毕业设计（论文）-大中型滚动轴承压装机设计（全套图纸）.pdf

大中型滚动轴承压装机设计 中文摘要 大中型货车轮对滚动轴承压装机是用于铁路车辆滚动轴承压装的专用设备， 适用于铁路货车车辆新造及检修时压装 197726、352226 型轴承。广泛应用于各 车辆厂、车辆段、车辆大修厂及煤矿铁路运输单位。本次设计是根据衡阳火车站 机修厂的资料和其工作现场情况，设计出达到压装要求的轴承压装机。本文主要 是针对 WY 型货车轮对轴承压装机的机械液压部分进行设计。 关键词关键词：滚动轴承；压装；机械；液压 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 Abstract： WY-type freight car wheel rolling bearing push mounting machine is the appropriation equipment for railcar rolling bearing mounted . It is used for mounting the 197726 and 352226 moulds bearings in making and overhauling freight railcar ,and widely used in vehicle factories, vehicle sections, vehicle overhauling factories and mine railcar companies etc. in this design, it is aimed to design an push mounting machine fulfilling the push mounting requirement ,according on datas and fieldwork . This text is mainly about the mechanical hydraulicpart design of WY-type freight car wheel rolling bearing push mounting machine. Keywords: the rolling bearing; push mounting; machinery; hydraulic 目目 录录 第 1 章 绪论. 1 1.1 概述. 1 1.2 大中型滚动轴承压装机简介 . 2 第 2 章 设计内容及任务要求. 4 21 设计内容及要求. 4 22 液压系统的设计流程. 5 第 3 章 液压系统的设计计算. 6 3.1 轴承压装机液压缸的设计及计算. 6 3.1.1 分析工况及设计要求，绘制液压系统草图. 6 3.1.2 计算液压缸的外负载. 8 3.1.2.1 压装缸 . 8 3.1.2.2 夹紧缸 . 8 3.1.2.3 顶起定位缸 . 8 3.1.2.4 确定系统的工作压力 . 8 3.2 确定液压缸的几何参数. 9 3.2.1 压装缸尺寸计算 . 9 3.2.1.1 液压缸工作压力的确定 . 9 3.2.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 . 9 3.2.1.3 液压缸壁厚和外径的计算 . 9 3.2.1.4 液压缸工作行程的确定 . 10 3.2.1.5 缸盖厚度的确定 . 10 3.2.1.6 最小导向长度的确定 . 11 3.2.1.7 缸体长度的确定 . 12 3.2.1.8 活塞杆稳定性的验算 . 12 3.2.2 定位缸及其主要尺寸的确定. 13 3.2.2.1 液压缸工作压力的确定 . 13 3.2.2.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 . 13 3.2.2.3 液压缸壁厚和外径的计算和选取 . 14 3.2.2.4 液压缸工作行程的确定 . 15 3.2.2.5 缸盖厚度的确定 . 15 3.2.2.6 最小导向长度的确定 . 16 3.2.2.7 缸体长度的确定 . 16 3.2.2.8 计算液压缸主要零件的强度和刚度 . 16 3.2.3 夹紧缸及其主要尺寸的确定. 17 3.2.3.1 液压缸工作压力的确定 . 17 3.2.3.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 . 17 3.2.3.3 液压缸壁厚和外径的计算和选取 . 17 3.2.3.4 液压缸工作行程的确定 . 18 3.2.3.5 缸盖厚度的确定 . 18 3.2.3.6 最小导向长度的确定 . 18 3.2.3.7 缸体长度的确定 . 19 3.2.3.8 计算液压缸主要零件的强度和刚度 . 19 3.3 液压缸的结构设计. 