Ansys Workbench工程应用之——结构非线性（下）：状态非线性（4）过盈配合

在自动化设计和精密机械领域，合理应用过盈配合技术对于提高设备传动效率和机械可靠性至关重要。文章借鉴常规资源，本文提供一套系统的方法论，以ANSYS仿真软件为核心，深入探讨过盈配合的构建、分析及优化策略，旨在提供一种高效、精确的解决方案。

一、如何加载过盈量？

在过盈配合中，通过恰当的方法加载过盈量不仅影响装配效果，也对CFD分析的精度至关重要。本文重点介绍了两种主要方法：




1.1 界面数字偏移

对于轴孔或销孔配合，考虑到设计公差，在ANSYS Workbench软件中使用接触界面数字偏移法构建装配模型。通过斜坡效果功能，确保过盈量在载荷步中逐渐加载，这有助于避免过度刚化和加速收敛过程。关键选项包括“仅偏移，忽略初始状态，斜坡加载”以及载荷步中的接触接口处理。

1.2 几何模型过盈

在弹性配合（如轴孔或孔卡配合）和橡胶密封圈装配等场景中，零件设计基本尺寸差异会导致较大初始过盈。此处，应用ANSYS中的接触算法，通过模型的弹性变形主动消除过盈。建议启动“添加偏移，斜坡效果”的接触处理模式，确保计算初始穿透量与实际过盈量相匹配。

二、如何求得较精确解？

过盈量的精确计算依赖于接触算法的性能和穿透量的控制。仿真结果显示，罚函数算法或增广拉格朗日算法通常会产生残余穿透，建议使用法向拉格朗日算法，该算法可以避免穿透产生，提高求解精度。

实例：轴对称轴孔过盈配合


1. 建模与边界条件设置：采用轴对称模型，要求所有草图在X轴正方向。


2. 接触定义：设置轴和孔材料，摩擦系数，不对称行为及界面数字偏移。


3. 分析设置：打开刚体位移约束，接触算法采用法向拉格朗日。


4. 结果分析：利用接触工具计算接触压力和穿透量，调整接触刚度因子寻找稳定解。


三、如何求得压入力或拔出力？

对于小过盈或过渡配合，可通过载荷步设置，直接对轴施加总伸缩位移，确定最大支反力，即为至少需要的压入力或拔出力。考虑摩擦影响，通过优化调整接触算法和接触刚度，可以达到精确解。

实例：销轴拔出力计算


1. 边界条件设置：载荷步分为计算初始过盈与实际拔出力计算两部分。


2. 结果分析：利用力反应工具计算Y向最大支反力，获取所需力值。


四、如何求得冷缩装配的冷冻或加热温度？

过盈装配常常采用冷缩装配技术，直接使用静态结构分析求解所需冻结或加热温度。依据材料的热膨胀系数，在ANSYS Workbench中调整初始温度以模拟热胀冷缩效应。

实例：孔轴装配冷缩装配

1. 分析设置：更改初始温度条件，计算接触温度与力，以确定冷冻或加热所需的低温条件。

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