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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:
+ _, l' h8 M7 T: |( [/ R. ~1 Q0 A  F) 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+△ $ L) ^; P/ F- y" |" i. v, g
$ J8 _9 T( @$ ~, I( e9 f
    hs:油膜厚度最小安全值(mm)
4 Z: B: k' a- `# m1 q0 u4 W8 a
9 |) j# P% t( z3 n( r5 e    Y12:轴承两端面的相对挠曲变形量
/ P& g  D6 P, n. O. C# q' u
' i3 l% }/ {3 F/ V    Ra1:轴的表面粗糙度
; E$ D  j" n" u; l/ V- `, p4 g* V
: Y. V4 r# t, r  {+ S4 g    Ra2:轴承的表面粗糙度
' N4 W4 G. \- L6 u4 p  j; [* A" u( t# f1 M% |
    △L:轴在轴承内一段的直线度
6 r# k0 O4 _0 q" x8 ]
0 P) b& L) A7 G" |# x4 g7 ?- D    △D:轴承内圈的圆度 0 v1 y' ~3 k$ C1 y  _, Q6 I0 P

1 n7 V, Q" K2 ^2 w/ K# N6 E    △:装配后轴承内孔收缩量 ) Z$ P; F3 ^" @6 O! \; |
7 q# I" ]9 ^, c6 g
    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: # ]+ S' P$ \4 b. Y) O+ N" U

6 P7 J' {5 _5 e- B    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。
" A# w+ \$ H1 u0 X4 L- y/ r1 o5 B% w1 w  A- m
    油缸的推力为:F=π×70×70×l0-6×31.4×106=4.8×105(N) ( N* J& A4 y! c5 O2 w: \$ ?

, D0 B8 b# v9 V3 b    根据斗杆受力分析,Pl=P2=3.06×l05,则Rl=R2=3.06×105, + B* ~+ V8 p; z6 q

- p" W+ M: _6 c1 Z$ v    轴的受力图可简化为
6 U  _6 B* N& q% g1 B
( G% C3 g! D" t  v" X' `: S4 H3 N+ Q    轴的载荷呈对称分布,现当X在(0—207)时,弯矩方程为 1 `$ U5 l. _# L. A& K5 _

- |, w0 l2 F& \, K0 ^    M(x)=R1×X-××(X-37)×(X-37)则 / i+ Y0 e8 Z4 Q( V% t
1 B' e+ {8 |/ k: J: w
    Y(X)=+cx+D=
! _" q! s* U) \& T% Z6 C
9 ^7 S0 @8 ]/ P1 i$ ]    -+x-x+Cx+D 5 Z# I/ q0 l) ~* L
1 I1 z+ |% {& N
    由X=0,Y(x)=0得:D=0,X=0,θ(x)=0得:c=0 : z- `+ u1 I# l1 F6 w- Q8 F
' R( j, C- Q# t8 z4 S  a% q# |
    所以:Y(x)=×-+X-X
0 B1 n( Q& M: ?8 j' d* {0 Z, M
+ o' q$ W. e- h- h& B# P, w3 w$ s/ d    式中E=270(GPa) 7 X. f. _' @: r& A$ ]3 i1 A
# ~% r& S' A/ w) j
    I=×D4=×(180)4=5.15×107(mm4) 7 N* p! a# H# h5 D1 V# D9 Q$ b: ?
) \3 q& h* V% w2 X# Z( `
    y(37)==7.5×10-7(mm) 3 e0 d4 {! B7 i) W

7 ^& u7 c' v- O- l9 S- F    Y(157)==6.7×10-5(mm) , ~) g6 S0 y$ |0 c) _# Q3 ?
; ^, c2 D% S  q' o4 ~5 g* r
    所以,Y12=Y(157)-Y(37) 3 A& j; a# E+ b" G3 F8 y% O6 Y2 Q

7 S, W6 T& ]. ]4 G1 ~    =6.625×10-5(mm)
) X; h' `% i! o( J
$ s4 f. W# @" C    轴的表面粗糙度如Ra1=1.6(μm)
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