形狀誤差對過盈聯接接觸應力的影響

由博

（吉林化工學院 航空工程學院，吉林 吉林132021）

1 概述

過盈聯接零部件廣泛應用于航空、航天、船舶和武器制造等領域，因此過盈聯接的壓裝質量成為了研究熱點。過盈聯接壓裝質量的影響因素包括過盈量、摩擦系數、配合直徑、形狀誤差和表面粗糙度等。

近年來很多專家學者針對上述影響因素的影響展開了研究。Xiao[1]、Zhang[2]分別利用有限元法對表面粗糙度和材料兩個影響因素對過盈聯接應力集中位置的影響進行了研究，研究結果表明仿真分析更準確。Lee[3]、Strozzi[4]分別從等效應力、徑向應力和切向應力三個方面針對形狀誤差對過盈聯接應力集中的影響程度進行了研究，實驗結果表明仿真結果可以用于實際生產。Zhang[5]和Zhan[6]分別對過盈量和摩擦系數對過盈聯接疲勞強度的影響進行了研究，結果表明隨過盈量和摩擦系數的增加疲勞強度明顯下降。上述針對過盈聯接壓裝質量研究都是針對重型機械設備，很難用于精密過盈聯接壓裝。針對上述研究現狀，本文研究形狀誤差（鼓形和錐形）對精密過盈聯接接觸應力的影響。

2 形狀誤差對接觸應力的影響

形狀誤差是一個復雜的影響因素，通常包括圓度、圓柱度和直線度。對過盈聯接而言，圓度和直線度的影響很小，因此分析圓柱度對過盈聯接接觸應力的影響。

構成過盈聯接的兩個零件的材料參數如表1 所示。

表1 材料參數

由于過盈聯接件都是軸對稱的，因此仿真模型采用的是1/4 模型，具體情況如圖所示。

當形狀誤差為錐形時，過盈聯接配合面接觸應力平均值為107.181MPa，當形狀誤差為鼓形時，過盈聯接配合面接觸應力平均值為108.707MPa，二者很接近；但是，當形狀誤差為錐形時，過盈聯接配合面接觸應力最大值為184.954MPa，當形狀誤差為鼓形時，過盈聯接配合面接觸應力最大值為136.728MPa，二者差別很大。

上述結果表明，當形狀誤差為錐形時，過盈聯接配合面產生了塑性變，因此過盈聯接件的配合面應避免出現錐形誤差。具體計算結果如表2 所示。

仿真模型

表2 形狀誤差對接觸應力的影響

3 結論

綜上所述，本文對形狀誤差對過盈聯接配合面接觸應力的影響進行了仿真研究，并計算了應力集中比（如表2 所示），理想狀態下的應力集中比為1.624，鼓形的應力集中比為1.258，錐形的應力集中比為1.726，這說明在其他影響因素不變的情況下，形狀誤差為鼓形時過盈聯接配合面接觸應力分布相對合理，這為判斷壓裝質量是否合格提供了理論基礎。