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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:+ h# i- b- J0 d0 c, P2 g) H

- \5 j+ D; i: m2 U9 n3 a/ h[ 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+△
$ h0 f! L2 J7 O, D2 l' B6 {; D
6 Q# @, P, w" j( o9 N/ n7 A    hs:油膜厚度最小安全值(mm) + \; g- R+ h) m! R1 D
6 D9 ^! l# @$ e2 B
    Y12:轴承两端面的相对挠曲变形量 0 [9 ]  _5 S6 R) E3 D2 t. v
9 r3 m- l( D8 {) Y4 Y. W1 e! Y
    Ra1:轴的表面粗糙度 # M9 s' H8 o  o; E* L
% |. V" _) c. {' k) i
    Ra2:轴承的表面粗糙度
$ q) f; x& e4 ]7 V/ Y- P+ Q1 @0 Y$ h5 ~2 r; d1 Z
    △L:轴在轴承内一段的直线度
* O# \) x: |) `/ T" G/ ?* h7 x' q2 f/ d4 A9 i$ m
    △D:轴承内圈的圆度 3 c* L1 B9 x. K3 W1 X

1 o3 _" i3 E( w( o    △:装配后轴承内孔收缩量 / Y  f$ ]+ G9 r9 u2 Y$ X1 o
8 G. ]8 Y( m! L9 }. e* Z# i
    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:
' o9 t) t! e' W8 Z% `3 J1 s" A% s$ t
    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。
& T6 U& p' F4 `1 F; u9 t' b( v' U# |2 V; f  {# E8 y
    油缸的推力为:F=π×70×70×l0-6×31.4×106=4.8×105(N)
0 r% t  v) H5 l/ F1 x1 u6 Y. N4 c' {$ ^9 |4 k0 ~6 m
    根据斗杆受力分析,Pl=P2=3.06×l05,则Rl=R2=3.06×105, ! l4 ]; g+ k- @: W  U+ q+ j
8 P& B* G4 c7 i$ U9 }+ E8 P7 [% a; n
    轴的受力图可简化为 ' }6 `+ Q$ ~# R) L2 @" L0 q5 r
" I& X4 R. j, C  A
    轴的载荷呈对称分布,现当X在(0—207)时,弯矩方程为 / @6 A/ [) Q# }8 i- q

- B) |9 y' a! q1 p- R. r' M    M(x)=R1×X-××(X-37)×(X-37)则
' H0 U( s4 d. |9 ]
$ _3 @  x/ O% _/ }" ?6 y$ R( u    Y(X)=+cx+D=
2 h" B+ Y& c9 u! W' Q! k! y
4 w* R5 I- ]+ H! ]1 S5 N    -+x-x+Cx+D
* t0 F3 ~9 ]/ D1 c9 w* e1 c' K, G! b4 `* I& ]" W" d' k2 g
    由X=0,Y(x)=0得:D=0,X=0,θ(x)=0得:c=0
# q* L) j) G" p2 I9 l7 |& [3 ]; Q+ ^* o% I
    所以:Y(x)=×-+X-X * t* w: Y8 ?/ B! x: g

) t) {  n4 X+ E6 L9 `    式中E=270(GPa)
4 o0 w' r1 F: G# l/ q2 u+ b9 L+ j* C3 w
    I=×D4=×(180)4=5.15×107(mm4) 2 ~( l7 B/ i% H$ p

6 [- ?* x: g9 d+ S% t    y(37)==7.5×10-7(mm) ' _9 ?+ ^, M2 _* P) V

# @7 S+ k, g5 b2 U8 G+ c3 v    Y(157)==6.7×10-5(mm)
, X6 F% h" S0 j3 n+ l
/ p/ F$ W. h( K, F4 h1 G    所以,Y12=Y(157)-Y(37)
8 I- }& z& A- Q, q5 H9 u
5 l# Y2 [, t3 X3 N) q    =6.625×10-5(mm) 1 Q  u# l- X$ C, s) {) \, [/ s
& }9 f) N1 v. B% {: G
    轴的表面粗糙度如Ra1=1.6(μm)
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