關于襯套松動與銷軸磨損的關系及原因分析

文竹

摘 要：挖掘機工作裝置鉸點是挖掘機主要故障位置之一，文章從理論和實踐深入分析襯套松動與銷軸磨損的關系及原因，找出解決這一故障模式的方法。

關鍵詞：挖掘機；襯套；銷軸；間隙；油膜；過盈

中圖分類號：TD422.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0112-01

本文基于6頓挖掘機斗桿前端襯套松動及銷軸磨損、連桿鏟斗連接銷軸磨損嚴重、動臂前端銷軸止動板脫落、與動臂連接的平臺銷軸孔磨成橢圓形等問題，對襯套松動與銷軸磨損的關系和原因進行分析、探討。

1 機理分析

1.1 銷軸分析

銷軸的磨損歷程主要分為磨合階段、磨粒磨損階段和粘結磨損階段。第一階段：在銷軸襯套的磨合階段要適量添加潤滑脂，壓注量過多或過少均會對銷軸平衡粗糙度的建立產生影響，進而影響銷軸的使用壽命；第二階段：挖掘機的工作環境多灰塵泥土，而挖掘機銷軸襯套的結構形式簡單，軸向和徑向的間隙均比較大，沙石泥土等磨粒極易進入銷軸銷孔的接觸區域，劃傷零件表面，形成磨粒磨損；第三階段：長時間的磨粒磨損后，淬硬層開始脫落，潤滑效果下降，長時間的重載引起較大的切向力，最終使吸附膜破裂，磨損后的新生表面直接接觸發生粘結現象，粘結磨損的出現標志著銷軸壽命的結束。

挖掘機工作裝置上鉸點較多，工作時銷軸和襯套之間相對轉動且傳遞載荷大，銷軸和襯套間隙的合理選擇直接影響挖掘機工作的可靠性。若配合間隙過小，形成不了穩定的潤滑油膜，造成軸和襯套之間直接接觸，引起發熱和磨損，甚至干磨、抱死和斷裂；若軸和襯套間隙過大，使軸和襯套間的接觸應力增大，影響軸和襯套的使用壽命，像我們容易理解的齒輪副嚙合齒面的接觸應力失效。

1.2 襯套分析

襯套外徑的過盈量出現過大和過小的情況，若過盈量過大，則導致聯接件的結合壓力超過聯接件的材料屈服強度，以致聯接件發生塑性變形，失去聯接作用；若過盈量過小，則導致聯接件的結合力小于傳遞負荷，以致襯套直接松動并隨銷軸轉動。另外，襯套過盈裝配后必然會引起襯套內孔的收縮，其縮小量過大會導致銷軸襯套間的間隙減少，進而影響銷軸襯套間的穩定潤滑油膜的形成。

1.3 相互關系分析

當軸和襯套之間潤滑條件良好能夠形成油膜時，軸和襯套之間的摩擦因數為0.02～0.04；若由于間隙不夠或潤滑條件差等原因不能形成油膜時，軸和襯套之間的干摩擦因數可高達0.2。由于工作時軸和襯套的接觸應力較高，在摩擦時產生的熱量會導致軸和套的溫度升高，使潤滑脂氧化，覆蓋在襯套和軸表面的邊界膜則分解，兩表面的金屬直接接觸產生劇烈的摩擦、磨損。這個過程使襯套內部溫度迅速升高，當溫度高于 140 ℃時，潤滑脂迅速氧化，形成發熱-劇烈摩擦-發熱的惡性循環，直至軸和襯套完全抱死。當軸和襯套之間的結合力大于襯套和焊接套之間的結合力時，襯套隨軸一起在焊接套中轉動，造成焊接套磨損。在軸和襯套因發熱抱死后，若襯套和焊接套之間的結合力矩大于銷軸端止動板提供的力矩時，則止動板被剪斷，對于動臂平臺聯接的鉸點位置，那么銷軸和動臂成為一體，銷軸在平臺的支座內轉動，導致平臺支座銷軸孔磨損。引起故障各因素相互關系，如圖1所示。

2 計算步驟及方法

2.1 襯套外徑過盈量計算

襯套外徑過盈量計算考慮兩個條件，一個條件是過盈聯接要能傳遞負荷，用來計算襯套外徑的最小過盈量，另一個條件是過盈聯接件不能產生塑性變形，即襯套和焊接套都不能發生塑性變形，用來計算襯套外徑的最大過盈量。根據最大和最小過盈量來選取襯套外徑的過盈配合公差，進而計算出襯套內徑的縮小量，具體計算過程和方法請參照國標 GB/T 5371-2004 和《襯套外徑過盈量和銷軸間隙的計算》，襯套內徑的縮小量也可直接通過結構件有限元分析得出。

2.2 銷軸襯套配合間隙計算

第一步：初選銷軸襯套的配合公差，并確定銷軸襯套的機加工要求，然后可以求出鉸點形成穩定油膜的最小間隙△min，理論估算公式為：

△min=hs+y12+Ra+Rb+△l +△d+△t

式中，hs為油膜厚度最小安全值；y12為軸在襯套長度內的相對撓曲變形量；Ra為軸的表面粗糙度；Rb為襯套的表面粗糙度；△l為軸在襯套內的直線度；△d為襯套內圈的圓度；△t為銷軸襯套間隙因溫度升高而減小的數值。其中，油膜厚度最小安全值hs為：當70≤d（銷徑）<90，hs=6×10-3 mm；當90≤d<120，hs=8×10-3 mm軸的相對撓曲變形量y12需要對銷軸做撓度分析，可根據計算公式得出，也可結構件有限元分析直接得出；△t的計算公式為：

△t=d×α×T

式中d為軸的直徑，T為溫升，α為鋼線膨脹系數，通常取

α=11×10-6 ℃

第二步：校核初選配合公差是否合格，校核條件有兩個，一個條件是襯套過盈裝配后實際形成的最小間隙△ymin，要求△ymin>△min，另一個條件是襯套過盈裝配后實際形成的最大間隙△ymax，不能使軸和襯套間的接觸應力超過材料的許用接觸應力，接觸應力根據赫茲應力計算公式得出。

2.3 銷軸與支座孔接觸應力校核計算

銷軸和支座孔的配合公差確定后，需要對它們之間的接觸應力進行校核，其不能超過材料的許用接觸應力。本環節主要針對與動臂連接的平臺銷軸孔磨成橢圓形的故障問題，同樣適合動臂前端銷軸孔的接觸應力校核，具體計算過程和方法請參照《襯套外徑過盈量和銷軸間隙的計算》。

3 其他因素分析

除了上述和《襯套外徑過盈量和銷軸間隙的計算》模板里涉及到因素之外，銷軸磨損還有其他一些因素，如銷軸襯套的配合硬度及晶體組織分布，防塵圈的結構、性能及裝配工藝，襯套內圈油槽的結構，潤滑油的類型，黃油出油孔位置的布置等。

4 結 語

以上是本人查閱相關國標和技術文章后總結出來的一些認知和總結，后續針對我司挖掘機工作裝置具體的鉸點位置和故障模式，根據相關理論進行更加深入地分析、判斷，并采取治根的整改措施。

參考文獻：

[1] 許小強，趙洪倫.過盈配合應力的接觸非線性有限元分析[J].機械設計 與研究，2000，（1）.

[2] 劉靜，潘雙夏，馮培恩.基于ADAMS的挖掘機液壓系統仿真技術[J].農 業機械學報，2005，（10）.