关于衬套松动与销轴磨损的关系及原因分析

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1、关于衬套松动与销轴磨损的关系及原因分析摘要：挖掘机工作装置铰点是挖掘机主要故障位置之一，本文从理论和实践深入分析衬套松动与销轴磨损的关系及原因，找出解决这一故障模式的方法。关键字：挖掘机；衬套；销轴；间隙；油膜；过盈1概述本文基于6吨挖掘机斗杆前端衬套松动及销轴磨损、连杆铲斗连接销轴磨损严重、动臂前端销轴止动板脱落、与动臂连接的平台销轴孔磨成椭圆形等问题，对衬套松动与销轴磨损的关系和原因进行分析、探讨。2机理分析2.1销轴分析销轴的磨损历程主要分为磨合阶段、磨粒磨损阶段和粘结磨损阶段。第一阶段：在销轴衬套的磨合阶段要适量添加润滑脂，压注量过多或过少均会对销轴平衡粗糙度的建立产生影

2、响，进而影响销轴的使用寿命；第二阶段：挖掘机的工作环境多灰尘泥土，而挖掘机销轴衬套的结构形式简单，轴向和径向的间隙均比较大，沙石泥土等磨粒极易进入销轴销孔的接触区域，划伤零件表而，形成磨粒磨损；第三阶段：长时间的磨粒磨损后，淬硬层开始脱落，润滑效果下降，长时间的重载引起较人的切向力，最终使吸附膜破裂，磨损后的新生表面直接接触发生粘结现象，粘结磨损的出现标志着销轴寿命的结束。挖掘机工作装置上铰点较多，工作时销轴和衬套之间相对转动且传递载荷大，销轴和衬套间隙的合理选择直接影响挖掘机工作的可靠性。若配合间隙过小，形成不了稳定的润滑油膜，造成轴和衬套之间直接接触，引起发热和磨损，甚至干磨

3、、抱死和断裂；若轴和衬套间隙过大，使轴和衬套间的接触应力增大，影响轴和衬套的使用寿命，像我们容易理解的齿轮副啮合齿面的接触应力失效。2.2衬套分析衬套外径的过盈量出现过大和过小的情况，若过盈量过大，则导致联接件的结合压力超过联接件的材料屈服强度，以致联接件发生塑性变形，失去联接作用；若过盈铽过小，则导致联接件的结合力小于传递负荷，以致衬套直接松动并随销轴转动。另外，衬套过盈装配后必然会引起衬套内孔的收缩，其缩小量过大会导致销轴衬套间的间隙减少，进而影响销轴衬套间的稳定润滑油膜的形成。2.3相互关系分析当轴和衬套之间润滑条件良好能够形成汕膜时，轴和衬套之间的摩擦因数为0.02〜0.

4、04；若由于间隙不够或润滑条件差等原因不能形成汕膜时，轴和衬套之间的干摩擦因数可高达0.2。由于工作吋轴和衬套的接触应力较高，在摩擦吋产生的热量会导致轴和套的温度升高，使润滑脂氧化，覆盖在衬套和轴表囬的边界膜则分解，两表妞的金属直接接触产牛.剧烈的摩擦、磨损。这个过程使衬套内部温度迅速升高，当温度高于14CTC时，润滑脂迅速氧化，形成发热-剧烈摩擦-发热的恶性循环，直至轴和衬套完全抱死。当轴和衬套之间的结合力大于衬套和焊接套之间的结合力时，衬套随轴一起布焊接套屮转动，造成焊接套磨损。在轴和衬套因发热抱死后，若衬套和焊接套之间的结合力矩大于销轴端止动板提供的力矩吋，则止动板被剪断，

5、对于动臂平台联接的铰点位置，那么销轴和动臂成为一体，销轴在平台的支座内转动，导致平台支座销轴孔磨损。引起故障各因素相互关系如下图所示。联接失效Fc一衬套外径过盈联接的结合力Fx—销轴与衬套的结合力塑性变形衬套过盈量衬套内径缩小量过大I销轴间隙过小I无稳定润滑油膜干磨/抱死衬套松动接触应力过大使用寿命缩短Fx剧增Fx〉Fc衬套松动Fx

6、盈量。根据最大和最小过盈量來选取衬套外径的过盈配合公差，进而计算出衬套A径的缩小量，具体计算过程和方法请参照M标GB/T5371-2004和《衬套外径过盈量和销轴间隙的计算》，衬套内径的缩小量也可直接通过结构件有限元分析得山。3.2销轴衬套配合间隙计算第一步：初选销轴衬套的配合公差，并确定销轴衬套的机加工要求，然后可以求出铰点形成稳定油膜的最小间隙△min，理论估算公式为：△min=hs+yl2+Ra+Rb+A1+Ad+At,式屮，hs为油膜厚度最小安全值；y12为轴在衬套长度A的相对挠曲变形量；Ra为轴的表囬粗糙度；Rb为衬套的表面粗糙度；A1为轴在衬套内的直线度；Ad为衬套内

7、圈的圆度；At为销轴衬套间隙因温度升高而减小的数值。其中，油膜厚度最小安全值hs为：当70彡d(销径)<90,hs=6X10-3mm；当90彡d<120,hs=8Xl(T3mm轴的相对挠曲变形量yl2需要对销轴做挠度分析，可根据计算公式得出，也可结构件有限元分析直接得出；At的计算公式为：At=dXaXT,式屮d为轴的直径，T为温升，a为钢线膨胀系数，通常取a=11X1O_6()C。第二步：校核初选配合公差是否合格，校核条件有两个，一个条件是衬套过盈装配£?实际形成的最小间隙Ay