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摘要：挖掘机工作装置轴套设计合理与否直接决定销轴与轴套配合使用寿命。本文根据设计实践总结了挖掘机工作装置轴套设计的过程及注意事项，为同类问题设计提供帮助。
关键词：挖掘机；轴套；设计
中图分类号： S222 文献标识码： A
引言
销轴和轴套的设计是挖掘机工作装置设计过程中的重要部分之一。由于挖掘机工作过程中为连续工作制，润滑条件较差，粉尘多，工况恶劣，且销轴和轴套配合间载荷较大，配合副的磨损十分严重。所以轴套在选材、表面硬度、芯部韧性、润滑方式等方面必须合理设计，保证销轴、轴套配合副的工作可靠。
一、轴套的尺寸设计
1.轴套内径
轴套内径，一般由配合销轴的直径决定。销轴直径由挖掘机工作装置铰点力的大小进行设计、校核，在此不再赘述。
2.轴套长度
轴套长度由轴承面压决定。轴承内径确定的情况下，长度越长，其所承受的面压相对减小，轴承的负载减轻，但此时由于形位公差以及变形量的存在会造成偏位接触，且冷却降低，导致轴承寿命降低；相反地，轴承长度太短，其所承受的面压相对增大，且润滑油容易从轴承端面流出，造成润滑不良，轴承寿命降低。
一般地， L/d（轴承长度/轴承内径）=0.5～3。需要特别注意的是，在高负载情况下，易引起偏位接触，此种条件下宜取L/d＜1.0较适当。
二、轴套相配座孔的设计
1.为了便于轴套安装，相配座孔必须倒角。
2.相配座孔表面粗糙度
相配座孔的表面粗糙度通常Ra≦6.3，最差不能低于Ra=12.5.
3.相配座外径
相配座孔的轴套压入后要承受很大的膨胀应力，所以黑色金属材料的座孔外径一般为轴套外径的1.5倍，而铝合金材料的座孔外径一般要求为轴套外径的2倍以上。
三、轴套相配轴的相关设计
自润滑轴套的性能在很大程度上受相配轴材料表面粗糙度、硬度、表面是否电镀处理的影响，高质量的相配轴表面能够延长轴套的寿命，相反粗糙的相配轴表面会降低轴套的寿命。
1.相配轴表面粗糙度
①在流体潤滑条件下使用的轴套，相配轴表面粗糙度大时，轴与轴套的突起部分会切断油膜，造成两者直接接触，所以要求相配轴表面做镜面加工，从而尽可能缩小油膜间隙，使其接近流体润滑的状态，如此轴套性能便可提高。
②大多数自润滑轴套在干摩擦或边界润滑条件下使用，不需要像流体润滑条件下那样要求相配轴表面做镜面加工，只要控制其相配轴表面粗糙度即可，
一般的，在挖掘机上的轴套相配轴的材质通常为45、40Cr等，配合表面粗糙度要求为Ra=1.6。
2.相配轴硬度
在挖掘机上，相配轴需进行热处理以达到要求，适应运动环境。
一般要求热处理为调质229-277HB，配合部位表面淬火，硬度52～60HRC， 深2～4mm，在2mm处硬度450HV以上。
3.相配轴表面处理
相配轴表面处理的主要目的在于：
①提高耐腐蚀性
②提高表面硬度
③使表面平滑，提高润滑性
在相配轴上电镀，可提高其耐腐蚀性，而且有效的降低粗糙磨耗，以及提高润滑性等；相配轴生锈时，所产生的硬氧化物与硬物侵入，同样是磨耗原因之一，因此，建议使用者在相配轴上镀硬铬。若在海水中等类似的腐蚀条件下，相配轴必须电镀二至三层硬铬。
4.相配轴的结构设计
