液压挖掘机工作装置用轴和轴承的设计（二）

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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。
9 a" c, C3 {/ Q2 N6 j+ N(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。
* M2 G0 e! [( @" f/ N5 J! [# l（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：
* V0 b5 \/ Y7 E  kｈｍｉｎ＝ｈｓ＋ｙ１２＋Ｒａｌ＋Ｒａ２＋△Ｌ＋△ＬＤ＋△
ｈｓ：油膜厚度最小安全值（ｍｍ）
Ｙ１２：轴承两端面的相对挠曲变形量
7 N% {  S) t. }7 a- RＲａ１：轴的表面粗糙度
# f8 I' r4 T& h9 x( S- z4 sＲａ２：轴承的表面粗糙度
△Ｌ：轴在轴承内一段的直线度
△Ｄ：轴承内圈的圆度
  p' @9 P; `* B' Z: F. }, ?) N△：装配后轴承内孔收缩量
3 x" M6 c5 ]4 l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：
7 [8 {7 H, y1 u" |% \# ]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。
油缸的推力为：Ｆ＝π×７０×７０×ｌ０－６×３１．４×１０６＝４．８×１０５（Ｎ）
根据斗杆受力分析，Ｐｌ＝Ｐ２＝３．０６×ｌ０５，则Ｒｌ＝Ｒ２＝３．０６×１０５，
轴的受力图可简化为
轴的载荷呈对称分布，现当Ｘ在（０—２０７）时，弯矩方程为
Ｍ（ｘ）＝Ｒ１×Ｘ－××（Ｘ－３７）×（Ｘ－３７）则
1 W! Z$ ~9 c/ x- f5 d& a: kＹ（Ｘ）＝??＋ｃｘ＋Ｄ＝
+ M( z7 v  y: E" v8 {?－＋ｘ－ｘ　＋Ｃｘ＋Ｄ
2 D5 r4 H$ r5 W" V由Ｘ＝０，Ｙ（ｘ）＝０得：Ｄ＝０，Ｘ＝０，θ（ｘ）＝０得：ｃ＝０
所以：Ｙ（ｘ）＝×?－＋Ｘ－Ｘ　
式中Ｅ＝２７０（ＧＰａ）
$ G' z3 |5 ]! u$ e  `4 P; @* ~& `% |2 e! VＩ＝×Ｄ４＝×（１８０）４＝５．１５×１０７（ｍｍ４）
ｙ（３７）＝＝７．５×１０－７（ｍｍ）
Ｙ（１５７）＝＝６．７×１０－５（ｍｍ）
所以，Ｙ１２＝Ｙ（１５７）－Ｙ（３７）
＝６．６２５×１０－５（ｍｍ）
6 t; z6 b  d. r  Z) o! z轴的表面粗糙度如Ｒａ１＝１．６（μｍ）
轴承的表面粗糙度：Ｒａ２＝１．６（μ ｍ）
" B+ [# c: h8 A# {: t轴在轴承内一段的直线度△Ｌ＝２０（μ ｍ）
轴承内圈的圆度△Ｄ＝１５（ｐｍ）
# x' Q. }& U) m6 T装配后轴承内孔最大收缩量
△＝×δｍａｘ
式中δｍａｘ为轴承外径最大过盈量，δｍａｘ＝４５（μｍ）
& |( h6 Y, c( E: E# _. vＤＢ为压入前轴承外径，ＤＢ＝１１０（ｍｍ）
ｄｏ为压入前轴承内径，ｄ０＝９０（ｍｍ）
经计算△：０．９１×４５＝４０（μｍ）
( q% p; [7 t! h+ p$ R$ J所以，形成油膜最小间隙为：
ｈｍｉｍ＝ｈｓ＋ｙ１２＋Ｒａ１＋Ｒａ２＋△Ｌ＋△Ｄ＋△
* ^5 }% J- p8 X' i0 T＝６＋６．６２５×１０－２＋１．６＋１．６＋２０＋１５＋４０
/ e; O) i" v9 G2 Z8 |＝８４．９（μｍ）
/ t; E, w; S( I8 q- X而所选公差为?９０，其最小间隙为１２２μｍ，即可见此间隙是合适的。
总之，在轴和轴承的设计中，首先要考虑使用工况，其次在满足使用性能的基础上，轴和轴承的使用寿命稍长与整机的使用寿命即可，从而通过系统分析确定最佳方案。
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