行测试的实验数据。图4-4实验数据由图4-4看出，在压装过程中可以分为三部分，初始压入、中间过程、压装末端。实际压入过程曲线变化在压入起始阶段先以较大斜率上升，压入一定深度后以较小斜率继续压入。压入过程中由于轴的不断压入，孔轴接触界面不断增大而使压入力增大。压入快结束时刻，由于边缘造成的影响，使压入力与接触压力又继续上升。4.3.2不同装配阶段对应的应力变化实际压装过程在不同阶段的压入状态可在仿真系统中观察。本次仿真对应不同阶段的应力变化情况如图4-5，可以看出在压入初始端和结束段的应力变化大，中间应力变化比较平缓。符合边缘效应造成应力集中的现象，压入力变化情况对应应力分布情况。压入结束压入中期初始阶段压入结束压入中期初始阶段图4-5不同时期应力变化图4.3.3接触压力比较利用仿真模型进行仿真压装过程，进行压装曲线拟合。与实验数据比对，分析比较接触力与压入力情况。图4-6为接触压力云图。图4-6接触压力云图由理论计算可得，接触压力为55.68Mpa，由图4-6接触力云图可看出接触界面的接触压力范围是31.60-72.40Mpa。仿真接触压力范围与理论计算相符合。4.3.4理论、实验、实际压入力比较图4-7理论、实验、仿真压入力比较由图4-7可得，本次仿真曲线与实际压装曲线相符，仿真压入最大值6840N与实际压入最大值接近。有限元仿真结果与实际结果整体接近，在压入过程中，压入力曲线变化相符，但在初始阶段仿真值上升高于理论和实际值，终端仿真值低于实际值，存在误差。理论值偏小实际值与仿真结果，由于理论计算只是在理想条件下得到的结果，无法考虑实际仿真中对边缘等因素造成的影响。通过有限元分析可以实际得到压装过程的整体受力变化情况，更具有真实性和理论价值。4.3本章小结本章通过改变摩擦系数、过盈量对接触压力与最大压装力进行分析，通过理论计算与有限元仿真结果比较摩擦系数的改变对压入力影响，得出摩擦系数越大，接触压力与压入力越大；过盈量越大，接触压力与压入力越大。分析比较了理论计算、实验数据与仿真分析结果的压入力变化情况，对仿真结果与压装结果进行比较，有限元仿真结果更接近实际压装过程的力与位移曲线，而理论计算只能计算在特定条件下的力学变化，无法考虑实际压装过程不同阶段受力的变化。通过比较得出有限元分析可以更接近实际压装情况，可以为实际压装生产中提供更佳的曲线。

结论与展望本文主要对孔轴过盈装配进行论述，在零件压装过程进行接触力与压装力的分析。首先从理论上，对孔轴零件过盈配合压装进行了研究分析，计算了零件的接触压力与压入力。利用计算机软件和有限元方法，在LS-DYNA软件的前处理界面LS-PREPOST中进行孔轴模型的建立，通过关键字设置进行有限元仿真计算，得到了压装过程的力与位移。通过LS-DYNA有限元分析软件仿真孔轴零件在过盈装配情况下的力与位移曲线，分析不同摩擦系数、过盈量对压入力与接触力的影响。比较实际压力装配曲线，仿真曲线与理论计算曲线的差异，分析不同方法在压装过程的影响，有限元仿真可以实际企业压力装配提供合理的力与位移曲线。得出结论：对于压装过程中，摩擦系数对压装力有较大影响，摩擦系数的大小直接决定整个压入过程压入力的大小以及接触界面压力的变化；过盈量越大，接触压力与压入力越大。两种影响因素造成的主要影响是在初始阶段上升峰值增大，在结束阶段上升斜率也增大，对最大压入力有很大影响。有限元计算接触压力、最大压入力与理论值接近，压入过程的仿真曲线与实际压装曲线接近。理论计算与有限元分析结果相近，有限元分析可以更加真实的表现实际压装过程的压入力变化情况，可以为实际压装提供更加真实的理论依据。存在不足：仿真结果与实际仍存在一定误差，对于初始阶段与压装结束阶段仿真结果与实际相差较大，需要进一步去调整。仿真过程中未考虑压入速度对仿真结果的影响。仿真只能针对具体的模型进行求解，对于不同的模型需要重新建模仿真，比较繁杂。

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