虚拟装配中装配力分析系统的开发.docx

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1、虚拟装配中装配力分析系统的开发 摘 要： 本文论述了虚拟装配中装配力分析系统的开发研制过程。在分析传统装配力人工设计计算的基础之上，总结了人工设计计算的一些理论和方法，针对它的一些不足，提出了在虚拟装配中利用计算机进行装配力分析，这就是虚拟装配中装配力分析系统设计的原理。通过分析孔轴协作在工作时的受力，依据拉美应力公式和拉美位移公式，推导出孔轴协作过盈量和压强之间的关系，从而判定孔轴装配后能否正常起到连接作用或零件会不会因过盈张力而遭遇破坏导致失效。我们利用VB语言开发了虚拟装配力分析系统，该系统能通过界面输入相应的数值或选择相关的参数来进行过盈量的计算及轴向力、扭矩的校核。 关键词： 虚拟装

2、配 虚拟装配环境 受力分析 过盈协作 随着全球市场竞争的出现，企业面临着越来越大的压力。如何在尽可能短的时间内用完可能低的成本，生产出质量尽可能高的产品，已经成为企业生存和发展的重要条件。虚拟装配开发技术就是在这样的时代背景下产生的，它属于90年头的最新产品开发技术。 目前虚拟装配系统普遍缺乏对装配公差进行分析与综合的手段，对于某些关键协作部位，没有优化协作的手段，导致实际产品的装配精度不高，甚至因过盈量过小而无法正常起到连接功能。主要就是针对虚拟环境下，通过利用装配力进行过盈协作中过盈量的分析，分析孔轴过盈协作中其过盈量设计是否合理，即装配后能否正常起到连接作用或零件会不会因过盈张力而遭遇破

3、坏导致失效，从而开发的虚拟装配力分析系统。 本系统探讨分析对象是孔轴过盈协作中其过盈量设计是否合理。要求是依据选择相应的孔轴材料，确定出孔轴的弹性模量，泊松比及协作时产生的摩擦系数等，然后通过推导出来的计算公式进行计算校核，从而确定出孔轴过盈量是否合理，能否正常传递扭矩。 一、需求规定 1.功能需求 本系统在完成后最终要能依据给定的条件实现推断和检验孔轴过盈协作中过盈量设计是否合理。在运行中用户须要在大量的材料中选择自己所要的材料，为了便利用户的选择，须要在系统中建立材料数据库，将常用的孔轴材料放入该库中，同时在此材料库中，加入相应材料的弹性模量、泊松比，这样可大大削减用户的工作量。 2.运行

4、需求 整个系统的设计将总体分为四个模块：信息输入模块、孔与空心轴协作模块、孔与实心轴协作模块和推断检验模块。它们的逻辑关系如图1-1所示。 二、系统模块设计 本系统有三大功能模块： 1.分析并确定虚拟装配中装配力分析系统设计的原理、方法与步骤。 2.探讨并确定虚拟装配中装配力分析系统设计的计算公式与有关手册表格。 3.利用VB语言编程实现虚拟装配中装配力分析系统。 三、系统设计步骤 设计流程步骤： 1.选择孔轴材料，确定孔轴的弹性模量，泊松比，摩擦系数。 2.确定孔是与空心轴协作还是与实心轴协作。 3.输入孔轴的协作直径，同时输入其孔轴的上下偏差，孔轴协作长度。 4.依据公式计算出过盈极限协作

5、，以及协作面间的压强。 5.检验孔与实心轴在工作过程中是否能够有效传递轴向力和转矩。 在检验时主要分三种状况： 孔轴在工作过程中承受载荷轴向力F； 孔轴在工作过程中承受的载荷为转矩T； 孔轴在工作过程中承受的载荷同时有轴向力F和转矩T。 依据孔轴在工作过程中承受载荷的不同按其公式计算出固持力F，此值为临界值，然后与实际载荷比较，假如固持力大于或等于实际载荷，则孔轴设计合理，否则设计不合理，并提出设计修改看法作为运用者的参考看法，这里假如孔轴在工作过程中同时承受轴向力和转矩，则它的实际载荷要依据推导出来的公式进行计算。 四、系统设计流程图 公差是用于协调机器零件的运用要求与制造经济性之间的冲突，

6、协作是反映机器零件之间有关功能要求的相互关系。公差与协作是产品设计、工艺设计的基础。在各类协作当中，孔轴过盈协作的特性是具有协作过盈量，它主要用于装配零件之间没有相对运动的协作。在现场工作中孔与轴的过盈协作使孔轴能承受所传递的轴向力或扭矩，或者两者的合力，但是假如过盈量选择不当，孔轴之间会产生松动或出现弹性变形，造成无法传递载荷甚至破坏零件。过盈量太大孔轴可能会出现金属的塑性变形甚至开裂。过盈量太小，孔轴在承受工作载荷的状况下，可能会出现松动。因此，通过对孔轴过盈协作之间装配力的分析，建立检验协作过盈量的装配力学模型，为基于装配力的装配性能分析供应了理论基础。 五、孔轴过盈协作联接状态的分析

