液压挖掘机工作装置铰点轴和轴套间隙设计
液压挖掘机工作装置上铰点较多，工作时销轴和轴套之间相对转动且传递载荷大，轴和轴套间隙的合理选择直接影响挖掘机工作的可靠性。若间隙过小，形不成油膜，造成轴和轴套间直接接触，造成发热和磨损。实际工作中，因轴和轴套间隙过小造成的后果基本上表现为有两种情况：一是衬套从动臂的焊接套中向外侧窜动，和斗杆发生接触，造成摩擦和磨损；二是轴受到很大的阻力矩作用，轴端档板将止动销剪断。另一方面，若轴和轴套间隙过大，轴和轴套间的接触应力增大，直接影响轴和轴套的使用寿命。因此，合理确定轴和轴套的间隙，对挖掘机工作装置的设计是十分重要的。
4.1 铰点销轴和轴套间隙过小导致的故障机理分析
某液压挖掘机动臂和斗杆铰点结构如图4-1所示。安装在斗杆上的轴和动臂上的衬套构成转动副。设计者所给的轴和衬套之间的最小间隙值偏小时，制造者根据图纸加工轴和套时，出于安全的考虑，加工时孔的尺寸常常偏于公差带的下限，而轴的尺寸则偏于公差带的上限，这使得小的配合间隙比大的配合间隙出现的概率要大得多，同时加之轴、轴套以及其他零件的形状误差、位置误差和安装误差等导致轴和轴套有效间隙减小。
当轴和轴套之间润滑条件好，能够形成油膜时，轴和轴套之间的摩擦系数为0.02~0.04，若由于间隙不够或润滑条件差等原因形不成油膜时，轴和轴套之间的干摩擦系数可高达0.2。工作时，轴和轴套的接触压力较高，在摩擦时产生的热量会导致轴和轴套的温度升高，使润滑脂缓慢氧化，覆盖在轴套和轴表面的边界膜被分解，使两表面的金属直接接触，发生剧烈的摩擦、磨损。这个过程使轴套内部温度迅速升高，当温度高于140℃时，润滑脂迅速氧化，形成发热—剧烈摩擦—发热的恶性循环，直至轴和轴套完全抱死。当轴和轴套之间的结合力大于轴套和动臂焊接套之间的结合力时，轴套随轴一起在动臂焊接套中转动，造成焊接套磨损。当机器停止工作时，轴和轴套温度降到环境温度，二者脱离。
在轴和轴套因发热抱死后，若轴套和焊接套之间的结合力矩大于轴端止动销提供的力矩时，止动销被剪断，轴和动臂成为一体，轴在斗杆的支座内转动，导致斗杆铰座磨损。
4.2 工作装置铰点销轴和轴套最小配合间隙的计算
轴和轴套的配合间隙过小，则难以形成稳定的润滑膜，所以轴和轴套之间的间隙应保证能形成稳定的润滑膜。关于液压挖掘机工作装置用轴和轴承的设计问题，有人作过相关研究，建立了配合间隙的相关公式[7]。本文充分考虑了温度的影响，建立配合间隙最小值公式。其最小值可通过公式4.1计算。
Δmin=hs+y12+Ra1+Ra2+Δl+Δd+Δs+Δt 式(4.1)
式中 hs——油膜厚度最小安全值；
y12——轴在轴套长度内的相对挠曲变形量；
Ra1——轴的表面粗糙度；
Ra2——轴套的表面粗糙度；
Δl——轴在轴套内一段的直线度；
Δd——轴套内圈的圆度；
Δs——装配后轴套内孔收缩量；
Δt——轴套间隙因温升而减少的数值。
4.2.1 油膜厚度最小安全值的确定
滑动轴承油膜厚度h在一般情况下应满足流体的Navier-stokes方程，但是Navier-Stokes过于复杂无法求得通解，在工程中常把方程进行简化[26][27]。因此必须作一些合理的假设[8]。
(1)油膜的厚度与轴承其它尺寸相比很小；
(2)轴承间隙内的流体为层流；
(3)油膜的质量力可忽略不计，即X=Y=Z=0；
(4)流体的惯性力与粘性力相比很小；
(5)流体在轴和轴承表面无相对滑动；
(6)油膜的厚度(y向)与x，z方向的宽度和长度相比很小；
(7)同 、 相比，其他速度梯度都可以忽略不计。因为u和w比v大得多。
考虑流体为定常流动不可压缩，其动力润滑的基本方程为，
+ + =0 式(4.2)
动量方程：
式(4.3)
其中u ，v，w分别是。流体在x，y，z方向上的流速 表示流体的密度，μ表示流体的粘度，t是时间。
将上述假设用于方程(4.2和4.3)，得
= 式(4.4)
= 式(4.5)
运动边界条件为，
结合上述边界条件对式(4.4)、(4.5)进行积分，有
式(4.6)
对式(4.5)，用下面的边界条件，
进行微积分得，
把所得的速度u和w带入连续方程中，并用下面的边界条件对y积分。
得到 式(4.7)
应用Leibunitz法则，对上式在求导之前先积分并经整理后得到公式，
式(4.8)
这是轴承Reynolds方程的一般形式。
考虑一般滑动轴承在z方向没有相对运动，并且认为轴承不动，轴颈运动，最终上式简化为，
式(4.9)
当 已知时即可确定出最小油膜厚度的安全值。