21 3.3.1 压装液压缸的结构设计 . 21 3.3.1.1 缸体与缸盖的连接形式 . 21 3.3.1.2 活塞杆与活塞的连接结构 . 21 3.3.1.3 活塞杆导向部分的结构 . 21 3.3.1.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用 . 21 3.3.1.5 液压缸的缓冲装置 . 22 3.3.1.6 液压缸的排气装置 . 22 3.3.2 夹紧液压缸和定位液压缸的结构设计 . 22 3.4 液压系统元件的分析和选择. 22 3.4.1 确定供油方式 . 22 3.4.2 调速方式的选择 . 22 3.4.3 速度换接方式的选择 . 22 3.4.4 夹紧回路的选择 . 23 3.4.5 定位回路的选择 . 23 3.4.6 传感器和调理器的选择 . 23 3.5 液压站的结构. 24 3.5.1 压装机液压站元件的组成 . 24 3.5.2 液压油的选择 . 25 3.6 液压缸的调整. 25 3.6.1 压装液压缸的调整 . 25 3.6.2 顶起定位液压缸的调整 . 25 3.7 压装机及其环境的布置. 26 设计总结. 27 鸣谢. 28 参考文献. 29 附录. 30 大中型滚动轴承压装机设计 第 1 章绪论 11 概述概述 大中型滚动轴承压装机是一台具有自动记录铁路车辆滚动轴承压装时产生 的位移压力关系曲线及有关数据的新一代滚动轴承压装机。 我国铁路车辆自七十年代采用滚动轴承以来，在滚动轴承的压装工艺上，经 历了七十年代的移动式油压机， 八十年代的具有记录时间压力曲线及有关数 据的固定式滚动轴承压装机。随着时代的不断进步，老产品的淘汰，新产品的涌 现是历史的必然。七十年代的移动式油压机，解决了滚动轴承最基本的要求，但 劳动强度大，工作效率底，压力计量采用人工测量误差大，有关数据靠手工填写 容易产生差错，这些缺点很突出。八十年代出现的固定式滚动轴承压装机，能够 自动测量和记录每条轮对轴承压装技术参数，自动测量、打印轴承压装力、终止 压装力并且自动给出压装力随时间变化的关系曲线， 它的问世很快淘汰了移动式 油压机。 由于当时技术水平的限制以及研制者对轴承压装过程的认识不足，经过十多 年来的生产实践， 滚动轴承在压装过程中记录的时间压力关系曲线的不足之 处日趋明显。为了达到轴承压装曲线具有真实反映压装质量的目的，必须采用滚 动轴承在压入轴颈过程中记录它的移动量与之对应的压力值组成的位移压 力曲线。 大中型滚动轴承压装机正式为了适应这种要求而研制生产的新一代滚动 轴承压装机。 12 大中型滚动轴承压装机简介 大中型型滚动轴承压装机(以下简称压装机)是用于铁路车辆滚动轴承压装 的专用设备。 压装机由机体、液压站和控制台三部分组成。三部分相对独立，必要时可单 独使用在不同场合。 机体由床身、支座、主油缸、辅助油缸及轮对夹紧机构组成。本机床身、支 座在强度和刚度上较以前有很大的提高， 主油缸设计独特， 具有良好的使用性能。 液压站的结构和液控原理经过多年的考验，密封性能好，可靠。集成块主体采用 锻刚制造， 六面磨削加工。 控制台为流行的计算机操作台结构， 强弱电分柜安装， 抗干扰能力强。 压装机既能两头同时压装轴承，也可以单头压装轴承，通过更换压装缸前端 的引导套和压装盖，并对控制系统的有关参数进行修改后，可以压装 197726 和 352226 两种轴承。在压装开始时，操作人员可将轴号、轴型、轴承号及左右端 分别输入控制系统， 这些资料在打印机打印曲线图表时将给予打出， 压装结束后， 打印机将自动打印出具有位移-压力曲线以及压装力、贴靠力和结果判断等有关 数据记录。采用工业计算机控制系统，通用打印机做为输出终端，14 寸彩色显 示器对话框提示，鼠标、键盘操作。由于计算机存储量极大，可以存储几百万根 轴的压装数据，完全可以取代单位的书面资料保存，任何时间都可以调出所有需 要的资料，并通过打印机打印出任一轴承压装曲线图表。附位移变化与压装力曲 线打印图一张: 图 1 第 2 章设计内容及任务要求 21 设计内容及要求 本次设计主要是针对大中型轴承压装机的机械部分进行设计，而控制部分和 液压站部分不需要进行设计，根据已有的资料和到现场进行观察，从而设计出达 到要求和需要的轴承压装机。 液压传动系统是液压机械的一个组成部分。 