基于VC++的阶梯过盈套接触面压强的计算*

2014-06-29张建伟陈智明

组合机床与自动化加工技术 2014年8期

张建伟，陈智明，唐黎

(1.成都大学电子信息工程学院，成都 610106;2.中国科学院光电技术研究所，成都 610209)

0 引言

实际生产中，常常需要在已知过盈件相应尺寸的前提下预判断过盈配合后组合件的变形趋势，以便科学指导精密装配，该方法在许多加工生产领域中应用十分广泛，例如:在自动机机头和节套在闭锁阶段的有限元模型上［1］;压气机叶轮过盈配合［2］;无键齿式联轴器［3］，圆锥过盈联结在机床［4］，当然除了上述的应用外还有很多的零件的加工离不开过盈量的计算［5-7］。而在高速高精度数控机床电主轴［8-9］的阶梯过盈套装配过程中，接触面压强的计算就是非常关键的一步，接触面的压强是一个必不可少的输入参数，但是由于批量生产中，过盈配对尺寸难免不一至，从而直接导制了过盈量的大小不一，因此针对每一种过盈量就得对应计算其接触面的压强，从而使得这种计算的工程量较大而且比较繁杂。

在过盈分析上一般都使用ansys 软件进行分析，本文从计算机软件角度，主要利用VC++语言［10］将接触面的压强计算方法编制成友好的图形用户界面软件，实现阶梯过盈套装配接触面压强的计算，提高实际工程计算效率的目的。

1 过盈接触面压强的计算

在弹性力学里，过盈联结传递负荷所需的有效过盈量的计算公式如下［11］:

P—过盈接触面上所需结合压力

Ea、Eb—包容件和被包容件材料的弹性模量

Ca、Cb—包容件与被包容件与直径比相关的系数，其计算公式为:

va、vb——分别为两种材料的泊松比

qa、qb——为包容件与被包容件的相关直径比，其计算公式如下:

d——过盈接触面直径

D——包容件的外径

d0——被包容件内孔直径(如图1 所示)

图1 接触面参数示意图

将(1)可得:

将(2)、(3)、(4)、(5)式代入，即可求出P值。

2 图形用户界面的实现

图形用户界面(GUI)是现代计算机中的一种非常流行的编程思想，它很有利于其它专业工程中的应用。实现图形用户界面的工具有很多，这里选用VC++。由于VC 不仅可以调用windows 的API 函数库而且还拥有丰富的类库，因此，无论是与windows 操作系统的兼容性上还是在实现图形用户界面上都有很大的优势。下面就通过VC++ 来实现过盈接触面压强的计算。

首先，通过MFC Appwizard 建立一个名为stepped sleeves 的工程。并选择是based dialog，这主要是位了确定该应用程序的风格为对话框形式。接着就是利用VC++的控件功能在生成的对话框中加入示意图以及控件按钮，如图1 所示。

图2 过盈件接触面压强计算主界面

然后是设置弹出对话框，布局主要参数的动态及其静态的控件如图2，其中控件包含了以下输入参数:包容件外径，包容件弹性模量，包容件泊松比，结合面直径，被包容件内径，被包容件弹性模量，被包容件泊松比，过盈量。另外还有求解按钮和一个输出参数:接触面压强。

最后就是通过ClassWizard 对各个控件进行定义，包括每个控件对应的变量名以及变量类型。一般设为数值浮点型。再利用公式(1)可以推倒出公式(2)，用公式(2)对按钮控件进行单击事件的编程。

图3 弹出的参数计算对话框

3 实验结果

为了验证该程序软件的正确性，这里采用一系列已知结果的参数来进行验证。已知量有:包容件的材料为65Mn，其屈服极限为800MPa;被包容件的材料为38CrMnA1，其屈服极限为850MPa，弹性模量Ea、Eb均为2.1×105MPa，泊松比va、vi均为0.3，被包容件内径为25mm，包容件外径为 134. 2mm，过盈量为1.395μm，输出的压力为1.49MPa。

运行以上程序，将以上参数带入各个文本框，点击过盈求解按钮，得出P=1.49293，与理论值一致。因此可以证明，该程序运行正确，可以在实际工程中用于计算过盈量的求解。