过盈问题有限元模型的构建.pdf

节选段落一：
Home
过盈配合问题有限元模型的构建
邵增元 张福润 *江礼军
（华中科技大学 *上海合科科技有限公司）
摘要：计算模型的建立是有限元分析最重要的工作，也是最耗时的工作。有
限元计算模型的正确性直接影响计算结果的正确性。结合实例，对过盈问题计算
模型的构建过程进行了阐述，指出仔细分析零部件的几何结构、载荷特性、材料
特性以及失效特点，是计算模型构建的关键。
关键词：过盈配合 有限元 计算模型 构建
有限元分析是零部件设计和失效分析的重要手段，其作用在于设计时预估破
坏部位，优选设计方案；失效分析时根据破坏部位情况分析结构设计存在的缺陷，
评估改进措施的优劣。


节选段落二：
有限元模型错误，计算结果显然不对，也
就难以发挥有限元工具的作用。笔者实际工作中接触的一类过盈配合设计和分析
便遇到这样的问题。
一． 问题的描述
如图 1所示的零件，我们称之为牙轮，其主体由多个锥台构成，锥台面上钻
有许多孔，孔中镶入硬质合金齿，用来破碎岩石。我们将锥台称为齿圈，而不同
锥台之间凹下去的部位，称作齿槽。零件的中心有安装孔
- 1 -
Home
图 1 牙轮结构图
实际加工和使用中发现，牙轮开裂有纵向开裂和横向开裂两种，如图 2、图
3。开裂具有明显的方向性。解剖破裂的牙轮发现，齿孔过盈量设计或加工不合
理，是导致牙轮开裂的原因之一。
二．


节选段落三：
（2）应考虑牙轮材料的非线性
对于镶齿牙轮钻头，合金齿压入齿孔，需要保持一定的固紧力，使之在使用
过程中不掉、不松、不断。
当过盈量很小时，齿与齿孔未达到所需的固紧力，使用中必然掉齿或齿松动。
为了增大固紧力，需要增加过盈量，而随着过盈量的增加，齿孔的应力状态从弹
性状态进入弹塑性状态，因此，建模时应考虑牙轮材料的非线性。
（3）应考虑牙轮的几何非线性
- 3 -
Home
牙轮齿孔过盈量较大，一般为几十到一百多微米，而齿孔直径一般为几毫米
到二十多毫米，从力学角度上来看，齿孔过盈应属于大位移问题。牙齿镶入齿孔，
齿孔周围局部区域发生塑性变形，出现弹塑性区共存的情况。