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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:
- ?+ l6 o; t& w0 X9 M! R; a' E- w
$ G2 {- [+ s; R) [7 a6 u[ 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+△
( b' g3 A- O. F7 t8 C! @: |, d1 {* w1 `+ k/ d* Y# K
    hs:油膜厚度最小安全值(mm)
& z& [2 R3 F# b/ J$ E7 s1 e/ l! O4 k" ^
    Y12:轴承两端面的相对挠曲变形量 # M* k3 x9 c5 F* @

8 \& D- p9 D9 P/ B% L' ?& S1 n    Ra1:轴的表面粗糙度 . Q5 T  r& G' d0 p# v/ j! Z6 w
8 C3 z: U4 r+ A. f( G! w0 l8 C' S1 u
    Ra2:轴承的表面粗糙度
% g& M4 ~6 s% u9 m/ F; K4 U& i4 a+ c) A& `! K
    △L:轴在轴承内一段的直线度 & F7 _2 }: u& G
* s& y0 T4 J9 T$ ^* X3 K5 [& ^
    △D:轴承内圈的圆度 & f5 z; ]5 r  u" O7 l+ @$ n

6 T( t# M7 {( c  V    △:装配后轴承内孔收缩量 1 `  b& W2 n6 s6 W  a! J, W" k0 ~
2 P$ e. l1 U3 W3 h/ X: Q
    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:
6 `* Z6 `9 {# ~+ C/ P, J2 {+ ^6 ^
    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。
* f. E# B* X, w( v6 t: E
  ^) \4 C5 F5 K    油缸的推力为:F=π×70×70×l0-6×31.4×106=4.8×105(N)
0 V5 q+ f: c0 B
# S; n! \! d9 ?( a2 a* p" ?0 i4 r    根据斗杆受力分析,Pl=P2=3.06×l05,则Rl=R2=3.06×105, 4 Y3 J6 U/ ], t# v1 ~# E

9 A5 T' X; m1 k# w. C    轴的受力图可简化为 2 f/ u' Z$ d8 ?0 t4 x

5 S$ ]. M6 _# s, z: f2 b/ _# @0 K    轴的载荷呈对称分布,现当X在(0—207)时,弯矩方程为
0 ~8 G) j. T! J. D7 \' U; T& Y* F) G
    M(x)=R1×X-××(X-37)×(X-37)则
$ L$ K4 N: F3 T3 q$ H! P1 @
1 y* p$ ?* J# E& D* H4 y    Y(X)=+cx+D= $ I$ R/ B0 r9 L, ?4 N3 @

# m  \! J  {  E# I4 r; V7 K1 l1 N    -+x-x+Cx+D ; `9 j3 b- z# j% v, S
- [5 u. W/ b9 E/ p
    由X=0,Y(x)=0得:D=0,X=0,θ(x)=0得:c=0
9 V+ q! U! l) S1 S2 Q7 T" `& W' [: S( B  l8 Y+ }% s
    所以:Y(x)=×-+X-X
4 \( y( {8 U1 [. G# r0 D6 `: y
1 `2 I+ w2 p  _% A' e, G4 m    式中E=270(GPa) 9 ^4 H8 F8 k" S5 Z2 H
7 W8 O1 z9 h* C
    I=×D4=×(180)4=5.15×107(mm4) 4 n1 {+ V0 D/ ^( Y+ d3 u$ I

# k+ g7 _7 c: n6 {    y(37)==7.5×10-7(mm)
! @1 f1 u1 i7 `& c* G& \# Y# s7 f% X! F
    Y(157)==6.7×10-5(mm) 3 }$ Z; C) K. F  W. u: R1 [" ~+ b! Z* d
+ I* y& A; w/ w& _9 w) J$ ]
    所以,Y12=Y(157)-Y(37) 7 b& @, ~+ X2 O0 |

, z- r/ H: {, }' g0 g    =6.625×10-5(mm) 2 l! t0 j" U5 X! c( c9 V) _( G1 J7 Q
) c) G7 m( E1 O3 f/ G! T, Q
    轴的表面粗糙度如Ra1=1.6(μm)
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