CN114110168A - 支重轮装配关系的匹配设计方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种支重轮装配关系的匹配设计方法，其包括：确定浮动密封端面比压要求，构建浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系；和基于浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系，确定浮动密封端面比压要求下浮封座间隙A的取值范围。本公开支重轮装配关系的匹配设计方法通过构建浮动密封端面比压与浮封座间隙的关系，根据浮动密封端面比压要求来获得浮封座间隙A的取值范围，合理设计匹配不同支重轮及浮动密封结构下的支重轮装配组成部件的尺寸，保证工程机械作业时的密封性能。

Description

支重轮装配关系的匹配设计方法
技术领域
本公开涉及一种支重轮装配关系的匹配设计方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。
浮动密封是保障四轮一带中支重轮不发生漏油失效的重要组成部件，浮封座间隙是影响浮动密封性能的重要参数，用来补偿浮动密封结构尺寸和形位公差引起的间隙变化。支重轮浮封座间隙受使用性能和密封性能的制约，既要保证支重轮轮体通过滑动轴承在轮轴上自由合理的轴向窜动运动和周向运动，又要防止支重轮正常作业时外界异物的进入，同时需要保证该装配间隙下的端面比压在要求范围内，防止漏油。
按照不同影响因素组成将浮封座间隙定义的分为：(1)实际装配轴向尺寸及形位公差引起的直接轴向变化间隙；(2)浮动密封组成部件径向尺寸及形位公差引起的相对轴向变化间隙。浮封腔结构组成部件的设计主要选用标准或系列，在现有已定的标准或系列下，合理设计匹配浮封座间隙，最直接有效的方法为合理设计匹配装配关系。
支重轮装配关系的设计匹配，反映了支重轮各组成部件的装配位置及装配顺序，决定了浮封座间隙极值处的装配位置，直接影响了公差累积后浮封座直接轴向间隙变化，最终影响浮封座间隙的大小。
发明内容
本公开所要解决的一个技术问题是：提供一种支重轮装配关系的匹配设计方法，能够保证工程机械作业时的密封性能。
本公开的一些实施例提供了一种支重轮装配关系的匹配设计方法，包括：
确定浮动密封端面比压要求，构建浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系；和
基于浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系，确定浮动密封端面比压要求下浮封座间隙A的取值范围。
在一些实施例中，构建浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系由如下关系式获得：
浮动密封端面比压Pc和浮封胶圈变形量△d的关系式表示为：
Figure BDA0003379786370000021
浮封胶圈变形量△d和装配结束时的浮封腔高度h的关系式表示为：
△d＝d0-h
装配结束时的浮封腔高度h和浮封座间隙A的关系式表示为：
Figure BDA0003379786370000022
其中，α为浮封环锥角，S为两浮封环接触端面面积，Ea为浮封胶圈弹性模量，△d为浮封胶圈变形量，d0为浮封胶圈截面直径，D0为浮封胶圈内径，μ为浮封胶圈与浮封腔摩擦系数，A0为初始装配位置下的浮封座间隙，h0为初始装配位置下的浮封腔高度，A为装配结束时的浮封座间隙，h为装配结束时的浮封腔高度。
在一些实施例中，该方法还包括：基于浮动密封使用要求调整浮封座间隙。
在一些实施例中，基于浮动密封使用要求调整浮封座间隙包括：根据浮动密封使用要求，调整浮封胶圈尺寸或两浮封环接触端面的接触面积来调整浮封座间隙。
在一些实施例中，该方法还包括：基于使用要求和浮动密封端面比压确定的浮封座间隙要求，确定浮封腔结构径向尺寸引起的相对轴向浮封座间隙变化和支重轮装配关系引起的直接轴向浮封座间隙变化的匹配关系，确定支重轮装配关系浮封座间隙变化要求。
