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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:, |& P: z( s; O) }' r/ F- W
7 U3 Y, u. b$ L0 M4 X
[ 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+△
0 {2 R$ `0 ]( H6 I7 {  J$ I9 |" u' i2 }4 @. j- ~/ E! r
    hs:油膜厚度最小安全值(mm) * q7 ]  b. e4 d  h' z3 e: I4 w

( q7 {% Y; W  V# \  Z& {    Y12:轴承两端面的相对挠曲变形量
+ o2 @( }* t7 d  m7 |( r% D! z% z$ R/ x3 S' X9 @
    Ra1:轴的表面粗糙度 1 @/ Q0 i- H7 X& P" }) y, U5 i
  h/ b: ]+ P, P, X0 Y0 S( r
    Ra2:轴承的表面粗糙度
, [6 Z5 Q# E2 d1 U' O) z  l
# z  |% H6 P2 O/ ?2 G# E    △L:轴在轴承内一段的直线度 / j& A; s3 ~) k. P
3 l1 R# G3 [& |: C
    △D:轴承内圈的圆度 " q: E5 o+ S; ?. f: O! q! b8 ~, h
7 a: }5 w: G# q: q. {( v, E8 ^
    △:装配后轴承内孔收缩量
! X, S* K8 \! r+ b1 O" H
4 \2 y& u1 E! J+ L: g" g+ o    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: $ C3 L! ~$ O# n5 {- q. s; i+ i- }# S

) L: u- g' x# i    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。
3 l- o* e# L: c$ n; V( o- k- }  b6 j2 X
    油缸的推力为:F=π×70×70×l0-6×31.4×106=4.8×105(N) & B+ s% ~5 G) R- o$ ^
) I1 N+ r2 s3 Q% H) V1 k
    根据斗杆受力分析,Pl=P2=3.06×l05,则Rl=R2=3.06×105,
" J: I/ U. b( U! e+ a" @7 @) \9 r8 V$ Q- j+ R5 E0 C! R# O
    轴的受力图可简化为
" W6 J% r, P. [/ C; P+ g7 P  V* w  w- D( J+ q" \
    轴的载荷呈对称分布,现当X在(0—207)时,弯矩方程为 . t5 L. m( V6 M8 \& P: g* B

$ |$ K! S" ]" m    M(x)=R1×X-××(X-37)×(X-37)则 % C  p( T$ x6 ?
( n! ?+ H+ g, e% _( {% g
    Y(X)=+cx+D=
' `* F. D. K2 L: J2 [1 P) e  X! c, A% L" ?8 }, b+ w
    -+x-x+Cx+D
" D% a' |7 u1 {6 d4 C/ R! ~1 {+ L* B/ u
    由X=0,Y(x)=0得:D=0,X=0,θ(x)=0得:c=0 : U. e3 O' \) Z+ m. J( @8 F

+ `, M' x9 a" l7 S. g1 G    所以:Y(x)=×-+X-X
6 t) Z& S" B3 X1 J" Z: h# o
/ m4 G) A, L, |, i; X    式中E=270(GPa) ; ]! u- |5 C8 ^4 f: C7 Z6 g% }

: E$ J; d6 a  _: V% ~  A    I=×D4=×(180)4=5.15×107(mm4) . \8 `+ c( B2 O' Z5 Q: l, R

+ w7 g1 z* L. g& J, {5 P    y(37)==7.5×10-7(mm) : ], ^" R% A' i) k9 I" Z1 D

( p$ I/ \+ `8 Q    Y(157)==6.7×10-5(mm)
8 O' F' A) D6 k6 z- o. K$ G' a( }9 T. j0 Y7 ?
    所以,Y12=Y(157)-Y(37) $ I* ^5 l( c" J

, t2 z. F3 c! O    =6.625×10-5(mm) ( `& K1 G' L6 B; U9 i: a
2 R/ F4 m- }+ e% l# s5 D5 F  v
    轴的表面粗糙度如Ra1=1.6(μm)
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