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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:
) \/ I& ?% o/ K4 P4 U9 s2 S* H2 Z9 I, |- P
[ 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+△ - p2 ^; W" a* d0 U8 U0 o9 @

0 e1 a  n/ d& X. ?- @, ?9 q! H/ K    hs:油膜厚度最小安全值(mm) ) r9 k: l/ H/ T9 I7 n0 ]

/ |5 |, v0 f2 Z    Y12:轴承两端面的相对挠曲变形量 # V0 [% J; X% s8 d( X% d
& V3 O! W) [2 O) l4 K8 Z
    Ra1:轴的表面粗糙度 5 d0 Y2 E7 g& O9 }0 |
' C8 D$ d2 V- z3 r9 q- p% G
    Ra2:轴承的表面粗糙度 7 ~: x+ a  r) M3 i' j/ h
0 ^- Q8 l9 [2 z' j: E- @8 }0 `
    △L:轴在轴承内一段的直线度
% [" h2 w% V' J: g9 E5 c4 m& i# Z$ @( J6 D. p: ]
    △D:轴承内圈的圆度
2 O" n7 v% S# k) \( ^& F* M1 |+ W
    △:装配后轴承内孔收缩量 ' T8 g2 T6 M/ _8 R
- E& v; q: g+ r% z
    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: 2 t5 b2 W! W% t3 J2 J# E

6 y* i( u6 w# ]9 r" s2 M    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。   y% s8 S! n' L  C

5 k9 s: F3 b# x" {3 v    油缸的推力为:F=π×70×70×l0-6×31.4×106=4.8×105(N) 6 v6 X, J7 M7 }# d

( [8 Y, E/ L# E- o, _    根据斗杆受力分析,Pl=P2=3.06×l05,则Rl=R2=3.06×105,
' Q5 E, ]: u5 O8 B3 e' }; \9 t$ v" q4 ^. @( F/ j, c$ C; o: K
    轴的受力图可简化为
: ^0 Z, m  o) `1 ~8 _' m$ N8 _0 {
    轴的载荷呈对称分布,现当X在(0—207)时,弯矩方程为
* C1 K6 S7 \1 ^4 N5 x& l
' |" n0 S5 F0 ?    M(x)=R1×X-××(X-37)×(X-37)则 0 C, O- T2 z) W; C: m

7 t8 G0 q2 Z- r" i+ r( P4 I    Y(X)=+cx+D=
) z9 A0 l! b* O
, j2 m, j: Q/ v( p/ m  M    -+x-x+Cx+D + X! u# ^0 Q/ s9 y- h  K

% F0 [/ D+ q, d- @7 v8 m    由X=0,Y(x)=0得:D=0,X=0,θ(x)=0得:c=0 7 o$ s1 x- i/ J4 H# F$ b
! a% P3 I" Q7 Q) C' G
    所以:Y(x)=×-+X-X / ^. H( R! h" @" d, V0 v: U

6 Y0 I7 z: F2 |+ R    式中E=270(GPa) 7 Q# \/ Q: N3 u: Y9 r2 p
$ E& M! M0 q/ D, ]5 p! v& x
    I=×D4=×(180)4=5.15×107(mm4) ! \6 T0 x6 J9 z5 x$ X$ v3 u9 \

9 `" X% k+ I5 R$ e4 r, s    y(37)==7.5×10-7(mm) 2 L- L8 ^" K$ @+ a. @5 ?- V
' @1 j$ x6 b2 j6 ~9 \
    Y(157)==6.7×10-5(mm)
1 N1 J# D3 X9 z- F1 A9 |7 A% P$ O7 Q' v  q: ?0 Z, `
    所以,Y12=Y(157)-Y(37) $ q- u  b2 _3 w5 L3 U* I

8 C( [% J: |$ d9 W    =6.625×10-5(mm)
$ f8 }; _% y/ r  f" f6 M
" Z, J8 z9 n5 c  J    轴的表面粗糙度如Ra1=1.6(μm)
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