文摘

为了预测压精密压配合装配质量,压配合曲线和最大press-mounting力压配合的组件进行了有限元分析(FEA)。分析基于3 d Solidworks模型使用的真实维度microparts和随后的有限元分析模型,使用ANSYS Workbench。压配合过程从而可以模拟静态结构分析的基础上。验证有限元分析结果,使用press-mounting装置进行实验。有限元分析获得的结果表明,压配合曲线密切同意使用实验方法获得的曲线。此外,计算出的最大press-mounting力有限元分析实验方法获得的同意,最大偏差是4.6%,一个值,可以容忍的。比较表明,压配合曲线和马克斯press-mounting力计算有限元分析可用于预测压在精密压配合装配质量。

1。介绍

压配合装配的紧迫的质量是非常重要的在所有的应用程序中,尤其是在航空和航天工业;因此,质量预测是至关重要的。压配合装配的紧迫的质量不仅与干扰值的选择和直径也压配合过程。然而,到目前为止它很难预测的紧迫的质量由压配合压配合装配过程分析方法。

近年来,随着计算机的日益成熟,正在逐步应用到有限元分析预测压配合质量通过分析压配合过程。Benuzzi和Donzella1)提出了一种新的方法来预测压配合曲线。该方法的精度能满足精度要求。此外,该方法比有限元方法更简单。不过,它有其局限性,因为它只能在弹性领域使用。肖et al。2)开发了一个软件自动判断车轮压配合曲线的状况是否合格与否,这是证明了使用软件时成功率可以达到99.4%。但是它有两个局限性。其中之一是,它只能确定压配合曲线是否合格与否,但不能预测压压配合装配的质量;另一个是它只能用于确定车轮的紧迫的质量状况。赵et al。3]实现的数值模拟和实验研究滚花连接干涉;干扰值和最大传输转矩之间的关系进行了研究;结果表明,从有限元分析获得的关系类似于这些结果从实验。虽然有限元分析的可靠性已经证明,然而,由于方法的准确性很低,不能满足microparts装配的精度要求。Yu et al。4]研究了伺服压力机的机械联动装置velocity-displacement曲线;根据机械联动装置的速度和位移之间的关系,可以验证机械联动装置伺服压力机的技术范围比传统机械压力机。此外,机械联动装置比传统机械压力机伺服压力机是更有效率。但velocity-displacement曲线只能用于重型机械伺服压力机。陆et al。5]研究了曲柄半径的影响机械联动装置伺服压在位移曲线、速度曲线和加速度曲线为高速精密压力机用ADAMS软件安装。结果表明,增加的速度和加速度会降低曲柄半径下死点。这种现象是有助于减少扭矩消费在高速精密压力机安装。同时,滑块的侧向力将会减少每增加的工作角。但是,它只能用于高速精密压力机、而不是典型的低速高精度印刷机。

压配合曲线可以分为两类,即强迫时间曲线和力-位移曲线。许多研究人员调查了不同类型的压配合曲线的影响在紧迫的预测。他和贾(6]研究了影响机械联动装置的类型按安装的稳定性;他们计算了冲击力根据逆理论,然后建立了冲击力和时间之间的关系;从而强迫时间曲线。他们的结果表明,三角形连接比曲柄连杆机械按。胡锦涛et al。(7)计算强迫时间曲线,通过分析液压挖掘机的工作装置的机械结构。根据强迫时间曲线从机械结构分析,获得载荷谱是控制以减少挖掘阻力。该方法的优点是实际应用,验证了测量点少,简单的测量程序,并降低成本。不难看到,该方法只能用来控制复杂的大型液压机的工作设备和低速高精度印刷机。原因是高速压力机的工作装置不应该复杂。太阳和金8]-位移曲线上设置虚拟按键检测的频率对应的位置。建立了实用的频率由触觉反馈。力-位移曲线,如果不经过这些虚拟按钮,媒体将不合格。由该方法获得的结果是现实的,但他们是极大地受到环境因素如振动的影响,所以它不为高精度印刷机工作。赵(9)开发了一种新方法,可以用来判断一个传送带关节受损与否是根据力-位移曲线。方法有一定的作用,但其裂纹的准确性不高。你等。10]调查接触算法包括纯点球算法的影响,增广拉格朗日算法,和正常的拉格朗日算法预测压配合曲线。结果表明,增广拉格朗日算法是最有效的。Haque et al。11]研究了力-位移曲线和铆接过程之间的关系。他们认为如果工艺参数没有变化,可以判断根据铆接质量的影响力-位移曲线的影响。力-位移曲线结果表明,可以用来监视铆接过程,然后判断铆接过程成功与否。但该方法只能与一个伟大的冲击力的情况下使用。然而,他们在一些文献预测压配合装配的紧迫的质量根据压配合曲线和最大press-mounting力量。

