一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法.pdf

本发明涉及一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法，其包括以下步骤1：建立圆锥面过盈安装的三维模型；步骤2：对三维模型进行有限元网格划分；步骤3：设置接触对并调整初始接触状态；步骤4:选择有限元分析的接触算法；步骤5：对三维模型进行约束和施加载荷；步骤6：通过有限元分析的后处理器，查看整个仿真过程及结果，获得安装过程中轴向压入力和径向接触压力随推入量变化的曲线。本发明的轴向压入力和径向接触压力是根据实际尺寸建立零件的三维模型，采用增强的拉格朗日法进行有限元非线性接触计算获得，运用有限元法计算精确可靠，为圆锥面过盈安装过程中油压的准确施加提供理论依据。

权利要求书
1.  一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法，其特征在于：
步骤1、实体建模，根据待装配的圆锥套类零件与圆锥轴类零件实际尺寸参数，建立圆锥面油压过盈装配的三维实体模型图；
步骤2、对零件装配的三维模型进行有限元网格划分；
步骤3、三维模型的接触对设置和初始接触状态调整，通过在有限元软件前处理的接触管理器中指定圆锥面过盈安装计算时的目标面和接触面，并在接触管理器中设置实常数，选择渐变施加由接触面偏移引起的初始偏透，使得三维模型经网格划分后的初始接触状态为完全接触；
步骤4、选择圆锥面油压过盈安装有限元分析的接触算法，选择增强的拉格朗日法进行有限元非线性接触计算；
步骤5、对进行圆锥面油压过盈安装有限元分析的三维模型进行位移约束和施加载荷；
步骤6、根据步骤1～5有限元软件前处理中的设置，进行有限元非线性接触计算，通过有限元分析的后处理器，查看圆锥面油压过盈安装整个仿真过程及结果，获得安装过程中轴向压入力和径向接触压力的曲线。

2.  根据权利要求1所述的一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法，其特征在于，待装配的圆锥套类零件与圆锥轴类零件为螺旋桨和螺旋桨轴。

3.  根据权利要求1或2所述的一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法，其特征在于，所述步骤1为：建立圆锥面过盈装配的三维模型的结合面为刚好完全接触，在三维绘图软件中将三维模型直接导入有限元软件中计算分析。

4.  根据权利要求1或2所述的一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法，其特征在于，步骤2具体为：运用有限元软件中的网格划分工具，选择将对零件装配的三维模型生成六面体单元网格。

5.  根据权利要求1或2所述的一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法，其特征在于，所述步骤3中，选取材料弹性模量大的结合面为目标面，选取材料弹性模量小的结合面为接触面。

6.  根据权利要求1或2所述的一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法，其特征在于，步骤5中对三维模型进行位移约束和施加载荷的具体过程为：将被包容件的端面上施加位移全约束，将其固定不能发生移动和转动，在包容件的端面上施加位移载荷，以模拟圆锥面零件过盈安装的推入过程。

