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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:
, o+ z* i- R  X/ c! S
" k9 t" D8 L: d" s, w$ f, M[ 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+△
3 d' g( w" w4 E, z5 T5 n! c- r' t7 G4 z" P6 s% z) m4 j
    hs:油膜厚度最小安全值(mm)
8 N9 o' P9 k( w9 D" N0 U8 {# M/ P- D$ D
    Y12:轴承两端面的相对挠曲变形量 7 t( {; s8 s: X# P

  J5 \+ u8 o, B0 m1 L5 z+ e, k. W    Ra1:轴的表面粗糙度 0 y: H8 l7 z8 `7 ^) ^
9 ?( o! I& o* }+ G+ Y3 f" g
    Ra2:轴承的表面粗糙度
1 i# Q" T& |$ k# A* a2 b# h- ]8 w" L2 N4 w
    △L:轴在轴承内一段的直线度
# r- q  p/ K! S; M) G( m& a& w
2 Z! B3 A8 K' e6 ^( D2 r$ T( m: Q    △D:轴承内圈的圆度 $ V+ H: w2 `- D% d6 v- D0 g2 f
4 @/ G. W- H% o& f! w" ?) |7 x
    △:装配后轴承内孔收缩量
$ ^7 E. t5 u7 q- b8 Z+ T7 H$ _+ P& f5 _9 s  s
    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:   u* ~; }6 I5 s9 P
; g1 {; M: o- i7 Z8 g
    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。
6 z; K8 D2 r  }% T( }8 _
$ t+ f! G. c/ }4 ?3 a! W    油缸的推力为:F=π×70×70×l0-6×31.4×106=4.8×105(N)
8 Z: \% w. ?& K$ Q. B8 ]& v# i- }1 _; e
    根据斗杆受力分析,Pl=P2=3.06×l05,则Rl=R2=3.06×105, 3 S; P$ U9 Z1 J5 Y9 \( J+ }6 B
7 e# e$ r+ ]8 F7 Y
    轴的受力图可简化为
7 V; e/ [! W2 T9 ~) `& ?6 `
/ {9 V) f/ R, `3 U' l    轴的载荷呈对称分布,现当X在(0—207)时,弯矩方程为
# Z! Z$ E- j+ Z) x* u. C  b5 `4 G. p' x7 f
    M(x)=R1×X-××(X-37)×(X-37)则 # [( O- v% S! L$ a: G
, v0 n1 m+ U: M, ~4 M1 a) e. j
    Y(X)=+cx+D=
% T( {! t. W6 ~$ p4 }9 V. ~8 _( b8 L5 ~4 A2 C* Z% b
    -+x-x+Cx+D # g# q6 }$ Q' W' t) C  Z+ U- w
8 J) x2 M6 ]( |' F7 j" E3 k
    由X=0,Y(x)=0得:D=0,X=0,θ(x)=0得:c=0 * {. \# v# z' p/ P4 Z

' e, A$ x2 ?3 g. O% T5 `' P; ]    所以:Y(x)=×-+X-X
6 i" w1 v+ S% W5 n& R  f: @# W: k
/ ~8 G7 i9 x1 M! L    式中E=270(GPa) 8 U% P5 M" [( c3 ?( B3 `3 G
7 f8 [* g4 a0 F( }- j
    I=×D4=×(180)4=5.15×107(mm4)
' k7 _1 ?4 @# ]3 Q, P# a& K, @1 z9 L* r  y0 q" `$ \
    y(37)==7.5×10-7(mm)
8 z6 s/ c6 S2 o! @  _6 g
+ E# W8 q: L+ X8 |% u4 u    Y(157)==6.7×10-5(mm)
6 ?' k$ r8 W  r3 L; V2 }1 G$ D! r0 I* X9 z( O# w
    所以,Y12=Y(157)-Y(37) ! {+ `3 B, j! T1 N+ w3 F
& Q, M* U9 B% t, m; F
    =6.625×10-5(mm)
" n! h( S% Q- ?' h* ~( T
2 a9 d. P5 U) ?- p( l1 m! D0 |' ]    轴的表面粗糙度如Ra1=1.6(μm)
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