本文的目的是验证压配合曲线的准确性和最大press-mounting部队从有限元分析获得通过与实验结果进行比较,以确定是否压配合曲线和最大press-mounting力的基础上,建立了有限元分析的结果可以被认为是合理准确,最终压压配合装配的质量是否可以根据这两个指标来评判。

2。有限元分析

电液伺服阀是电液伺服控制系统的核心组件经常用于航空和航天领域。它由力矩电机和四通换向阀12]。电液伺服阀可以将微弱的电信号转换为液压动力,因此,可以控制速度,或者力量。液压动力可以的马力。的压配合micropart在本文中是一个核心组件之间的一座桥梁的力矩马达和四通换向阀。

自从microparts被压配合组装航空零部件组装,轴将当偏转的薄壁孔产生偏转的翅膀。因为的薄壁轴偏转,四通换向阀的轴将会被移开。从而线轴的两面上的机油压力将变得不同,位置,速度,可以控制或强迫。最后,飞行器的飞行姿态是可以纠正的。

2.1。有限元模型描述

因为压配合曲线和最大press-mounting力是重要的技术方法来预测任何压配合装配的紧迫的质量,本文有限元分析实现来说明压配合曲线和最大press-mounting力改变压配合过程中通过使用ANSYS Workbench。一系列的压配合曲线分析得到了不同的干扰值。压配合曲线的合理范围可以根据上述压配合曲线。同时,我们可以获得最大press-mounting部队和他们的理性范围通过阅读压配合曲线的值。最后,通过比较这些计算值与实际压配合过程,它可以决定是否计算值在合理范围内精度下降,足以让他们的实际应用。

几何模型如图1。几何模型的部分是由两种不同材料,3 j - 1和1 j50。3 j - 1是高弹性合金在弱磁场和腐蚀。这种合金具有很多特点,包括高强度、高杨氏模量、低弹性滞后和弱磁性,更好的耐蚀性和热稳定性。所以它可以应用环境温度较高,更大的压力,或腐蚀性介质。1 j50软磁合金具有高磁导率和饱和磁感应。因为这种合金具有防锈性能和加工性能,可以申请做组件与极高的精度和尺寸精度。的饱和磁感应强度和居里温度1 j50高于其他软磁合金,这是制造电子元件应用在航空航天工业。

他们的机械性能表中列出1。因为塑料领域存在的接触表面,采用塑料模型。塑料模型是双线性各向同性硬化模型。切线模分别942 MPa和1116 MPa。

表2显示了材料的应力-应变规律上面提到的塑性区。切线模是斜坡的材料的应力-应变规律塑性区。

加载和边界条件如图2。一个静态结构进行了分析。轴对称几何模型。表3演示了接触压配合装配的定义。事实上,干扰值的设置是通过设置一个偏移量的价值两部分之间的接触表面压配合组装。

0.09假设摩擦系数的值是一个计算值。计算方法如下所示(13]: 在哪里摩擦系数的值,材料的屈服强度(MPa),然后呢材料的杨氏模量(MPa)。

根据和3 j - 1和1 j50 3 j - 1和1 j50的摩擦系数可以计算通过使用(1)。3为j1的摩擦系数为0.09,而1 j50的摩擦系数是0.11。因此,摩擦系数的合理范围从0.09到0.11: 在哪里是press-mounting力的最大值(N)和材料的摩擦系数。

根据(2),可以计算press-mounting力的最大值。可以容忍的最大press-mounting力量假设摩擦系数是0.09。所以假设摩擦系数为0.09的价值。

1/2有限元模型网状的六面体的元素显示在图3。号码是119681的元素。节点号码是27677。最小的元素大小是0.0019毫米。最大的元素大小是0.0038毫米。元素的最小边长度是0.1毫米。

2.2。仿真结果

根据实际情况,当干扰值小于12μ米,最大press-mounting力将低于下限。最大的下限press-mounting力被定义为最大press-mounting当干扰值最小(12μ米)。下限是700 N的值是一个经验值根据press-mounting实验。当干扰值大于14μ米,就会出现一个非常大的塑性变形的接触表面和内部空心轴。microparts如图的等效应力4。