液压传动系统的设计要同主机的 总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机的结合各种传动形 式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单，工作可靠、成本低、效率 高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 轴承压装机的主要性能和参数 （1）最大压装力 457 KN （2）压装缸行程 400 mm （3）外形尺寸 5000*800*1040 mm （4）许用压力 高压 9.5 Mpa 低压 2.5 Mpa （5）总功率 11.3 Mpa （6）轮对最大直径 915 mm 轮对最小直径 760 mm （7）重量 8000 kg （8）压装端数 单、双端 （9）压装方式 自动、手动 （10）可输入并自动记录压装单位、时间轴型、轴号、轴承号等 （11）自动打印出轴承压装参数以及位移变化的压装力曲线，贴靠后保压 5 秒， 自动作出压装质量合格与否的判断，可重复打印 （12）系统资料存储：3000000 根轴资料 （13）时间自动生成 22 液压系统的设计流程 a明确液压系统设计要求 b工况分析(动力分析、运动分析) c确定主要参数 d编制液压元件工况图 e拟订液压系统图 f选择和设计液压元件 g液压缸结构设计、运算 h绘制正式工作图、编制设计说明书 第 3 章 液压系统的设计计算 3.1 轴承压装机液压缸的设计及计算 3.1.1 分析工况及设计要求，绘制液压系统草图 压装机工况分析： 压装缸： （图 2） 夹紧缸： 顶起定位缸： (图 3) (图 4) 液压原理图以及动作顺序表请参见付图 3，图 4： （图 5） 以下是液压系统原理图: （图 6） 3.1.2 计算液压缸的外负载 3.1.2.1 压装缸 已知压装力为 196 KN，最大压装力为 475 KN 并保压 5 s 3.1.2.2 夹紧缸 根据压装时的夹紧结构设计，初步确定夹紧力为 6000 N 3.1.2.3 顶起定位缸 因为是两个缸对称分布，而轮对重 1000 kg，所以每个缸的负载为 500*9.8=4900 N 3.1.2.4 确定系统的工作压力 系统分别有高压和低压，高压处最高为 9.5 Mpa，低压处最高为 2.5 Mpa， 不得超过此数值，具体请参考液压原理图 3.2 确定液压缸的几何参数 3.21 压装缸尺寸计算： 3.2.1.1 液压缸工作压力的确定 工进时为 9.5 Mpa，快进时为 2.5 Mpa 3.2.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 由下图可知： p1 p2 p3 D d1 d2 d3 图 8 () 13 4R D= cmpp 其中 R 为最大压装力 475 KN; cm 为机械效率 0.95;1p为最大输出 9.5 paM ; 3p 为系统背压，在这取 0 计算，即无背压。则： 123160,125,90dmm dmm dmm= 查1表 2-4（GB2348-80）取250Dmm=. 查1表 2-3 、2-5 取123160,125,90dmm dmm dmm=。 3.2.1.3 液压缸壁厚和外径的计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受 内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁 圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径与其壁厚的比值/10D 的圆筒称为薄壁圆筒。查理论力 学得其计算公式为： 2 yp D 式中液压缸壁厚（m）; D液压缸内径（m）; yp 试验压力，一般取最大工作压力的（1.25: 1.5） 倍（paM ）; 缸筒材料的许用应力。其值为:无缝钢管： 100110Mpa =:. 一级缸的内径计算 21.5 2.53.75ypMpaMpa=，1160dmm=， 100Mpa = 2 21 2.63 2 yp d mm = 查2 表 4-11 及 C 表 2-115 采用外径为 160mm,壁厚为 18mm 的无缝钢管。 同理取活塞杆材料为外径 90mm,壁厚 5mm 的无缝钢管。 二级缸的内径计算 11.5 9.514.25ypMpaMpa=，250Dmm=， 100Mpa = 1 118 2 yp D mm = 查2 表 4-11 及 C 表 2-115 采用外径为 325mm,壁厚为 38mm 的无缝钢管。 3.2.1.4 液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度， 可根据执行机构实际工作的最大行程来确定， 并参照1 表 2-6 中的尺寸系列来选取标准值。 一级缸工作行程长度为 200mm； 二级缸工作行程长度为 400mm. 3.2.1.5 缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度 t 按强度要求可用下面两式进行近似 计算。 无孔时 20.433 yp tD 有孔时 2 20 0.433 () yp tD Dd 式中 t缸盖有效厚度（mm）; 2D 缸盖止口内径（mm）; 0d缸盖孔的直径（m）. 