液压挖掘机工作装置用轴和轴承设计

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

工作装置的可靠性对液压挖掘机整机性能影响很大，工作装置在工作时的工况为低速重载，这就对轴和 轴承 的工作性能提出了非常高的要求，而在挖掘机设计中，工作装置的重量在能满足设计性能参数的前提下应尽可能的小，所以合理设计轴和 轴承 对挖掘机整机性能至关重要。下面就分别讨论轴、 轴承 、轴和 轴承 公差配合的设计。 一、 轴承 的设计： 工作装置 轴承 的种类繁多，按其材料可分为铜 轴承 、钢 轴承 、复合 轴承 等；按其润滑方式可分为干摩擦 轴承 、含油 轴承 、不完全油膜 轴承 、流体膜 轴承 等：我厂现使用 轴承 的润滑方式为不完全油膜润滑，先后使用过铜、钢、铜基钢背自润滑等多种 轴承 。铜 轴承 韧性良好，耐磨性一般，对轴有较好的保护作用，但抗变形能力较差，长时间使用后易变形，造成 轴承 内径扩大，导致结构件晃动；钢 轴承 强度高，耐磨性好，抗变形能力强，但表面热处理的工艺要求高；铜基钢背自润滑 轴承 兼有钢 轴承 和铜 轴承 的优点，同时油槽润滑和自润滑相结合，能有效避免 轴承 的烧焦，但其工艺复杂，成本较高。 轴承 的设计首要考虑的是 轴承 的使用寿命，其寿命除烧焦外由 轴承 内径的磨损量来决定。磨损量主要受摩擦条件的影响，而摩擦又受承载、速度、杂质、表面粗糙度、工作温度、不同运行方式、所使用润滑剂等条件影响，因此，磨损量只能是一个理论估计值，轴套的寿命取决于各种复杂的条件。若因供油不良，杂质渗入而使磨损急剧变化，就很难预测磨损情况。在正常情况下，铜 轴承 （ZcuAll0Fe3Mn2）磨损量可由下式近似得出： W＝KPVT W：磨损量（mm） K：摩擦系数【mm／（N／mm2m／minhr）】 P：承载能力（N／mm2） V：线速度（m／min） T：磨损时间（hr） 式中K＝Cik，k为理想状态下的摩擦系数，K＝（1~5）10－8【mm／（N／mm2m／minhr）】 1、Ci＝C0ClC2C3 2、承载压力P 通常所谓承载压力是指 轴承 承受载荷时， 轴承 支撑的最大载荷除以受压面积，所谓受压面积，当 轴承 为圆筒形时，取与 轴承 接触部分的载荷方向的投影面积。 3、速度V 轴承 的发热量，主要由 轴承 的摩擦作用引起的，根据经验可得，对摩擦面温度的上升，滑动速度V的影响远大于承载压力P的影响。 由此可见， 轴承 的寿命主要由PV的值决定。同时PV值决定着 轴承 的发热量。当 轴承 运转时， 轴承 温度受摩擦产生的热量及热量散发情况影响，通常会在一定温度上稳定下来，若运转持续进行中有杂质侵入，润滑油的性能就会降低，同时由于摩擦粉末的影响，材料的疲劳，此时摩擦面的形变即发生变化，摩擦系数提高， 轴承 的温度上升，致使摩擦面损伤，导致烧焦，基于此种情况， 轴承 运转温度越低，亦即使用低的PV值时， 轴承 的负荷性较好，寿命延长，所以在设计时尽可能使用较低的PV值。 二、轴的设计： （1）、一般情况下轴的材料选用35＃以上优质碳素结构钢，也可加入合金元素提高其热处理性能，材料经调质、淬火等表面处理后，硬度超过 轴承 硬度即可收到比较理想的效果；当有硬物侵入时，就可把硬物嵌入 轴承 中，而不损伤轴；否则就会降低轴的疲劳寿命。 （2）、轴的表面粗糙度较大时，轴与轴套的突起部分会切断油膜，造成两者直接接触。因此，提高轴的表面粗糙度，尽可能缩小油膜间隙，使其接近流体润滑状态，这样就可提高轴套的使用寿命，一般情况下轴的表面粗糙度应在Ral．6以上。 （3）、对不承受交变载荷的轴进行电镀，不仅可以提高其耐蚀性，而且可以有效防止粗糙磨损，提高润滑性能。 三、轴和 轴承 的公差配合： 在通常情况下， 轴承 的外圈和结构件之间为中型压入配合， 轴承 的内圈和轴为基孔制的间隙配合， 轴承 的内圈开有油槽，加润滑脂润滑。轴和 轴承 的配合间隙过大，则存在较大的冲击载荷，严重影响轴和结构件的使用寿命；轴和 轴承 的配合间隙过小，则难以形成稳定的润滑膜，所以轴和 轴承 之间的间隙在保证能形成稳定的润滑膜的基础上，应尽可能的小；其最小值可通过下面公式理论技术： hmin＝hs＋y12＋Ral＋Ra2＋△L＋△LD＋△ hs：油膜厚度最小安全值（mm） Y12： 轴承 两端面的相对挠曲变形量 Ra1：轴的表面粗糙度 Ra2： 轴承 的表面粗糙度 △L：轴在 轴承 内一段的直线度 △D： 轴承 内圈的圆度 △：装配后 轴承 内孔收缩量 现就徐工220LC－6型挖掘机动臂和斗杆连接处的轴和 轴承 做最小配合间隙的计算： 当直轴径为?90的轴的油膜厚度最小安全值hs＝6（μm），对轴做挠度分析：其中液压系统的系统压力为：31．4106Pa，油缸的缸径为140mm。 油缸的推力为：F＝π7070l0－631．4106＝4．8105（N） 根据斗杆受力分析，Pl＝P2＝3．06l05，则Rl＝R2＝3．06105， 轴的受力图可简化为 轴的载荷呈对称分布，现当X在（0207）时，弯矩方程为 M（x）＝R1X－（X－37）（X－37）则 Y（X）＝＋cx＋D＝ ?－＋x－x＋Cx＋D 由X＝0，Y（x）＝0得：D＝0，X＝0，θ（x）＝0得：c＝0 所以：Y（x）＝?－＋X－X 式中E＝270（GPa） I＝D4＝（180）4＝5．15107（mm4） y（37）＝＝7．510－7（mm） Y（157）＝＝6．710－5（mm） 所以，Y12＝Y（157）－Y（37） ＝6．62510－5（mm） 轴的表面粗糙度如Ra1＝1．6（μm）