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：
4 W9 U" |: e/ G8 o(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。
/ Q  `! L7 z% H8 h（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：
ｈｍｉｎ＝ｈｓ＋ｙ１２＋Ｒａｌ＋Ｒａ２＋△Ｌ＋△ＬＤ＋△
+ F  V) B* D5 A+ i7 O& H/ dｈｓ：油膜厚度最小安全值（ｍｍ）
" U* w6 H! [/ J) p! o7 rＹ１２：轴承两端面的相对挠曲变形量
Ｒａ１：轴的表面粗糙度
Ｒａ２：轴承的表面粗糙度
1 F7 s8 z7 K6 |△Ｌ：轴在轴承内一段的直线度
4 v) U' b/ A9 z8 ?: k△Ｄ：轴承内圈的圆度
△：装配后轴承内孔收缩量
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：
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
# V5 q) ]7 L. `( f4 t. t8 V0 VＹ（Ｘ）＝??＋ｃｘ＋Ｄ＝
5 `* g  u+ j/ o" [1 j?－＋ｘ－ｘ　＋Ｃｘ＋Ｄ
由Ｘ＝０，Ｙ（ｘ）＝０得：Ｄ＝０，Ｘ＝０，θ（ｘ）＝０得：ｃ＝０
6 b6 f3 v( N% ^( g; v所以：Ｙ（ｘ）＝×?－＋Ｘ－Ｘ　
1 `7 t  y4 L" a4 P6 o式中Ｅ＝２７０（ＧＰａ）
Ｉ＝×Ｄ４＝×（１８０）４＝５．１５×１０７（ｍｍ４）
' y4 D: K0 \9 Lｙ（３７）＝＝７．５×１０－７（ｍｍ）
Ｙ（１５７）＝＝６．７×１０－５（ｍｍ）
; l, k9 o1 b$ J2 Z" `4 o所以，Ｙ１２＝Ｙ（１５７）－Ｙ（３７）
/ V) z; t/ w: Y) m＝６．６２５×１０－５（ｍｍ）
6 {2 R3 g% e7 A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）
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）
装配后轴承内孔最大收缩量
△＝×δｍａｘ
& ]1 p9 h- q4 {7 w% o式中δｍａｘ为轴承外径最大过盈量，δｍａｘ＝４５（μｍ）
  |( N- @( w4 wＤＢ为压入前轴承外径，ＤＢ＝１１０（ｍｍ）
ｄｏ为压入前轴承内径，ｄ０＝９０（ｍｍ）
  o; O$ T0 `- v. G6 O/ a经计算△：０．９１×４５＝４０（μｍ）
所以，形成油膜最小间隙为：
ｈｍｉｍ＝ｈｓ＋ｙ１２＋Ｒａ１＋Ｒａ２＋△Ｌ＋△Ｄ＋△
1 [& m9 [+ V% c: E8 p" i0 ]: q$ `＝６＋６．６２５×１０－２＋１．６＋１．６＋２０＋１５＋４０
＝８４．９（μｍ）
: L3 H) v; c+ L8 `) z! Z! e3 A而所选公差为?９０，其最小间隙为１２２μｍ，即可见此间隙是合适的。
+ p8 \* A/ U1 M5 ^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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