过盈连接组件超声辅助压装磨损研究

发布时间：2020-09-27 21:11

　　过盈连接组件在汽车、电子、航空航天等机械工业领域中应用广泛,其连接质量直接影响设备运行的可靠性和稳定性。过盈组件的装配通常采用压入法。压入法装配工艺由于组件界面间摩擦力较大,磨损严重,导致组件的连接力下降。为了减小摩擦力和磨损,增加连接力,本文将超声振动应用于过盈组件的压装过程中,重点研究超声压装过程中过盈组件接触界面的磨损问题。首先根据课题内容,研究传统过盈装配技术和超声辅助加工的研究现状及其摩擦磨损特性,对摩擦磨损基本原理和Archard粘着磨损模型和磨粒磨损模型也做了深入研究。然后通过测量轴和套筒的温度,排除了超声软化效应对摩擦磨损的影响。结合对超声压装减摩机理的分析和传统压装的磨损计算模型,确定了超声压装磨损计算模型。最后根据超声压装的磨损计算模型确定研究超声压装时的磨损主要是研究组件接触界面的径向应力、切向应力相对于传统压装时的变化,重点是振幅对切向应力的影响。基于Abaqus有限元软件建立过盈连接组件超声压装模型,分析传统压装和超声压装过程中组件触界面的径向应力、切向应力的变化规律,以及这种变化规律对磨损造成的影响。为了便于后续实验测量和研究,把对切向应力的研究转化为对摩擦力的研究,分析了超声振幅、频率、过盈量、摩擦系数、压装速度对摩擦力的影响。结果表明压头振动频率和压装速度对减摩效果无影响。一般引起摩擦力增大的因素(过盈量增加、摩擦系数增加)都会使减摩效果减小。其它因素不变时,压头振幅增加,减摩效果增加。根据超声压装磨损理论可知,振动频率和压装速度对磨损无影响,过盈量或摩擦系数增加,磨损增加,而振幅增加,磨损减小。建立基于神经网络的超声压装减摩率预测模型,预测误差在6%以内,为超声压装压装力计算和磨损控制提供了一定的理论基础。最后搭建实验平台,进行传统压装和超声压装实验。结果表明,超声压装可以明显减小摩擦力,过盈量越小,减摩效果越好。当过盈量为14μm时,引入超声振动冲击后的摩擦力可减小29.12%。由此可以推断,过盈量越小,超声压装时过盈组件接触界面的磨损也越小。Abaqus有限元模拟得到的传统压装和超声压装的摩擦力、减摩率和实验值基本吻合,所以有限元模型是合理的。把压装完成后的轴和套筒切开,使用扫描电镜观察后发现,压装过程中的磨损类型主要是磨粒磨损中的犁削磨损,并且超声压装的过盈组件的磨损程度小于传统压装的过盈组件,传统压装的组件界面还发生了粘着磨损。最后通过压出力测量实验进一步表明超声压装可以减小磨损,提高过盈组件连接质量。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH131.7;TB55
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 传统过盈装配技术及现状
        1.2.1 冷装法和热装法
        1.2.2 传统压入式装配技术
        1.2.3 传统过盈装配摩擦特性的研究
    1.3 国内外滑动磨损研究现状
    1.4 国内外超声辅助加工研究现状
        1.4.1 超声辅助材料成形工艺和机理研究
        1.4.2 超声减摩效应研究
        1.4.3 超声辅助加工磨损特性研究
    1.5 国内外超声辅助压装研究现状
    1.6 本文主要内容及章节安排
2 摩擦磨损基本原理介绍
    2.1 引言
    2.2 摩擦
        2.2.1 滑动摩擦定律
        2.2.2 滑动摩擦机理
        2.2.3 静摩擦
    2.3 磨损
        2.3.1 粘着磨损及Archard计算模型
        2.3.2 磨粒磨损及其计算模型
        2.3.3 其它磨损类型
    2.4 本章小结
3 超声压装磨损机理理论研究
    3.1 引言
    3.2 压装实验所用实验件结构及材料属性
    3.3 过盈配合连接实验零件应力计算
    3.4 超声压装减摩机理分析
    3.5 传统压装磨损计算公式
    3.6 超声压装磨损计算公式
    3.7 本章小结
4 超声压装有限元模拟分析及减摩率预测
    4.1 引言
    4.2 Abaqus有限元模拟软件介绍
    4.3 传统压装和超声压装有限元模拟
        4.3.1 压装几何模型建立
        4.3.2 压头、轴和套筒材料属性定义
        4.3.3 压头和轴及轴和套筒间相互作用定义
        4.3.4 有限元模型网格划分
        4.3.5 压头超声振动的施加方法
    4.4 有限元模拟结果分析
        4.4.1 轴和套筒接触界面径向应力分析
        4.4.2 轴和套筒接触界面切向应力分析
        4.4.3 振幅对接触界面摩擦力的影响
        4.4.4 振动频率对接触界面摩擦力的影响
        4.4.5 过盈量对接触界面摩擦力的影响
        4.4.6 摩擦系数对接触界面摩擦力的影响
        4.4.7 压装速度对接触界面摩擦力的影响
    4.5 各工艺参数对摩擦磨损的影响分析小结
    4.6 基于神经网络的减摩率预测
        4.6.1 人工神经网络介绍
        4.6.2 利用径向基神经网络预测减摩率
    4.7 本章小结
5 超声压装实验设计及结果
    5.1 引言
    5.2 实验设备搭建
        5.2.1 超声压装实验设备
        5.2.2 测量仪器及其安装
    5.3 实验方案
    5.4 实验结果分析
        5.4.1 轴和套筒接触界面摩擦力测量结果
        5.4.2 轴和套筒接触界面磨损观察结果
        5.4.3 压装完成后轴和套筒连接力测量结果
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间学术论文发表情况
致谢

【参考文献】