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[分享] 液压挖掘机工作装置用轴和轴承设计

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发表于 2009-4-26 05:59:27 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国吉林长春

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液压挖掘机工作装置用轴和轴承设计   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=K×P×V×T     W:磨损量(mm)     K:摩擦系数【mm/(N/mm2·m/min·hr)】     P:承载能力(N/mm2)     V:线速度(m/min)     T:磨损时间(hr)     式中K=Ci×k,k为理想状态下的摩擦系数,K=(1~5)×10-8【mm/(N/mm2·m/min·hr)】     1、Ci=C0×Cl×C2×C3     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P×V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:- B  c9 p! \$ y- L1 @8 `
1 L! M& a8 f1 C/ T) B4 V7 N# N
[ 本帖最后由 boy1234 于 2009-4-26 06:04 编辑 ]
 楼主| 发表于 2009-4-26 06:00:46 | 显示全部楼层 来自: 中国吉林长春
hmin=hs+y12+Ral+Ra2+△L+△LD+△ # C, f/ V: A3 ^) y4 u

$ y& O4 k* W- m+ A* s% t    hs:油膜厚度最小安全值(mm) ( b9 h. {% v' _( K" `

4 V- o4 ?- f; o, E7 B    Y12:轴承两端面的相对挠曲变形量
! k3 o& \, ^! V( F) |, \* j2 f
0 f* G6 a; G' O4 F2 I1 y. P4 i( U    Ra1:轴的表面粗糙度
. E1 ?7 g* v( h3 d" T& ~: {
' D1 V4 ~4 _# u. `    Ra2:轴承的表面粗糙度
5 ^! ]! c7 z/ _. w4 h: J; b3 p2 H. \" }5 U7 {0 l. v% l
    △L:轴在轴承内一段的直线度   l/ V: l9 b7 _# ?. h% Y" [2 |0 A
, ]( }& B& h! C* \3 u  ~3 d
    △D:轴承内圈的圆度
( o- q8 n, C$ [. x+ ^$ m
  D5 j) X; M; q    △:装配后轴承内孔收缩量
1 p* f: w( `! H0 l" W, b
: w4 p; K. [, O    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:
+ }  r- P2 J5 S7 E, B! T- M2 z7 v0 U& M. W$ G  u
    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:31.4×106Pa,油缸的缸径为140mm。
, c# @. ?- q' U  s3 w, u, y# y" Q1 @  A
    油缸的推力为:F=π×70×70×l0-6×31.4×106=4.8×105(N) , K: t9 j" i7 ~9 P
5 r0 D( `0 Y' x
    根据斗杆受力分析,Pl=P2=3.06×l05,则Rl=R2=3.06×105, 8 \6 g" M: h5 s5 o) ~4 P: L
) N% V5 W' u6 I
    轴的受力图可简化为 4 R3 x' n5 f3 l: w) B
: R! k7 }( }; y/ ^+ a" P0 p3 x
    轴的载荷呈对称分布,现当X在(0—207)时,弯矩方程为 ( l" K' j7 b1 U8 g3 @0 G

$ B2 v, k: |  R( V2 N$ T    M(x)=R1×X-××(X-37)×(X-37)则
% }& o) t5 ~+ j7 z# O' U5 T& _. Y/ v' ]( `1 a
    Y(X)=+cx+D=
- r2 M* \+ p* s) z9 @8 F4 s# z' q) X0 P" n+ |: _6 @
    -+x-x+Cx+D 0 \. ]2 ^) S9 N: W) I1 t
1 z$ r, z1 K. R& j! T( X8 e
    由X=0,Y(x)=0得:D=0,X=0,θ(x)=0得:c=0
( }+ T- @# {! w( L  M4 F2 n: V
. z1 i4 {/ s6 Z* m) ]5 @    所以:Y(x)=×-+X-X , z9 f8 o& e' Z

4 Q0 o/ L/ j* v; E3 ?8 m; ]5 B    式中E=270(GPa) % f8 q( |4 _! V- H4 h' [% \% j

6 f# @0 E! a3 ~6 [% G) x) R    I=×D4=×(180)4=5.15×107(mm4)
! P; o' n* _/ p$ I0 T
4 [. x5 ~  P$ K: w1 L- r5 w    y(37)==7.5×10-7(mm) 2 |; F( S: X2 G+ l8 F

: _) o. S' j3 Q; S/ m2 ~6 }    Y(157)==6.7×10-5(mm) % g9 Z8 ]3 ]2 {& E

" c' n" i0 L6 P& |; ]3 X) E8 W  ~    所以,Y12=Y(157)-Y(37)
: C; z3 c2 d% @3 c* z
- f4 @3 P4 T1 W* Z+ C    =6.625×10-5(mm)
6 g. P) h) ~. ]$ G: }3 l( Z' R# x& ^( Y% V2 [1 j9 `
    轴的表面粗糙度如Ra1=1.6(μm)
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