车床主轴带轮结构与过盈配合应力分析

论文导读：三维几何造型软件Pro/E，以其操作界面人性化、设计参数化等优点在国内大小企业中使用十分广泛。带轮径荷加固圈为过盈配合，过盈量分别取为5丝和30丝进行比较，以确定较好的修改方案。
关键词：精密车床，过盈配合，结构优化，Pro/，E_MECHANICA
 

1 引言

带轮在安装时发现其上螺孔处出现裂纹，且不能确定该裂纹出现的原因。发表论文。本文运用PRO/E建模并模拟带轮实际工作环境，分析裂纹产生的原因，并进行结构改进和优化。从结构分析到装配加固圈修改方案的验证计算，给此问题完整的分析。

三维几何造型软件Pro/E，以其操作界面人性化、设计参数化等优点在国内大小企业中使用十分广泛。其多学科仿真功能模块Pro/ MECHANICA可以同时支持结构、热、振动和运动仿真与设计优化，在有限元分析领域中使用也很普遍。Pro/MECHANICA使用的有限元分析方法为p型法，它的位移函数和形函数采用多项式函数的计算方法，目前最多为9次函数。因而，它可以依靠自动拉升多项式函数的阶数来提高解析精度。

2 带轮结构分析

从带轮现有结构入手，分析该结构是否满足工作载荷的强度要求。

2.1 根据实际尺寸建模

实际工作中带轮结构如图1 所示。内圈与带轮齿面间有12条加强筋。此模型轮齿已简化，未画出。

2.2 模拟真实工作环境给模型加载

2.3 根据实际尺寸建模

带轮沿逆时针扭矩反方向整体扭曲变形。 图2中给出最大主应力位于筋的根部，数值为42.49Mpa。

2.4 改进该结构并再次分析

改进后结构如图3所示，在内部12条筋的基础上，两面各加一块筋板。同样加载情况下，整体最大主应力分布图，如图4所示。最大主应力仅有9.085MPa 。

2.5 比较两种结构受力情况：

从表中可以看出：原始结构，筋板根部应力值超过许用应力值，无法保证生产安全和精度，应选用改进模型。其中，S1为载荷和应力的计算准确性系数，取1-1.5;S2材料性质的均匀性系数，铸铁件取1.5-2.5；S3零件的重要性系数，取1-1.5。安全系数S=S1*S2*S3 =1.5--5.6。发表论文。

表1 比较原始结构和改进结构最大主应力　　3 结构修改方案

由于该带轮体积较大，质量为（查得HT300的密度，在PRO/E中计算）。工时所限，对原始结构采取修改方案。即在带轮螺孔开裂侧安装加固圈，结构如图5所示。

3.1 分析建模

由于模型结构、载荷对称，分析中只取模型 1/3。如图6所示。带轮径荷加固圈为过盈配合，过盈量分别取为 5 丝和30丝进行比较，以确定较好的修改方案。

3.2 模型加载

3.2.1 计算带轮胀紧压力：

螺栓拧紧力矩 T=0.2Wd T =300Nmm

得到胀紧压力为37.66N/mm2

3.2.2 模型加载情况，如图 6 所示。

3.3分析方法

为找到适当的过盈量，我们做两次分析。让带轮和加固圈接触面过盈量分别为5丝和30 丝，对比应力分布情况。

3.3.1过盈量为5丝的模型主应力结果图

图8 模型最大主应力位置3.3.2过盈配量为 30 丝与5丝结果对比
 

表2 过盈量比较（最大主应力 MPa）　　材料HT200 厚度30--50 mm 拉伸强度 160 MPa

安全系数范围为 1.5--5.625

安全应力范围为 106.67--28.4 MPa

3.4分析比较结果
修改方案加上加固圈后，带轮带加固圈侧螺孔处，最大主应力明显减小，表明该方案能起到一定作用。发表论文。但还存在其他位置主应力超过了安全应力变化范围，不能保证使用安全。
4 结论
通过上述分析得出，生产中应使用带轮的改进结构，并根据带轮实际传递扭矩，适当减小螺栓拧紧力，以保证带轮较薄弱的螺孔处不发生开裂。

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