相配轴的表面粗糙、尖角毛刺、沟槽会损坏滑动层，因此要求相配轴表面光滑，无尖角毛刺等。
四、轴套润滑形式
1. 流体润滑
流体润滑时，由于“契效应”形成粘性流动油膜，轴和轴套表面被一层润滑油膜完全隔开。由于轴和轴套之间没有直接的接触，所以其摩擦系数很小，一般为0.001~0.01，磨损量也很小。
2. 边界润滑
边界润滑时，轴和轴套表面之间润滑膜非常薄，不能形成粘性流动油膜。在这种情况下轴套材料的选择是至关重要的。
3. 固体润滑（或干摩擦）
固体润滑（或干摩擦），轴和轴套表面之间不存在粘性流动油膜，当轴套与对偶件进行摩擦时，轴套表面固体润滑剂不断向对偶表面转移，并形成均匀的固体润滑膜，从而实现了摩擦副之间的良好润滑，有效的降低磨损。
五、各种轴套的优缺点
挖掘机产品已日趋成熟，各种衬套设计也应用于产品之上，以下为各种常用轴套的优缺点。
1.“8”字油槽钢轴套
常用材料：45钢调质后内径高频淬火
优点：技术成熟，加工简单，成本较低。
缺点：“8”字油槽间隔中的“孤岛”面积较大，缺油时会产生啸叫声。
2.镶石墨铜套（自润滑）
常用材料：ZCuZn25Al6Fe3Mn3。
常用在挖掘机动臂斗杆根部、动臂油缸根部。
优点：短期不加注黄油的情况下有一定自润滑性能，且在动臂根部和动臂油缸根部噪声低，不产生啸叫。
缺点：承压能力低，容易磨损，寿命短，成本高。
3.网纹钢套
常用材料：42CrMo等合金钢，采用QPQ处理。
优点：硬度高。
缺点：表面质量要求较高，加工过程中容易出现毛刺。价格高于“8”字槽，大约为后者的1.5倍到2倍。
4.油穴钢套
常用材料：20CrMnTi、20Cr等渗碳处理。
优点：储油量大，表面喷涂MoS2或石墨，利于早期“磨合”，增加耐磨性。承压能力高。
缺点：加工难度高。
5.金属烧结钢衬套
结构为金属基体内圆烧结含油金属粉末
优点：有一定自润滑性能。没有油槽，有效承压面积大。
缺点：烧结层容易磨损，成本高。
关键词：挖掘机；轴套；设计
中图分类号： S222 文献标识码： A
引言
销轴和轴套的设计是挖掘机工作装置设计过程中的重要部分之一。由于挖掘机工作过程中为连续工作制，润滑条件较差，粉尘多，工况恶劣，且销轴和轴套配合间载荷较大，配合副的磨损十分严重。所以轴套在选材、表面硬度、芯部韧性、润滑方式等方面必须合理设计，保证销轴、轴套配合副的工作可靠。
一、轴套的尺寸设计
1.轴套内径
轴套内径，一般由配合销轴的直径决定。销轴直径由挖掘机工作装置铰点力的大小进行设计、校核，在此不再赘述。
2.轴套长度
轴套长度由轴承面压决定。轴承内径确定的情况下，长度越长，其所承受的面压相对减小，轴承的负载减轻，但此时由于形位公差以及变形量的存在会造成偏位接触，且冷却降低，导致轴承寿命降低；相反地，轴承长度太短，其所承受的面压相对增大，且润滑油容易从轴承端面流出，造成润滑不良，轴承寿命降低。
一般地， L/d（轴承长度/轴承内径）=0.5～3。需要特别注意的是，在高负载情况下，易引起偏位接触，此种条件下宜取L/d＜1.0较适当。
二、轴套相配座孔的设计
1.为了便于轴套安装，相配座孔必须倒角。
2.相配座孔表面粗糙度
相配座孔的表面粗糙度通常Ra≦6.3，最差不能低于Ra=12.5.
