形状误差对过盈联接接触应力的影响

由博

（吉林化工学院 航空工程学院，吉林 吉林132021）

1 概述

过盈联接零部件广泛应用于航空、航天、船舶和武器制造等领域，因此过盈联接的压装质量成为了研究热点。过盈联接压装质量的影响因素包括过盈量、摩擦系数、配合直径、形状误差和表面粗糙度等。

近年来很多专家学者针对上述影响因素的影响展开了研究。Xiao[1]、Zhang[2]分别利用有限元法对表面粗糙度和材料两个影响因素对过盈联接应力集中位置的影响进行了研究，研究结果表明仿真分析更准确。Lee[3]、Strozzi[4]分别从等效应力、径向应力和切向应力三个方面针对形状误差对过盈联接应力集中的影响程度进行了研究，实验结果表明仿真结果可以用于实际生产。Zhang[5]和Zhan[6]分别对过盈量和摩擦系数对过盈联接疲劳强度的影响进行了研究，结果表明随过盈量和摩擦系数的增加疲劳强度明显下降。上述针对过盈联接压装质量研究都是针对重型机械设备，很难用于精密过盈联接压装。针对上述研究现状，本文研究形状误差（鼓形和锥形）对精密过盈联接接触应力的影响。

2 形状误差对接触应力的影响

形状误差是一个复杂的影响因素，通常包括圆度、圆柱度和直线度。对过盈联接而言，圆度和直线度的影响很小，因此分析圆柱度对过盈联接接触应力的影响。

构成过盈联接的两个零件的材料参数如表1 所示。

表1 材料参数

由于过盈联接件都是轴对称的，因此仿真模型采用的是1/4 模型，具体情况如图所示。

当形状误差为锥形时，过盈联接配合面接触应力平均值为107.181MPa，当形状误差为鼓形时，过盈联接配合面接触应力平均值为108.707MPa，二者很接近；但是，当形状误差为锥形时，过盈联接配合面接触应力最大值为184.954MPa，当形状误差为鼓形时，过盈联接配合面接触应力最大值为136.728MPa，二者差别很大。

上述结果表明，当形状误差为锥形时，过盈联接配合面产生了塑性变，因此过盈联接件的配合面应避免出现锥形误差。具体计算结果如表2 所示。

仿真模型

表2 形状误差对接触应力的影响

3 结论

综上所述，本文对形状误差对过盈联接配合面接触应力的影响进行了仿真研究，并计算了应力集中比（如表2 所示），理想状态下的应力集中比为1.624，鼓形的应力集中比为1.258，锥形的应力集中比为1.726，这说明在其他影响因素不变的情况下，形状误差为鼓形时过盈联接配合面接触应力分布相对合理，这为判断压装质量是否合格提供了理论基础。