厚壁圆筒过盈配合分析

1 问题描述

过盈配合连接而成的组合一厚壁圆筒，已知：r1=17mm，r2=28mm，r3=39mm，圆筒长度均为l=50mm，过盈量δ=0.05mm，圆筒均为钢制。试计算装配压力p以及组合圆筒在承受工作内压300MPa时的应力分布。过盈配合是将两个厚壁圆筒套盒在一起，外筒的内半径略小于内筒的外半径，即存在过盈量δ。装配后，两圆筒接触面上会因为变形而产生摩擦阻力或摩擦力矩以抵抗外载荷。装配压力p与过盈量关系如下：

当内外筒为同一材料时，

则接触面上能产生的最大摩擦阻力F和摩擦力矩M分别为：

式中：l—配合面长度；f—配合面上的摩擦系数。

2 分析过程

采用2D轴对称分析，分两个载荷步，第一个模拟过盈装配过程，第二个模拟承载工况。两个筒体壁面之间采用无摩擦接触。

3 模拟结果

从图可以看出，除了筒体端部外，其余部位的装配压力为-67MPa左右，负号表示指向x轴负方向，与理论值67.45MPa相符。

                                                                                 承载工况下周向应力分布

                                                                                承载工况下径向应力分布

组合圆筒结构采用过盈配合方法，装配压力使内筒承受外压、周向应力为压应力、切向应力为压应力，外筒承受内压、周向应力为拉应力。过盈配合后圆筒的应力分布比单一的整体厚壁圆筒趋于均匀合理，承载能力也相应提高。