3.相配座外径
相配座孔的轴套压入后要承受很大的膨胀应力，所以黑色金属材料的座孔外径一般为轴套外径的1.5倍，而铝合金材料的座孔外径一般要求为轴套外径的2倍以上。
三、轴套相配轴的相关设计
自润滑轴套的性能在很大程度上受相配轴材料表面粗糙度、硬度、表面是否电镀处理的影响，高质量的相配轴表面能够延长轴套的寿命，相反粗糙的相配轴表面会降低轴套的寿命。
1.相配轴表面粗糙度
①在流体潤滑条件下使用的轴套，相配轴表面粗糙度大时，轴与轴套的突起部分会切断油膜，造成两者直接接触，所以要求相配轴表面做镜面加工，从而尽可能缩小油膜间隙，使其接近流体润滑的状态，如此轴套性能便可提高。
②大多数自润滑轴套在干摩擦或边界润滑条件下使用，不需要像流体润滑条件下那样要求相配轴表面做镜面加工，只要控制其相配轴表面粗糙度即可，
一般的，在挖掘机上的轴套相配轴的材质通常为45、40Cr等，配合表面粗糙度要求为Ra=1.6。
2.相配轴硬度
在挖掘机上，相配轴需进行热处理以达到要求，适应运动环境。
一般要求热处理为调质229-277HB，配合部位表面淬火，硬度52～60HRC， 深2～4mm，在2mm处硬度450HV以上。
3.相配轴表面处理
相配轴表面处理的主要目的在于：
①提高耐腐蚀性
②提高表面硬度
③使表面平滑，提高润滑性
在相配轴上电镀，可提高其耐腐蚀性，而且有效的降低粗糙磨耗，以及提高润滑性等；相配轴生锈时，所产生的硬氧化物与硬物侵入，同样是磨耗原因之一，因此，建议使用者在相配轴上镀硬铬。若在海水中等类似的腐蚀条件下，相配轴必须电镀二至三层硬铬。
4.相配轴的结构设计
相配轴的表面粗糙、尖角毛刺、沟槽会损坏滑动层，因此要求相配轴表面光滑，无尖角毛刺等。
四、轴套润滑形式
1. 流体润滑
流体润滑时，由于“契效应”形成粘性流动油膜，轴和轴套表面被一层润滑油膜完全隔开。由于轴和轴套之间没有直接的接触，所以其摩擦系数很小，一般为0.001~0.01，磨损量也很小。
2. 边界润滑
边界润滑时，轴和轴套表面之间润滑膜非常薄，不能形成粘性流动油膜。在这种情况下轴套材料的选择是至关重要的。
3. 固体润滑（或干摩擦）
固体润滑（或干摩擦），轴和轴套表面之间不存在粘性流动油膜，当轴套与对偶件进行摩擦时，轴套表面固体润滑剂不断向对偶表面转移，并形成均匀的固体润滑膜，从而实现了摩擦副之间的良好润滑，有效的降低磨损。
五、各种轴套的优缺点
挖掘机产品已日趋成熟，各种衬套设计也应用于产品之上，以下为各种常用轴套的优缺点。
1.“8”字油槽钢轴套
常用材料：45钢调质后内径高频淬火
优点：技术成熟，加工简单，成本较低。
缺点：“8”字油槽间隔中的“孤岛”面积较大，缺油时会产生啸叫声。
2.镶石墨铜套（自润滑）
常用材料：ZCuZn25Al6Fe3Mn3。
常用在挖掘机动臂斗杆根部、动臂油缸根部。
优点：短期不加注黄油的情况下有一定自润滑性能，且在动臂根部和动臂油缸根部噪声低，不产生啸叫。
缺点：承压能力低，容易磨损，寿命短，成本高。
3.网纹钢套
常用材料：42CrMo等合金钢，采用QPQ处理。
优点：硬度高。
缺点：表面质量要求较高，加工过程中容易出现毛刺。价格高于“8”字槽，大约为后者的1.5倍到2倍。
4.油穴钢套
常用材料：20CrMnTi、20Cr等渗碳处理。
优点：储油量大，表面喷涂MoS2或石墨，利于早期“磨合”，增加耐磨性。承压能力高。
缺点：加工难度高。
5.金属烧结钢衬套
结构为金属基体内圆烧结含油金属粉末
优点：有一定自润滑性能。没有油槽，有效承压面积大。
缺点：烧结层容易磨损，成本高。