CN101818223A - 轴与衬套的间隙计算方法及座式悬臂开铁口机的旋转机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴与衬套的间隙计算方法，所述轴为受力矩作用的垂直轴且所述衬套为稀土尼龙衬套，垂直轴与两端稀土尼龙衬套配合间隙的计算公式为：

1＜L₁/L₂＜5。本发明打破了受力矩作用的垂直轴不适合采用稀土尼龙衬套的认识误区，根据试验推出了一条全新的计算公式，使稀土尼龙衬套在受力矩作用的垂直轴上使用成为可能，解决了受力矩作用的垂直轴采用镶嵌石墨自润滑铜套耐磨性太差、使用寿命不高且价格过于昂贵的难题。本发明还公开了一种座式悬臂开铁口机的旋转机构，包括各构件转动关节处的立轴及与立轴两端转动配合的稀土尼龙衬套，稀土尼龙衬套与立轴的配合间隙由所述计算公式确定。

Description

轴与衬套的间隙计算方法及座式悬臂开铁口机的旋转机构

(一)技术领域：

本发明涉及轴与衬套的配合间隙计算方法，具体地说是一种受力矩作用的垂直轴与两端稀土尼龙衬套的配合间隙计算方法以及运用该计算方法的座式悬臂开铁口机的旋转机构。

(二)背景技术：

稀土尼龙作为一种新型的固体减摩材料，是以尼龙为基体材料、稀土为添加剂经高温离心浇铸而成。用稀土尼龙制作的衬套在工作运行中，工作表面会形成一层粘滑而不易流动、薄而坚硬的固体润滑膜，并牢固地附着在轴颈表面形成隔层，在具有良好自润滑性和耐磨损性能的同时大幅降低了工作表面间的摩擦系数。在重载、低速的工作场合采用稀土尼龙衬套具有比镶嵌石墨自润滑铜套更为良好的耐磨、减摩及自润滑性能，经济性更为突出。

机械行业中，稀土尼龙衬套成功使用于在不受力矩作用的水平轴上，并按传统的经验公式计算水平轴与两端稀土尼龙衬套配合的径向工作间隙：δ＝d_o×e(δ为轴与衬套配合的径向工作间隙，d_o为轴径，e为轴与稀土尼龙衬套配合时的工作间隙系数)。

但受力矩作用的垂直轴应用也很普遍，而将稀土尼龙衬套用于垂直轴，并按传统经验公式确定两者的配合间隙，却经常发生转动故障，例如曾经将稀土尼龙衬套用于座式悬臂开铁口机的旋转机构各立轴上，并按传统经验公式确定两者的配合间隙，却发生严重的抱轴现象而导致转动不灵。经分析，在力矩作用下，垂直轴与两端衬套均发生不规则磨损，工作状况与不受力矩作用的水平轴完全不同，不能将传统的经验公式套用于受力矩作用的垂直轴上，因而业内人士普遍认为，稀土尼龙衬套不适合在受力矩作用的垂直轴上使用。因此，目前座式悬臂开铁口机的旋转机构各立轴上仍然采用镶嵌石墨自润滑铜套的方式，镶嵌石墨自润滑铜套虽然比较适合炉前高温、多粉尘污染的环境，但耐磨性相对较差，使用寿命不高且价格昂贵。

(三)发明内容：

本发明的目的是提供了一种受力矩作用的垂直轴与两端稀土尼龙衬套配合间隙的计算方法，通过确定合理的配合间隙，能够使稀土尼龙衬套运用于受力矩作用的转动场合，如运用于座式悬臂开铁口机的旋转机构。

经研究表明，水平轴上不受力矩作用的关节部位，水平轴对衬套的压力仅为旋转部件单一方向的重力作用；而垂直轴上作为关节的部位受力矩作用，由于重力，稀土尼龙衬套的中心相对轴心会有一定的倾斜，此时，重力矩与垂直轴对两端稀土尼龙衬套压力的力偶矩达到力矩平衡，垂直轴对稀土尼龙衬套的压力和重力的比值与彼此力臂的比值成反比例。根据试验及分析得出，当垂直轴上两端关节部位的稀土尼龙衬套受力矩作用时，垂直轴与稀土尼龙衬套配合间隙的计算公式为：

${\mathrm{\δ}}^{\′}=\frac{L_1}{L_2}(d_o\×e)$

L₁/L₂应满足的条件为1＜L₁/L₂＜5。

式中δ′为垂直轴两端与稀土尼龙衬套的配合间隙，L₁为重力臂(产生力矩的重力作用线至力矩中心的垂直距离)，L₂为压力臂(两稀土尼龙衬套所受径向压力作用线之间的垂直距离)，d_o为轴径，e为传统计算公式中轴与稀土尼龙衬套配合时的工作间隙系数。

上述计算公式在重力臂与压力臂的比值大于1而小于5的场合均能适用，当重力臂与压力臂的比值大于5时则会因为轴与稀土尼龙衬套配合间隙过大而影响旋转动作的平稳性，重力臂与压力臂的比值小于1时，则会因轴与稀土尼龙衬套配合间隙过小而导致转动不灵。

重力臂与压力臂的比值小于2.5是最佳的适用场合。

对垂直轴产生力矩的重力一般为支承在垂直轴上、并绕垂直轴转动的旋转部件的重量，重力的作用点作用在旋转部件的重心处。

上述计算公式可以在机械行业的设备、设备部件中广泛应用，如在本发明还涉及的座式悬臂开铁口机的旋转机构中运用，座式悬臂开铁口机的旋转机构包括各构件转动关节处的立轴(相当于上述的垂直轴)及与立轴两端转动配合的衬套，所述衬套为稀土尼龙衬套，且稀土尼龙衬套与立轴的配合间隙按上述计算公式确定，即：

