过盈连接的设计计算技巧

过盈连接在装配后，由于包容件与被包容件的径向变形，使配合面间产生很大压力。工作时就依靠配合面间的摩擦力来传递载荷。过盈量越大，连接的强度也越大，所能传递的载荷就越大。

过盈连接主要用来承受轴向力或传递转矩，或者同时兼有以上两种作用。

为了保证过盈连接的工作能力，强度计算包括两方面内容：一方面是在已知载荷的情况下，计算配合面间所需的压力和产生这个压力所需的最小过盈量，也就是连接的强度计算；另一方面，是在选定的标准过盈配合下，校核连接的各个零件在最大过盈量时的强度，也就是连接件本身的强度计算。

1.配合面所需的径向压力

过盈连接在保证外载荷作用下零件之间不发生相对滑动的最小径向压力为

式中 p——配合面所需的径向压力（MPa）；

F——需要传递的轴向力（N）；

T——需要传递的转矩（N·mm）；

d——配合面的公称直径（mm）；

l——配合面的长度（mm）；

f——配合面间的摩擦因数。

2.所需的最小有效过盈量

（1）温差法（即胀缩法）

在已知径向压力时，采用温差法（即胀缩法）过盈连接所需的过盈量为

式中 Δ_min——所需的最小过盈量（μm）；

E₁——被包容件材料的弹性模量（MPa）；

E₂——包容件材料的弹性模量（MPa）；

μ₁——被包容件材料的泊松比；

μ₂——包容件材料的泊松比；

c₁——被包容件的刚性系数；

c₂——包容件的刚性系数；

d₁、d₂——被包容件的内径和包容件的外径（mm）。

（2）压入法

采用压入法装配时，为保证固持力，设计的过盈量应增加到

式中 δ_min——压入法装配时所需的最小过盈量（μm）；

R_z1、R_z2——被包容件和包容件表面微观不平度的十点高度（μm）。

根据所选的标准过盈配合种类，可以查出或算出最大过盈量δ_max，因此能够求出最大径向压力p_max为

上式求出的最大径向压力p_max没有计入离心力的影响，并且只适用于弹性变形范围，不适用于塑性变形范围。(www.xing528.com)

3.强度计算

以上的计算能够保证连接的强度，连接件本身的强度应按厚壁圆筒强度的计算方法进行校核计算。

（1）脆性材料

如果包容件或被包容件是脆性材料，则主要失效形式是包容件或被包容件内表层断裂，根据第一强度理论可得强度校核公式为

式中 σ_b1——被包容件材料的压缩强度（MPa）；

σ_b2——包容件材料的抗拉强度（MPa）。

（2）塑性材料

如果包容件或被包容件是塑性材料，则主要失效形式是发生塑性变形，应按第三强度理论检验其承受最大应力的表层是否处于弹性变形范围内。不出现塑性变形的校核公式为

式中 σ_s1——被包容件材料的屈服强度（MPa）；

σ_s2——包容件材料的屈服强度（MPa）。

当过盈连接的配合部位径向压力很大而有可能进入塑性变形范围时，应按上式进行检验，以判断连接是否仍然可以正常工作。

4.过盈连接的装拆力

采用压入法装配时需计算最大压入力为

同时应计算最大压出力为

根据所得的装拆力选择压力机的容量。

5.装配温度

采用温差法（即胀缩法）装配时需要计算包容件的加热温度t₂和被包容件的冷却温度t₁，计算公式为

式中 δ_max——所选的标准配合在装配前的最大过盈量（μm）；

Δ₀——最小装配间隙（μm）；

d——配合的公称直径（mm）；

α₁、α₂——被包容件和包容件材料的线胀系数；

t₀——装配温度（℃）。

6.直径变化

在过盈连接中，当被包容件装入包容件后，包容件的外径要增大，被包容件的内径要缩小。如果包容件的外径和被包容件的内径还需保证具有一定的公差，例如需要与其他零件配合时，则需计算包容件外径的最大胀大量Δδ_2max（mm）和被包容件的内径最大缩小量Δδ_1max（mm），计算公式为

7.结论

过盈连接设计的难点在于确定相配合零件的过盈量。相配合零件的最小过盈量应保证在传递外载荷时零件之间不发生相对滑动。如果用压入法装配，还必须计入配合表面压入时擦伤而使过盈量的减少。相配合零件的最大过盈量受到被连接件的强度条件限制，对塑性材料零件不产生塑性变形，对脆性材料零件不产生裂纹。