以外脹式液漲芯軸夾具設(shè)計(jì)計(jì)算和應(yīng)用為實(shí)例，闡述液漲芯軸夾具的工作原理、關(guān)鍵零部件強(qiáng)度理論計(jì)算校核和有限元分析。

      有限元計(jì)算結(jié)果表明，正常工況下膨脹套最大等效應(yīng)力為128.41MPa，有限元結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差僅為2.9%。

      基于模糊評(píng)判理論完成液漲芯軸夾具使用風(fēng)險(xiǎn)分析研究，研究結(jié)果表明液漲芯軸夾具使用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“Ⅱ級(jí)”，能夠滿足日常企業(yè)生產(chǎn)要求。研究成果為解決汽車行業(yè)高精度齒輪等工件的加工精度問(wèn)題和高精度檢具制作等提供了有益的參考。


      液漲芯軸夾具因其定位精度高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在齒輪加工和量檢具中。

      在齒輪加工工序中，通常需要根據(jù)齒輪毛坯的內(nèi)孔采用芯軸對(duì)齒輪進(jìn)行準(zhǔn)確的夾持，國(guó)外制造的靜壓膨脹芯軸已應(yīng)用于滾齒、磨齒等齒輪加工中。

      在汽車企業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)遇到一些同步帶輪(其外圓跳動(dòng)要求為0.03～0.05mm)等產(chǎn)品或高精度量檢具等，使用普通膨脹芯軸難以滿足高精度產(chǎn)品加工和質(zhì)量檢驗(yàn)的要求。

      為了有效解決這一問(wèn)題，以外脹式液漲芯軸夾具設(shè)計(jì)計(jì)算和應(yīng)用為實(shí)例，闡述液漲芯軸夾具的工作原理、關(guān)鍵零部件強(qiáng)度計(jì)算校核和有限元分析。建立液漲芯軸夾具應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)體系，采用模糊數(shù)學(xué)理論及其綜合評(píng)判法對(duì)液漲芯軸夾具使用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，研究結(jié)果表明液漲芯軸夾具應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，能夠滿足日常企業(yè)生產(chǎn)要求。


      液漲芯軸夾具就是利用靜壓傳遞原理，施加載荷后使薄壁膨脹套向外均勻膨脹，利用外圓筒薄壁的膨脹變形就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件內(nèi)孔的脹緊。

      由于此時(shí)薄壁是各處均勻受壓，所以它是向四周均勻膨脹，內(nèi)孔夾緊后的夾持精度很高。圖1為靜壓液漲芯軸夾具的結(jié)構(gòu)原理圖。

　   膨脹套強(qiáng)度理論計(jì)算：

      設(shè)計(jì)的液漲芯軸夾具的膨脹套外徑為φ63.5mm、內(nèi)徑為58.5 mm，長(zhǎng)度為96mm，加持工件內(nèi)孔尺寸為φ63.5mm。工作時(shí)，膨脹套的變形為0.04mm，計(jì)算公式如下：
       此時(shí)，應(yīng)力為
      根據(jù)材料力學(xué)第四強(qiáng)度理論       式中，tmin為膨脹套最小壁厚，單位為mm;D□為膨脹套最小外徑，單位為mm。

      膨脹套強(qiáng)度有限元計(jì)算：

      建立膨脹套有限元分析模型。采用Ansys有限元軟件，根據(jù)膨脹套具體工況進(jìn)行加載和邊界約束，對(duì)膨脹套左右兩端進(jìn)行固定約束，中間內(nèi)筒部分施加式(3)計(jì)算得到的內(nèi)部工作壓力為10.34MPa，圖2為等效應(yīng)力云圖，圖3為徑向變形云圖。

結(jié)果表明，正常工況下膨脹套最大等效應(yīng)力為128.41MPa，該應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于膨脹套65Mn材料的屈服強(qiáng)度785MPa，所以膨脹套強(qiáng)度校核通過(guò)。將有限元結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果比較，兩者相對(duì)誤差僅為2.9%。膨脹套單側(cè)徑向變形為0.018mm、雙側(cè)徑向變形為 0.036mm。



　   液漲芯軸夾具風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系：

      建立液漲芯軸夾具風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)體系，該體系的二級(jí)影響因素分為產(chǎn)品因素和管理因素兩大類，每個(gè)二級(jí)影響因素都有4個(gè)三級(jí)影響因素，所建立的風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)體系如圖4所示。

      第三級(jí)因素選取8個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素組成指標(biāo)層C，第二級(jí)因素準(zhǔn)則層B包含產(chǎn)品因素和管理2個(gè)因素，第一級(jí)因素為目標(biāo)層液漲芯軸夾具應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)A。

      模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣：

      (1)評(píng)價(jià)集

      依據(jù)相關(guān)方法，風(fēng)險(xiǎn)因素危險(xiǎn)程度可劃分為5個(gè)等級(jí)，即Ⅰ級(jí)(很低)、Ⅱ級(jí)(較低)、Ⅲ級(jí)(一般)、Ⅳ級(jí)(較高)、Ⅴ級(jí)(很高)，級(jí)別越低安全風(fēng)險(xiǎn)越小，越有利于企業(yè)日常安全生產(chǎn)。

      (2)模糊評(píng)價(jià)矩陣

      采用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法，在企業(yè)中分別邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)、工藝、操作和管理等部門5位人員進(jìn)行等級(jí)進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)。

      計(jì)算得到準(zhǔn)則層B各因素的模糊評(píng)價(jià)矩陣如下：       層次分析法得到的權(quán)重值分別如下：       (3) 一級(jí)模糊評(píng)價(jià)

      B1的評(píng)判集為：       B2的評(píng)判集為：       (4)模糊綜合評(píng)價(jià)

      計(jì)算得到模糊評(píng)判集為：       對(duì)上式進(jìn)行歸一化處理，得到：       依據(jù)最大隸屬度原則可得：       根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判集，可知液漲芯軸夾具應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)為Ⅱ級(jí)(較低)，即該夾具能夠滿足企業(yè)日常使用要求。


      闡述液漲芯軸夾具的工作原理、關(guān)鍵零部件強(qiáng)度理論計(jì)算校核和有限元分析。計(jì)算結(jié)果表明，有限元結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差僅為2.9%。

      建立液漲芯軸夾具應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)體系，采用模糊數(shù)學(xué)理論及其綜合評(píng)判法對(duì)液漲芯軸夾具使用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，研究結(jié)果表明液漲芯軸夾具應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，能夠滿足日常企業(yè)生產(chǎn)要求。
 
      研究成果為解決汽車行業(yè)高精度齒輪等工件的加工精度問(wèn)題和高精度檢具制作等提供了有益的參考。

      作者簡(jiǎn)介：姚美麗，女，1980年出生，山西省運(yùn)城市人，工程師，2003年畢業(yè)于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事汽車零部件夾具研究工作。