一级缸缸盖厚度计算 后缸盖 1 20.433 14.25 0.433 250 100 40.86 yp D mm = = 前缸盖 2 2120.4336.7 yp ttDmm = 取2t =15mm. 二级缸缸盖厚度计算 后缸盖 1 320.433 14.25 0.433 250 100 40.86 yp tD mm = = 取3t =45mm: 前缸盖 () 2 42 20 0.433 () 3.75 250 0.433 250 100250 130 30.25 yp tD Dd mm = = 取4t =45/mm. 3.2.1.6 最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点的距离 H 称为最小导向长度。 对一般的液压缸，最小导向长度 H 应满足以下要求 180125 71.5 202202 LD Hmm+=+= 式中L液压缸的最大行程; D液压缸内径。 活塞的厚度 B 一般取()0.61.0BD=:；缸盖滑动支承面的长度1l，根据液 压缸内径 而定; 当80Dmm时，取1(0.61.0)ld=:。 对一级缸最小导向长度 180125 71.5 202202 LD Hmm+=+=， 活塞宽度及滑动支承面的长度1l 10.70.7 9063ldmm= 0.60.6 16096BDmm= 因163961592143lBmmHmm+=+=，故无需设计隔套。 对二级缸最小导向长度 400250 145 202202 LD Hmm+=+= 活塞宽度及滑动支承面的长度1l 10.70.6 16096ldmm= 0.60.6 250150BDmm= 为保证最小导向长度 H，在缸盖与活塞之间增加一隔套 K 来增加 H 的值。 隔套的长度选为 45mm 3.2.1.7 缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形尺寸长 度还要考虑到两端缸盖的厚度。 一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030:倍。 一级缸缸体内部长度1345724545662Lttmm+=+= 118096276LLBmm+=+= 因液压缸为伸缩缸，故其外形尺寸长度由二级缸的活塞杆长度而定。 二级缸缸体内部长度 140015022572LLBCmm+=+= 缸体外形尺寸为 1345724545662Lttmm+=+= 3.2.1.8 活塞杆稳定性的验算 因两级液压缸支承长度BL 时， 2 2 K nEJ F l = 当细长比 l m n k 时， 2 2 1 K fA F l nk = + 式中：l-活塞杆的计算长度（m） ，其取法见参考书 2（ 液压气动系统设计手 册 ）78 页表 3-6； K-活塞杆横截面的回转半径（m） ， 4 Jd K A =（m） （对实心活塞杆） j-活塞杆横截面转动惯量（ 4 m ） ， 4 64 d J =； A-活塞杆横截面积（ 2 m ） ； m-柔性系数，对钢取 m=85； n-端点安装形式系数，参见书目 2（ 液压气动系统设计手册 ）78 页表 3-6，这里使用的是一端固定，一端铰接，所以 n 取 2； E-材料弹性摸量（ Pa） ，对钢 E=2.6 GPa； f-材料强度实验值（Pa） ，对钢 f=490 Mpa。 计算细长比： l k = 112 10 45/4 = mm，而m n =340，所以选后面的公式计算，则： () 2 63 2 3 3 490 1022.5 10 7441.68 2 112 10 1 45 102 4 K F = + N 稳定安全系数 k n 取 1.1，则 7441.68 6765.45 1.1 k k F N n F=，因为 F=6000/N。所以 符合稳定性要求，设计合适。 3.3 液压缸的结构设计 3.3.1 压装液压缸的结构设计 3.3.1.1 缸体与缸盖的连接形式 压装液压缸的缸体与缸盖的连接形式都为螺纹连接。 这种连接方式具有以下优点： （1）外形尺寸小 （2）重量较轻 同样其也具有以下缺点： (1) 端部结构复杂，工艺要求较高 （2）拆装时需用专用工具 （3）拧端盖时易损坏密封圈 3.3.1.2 活塞杆与活塞的连接结构 一级缸活塞杆与活塞的连接结构为整体式结构： 二级缸活塞杆与活塞的连接结构为螺纹连接。 3.3.1.3 活塞杆导向部分的结构 一级缸活塞杆导向结构为导向套导向： 二级缸活塞杆导向结构为端盖直接导向。 3.3.1.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用 一级缸密封圈的选用: 选用高低唇 Y 型密封圈，型号:Y 1109016 GB10708.1-89 以及 Y 185 16020 GB10708.1-89，材料都是耐油橡胶。 