7、分析孔轴过盈协作联接中过盈量是否合理主要从以下五个方面进行。 1.材料采纳塑性材料时，孔轴装配好后，在静态不受工作载荷状态下，孔轴的协作部分金属是否发生塑性变形。 2.孔轴材料采纳脆性材料时，孔轴装配好后，在静态不受工作载荷状态下，孔轴壁是否发生开裂。 3.孔轴在工作过程中是否能够有效传递轴向力，不会发生孔轴之间的轴向相对滑动。 4.孔轴在工作过程中是否能够有效传递扭矩，不会发生孔轴的切向相对滑动。 5.当孔轴在工作过程中是否能够同时有效的传递轴向力和扭矩，不会发生轴与孔的相对滑动。 六、力学模型的建立 1.厚壁圆筒理论 承受匀称压力的厚壁圆筒可简化为平面问题。同时受内外压P、P时如图2-1所

8、示，随意一点半径为r处的切向应力和径向应力2可按拉美公式4求出： =+=- 随意一点的径向位移公式如下： u=••r+•• 式中：圆筒材料的泊松比； E圆筒材料的弹性模量。 当厚壁圆筒仅承受内力P时，随意一点半径为r处的切向应力和径向应力可按公式计算： =1+?摇=1-?摇 当厚壁圆筒仅承受外力P时，随意一点半径为r处的切向应力和径向应力可按公式计算： =1+?摇=1-?摇 当厚壁圆筒仅承受外力P时，随意一点半径为r处径向位移u可按公式计算： u=••r+•• 当厚壁圆筒仅承受内力P时，随意一点半径

9、为r处径向位移u可按公式计算： u=••r+•• 2.轴与孔协作面间压强P的计算 轴与孔过盈协作联接，要分两种状况探讨，一种是当轴为实心轴时，一种是当轴为空心轴时。现在我们假设轴孔之间的过盈量为，过盈量的一半为/2，装配之后轴在P的作用下轴半径缩小了，孔在P作用下孔半径增大。 依据变形的协调整关系： /2=|+ 当轴为空心轴时如图2-2和图2-3所示，合联接轴在d处的位移为，位移的力学模型可根据公式建立。假设d处的压强为p，把P代入P，把代入u，把d/2代入r，把d/2代入r，把d/2代入r。可得： =- 孔轴过盈协作联接孔在d处的位移为，位移的

10、力学模型可根据公式建立。假设d处的压强为p，把p代入P，把代入u，把d/2代入r，把d/2代入r，把d/2代入r。可得： =+ 由公式可以推导出协作面间压强P与协作过盈量的关系为： P=MPa 式中：d协作直径； E、E分别为轴和孔的弹性模量； c为简化计算式而引用的系数。 c=-，c=- 此处、分别为轴和孔的泊松比。式中的单位为m。 当轴为实心轴时d=0，如图2-4和图2-5所示，同理由公式我们可以推导出协作面间压强P与协作过盈量的关系为： P=Mpa 式中：d协作直径； E、E分别为轴和孔的弹性模量； c为简化计算式而引用的系数。 c=1-，c=- 此处、分别为轴和孔的泊松比。式中的单位为

11、m。 七、检验孔轴在工作过程中是否能有效传递轴向力和转矩 1.轴在工作过程中承受载荷为轴向力F时，孔轴联接中不发生相对滑动的条件为协作固持力应大于或等于轴向力，即 dlPF 式中：d协作直径； l协作长度； p协作面间压强； 协作面间的摩擦系数。 2.在工作过程中承受载荷为转矩T时，孔轴联接中不发生相对滑动的条件为： dlP•T 式中：d协作直径； l协作长度； p协作面间压强； 协作面间的摩擦系数。 3.轴在工作过程中承受载荷同时有轴向力和转矩时，孔轴不发生相对滑动的条件为： dlP 式中：d协作直径； l协作长度； p协作面间压强； 协作面间的摩擦系数。 我们通过建立检验孔轴协

12、作过盈量的装配力学模型，推导出了孔轴过盈协作联接在静态和受工作载荷下，孔轴装配力，强度等的分析检验公式，有效地检验分析了产品的虚拟装配性能。 参考文献： 1吉卫喜.机械制造技术M.北京：机械工业出版社，2004. 2周建方.材料力学M.北京：机械工业出版社，2022. 3徐灏.机械设计基础其次版第2卷.北京：机械工业出版社，2022. 4成大先.机械设计手册第四版第1卷.北京：化学工业出版社，2002：1-161. 5Sors P.Fundamental of Machine DesignM.Moscow:MirPub，11015. 6成大先.机械设计手册第四版第2卷.北京：化学工业出版社，2002：5-233. 注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页