在一些实施例中，该方法还包括：依据支重轮装配组成部件位置及装配顺序确定浮封座间隙极限位置，在浮封座间隙极限位置下，基于确定的直接轴向浮封座间隙变化范围要求匹配浮封座间隙极值，并保证浮封座间隙极值满足支重轮使用要求。
在一些实施例中，该方法还包括：依据浮封座间隙的极限位置及浮封座间隙极值，确定支重轮实际装配关系，确定装配尺寸链，基于支重轮装配结构尺寸和公差引起的浮封座间隙变化与实际装配关系进行尺寸及公差分配，确定支重轮装配组成部件结构尺寸及形位公差。
因此，本公开支重轮装配关系的匹配设计方法通过构建浮动密封端面比压与浮封座间隙的关系，根据浮动密封端面比压要求来获得浮封座间隙A的取值范围，合理设计匹配不同支重轮及浮动密封结构下的支重轮装配组成部件的尺寸，保证工程机械作业时的密封性能。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本公开一些实施例中的浮动密封结构；
图2示出了图1所示的浮动密封结构在不同配合位置的配合状态；
图3示出了图1所示的浮动密封结构在初始配合位置的配合状态；
图4示出了图1所示的浮动密封结构中轴向间隙A与距离h的对应关系；
图5示出了本公开一些实施例中支重轮装配结构；
图6示出了本公开一些实施例中浮动座间隙极小值的位置；
图7示出了本公开一些实施例中浮动座间隙极小值的尺寸链；
图8示出了本公开一些实施例中浮动座间隙极大值的位置；
图9示出了本公开一些实施例中浮动座间隙极大值的尺寸链。
附图标记说明
1、浮封座；2、浮封环；3、浮封胶圈。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与其它器件直接连接而具有居间器件。
本公开使用的所有术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
如图1～图4所示，以某工程机械大型挖掘机支重轮DO型浮动密封为例，浮动密封为环状，其包括：浮封座1、浮封环2和浮封胶圈3。图中，A为浮封座间隙，h为浮动密封空腔高度，α为浮封环锥角，β为浮封座锥角。支重轮装配部件及装配关系示意图如图5所示。
本公开的一些实施例提供了一种支重轮装配关系的匹配设计方法，包括：确定浮动密封端面比压要求，构建浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系；和
基于浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系，确定浮动密封端面比压要求下浮封座间隙A的取值范围。
在改示意性的实施例中，通过构建浮动密封端面比压与浮封座间隙的关系，根据浮动密封端面比压要求来获得浮封座间隙A的取值范围，合理设计匹配不同支重轮及浮动密封结构下的支重轮装配组成部件的尺寸，保证工程机械作业时的密封性能。
结合图1～图4所示，在一些实施例中，构建浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系由如下关系式获得：
浮动密封端面比压Pc和浮封胶圈变形量△d的关系式表示为：
Figure BDA0003379786370000051
浮封胶圈变形量△d和装配结束时的浮封腔高度h的关系式表示为：
△d＝d0-h
装配结束时的浮封腔高度h和浮封座间隙A的关系式表示为：
Figure BDA0003379786370000061
其中，α为浮封环锥角，S为两浮封环接触端面面积，Ea为浮封胶圈弹性模量，△d为浮封胶圈变形量，d0为浮封胶圈截面直径，D0为浮封胶圈内径，μ为浮封胶圈与浮封腔摩擦系数，A0为初始装配位置下的浮封座间隙，h0为初始装配位置下的浮封腔高度，A为装配结束时的浮封座间隙，h为装配结束时的浮封腔高度。
