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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:7 I9 J5 C6 r9 ], w/ x$ w- e. d
/ X" q5 @1 w2 {- G, M/ m9 Z4 {4 E
[ 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+△ 5 X6 O$ }4 j1 Z! O- g2 H

' l! s! ^# G( k    hs:油膜厚度最小安全值(mm)
/ X5 U1 Y- \6 e# M9 W3 {) j6 F' W1 C3 O: z
    Y12:轴承两端面的相对挠曲变形量
$ O( A9 @& H4 e: x2 }0 z! P, p8 C4 ^5 X. U* V& y2 `) E+ W! E
    Ra1:轴的表面粗糙度
' L1 O, }/ o& Y2 `4 ]6 A* ?% E; |
    Ra2:轴承的表面粗糙度
" O( w4 E/ p4 T( {5 Z6 Y" D4 G9 j; f+ c) v3 a+ H3 b" U, N
    △L:轴在轴承内一段的直线度 % U* ]! Q! i2 s9 R$ S6 q

  I" g. v7 h, s0 D& ?9 ~& t* R    △D:轴承内圈的圆度 & F3 }- Z3 S9 S, S+ h# X

9 @$ |/ j$ q; X/ @8 z" Y    △:装配后轴承内孔收缩量
1 f, Y5 K+ t+ a8 h. ?
- E7 q$ s- t, }+ }    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: ; W8 q& h  c8 I
+ S+ n. {/ {- |* S
    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。 ) v# r6 ~- R9 d& n. G' \

; h# g  s) ^# X0 H7 L9 b% y    油缸的推力为:F=π×70×70×l0-6×31.4×106=4.8×105(N) ; C* e. f# F* [  ^9 v; M

6 ~& b' I: y+ j6 V" t( I2 l/ Z    根据斗杆受力分析,Pl=P2=3.06×l05,则Rl=R2=3.06×105, - J, U- p# U7 |5 F8 l' s/ T3 m, r

: L; V4 Y) ^0 O; h+ {0 c2 s    轴的受力图可简化为 & H9 N* @" h+ j: g7 ?% t8 E+ {7 u

9 q2 V1 V( v) Q( d5 L    轴的载荷呈对称分布,现当X在(0—207)时,弯矩方程为
( p* M' x  s4 P2 I3 X) _/ ~. Q
; K6 Z" a9 f8 V    M(x)=R1×X-××(X-37)×(X-37)则 ( K' M3 N) P( j2 q. }: O+ J3 r

' i) m7 D; {7 R: q    Y(X)=+cx+D=
: ?( h9 }+ o7 W' G0 Q, S5 t. g( ]: C
    -+x-x+Cx+D 6 X9 r& `) Z$ N! A2 [) x
2 p; z7 y$ T# v1 B% ]! u
    由X=0,Y(x)=0得:D=0,X=0,θ(x)=0得:c=0
0 D% c( m$ a) G3 n! w) g9 G
6 Z$ D& i4 V1 V) ?1 p# _    所以:Y(x)=×-+X-X : ?$ `3 N" o2 g/ a, E+ [. z
& p+ H. q; `* J0 ~9 d: j. E
    式中E=270(GPa) 9 Q) K# V5 ]$ C8 _# {
2 R& F3 ?1 G0 F1 x2 [
    I=×D4=×(180)4=5.15×107(mm4) 0 a! o1 B3 v# }
+ H+ U: h) Z" \+ A! v
    y(37)==7.5×10-7(mm)
5 O4 W5 R9 n4 u" s. n
" T* B" k  T) K( ]" [    Y(157)==6.7×10-5(mm) 8 Z; N9 i: s3 T7 P) D, @

6 E4 ?+ P4 o) m    所以,Y12=Y(157)-Y(37)
) A2 G* f& m0 a% n' o4 G; O
. K7 F+ f0 ]1 J. j2 ^    =6.625×10-5(mm)
" A2 |: R8 y% h7 j" D
7 [5 e! t  g2 z& e  M    轴的表面粗糙度如Ra1=1.6(μm)
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