液压挖掘机工作装置铰点轴套过盈配合分析.pdf

杠 械 第 4 6 卷 I 第4 期 总第 4 9 8期 左 压 曲线 1 ／ r I c、 叭 t ．c ‘ V r ’，， 。 ． ， V’ ． ～- ’～ _‘ 右 镬 压 力曲 线 0 0 ． 5】 1 ． 5 2 2．5 3 3 ． 5 4 4 ． 5 5 5 ．5 6 时问， s 图8 挖掘工作泵压力曲线 改进前 参考文献 m 液压挖掘机 编委会． 液压挖掘机 下册 【 M1 ． 华中科技大 学出皈社． 2 0 t 1 ． 【 2 】 圃济大学， 单4液压挖掘机E M】 ． 北京 中国建筑I业出版 社 ， 1 9 8 6 ． 左泵 廑力曲 线 r ／ { 1 ＼ i √ ． ．、 f ， 。 、 、 f V ’ _ l _ ． ’右； 压 曲j 零 0 0 ． 5 l 1 ．5 2 2 ． 5 3 3 ． 5 4 4 ． 5 5 5 ． 5 时间， s 图9 挖掘工作泵压力曲线 改进后 通信地址 柳州市柳江县拉堡镇双拥路柳州柳工挖掘机有 限公司挖掘机研究院 5 4 5 1 0 0 收稿臼期 2 0 1 4 - 1 2 - 1 5 液压挖掘机工作装置铰点轴套 过盈配合分析 查志锋 ， 刘浩， 孙中林， 孟庆锋 ， 甘新贵， 唐博 ， 仇维蓉 ， 陈刚 国机重工 常州 挖掘机有限公司 摘要 I 挖掘机工作装置铰接点的轴套配合间隙， 直接影晌工作装置作业的可靠性。轴套过盈配合设计不合理， 会造成铰接点 失效故障。利用An s y s Wo r k b e n c h 有限元分析软件对挖掘机轴套与支座在过盈状态下应力及变形情况进行分析， 并与传统材 料力学计算及实测数据进行比较， 探索出一套行之有效的过盈配合分析方法。 运用该方法能够避免在过盈配合设计中出现塑性 变形和不合理的收缩量。 关键词 液压挖掘机 ； 铰点； 轴套； 过盈配合 ； An s y s Wo r k b e n c h 作者简介 查志锋 1 9 7 7 一 ， 男 ， 江苏常州人 ， 工程师， 硕士 ， 研究方向 挖掘机产品总体设计。 2 0 “iS -4 I 工 表 械1 5 1 ∞ ∞ 加 m 0 ∞ 窆 柏 加 加 m o ∞ 莹 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 液压 - 液力 H y d r o s t a t i c s a n d H y d r o d y n a mi c s 液压挖掘机的工作装置要通过多个铰接副来实现不 同的动作和传递载荷。 若铰点位置的轴套过盈配合设计不 合理就会导致铰接点失效 ，常见的失效形式有轴套的窜 动、 跟转 ， 以及销轴的磨损甚至断裂。由于 目前缺少更加有 效的设计分析方法 ， 一次成功的轴套过盈设计往往需要多 次试验、 验证 ， 从而造成不必要的浪费和设计周期延长 。 在实际工程应用中 ，普遍使用的轴套过盈配合分析 方法有经验法和传统计算法。 对于前者， 虽然大多数情况 下也能够满足设计要求 ， 但受到应用范围的限制 ， 不能满 足多种复杂的应用工况。 而后者 ， 利用材料力学相关知识 计算变形及应力， 可以获取较准确的分析结论 ， 但无法详 细地了解轴套的变形及应力分布 ，也容易造成数值与实 际测量值偏差较大 。 本文利用有限元分析方法的仿真功能对过盈配合状 态下应力的分布、 形变的范围进行非常直观地描述 ， 使其 更接近于实际应用情况，对此类配合 的设计有较好的指 导意 义。 1 铰接点的连接结构分析 取液压挖掘机最典型的动臂 、斗杆连接铰点进行分 析 ， 其连接结构如图 1 所示， 轴套通过过盈配合压入斗杆 轴座内， 与整个斗杆形成静配合 ， 而销轴通过间隙配合连 接动臂前叉和斗杆， 形成动配合。 图 1 挖掘机动臂与斗杆的铰接关系 由以上结构分析可看出 ， 整个连接关系中 ， 动、 静配 合都经轴套传递 ， 轴套与轴座过盈配合的大小 ， 一方面直 接影响轴套 内孔的收缩量 ，进而影响轴套与销轴的动配 合 ， 造成理想的动配合设计间隙发生变化 ； 另一方面又影 响轴套与轴座的静配合 ，对斗杆与轴套的连接可靠性起 5 2 I 工 杠械 l 2 0 1 5 ．4 1 1 决定性作用 ； 同时还影响生产装配的方便性和可实施性 。 因此， 轴套与轴座的过盈量设计至关重要 ， 而合理的取值 和科学的分析是铰接点设计的关键 。 2 有限元仿真分析示例 以本公司设计生产的某 2 0 t 级液压挖掘机为例 ， 运 用 A n s y s Wo r k b e n c h 有限元分析软件 ， 对最易失效的动臂 和斗杆铰接位置的轴套和轴座过盈配合进行仿真分析， 并把分析结果与传统计算法[2 1 和实际测量值进行比较， 以 此来验证此分析方法的合理性。 2 ． 1 假设条件 有限元分析需要基于一定的理想化模型 ，一些制造 上的细节以及制造无法达到的因素都应忽略 ，包括轴套 内部油槽 ，制造过程中材料的成分及热处理组织不均匀 等因素。 2 ． 2 设计要求 该型挖掘机动臂和斗杆铰接位置的轴套和轴座相对 位置关系及相关尺寸如图2 所示。其中，轴套材料为4 5 钢 ， 轴座为工程机械常用铸钢件 ， 两者都经热处理 ， 达到 的设计参数如下 轴套的弹性模量和泊松比分别为 E 2 ． 0 9 X 1 0 MP a 和 l 0 ． 2 6 9 ， 屈服强度 o - s 1 I6 0 8 MP a ， 许用 应力 l J ≥4 7 5 MP a [a l ； 轴座的弹性模量和洎松 比分别为 图 2 轴套与轴座过盈配合的尺寸示意图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m