${\mathrm{\δ}}^{\′}=\frac{L_1}{L_2}(d_o\×e)$

1＜L₁/L₂＜5。

最佳适用条件是1＜L₁/L₂＜2.5。

本发明的优点：

本发明打破了在受力矩作用的情况下不适合在轴上使用稀土尼龙衬套的认识误区，在轴与稀土尼龙衬套配合间隙的传统经验公式基础上，根据试验推出了一全新的计算公式，通过重新确定轴与稀土尼龙衬套的配合间隙，使稀土尼龙衬套在受力矩作用的情况下与轴使用成为可能，并可替代原用的石墨自润滑铜套，提高耐磨性、延长使用寿命、降低生产成本。

(四)附图说明：

图1是不受力矩作用的水平轴的受力情况图。

图2受力矩作用的立轴的受力情况图。

图号标识：1、立轴；2、水平轴；3、稀土尼龙衬套。

(五)具体实施方式：

如图1所示，水平轴2两端分别嵌套稀土尼龙衬套3，稀土尼龙衬套3位于旋转部件的关节处，水平轴2受旋转部件的重力G作用，由于重力G而在两端稀土尼龙衬套3分别产生支承力N1和N2，由于没有力矩对水平轴2发生作用，故G＝N1+N2，水平轴2与稀土尼龙衬套3配合间隙计算公式为δ＝d_o×e(δ为轴与稀土尼龙衬套配合的径向工作间隙；d_o为轴径；e为轴与稀土尼龙衬套配合时的工作间隙系数)。

以100mm直径的水平轴2所配稀土尼龙衬套3为例：经查相关数据得知，基本直径尺寸为100mm的轴与稀土尼龙衬套3配合的工作间隙系数为0.005～0.006，此时算出的轴与稀土尼龙衬套3配合的径向工作间隙δ＝100mm×(0.005～0.006)＝0.5mm～0.6mm。

如图2所示，座式悬臂开铁口机的旋转机构包括各构件转动关节处的立轴1，立轴1的上、下两端分别嵌套稀土尼龙衬套3，稀土尼龙衬套3分别位于旋转部件的关节处，立轴1受旋转部件的重力G作用，由于重力G产生的力矩而在两稀土尼龙衬套3上分别产生径向支承力N1和N2，两者力矩平衡(G×L₁＝N1×r1+N2×r2＝N×L2)，稀土尼龙衬套3与立轴1配合间隙的计算公式为：

${\mathrm{\δ}}^{\′}=\frac{L_1}{L_2}(d_o\×e)$

(δ′为立轴1与稀土尼龙衬套3的配合间隙；L1为重力作用线至力矩中心之间的垂直距离，L₂为两径向压力N1、N2作用线之间的垂直距离，d_o为轴径，e为轴与稀土尼龙衬套3配合时的工作间隙系数。

同样以100mm直径的立轴1所配稀土尼龙衬套3为例：经查相关数据得知，基本直径尺寸为100mm的轴与稀土尼龙衬套3配合的工作间隙系数为0.005～0.006，若L₁/L₂＝2，此时算出的立轴1与稀土尼龙衬套3的配合间隙δ′＝2×(0.005～0.006)＝1.0mm～1.2mm。

本发明的计算公式适合在重力臂L₁与压力臂L₂的比值大于1而小于5(最好是小于2.5)的场合下使用。

Claims (5)

1.轴与衬套的间隙计算方法，其特征在于所述轴为受力矩作用的垂直轴，且所述衬套为稀土尼龙衬套(3)，垂直轴与两端稀土尼龙衬套(3)配合间隙的计算公式为：

${\mathrm{\δ}}^{\′}=\frac{L_1}{L_2},(d_o\×e)$

其中1＜L₁/L₂＜5；

式中δ′为垂直轴与稀土尼龙衬套(3)的配合间隙，L₁为对垂直轴产生力矩的重力至力矩中心之间的垂直距离、即重力臂，L₂为两稀土尼龙衬套(3)所受径向压力作用线之间的垂直距离、即压力臂，d_o为轴径，e为轴与稀土尼龙衬套(3)配合时的工作间隙系数。

2.根据权利要求1所述的轴与衬套的间隙计算方法，其特征在于：所述重力为由垂直轴支承并绕垂直轴转动的旋转部件重量，重力作用于旋转部件的重心处。

3.根据权利要求1或2所述的轴与衬套的间隙计算方法，其特征在于：1＜L₁/L₂＜2.5。

4.座式悬臂开铁口机的旋转机构，包括各构件转动关节处的立轴(1)及与立轴(1)两端转动配合的衬套，其特征在于所述衬套为稀土尼龙衬套(3)，且稀土尼龙衬套(3)与立轴(1)的配合间隙为：

${\mathrm{\δ}}^{\′}=\frac{L_1}{L_2},(d_o\×e)$

其中1＜L₁/L₂＜5；

式中δ’为立轴(1)与稀土尼龙衬套(3)的配合间隙，L₁为对立轴(1)产生力矩的重力至力矩中心之间的垂直距离、即重力臂，L₂为两稀土尼龙衬套(3)所受径向压力作用线之间的垂直距离、即压力臂，d_o为轴径，e为轴与稀土尼龙衬套(3)配合时的工作间隙系数。

5.根据权利要求4所述的座式悬臂开铁口机的旋转机构，其特征在于：1＜L₁/L₂＜2.5。

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