说明书一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法
技术领域
本发明涉及一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法。
背景技术
目前圆锥面油压过盈安装一般采用压力机将高压油通入包容件与被包容件结合面间的进油环槽，施加径向油压会使包容件和被包容件在结合面处发生弹性变形而形成间隙，并同时在包容件的端面上施加轴向压入力，使包容件和被包容件发生相对的轴向位移，当零件之间的相对轴向位移达到圆锥面过盈安装所要求的位置后，先切断结合面上进油环槽中的径向油压，然后再停止零件端面施加的轴向压入力，最终完成圆锥面油压过盈安装。由于圆锥面油压过盈安装时结合面上不能粘贴应变片，难以对轴向压入力和径向接触压力的数值进行实际的测量，因此工程上一般以弹性力学中的厚壁圆筒理论作为基础，根据机械手册中的公式计算圆锥面过盈安装的轴向压入力和径向接触压力，获得安装过程中轴向油压、径向油压与推入量的关系曲线，对零件进行油压过盈安装，但此时轴向压入力和径向接触压力是在一定的假设条件下进行计算：零件的应变在弹性范围内；包容件和被包容件为两个等长度厚壁圆筒，接触面压力均匀分布；空间三维应力简化为平面二维应力状态，即轴向应力等于零，运用弹性力学中厚壁圆筒理论计算径向压力和轴向压力时，是将圆锥面过盈连接简化为两个等长度的厚壁圆筒在平面应力的状态下进行计算，径向接触压力和轴向压入力的理论值和实际值存在偏差，因此运用弹性力学方法计算轴向压入力和径向接触压力还不够精确和完善，这对圆锥面油压过盈安装时准确的施加轴向油压和径向油压起到至关重要的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高计算准确度的圆锥面油压过盈安装轴向压入力和径向接触压力的计算方法。
本发明所采用的技术方案为：一种圆锥面油压过盈安装过程中压力的计算方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤1、实体建模，根据待装配的圆锥套类零件与圆锥轴类零件实际尺寸参数，建立圆锥面油压过盈装配的三维实体模型图；
步骤2、对零件装配的三维模型进行有限元网格划分；
步骤3、三维模型的接触对设置和初始接触状态调整，通过在有限元软件前处理的接触管理器中指定圆锥面过盈安装计算时的目标面和接触面，并在接触管理器中设置实常数，选择渐变施加由接触面偏移引起的初始偏透，使得三维模型经网格划分后的初始接触状态为完全接触；
步骤4、选择圆锥面油压过盈安装有限元分析的接触算法，选择增强的拉格朗日法进行有限元非线性接触计算；
步骤5、对进行圆锥面油压过盈安装有限元分析的三维模型进行位移约束和施加载荷；
步骤6、根据步骤1～5有限元软件前处理中的设置，进行有限元非线性接触计算，通过有限元分析的后处理器，查看圆锥面油压过盈安装整个仿真过程及结果，获得安装过程中轴向压入力和径向接触压力的曲线。
按上述技术方案，待装配的圆锥套类零件与圆锥轴类零件为螺旋桨和螺旋桨轴。
按上述技术方案，所述步骤1为：建立圆锥面过盈装配的三维模型的结合面为刚好完全接触，在三维绘图软件中将三维模型直接导入有限元软件中计算分析。
按上述技术方案，步骤2具体为：运用有限元软件中的网格划分工具，选择将对零件装配的三维模型生成六面体单元网格。
按上述技术方案，，所述步骤3中，选取材料弹性模量大的结合面为目标面，选取材料弹性模量小的结合面为接触面。
按上述技术方案，步骤5中对三维模型进行位移约束和施加载荷的具体过程为：将被包容件的端面上施加位移全约束，将其固定不能发生移动和转动，在包容件的端面上施加位移载荷，以模拟圆锥面零件过盈安装的推入过程。
本发明所取得的有益效果为：本发明通过采用增强的拉格朗日法对圆锥面过盈装配的轴向压入力和径向接触压力进行有限元非线性接触计算获得，其数值是随着实际过盈安装过程中推入量的变化而变化，增强的拉格朗日法是将罚函数法和拉格朗日法相结合，在计算的过程中程序按照罚函数法开始，与纯粹的拉格朗日法类似，不停的更新接触刚度的罚函数，直到计算的穿透值小于允许值为止，这样有助于减少病态，在选择求解器上没有限制，还可以自由控制允许的穿透值，克服运用弹性力学法在一定的假设条件下计算所带来的影响，轴向压入力和径向接触压力的计算运用有限元法比弹性力学法准确可靠，通过简单的理论公式即可将解得的轴向压入力和径向接触压力转化轴向油压和径向油压，为圆锥面油压过盈安装时所需施加轴向油压和径向油压的确定提供一定理论依据。
附图说明
    图1和图2分别为本发明提供的实施例在过盈安装过程中轴向压入力和径向接触压力随推入量变化的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
该具体实施方式以无键螺旋桨油压过盈安装的过程进行说明，其轴向压入力和径向接触压力的确定包括以下步骤：
步骤1: 建立圆锥面过盈安装的三维模型，根据螺旋桨和螺旋桨轴的实际尺寸参数，运用三维绘图软件绘制桨-轴过盈装配的三维模型，由于模型属于空间轴对称，因此建立1/4桨-轴过盈装配三维模型；
步骤2：三维模型的网格划分，根据螺旋桨和螺旋桨轴的尺寸，在保证计算精度并节省计算时间的条件下，设置单元的网格形状和网格尺寸，运用有限元软件中的网格划分工具，对桨-轴过盈装配的三维模型进行六面体网格划分，网格划分的单元尺寸为 5mm；
步骤3：三维模型的接触对设置和初始接触状态调整，因为螺旋桨和螺旋桨轴材料的刚度不同，选择刚度较大的螺旋桨轴外表面为目标面，选择刚度较小的螺旋桨表面为接触面；三维模型建立时桨-轴过盈装配的结合面为刚好完全接触，但是三维模型在进行有限元网格划分后，桨-轴的结合面上会出现间断不连续的情况，在有限元软件前处理的接触管理器中设置实常数，选择渐变施加又接触面偏移引起的初始偏透，使得三维模型经网格划分后，螺旋桨与螺旋桨轴的结合面初始接触状态为刚好完全接触；
步骤4：选择圆锥面油压过盈安装有限元分析的接触算法，无键螺旋桨油压过盈安装属于有限元非线性接触，选择增强的拉格朗日法对桨-轴过盈装配的三维模型进行有限元非线性接触计算；
步骤5: 对进行圆锥面油压过盈安装的三维模型进行位移约束和施加载荷，无键螺旋桨油压过盈安装边界的约束及施加载荷如下：
ⅰ：设置分析模型螺旋桨轴的端面施加全位移约束将其固定，防止螺旋桨过盈安装的模拟推入过程中螺旋桨轴发生转动或者位移；
ⅱ：设置分析模型螺旋桨的端面施加位移载荷，根据螺旋桨过盈安装实际所需要的推入量，设置施加的位移载荷等于推入量；
ⅲ：设置分析类型为大变形效应；
步骤6：根据步骤1～5有限元软件前处理中的设置，进行有限元非线性接触计算，通过有限元软件的后处理器，查看无键螺旋桨油压过盈安装的整个仿真过程及结果，如图1和图2所示，在过盈安装过程中轴向压入力（由于三维模型是1/4，总的轴向压入力为图中的4倍）和径向接触压力随推入量变化的曲线。