压配合装配的仿真是基于上述参数。为空心轴压配合曲线和最大press-mounting力压配合组装与有限元分析得到了不同的干扰值。这些结果在图5和表4。

波动可以解释如下。初压配合装配阶段,这两个microparts没有联系。所以press-mounting力是0。然而,当这两个microparts相互联系,突然press-mounting力可以增加几十个力。

根据压配合装配的实际情况,micropart凌日非接触状态联系状态,和press-mounting力变化突然从0到某个值。获得的子步骤增加压配合曲线的波动。四种子步骤被认为,包括30子步骤,50子步骤,80子步骤,100子步骤。压配合曲线的波动开始同意与实际情况当子步骤的数量是100。此外,波动的斜率几乎是统一的子步骤的数量超过100。

因为压配合的分析过程是非线性和制服,非线性大变形选项和分步加载选项被选中。在压配合的开始过程中,press-mounting力会突然改变,因此需要收集更多的数据。有130次迭代整个压配合过程的模拟。这意味着将4.8毫米位移划分为13个步骤,每一个都必须细分为十步。计算结果如图所示5中,可以看出最大press-mounting力曲线的最大值。

3所示。实验测试

3.1。实验设计

根据有限元分析结果和press-mounting精度要求,装配microparts press-mounting设备开发。装置包括两个功能模块:按模块和部分对齐模块。按模块适用于装配衔铁组件,包括光栅尺、导轴,直接推动道路,力传感器,动梁,位移平台,降低夹具,夹具。各部分对齐模块是机器视觉设备,这是申请调整部分。

机器视觉设备负责图像采集两部分组成。在press-mounting过程中,位移和press-mounting力被光栅尺和一个力传感器记录,分别。根据上述记录,压配合曲线是由控制软件。设备如图6。

为了验证压配合曲线的准确性和最大press-mounting部队从有限元分析,获得了一系列实验测试press-mounting设备上实现。18个样本准备一系列的实验。他们的形状误差和表面粗糙度大约相同。表5显示样品的干扰值。

microparts press-mounting过程,press-mounting力是衡量力传感器是安装在光学平台,与低梁底部。低梁位于浮动状态通过配合导轴和线性轴承。从而press-mounting力能充分应用于传感器。然后可以保证测量的准确性。力传感器的类型是BK-6C是由中国科学院航天空气动力学。测量press-mounting力的方案图所示7。

光栅尺位移测量。光栅读数头固定在梁移动。地壳的光栅尺安装在铝合金部分。铝合金的底部部分固定在梁越低。press-mounting自顶梁可以变形的力,铝合金的顶端部分与顶梁连接的导向架是由铝合金部分;因此,铝合金部分位于顶部的浮动状态,然后可以保证测量的准确性。光栅尺的类型是ka - 300。测量位移如图的方案8。

3.2。实验结果

压配合曲线和最大press-mounting microparts力量与不同的干扰值获得的实验。这些结果在图9和表6。

最大press-mounting力的平均值与相同的干扰值计算。表中列出的结果7。

的标准差最大press-mounting与不同的干扰值计算评估最大press-mounting部队的离散程度不同的干扰值。所示的计算方法 在哪里是最大的标准差press-mounting力量,是最大的数量press-mounting部队,是最大press-mounting力,是最大的平均值press-mounting部队。

根据(3),最大的标准差press-mounting与不同的干扰值可以计算。计算结果列在表中8。

不难看出的比率最大press-mounting力量范围内的平均值是95%以上。这一现象表明,最大press-mounting力量相同的干扰值服从正态分布(14]。这意味着最大press-mounting部队的平均值可以申请代表最大press-mounting部队的整体水平相同的干扰值。

上述分析的基础上,干扰的影响价值最大press-mounting力比其它因素更重要(例如,形状误差和表面粗糙度)通过比较最大press-mounting部队使用不同的干扰值。

在现实press-mounting过程,press-mounting力的价值每30 ms收集一次,然后根据press-mounting力和位移之间的关系,这些曲线可以得出。发现这些曲线不平滑由于接触表面的表面粗糙度的存在。此外,由于圆柱形的存在错误在整个接触表面,press-mounting力会改变突然在一个小范围内。最大press-mounting力可以通过阅读获得的最后一个值压配合曲线。压配合曲线的最后一个值的最大值是压配合曲线。最大press-mounting部队在表6通过使用这种方法。

