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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:
! u; x1 \# E. c, O) a) R3 X  I: W
[ 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+△
$ z* m0 \" [) L8 Y5 Y6 y, |9 o0 o. K+ b: e% D) n& U9 M+ j3 V
    hs:油膜厚度最小安全值(mm)
- l: `% P6 k' ?; d% K! T2 ^8 Z( r3 E6 |3 E$ ?5 S& G$ \# X2 b$ f6 Y5 N
    Y12:轴承两端面的相对挠曲变形量 - d8 v* j+ u# {. p8 Z4 s, \
$ z$ Q+ {/ X2 @
    Ra1:轴的表面粗糙度
; a) [0 @/ n; k; Q3 G9 ~/ o( c3 m
    Ra2:轴承的表面粗糙度
) O/ ^/ R; ]9 ]6 D! m7 X# `) t6 _' t; z% D3 f
    △L:轴在轴承内一段的直线度
, m5 ^; _" ~/ Y* s/ |6 z- R9 }' y8 P
    △D:轴承内圈的圆度 $ J0 N! Q3 N" w% O4 q! n
; z) p$ i( g  {. d  p- q
    △:装配后轴承内孔收缩量
/ _( O1 r! u6 N; |' I
2 o+ s" ?; B3 V  @2 y6 m+ I( C$ ^    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: : f, i" }9 k% X7 M, D& `

$ s% R2 i" ]$ m) D    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。 9 u& G. Y; A, j

% ], v* q5 W9 H% k5 `7 I" b    油缸的推力为:F=π×70×70×l0-6×31.4×106=4.8×105(N) , l8 c$ G3 k2 t' ^

' ?6 E% o& A) B    根据斗杆受力分析,Pl=P2=3.06×l05,则Rl=R2=3.06×105,
, v+ C+ h) \3 M" g8 x
; D' H$ t- [  W    轴的受力图可简化为 * W2 z5 j7 X+ i- j

) x+ k6 v* F+ I    轴的载荷呈对称分布,现当X在(0—207)时,弯矩方程为 ; ~5 [5 X" E/ w! h
, _8 Q$ n+ S' s. h
    M(x)=R1×X-××(X-37)×(X-37)则
: Q* c% ^4 v# F& j! a
( E, Y- j* A9 x8 M    Y(X)=+cx+D= 1 d% I; w. {2 A

8 M. v% N& `7 o, X4 j% |0 e* v    -+x-x+Cx+D
( D+ R0 X3 y8 G9 J/ F, `
- M4 H) p( V7 t- @; i) n    由X=0,Y(x)=0得:D=0,X=0,θ(x)=0得:c=0 * {0 x' }7 o1 J0 [) F  B) _; }
1 B+ B: I. I: u$ o$ ], J; Z
    所以:Y(x)=×-+X-X
. ]' x3 d) B6 {5 N3 N7 z( i$ |# e6 H, {8 }- K
    式中E=270(GPa) ! x& L7 s& V) k2 A

5 G5 i: d4 R3 D5 }/ F* |    I=×D4=×(180)4=5.15×107(mm4) 5 g; `& b; P2 ]' ^" w

- V; r  L, R+ H. x2 B2 G    y(37)==7.5×10-7(mm) 9 z$ ~2 U9 i* s

6 v8 J( W3 T& K. X+ O    Y(157)==6.7×10-5(mm) 1 S* F5 r, O7 |3 E

0 l3 J# k# @* U: C    所以,Y12=Y(157)-Y(37) 3 s2 w4 G0 g& G

, T$ R' @! _0 t    =6.625×10-5(mm) 3 w' g: K6 g% C, A; _

8 S+ s  f4 C* u* _& p0 a    轴的表面粗糙度如Ra1=1.6(μm)
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