二级缸活塞与缸体的密封圈的选用： 选用 V 型密封圈，型号：V 25022049.5 GB10708-89 3.3.1.5 液压缸的缓冲装置 液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量较大，运动速度较高，则在到 达行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖之间产生机械碰撞。为 防止这种现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。 但是在这里， 所需设计的压装缸运动速度很慢， 基本上不需要设计缓冲结构。 3.3.1.6 液压缸的排气装置 对于运动速度稳定性要求较高的机床液压缸和大型液压缸， 则需要设置排气 装置，压装缸将油口设置在上方，有利于压力油中的气体排出。 3.3.2 夹紧液压缸和定位液压缸的结构设计 定位与夹紧液压缸均采用单出杆、缸体固定形式；为减少缸体与活塞体积， 简化结构，采用 U 型密封圈结合 O 型密封圈的结构，夹紧液压缸的 U 型密封圈的 型号为：4565 HG-336-66，材料是橡胶；O 型密封圈的型号为：715.3G GB3452.1-92；11.83.55G GB3452.1-82，材料是 NBR。定位液压缸的 U 型密封 圈型号为：4565 HG4-336-66，材料是：橡胶；防尘圈型号为：FA100115 9.5 D GB10708.3-89，材料为丁睛橡胶。 由于行程比较短，运动部件质量很小，速度也不大，故不必考虑设置缓冲结 构，排气螺塞也可以由油管接头来代替。 3.4 液压系统元件的分析和选择 3.4.1 确定供油方式 考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低，而在快进、快退时负载较 小，从节省能量、减少发热考虑，泵源系统应该选用双泵，本设计中，采用的是 YB-E32/63 双联叶片泵。 3.4.2 调速方式的选择 在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或者是调 速阀。 根据压装机对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用双 联叶片泵加调速阀的结构，而且在高压的供油线路上，接入一个分流阀，分流阀 的两个出口分别通向两只压装油缸。分流阀的主要作用就是使两个缸同步，如果 左端油缸因负载减少速度加快，分流阀将减小左边的出油口，同时加大右边的出 油口， 尽力保持两边速度相同。减少油口在液压原理上实质是利用压力变化的作 用，也就是说，WY 型滚动轴承压装机在压装过程中，会出现两个油缸不同的情 况时（可通过观察两个压装油缸上的压力表） ，而两缸仍能继续同时进行压装。 分流阀调节示意图如图 8： （图 9） 3.4.3 速度换接方式的选择 本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单，调节行程比较 方便，阀的安装也比较容易，但是速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接 平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。 3.4.4 夹紧回路的选择 用三位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作，为了避免工作时突然失电而 松开，应该采用失电夹紧方式，考虑到夹紧时，当进油路压力瞬时下降时，仍能 保持夹紧力，所以接入单向阀保压。 3.4.5 定位回路的选择 用三位四通电磁阀来控制顶起定位和降下复位动作，同夹紧回路一样，为了 避免工作时突然失电而松开，应该采用失电夹紧方式，考虑到夹紧时，当进油路 压力瞬时下降时，仍能保持夹紧力，所以接入单向阀保压。在该回路中还装有调 速阀，在降下的过程中可以保持轮对的缓慢降下。从而使轮对不至于撞坏。 3.4.6 传感器和调理器的选择 本机选用压阻式压力传感器，型号为 CYG-30。量程为 16/Mpa，该传感器内 部线路相当于一个电桥，只是有一个桥壁是可变，当压力发生变化时，可变桥壁 的阻值发生变化，从而取得压力变化信号，为了传感器正常工作，必须提供其工 作电流，该电流由信号调理器提供。 调理器是一台高精度， 低漂移的直流放大器， 本机配用 TKF-1 型信号调理器， 为双通道， 正面布置两个通道的各 3 只调整旋钮； 背面布置电源开关， 两个输入， 一个输出五芯插座。 3.5 液压站的结构 3.5.1 压装机液压站元件的组成 系统工作压力：高压管路为 9.5/Mpa，而低压管路为 2.5/Mpa，所以选择的 液压阀