过盈量计算

过盈配合压装压力参数制定方法

目的

过盈连接是生产中常使用的一种连接方式,制定过盈连接计算规范是要保证正常生产和研发过程使用正确的压力来连接料件,是装配标准化工作的重要目标之一,最终满足生产和客户的需求,为此,制定本规范。

范围

本规范适用于计算金属件，及金属件与非金属件连接的过盈计算

内容

过盈连接是利用零件之间的过盈配合来实现连接的。这种连接也叫干涉配合或者紧配合连接

过盈连接的特点

优点：结构简单，对中性好，承载能力大，在冲击载荷下能可靠地工作，对轴削弱少。

缺点：配合面的尺寸精度高，装拆困难。过硬连接的主要用于轴与毂的连接，轮圈与轮芯的连接以及滚动轴承与轴或者座孔的连接等

过盈连接的工作原理及装配方法

过盈连接的工作原理

过盈连接是将外径为dB的被包容体压入内径dA的包容件中（图1.1a）。由于配合直径间有△A +△B的过盈量，在装配后的配合面上，以便产生一定的径向压力。当连接承受轴向力F（图1.1b）或转矩T（图1.1c）时，配合面上便产生摩擦阻力或摩擦阻力矩以抵抗和传递外载荷

过盈连接的装配方法

过盈连接的装配方法有压入法和温差法

压入法是利用压力机将被包容件直接压入包容件中。由于过盈量的存在，在压入的过程中，配合表面微观不平度的峰尖不可避免的受到擦伤或压平，因此降低了连接的紧固性。在被包容件和包容件上分别制出如图1.2所示的倒锥，并对配合面适当加润滑剂，可以减轻上述擦伤。

温差法是加热包容件或者冷却被包容件，使之既便于装配，又可减少或避免损伤配合表面，而在常温下即达到牢固连接。加热利用电加热，冷却采用液态空气（沸点-192℃）或者固态二氧化碳（干冰，沸点-790℃）

温差法可以得到较大的固持力，常用于配合直径较大的连接；冷却法常用于配合直径较小时。

由于过盈连接拆装会使配合面受到严重的损伤，当过盈量很大时，装好后再拆开就更加困难。因此，为了保证多次拆装后仍具有良好的紧固性，可采用液压拆卸，即在配合面间注入高压油，以涨大包容件的内径，缩小被包容件的外径，从而使连接便于拆卸，并减少配合面的擦伤。采用这种方法时，需要包容件与被包容件上制出油孔或油沟，如图1.4所示。

过盈连接的设计计算

过盈连接计算的假设条件是：连接零件中的应力处于平面应力状态，即轴向应力σz=0，应变均在弹性范围内；材料的弹性模量为常量；连接部分分为两个等长的厚壁筒，配合面上的压力为均匀分布。

过盈连接主要可以承受轴向力或者传递转矩，或者兼有以上两种作用（个别情况也用以承受弯矩）由前述工作原理可知，为了保证过盈连接的工作能力，强度计算须包含两个方面：一方面是在已知载荷的条件下，计算配合面间所需产生的压力和产生这个压力所需的最小过盈量；另一方面是在选定的标准过盈配合下，校准连接的诸零件（如轮圈与轮芯，轮毂与轴等）在最大过盈量时的强度。如采用涨缩法装配时，还应算出加热及冷却的温度。此外必须算出装拆时所需的压入力及压出力。必要时还应算出包容件外径的涨大量及被包容件内径的缩小量。现分述于后

配合面所需的径向应力P

过盈连接的配合面间应具有的径向应力是随着所传递的载荷类型不同而已。

A. 传递轴向力F当连接传递轴向力F时，（图1.1b），应保证连接在此载荷作用下，不产生轴向的滑动。亦即当径向力为P时，在外载荷F的作用下，配合面上所能产生的轴向摩擦阻力Ff，应大于或等于外载荷F。

设配合的公称直径为d，配合面间的摩擦系数为f，配合长度l，则

Ff=πdlpf

因需保证 Ff≥F,所以

P≥F/πdlf （1.1）

B. 传递转矩T 当连接传递转矩T时，则应保证在此转矩作用下不产生轴向滑移。亦即当径向压力为p时，在转矩T的作用下，配合面间所产生的摩擦阻力矩Mf应大于或者等于转矩T。

设配合面上的摩擦系数为f，配合尺寸同上，所以

Mf=πdlpfd/2

因需保证 Mf≥T，故

P≥2T/πd2lf （1.2）

配合面的摩擦系数的大小与配合面的状态，材料及润滑情况等因素有关，由试验测定。

表1.1给出了几种情况下摩擦系数值，以供计算时参考

表1.1摩擦系数f值

C. 承受轴向力F和转矩T的联和作用，此时所需要的径向压力为

过盈连接的最小有效过盈量

根据材料力学有关厚壁圆筒的计算理论,在径向压力为P时的过盈量为

则由（1.1）-（1.3）可知，过盈连接所需的最小过盈量为

两式中：

---分别为过盈连接的的过盈量和最小过盈量，单位μm

P---配合面间的径向压力，由式（1.1）-（1.3）计算，单位为Mpa

d--- 配合的公称直径，单位为㎜

E1 E2---分别为被包容件与包容件材料的弹性模量，单位为Mpa

C1---被包容件的刚性系数，

C2---容件的刚性系数，

d1 d2---分别为被包容件的内径和包容件的外径，单位为㎜

μ1μ2---分别为被包容件与包容件的泊松比。对于钢，μ=0.3，对于铸铁，μ=0.25

由式（1.1）-（1.3）可见，当传递载荷一定时，配合长度l越短，所需的径向压力P越大。再由，。。。。当P增大时，所需的过盈量也随之增大，因此，为了避免在载荷一定时需要用较大的过盈量而增加装配困难，配合长度不宜过短，一般推荐采用l≈0.9d。但注意，由于配合面上的应力分布不均匀，当l＞0.8d，即应考虑两端应力集中的影响，并从结构上采用降低应力集中的措施。

显然，上面求出的

只有采用胀缩法装配不致擦去或者压平配合表面微观不平度的峰尖才有效。所以采用胀缩法装配时，最小过盈量

。但当采用压入法装配时，配合表面的微观峰尖将被擦去或者压平一部分（图1.5）此时按式1.4求出

为理论值，应再增加被擦去部分

故计算公式为

式中:μ---装配图1.5所示两配合表面微观峰尖擦去部分的高度之和，取其为0.4（Rz1+ Rz2）