4所示。结果与讨论

如图10,压配合曲线得到有限元分析和试验得到的这些投入相同的图。虚线代表实验结果,和真正的线代表数值结果。实验结果的平均值样品具有相同的干扰值。由于表面粗糙度的存在,圆柱形错误,表面缺陷,都有压配合之间的偏差从有限元分析和实验获得的曲线。但这些压配合曲线的趋势基本上是一致的。

press-mounting过程分为三个阶段,即初期阶段,稳定阶段和最后阶段。自从micropart凌日从非接触状态联系状态,press-mounting力变化突然横越在初始阶段从0到一定值。在稳定阶段,press-mounting力位移的增加而增加。上面提到的增加接近线性。的最后阶段,增量press-mounting力会下降,由于弹性变形产生的接触表面。根据上述分析,数值和实验压配合曲线遵循合理的课程。

如表所示9,实验结果平均值的样品有相同的干扰值。在上述情况下,数值和实验结果之间的偏差可以接受根据实际情况。因此,press-mounting力从有限元分析获得可用于评估压压配合装配的质量。

根据我们的分析,microparts的紧迫的质量是由压配合曲线的形状和最大press-mounting力量。因此,只要压配合曲线的梯度和最大press-mounting力变化不明显属于范围从715.895 N 828.621 N,紧迫的microparts装配质量是合格的。

5。结论

压配合过程的仿真研究与几个干扰值,压压配合装配的质量预测是调查压配合曲线和最大press-mounting力量。结果显示,它是发现,有限元分析方法可以应用于预测压配合装配的质量。可以得出相应的结论如下:(1)压配合曲线从有限元分析获得可以用于预测microparts大会根据理性的紧迫的质量范围的压配合曲线与实际情况基本一致。摘要之间压配合曲线的合理范围是12μ米压配合曲线和14μ米压配合曲线。(2)一旦获得压配合曲线,最大press-mounting部队可以通过阅读获得压配合曲线的最大值。如果最大值是在理性范围内的最大press-mounting力,压配合大会被认为是成功的。最大press-mounting力的合理范围从715.895 N 828.621 N。理性的范围从数值模拟获得的压配合装配,这是通过使用press-mounting实验验证。(3)标准来判断压配合曲线的质量包括两个因素是press-mounting力和压配合曲线的梯度。press-mounting力压配合曲线上的数据应该在合理范围的最大press-mounting力。最大的理性范围press-mounting力从715.895 N 828.621 N。从压配合的梯度曲线,应该有一个波动压配合曲线的开始。press-mounting力应该几乎成正比的增加位移在稳定阶段。的最后阶段,增量press-mounting力应该下降。有三种不合格压配合曲线数据11,12,13,分别。

没有联系不合格压配合曲线的初始压阶段1,但是一旦轴和孔接触,press-mounting力突然变化。它可以指出,不合格的梯度压配合曲线1是高于合格压配合曲线在整个紧迫的阶段。此外,最大press-mounting力曲线1所示高于上限(828.621 N)。上面的讨论表明,孔是倾斜的运营商,其结果在一定角度上表面之间的孔和紧迫的表面。不合格的压配合曲线如图111。

不合格的梯度压配合曲线2 =合格压配合曲线在整个压阶段,但其press-mounting力量超过上限每一点。同时,等效应力几乎等于屈服极限,由于双线性各向同性硬化模型应用。然而,塑性变形的面积超过了可接受的范围内。这意味着干扰太大了。不合格的压配合曲线2所示图12。

不合格的梯度压配合曲线3太高上半年部分。上述迹象表明有一个锥形形状误差上半年部分轴压配合表面。上半年的press-mounting力量紧迫的部分是超过上限,因为锥形形状误差的值超过2μm。下半年的紧迫的部分,干扰大于14μ米,如不合格压配合曲线3所示。不合格的压配合曲线如图313。

正如上面提到的,压配合过程的有限元分析可以应用在模拟压配合曲线,然后压配合曲线的合理范围是根据有限元分析获得的结果。根据范围,它可以确认是否压配合组装成功。因此,上述所有工作压配合装配压配合曲线梯度作进一步的调查分析压压配合装配质量成为可能。此外,它的最终目的是推断press-mounting失败原因的梯度压配合曲线和最大press-mounting部队的品种。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这个项目是由中国国家自然科学基金(没有。51075058)和中央大学的基础研究基金(DUT10ZDG04)。