通过上述关系式可以获得浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系，再根据浮动密封端面比压要求，从而获得浮封座间隙A的取值范围。
在本实施例中，浮封环锥角α为15°，两浮封环接触端面面积S为1486mm2，浮封胶圈弹性模量Ea取为30.39Kg/cm3，浮封胶圈截面直径d0为12.6mm，浮封胶圈内径D0为166mm，浮封胶圈与浮封腔摩擦系数μ取为0.25，初始装配位置下的浮封座间隙A0为26.801mm，初始装配位置下的浮封腔高度h0为12.6mm。
该大型挖掘机保证密封性能的端面比压要求一般为0.3MPa～0.6MPa，依据上述构建的端面比压与浮封座间隙的关系式分别计算0.3MPa与0.6MPa下，浮封胶圈变形量△d，装配结束时的浮封腔高度h，确定该浮动密封结构下满足性能要求的浮封座间隙A为2.835mm～9.841mm。
在一些实施例中，该方法还包括：基于浮动密封使用要求调整浮封座间隙。浮封座间隙受使用性能制约，浮封座间隙及范围要求的确定需考虑保证支重轮轮体在轮轴上自由合理的轴向窜动运动及周向运动，同时防止作业时外界异物的进入。
在一些实施例中，基于浮动密封使用要求调整浮封座间隙包括：根据浮动密封使用要求，调整浮封胶圈尺寸或两浮封环接触端面的接触面积来调整浮封座间隙。
在本实施例中，满足支重轮轮体在轮轴上自由合理的轴向窜动运动及周向运动，正常作业时外界异物的进入，确定该浮动密封结构下满足使用性能要求的浮封座间隙为1.50mm～7.00mm；基于浮动密封性能要求初步确定浮封座间隙A为2.835mm～9.841mm。需调整浮封胶圈尺寸或两浮封环接触端面的接触面积调整浮封座间隙在使用要求范围内。对于本例，通过调整两浮封环接触端面的面积，确定满足端面比压要求同时满足使用要求的浮封座间隙A为2.835mm～7.00mm。
在一些实施例中，该方法还包括：基于使用要求和浮动密封端面比压确定的浮封座间隙要求，确定浮封腔结构径向尺寸引起的相对轴向浮封座间隙变化和支重轮装配关系引起的直接轴向浮封座间隙变化的匹配关系，确定支重轮装配关系浮封座间隙变化要求。
该大型挖掘机端面比压及性能要求下的浮封座间隙为2.835mm～7.00mm，间隙范围为4.165mm；对于本实施例，确定浮封腔结构径向尺寸引起的相对轴向浮封座间隙变化和支重轮装配关系引起的直接轴向浮封座间隙变化的匹配关系为4:6，确定该匹配关系下支重轮装配关系引起的直接轴向浮封座间隙变化为2.508mm。
在一些实施例中，该方法还包括：依据支重轮装配组成部件位置及装配顺序确定浮封座间隙极限位置，在浮封座间隙极限位置下，基于确定的直接轴向浮封座间隙变化范围要求匹配浮封座间隙极值，并保证浮封座间隙极值满足支重轮使用要求。
在该实施例中，支重轮装配过程中端盖、轴瓦和轮体靠在一起的一端为浮封座间隙极小位置端，另一端则为极大位置端。通过支重轮装配过程分析，该支重轮结构尺寸下确定极小位置间隙为
Figure BDA0003379786370000071
即左端盖与轴瓦接触时，变小端浮封座间间隙为：1.9mm～3.15mm；确定极大位置间隙为
Figure BDA0003379786370000072
即左端盖与轴瓦接触时，变大端浮封座间隙为2.65mm～4.408mm。基于极限位置确定的装配关系引起的浮封座间隙变化为1.9mm～4.408mm。对于本例，该支重轮正常作业时的使用要求下的间隙为1.5mm～7.0mm，浮封座间隙变化为1.9mm～4.408mm，满足支重轮使用要求。
在一些实施例中，该方法还包括：依据浮封座间隙的极限位置及浮封座间隙极值，确定支重轮实际装配关系，确定装配尺寸链，基于支重轮装配结构尺寸和公差引起的浮封座间隙变化与实际装配关系进行尺寸及公差分配，确定支重轮装配组成部件结构尺寸及形位公差。
对于本例，支重轮装配过程中端盖、轴瓦和轮体靠在一起的一端为浮封座间隙极小位置端，另一端则为极大位置端。装配关系引起的浮封座间隙变化为1.9mm～4.408mm，直接轴向变化间隙范围为2.508mm。
