基于Solidworks和ANSYS Workbench的过盈配合联合仿真
1 问题描述
过盈配合是实体零件相互连接的重要手段之一，广泛应用于销孔、轴承连接中。工程实际中，过盈量太大将会导致装配困难甚至破坏零部件，而过盈量太小又将会导致过盈力不足以承受预期负载。因此，过盈配合设计时过盈量的选取至关重要。
那么，工程项目中，又该如何为过盈配合选取合理的过盈量呢？这是一个值得探讨的问题。
本文将通过实例详解的方式，介绍一种基于Solidworks和ANSYS Workbench的过盈配合联合仿真方法，以期能够为选取合理的过盈量提供可行性。
2 几何建模
运用Solidworks构建一个销孔过盈配合模型，如图1所示。模型中，圆环的外径为100mm、内径为50mm、厚度为50mm，销轴的直径为50mm、厚度为100mm。材料均为结构钢。
图1
特别注意：建模时，不考虑销孔的过盈量，按理论尺寸建模，即圆环的内径等于销轴的外径。
3 模型导入
在Solidworks环境下，选择工具——>ANSYS Workbench（前提是ANSYS已经集成为Solidworks的一个插件，方法自行百度，本文不再阐述），进入到ANSYS Workbench界面，建立项目分析流程图，如图2所示。
图2
右击Geometry中的Geometry——>选择Edit Geometry in DesignModeler，进入DesignModeler界面，设置菜单中的Units为Millimeter。由于销孔模型关于XZ、YZ平面对称，因此只需要取出四分之一进行分析即可（方法：Tools——>Symmetry——>对称平面——>右击Generate），如图3所示。
图3
4 定义材料属性
关闭DesignModeler界面，返回到ANSYS Workbench界面，双击Static Structural中的Engineering Data，进入材料参数设置界面。本文采用默认的材料结构钢Structural Steel，如图4所示，因此这里保持默认设置即可。
图4
5 设置过盈量
关闭Engineering Data界面，返回到ANSYS Workbench界面，双击Static Structural中的Model，进入Mechanical界面，如图5所示。
图5
展开模型树中的Connections，如图6所示，在下方列表中做如下设置：
（1）选择接触面Contact Bodies为销轴的外表面，目标面Target Bodies为圆环的内表面；
（2）设置接触类型为摩擦接触Frictional，取摩擦系数Frictional Coefficient为0.2；
（3）设置接触行为Behavior选择非对称接触Asymmetric；
（4）设置Interface Treatment为Add Offset, No Ramping以及过盈量Offset为+0.02mm（特别注意：输入正值为过盈，输入负值为间隙）。
图6
6 网格划分
模型较为规则简单，因此本文保持默认设置，直接右击模型树中的Mesh选择Generate Mesh进行自动网格划分，如图7所示。
图7
7 设置边界条件
设置对称的4个面为Frictionless Support，并固定约束圆环的外圆表面，如图8所示。
图8
8 进行求解设置
点击模型树中的Analysis Setting，在下方列表中设置Solver Controls中的Large Deflection为ON，如图9所示。其余保持默认设置。
图9
9 求解计算
右击模型树中的Solution，选择Solve，此时出现求解进度条，如图10所示。
图10
10 结果后处理
求解完成后，添加并查看整体应力、整体变形、圆环变形、销轴变形，分别如图11-图14所示。
图11
图12
图13
图14
圆环最大变形为0.012mm，销轴最大变形为0.01mm，圆环变形与销轴变形之和为0.022mm与0.02mm很接近。符合变形协调条件，因此仿真结果可信。
右击分析树中的Solution——>Tools——>添加接触工具Contact Tools——>主窗口中选择接触面——>下方面板中点击Geometry中的Apply，如图15所示。
图15
求解后，右击Contact Tools——>Insert——>可分别添加并查看接触状态Status、接触压力Pressure和接触面渗透量Penetration，分别如图16-图18所示。
图16
图17
图18
有兴趣的小伙伴，可以分析下过盈量为0.03mm以及过盈量为负值的应力情况。
