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假设实心轴(r_i = 0)、配合长L = 50 mm、摩擦系数μ = 0.15(钢-钢干燥)。轴与套筒采用同一材料(相同E和ν)。
左半=热套断面(蓝=轴,橙=套筒)/右半=σ_r(r)(橙)和σ_θ(r)(蓝)的径向分布,在界面r=r_b处σ_θ跳跃
使用Lamé(拉梅)厚壁圆筒解处理同一材料(相同E和ν)的实心轴(半径r_i=0~r_b)和外套筒(r_b~r_o)的热套。δ为直径基础的过盈量。
界面接触压p(实心轴情况):
$$p = \frac{E\,\delta}{2\,r_b}\cdot\frac{r_o^2 - r_b^2}{2\,r_o^2}$$套筒内(r_b ≤ r ≤ r_o)的径向应力和周向应力:
$$\sigma_r(r) = \frac{p\,r_b^2}{r_o^2 - r_b^2}\left(1 - \frac{r_o^2}{r^2}\right),\quad \sigma_\theta(r) = \frac{p\,r_b^2}{r_o^2 - r_b^2}\left(1 + \frac{r_o^2}{r^2}\right)$$套筒内面(r=r_b)的最大周向应力(拉应力)和实心轴内的一致应力:
$$\sigma_{\theta,\max} = p\,\frac{r_o^2 + r_b^2}{r_o^2 - r_b^2},\qquad \sigma_r = \sigma_\theta = -p\ (\text{轴})$$摩擦最大可传递扭矩(μ为摩擦系数,L为配合长):
$$T = 2\pi\,\mu\,p\,r_b^2\,L$$使用默认值(D_b=100、D_o=150、δ=0.1 mm、E=210 GPa、L=50 mm、μ=0.15)时,p≈58.3 MPa、σ_θ,max≈151.7 MPa(拉应力)、轴内-58.3 MPa(压应力)、T≈6.87 kN·m。