基于浮封座间隙极限位置及浮封座间隙大小，确定实际装配尺寸链，基于尺寸链进行轮体、轴瓦等装配组成部件的结构尺寸公差分配。装配尺寸链及支重轮装配组成部件结构尺寸及形位公差如图5～图9所示。
综上所述，利用本公开提出的一种支重轮装配关系的匹配设计方法，在浮封座间隙要求下，匹配浮封腔结构径向尺寸引起的相对轴向浮封座间隙变化和支重轮装配关系引起的直接轴向浮封座间隙变化，确定支重轮装配关系浮封座间隙变化要求后，基于要求设计匹配浮封座及轮体的尺寸及公差，设计装配尺寸链等。该方法能够基于浮封座间隙要求，合理设计匹配不同支重轮及浮动密封结构下的支重轮装配组成部件的尺寸、公差及公差带，调整基准，合理设计尺寸链。
支重轮装配关系和装配组成部件结构尺寸及公差的合理设计匹配，直接保证支重轮轮体通过滑动轴承在轮轴上自由合理的轴向窜动运动和周向运动，防止了支重轮正常作业时外界异物的进入，避免了挖掘机在正常作业中轮体运动的不合理造成的异常磨损。同时，支重轮装配关系和装配组成部件结构尺寸及公差的合理设计匹配，也决定了浮封座间隙的合理性，保证了该浮封座间隙下端面比压的合理性，保证了挖掘机安装及作业时的密封性能。
至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种支重轮装配关系的匹配设计方法，包括：
确定浮动密封端面比压要求，构建浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系；和
基于浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系，确定浮动密封端面比压要求下浮封座间隙A的取值范围。
2.根据权利要求1所述的支重轮装配关系的匹配设计方法，其中，所述构建浮动密封端面比压Pc与浮封座间隙A的关系由如下关系式获得：
浮动密封端面比压Pc和浮封胶圈变形量△d的关系式表示为：
Figure FDA0003379786360000011
浮封胶圈变形量△d和装配结束时的浮封腔高度h的关系式表示为：
△d＝d0-h
装配结束时的浮封腔高度h和浮封座间隙A的关系式表示为：
Figure FDA0003379786360000012
其中，α为浮封环锥角，S为两浮封环接触端面面积，Ea为浮封胶圈弹性模量，△d为浮封胶圈变形量，d0为浮封胶圈截面直径，D0为浮封胶圈内径，μ为浮封胶圈与浮封腔摩擦系数，A0为初始装配位置下的浮封座间隙，h0为初始装配位置下的浮封腔高度，A为装配结束时的浮封座间隙，h为装配结束时的浮封腔高度。
3.根据权利要求1或2所述的支重轮装配关系的匹配设计方法，还包括：基于浮动密封使用要求调整浮封座间隙。
4.根据权利要求3所述的支重轮装配关系的匹配设计方法，其中，所述基于浮动密封使用要求调整浮封座间隙包括：根据浮动密封使用要求，调整浮封胶圈尺寸或两浮封环接触端面的接触面积来调整浮封座间隙。
5.根据权利要求3所述的支重轮装配关系的匹配设计方法，还包括：基于使用要求和浮动密封端面比压确定的浮封座间隙要求，确定浮封腔结构径向尺寸引起的相对轴向浮封座间隙变化和支重轮装配关系引起的直接轴向浮封座间隙变化的匹配关系，确定支重轮装配关系浮封座间隙变化要求。
6.根据权利要求5所述的支重轮装配关系的匹配设计方法，还包括：依据支重轮装配组成部件位置及装配顺序确定浮封座间隙极限位置，在浮封座间隙极限位置下，基于确定的直接轴向浮封座间隙变化范围要求匹配浮封座间隙极值，并保证浮封座间隙极值满足支重轮使用要求。
7.根据权利要求6所述的支重轮装配关系的匹配设计方法，还包括：依据浮封座间隙的极限位置及浮封座间隙极值，确定支重轮实际装配关系，确定装配尺寸链，基于支重轮装配结构尺寸和公差引起的浮封座间隙变化与实际装配关系进行尺寸及公差分配，确定支重轮装配组成部件结构尺寸及形位公差。
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