汽车变速箱轴承专用压装装置设计【毕业论文】【汽车专业】

I 无锡 太湖学院 信 机 系 机电一体化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 汽车变速箱轴承专用压装装置设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 本课题来源于仪征某设备维修有限公司。本次设计的汽车变速器轴承的专用压机主要用于汽车 4S店维修汽车变速器 ， 对轴承拆卸后的重新压装。 轴承是变速箱的重要部件之一，为了使轴套与轴之间严格 定位，滚动轴承与轴及轴承座孔间需要采用过盈配合，而过盈安装及其预紧力，不仅对轴承的定位、旋转精度及轴承的游隙有影响，还对滚动轴承的接触角、轴承刚度、轴承内部的载荷分布及摩擦力等产生影响，所以轴承压装过程直接影响变速箱的使用寿命。为了达到使轴承在变速箱内发挥到极佳的状态的目的，需设计一变速箱轴承的专用压装装置，即设计一能在无缝钢管两端均匀压入二轴套，且要保证二轴套的相对位置的压装装置，轴套压到底后，还需要在相应位置钻攻螺孔，压装装置的设计主要是为了保证轴承能够正确的安装，从而使车辆正常工作，使车辆性能发挥到极 致。此课题就是由此而来。 II 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉铁路火车等交通工具如何运行的发展历程，特别是近十几年来交通飞速发展阶段。 熟练掌握 CAD绘图包括三维绘图。 了解铁路、公路交通工具上变速箱的结构，尤其是汽车变速箱的结构。 掌握汽车变速箱运作的原理和方式。 熟练掌握压装装置将轴套压入无缝钢管的过程。 四、接受任务学生： 机械 94 班 姓名 黄雨末 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教研室主任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 轴承作为汽车的变速器的核心部分，随着汽车工业的发展，其可靠性越发被人们所关注。轴与轴承、轴套的配合为过盈配合，需要较大的压入力，并且随着压入长度的增大而增大， 若不能很好的保证轴承的可靠性，很可能会引发交通事故。然而压装过程对轴承的可靠性起着决定性的作用， 要将两个 轴套均匀地压入无缝钢管两端，并且要保证两轴套间的相对位置，轴套压到底部后，在相应的位置还要钻攻螺纹孔， 传统的人为手工压装，其弊端明显，不仅劳动强度大，效率低下，还无法满足精度要求。 本次设计的装置 采用液压传动，通过电动机带动皮带轮将动力传递 至丝杠支承 ，使丝杠转动，从而带动装有螺母的压头移动，将轴套压入至指定位置，同时保证轴套与钻孔之间的相对位置，并通过安全离合器的作用，断开电机完成压装。此装置不仅可以解决 在人 为进行 装配时 的大强度 、 低 精度等问题，还能大大地提高了效率。 关键词 ： 汽车变速器； 过盈配合；轴、轴 承和轴套；轴承压装装置 IV Abstract As a core part of the transmission of the car, with the development of the automobile industry, the reliability of bearings are concerned about by more and more people. Shaft bearings, bushings with an interference fit, requires a large amount of pressing force, and increases with the length, if can not ensure the reliability of the bearing, is may lead to accidents . However, the process of pressing plays a decisive role in the bearing reliability , two sleeve pressure evenly into both ends of seamless steel pipe, and to ensure that the relative position between the two bushings the sleeve pressure in the end portion in the corresponding the location but also drilling and tapping threaded holes, traditional press-fit the human hand, its obvious drawbacks, not only labor-intensive, inefficient and unable to meet the accuracy requirements. The design of the device adopts hydraulic transmission, driven by the motor pulley to transmit power to the screw supporting the screw rotation, so as to drive the indenter mobile air-nut pressed into the sleeve to the specified location, at the same time assuring the shaft the relative position between the drilling. This device not only solve the artificial labor intensity when assembly and low positioning accuracy， but also greatly improve efficiency. Key words: automobile transmission； interference fit ； shaft, bearing and shaft sleeve； bearing pressing device V 目 录 摘 要 . III ABSTRACT . IV 1 绪论 . 1 1.1 汽车变速器轴承的专用压机的研究内容和意义 . 1 1.1.1 设计轴承专用压机的目的和意义 . 1 1.1.2 轴承专用压机的研究范围 . 1 1.1.3 轴承专用压机需达到的技术要求 . 1 1.2 轴承及其压装在国内外的发展概况 . 2 1.2.1 轴承及其产业在国内外的发展概况 . 2 1.2.2 轴承压装在国内外的发展概况 . 3 1.3 本课题应达到的要求 . 4 1.3.1 液 压机的工作原理 . 4 1.3.2 液压机的组成部分 . 4 1.3.3 液压机的特点 . 5 2 汽车变速器的介绍 . 8 2.1 汽车变 速器的工作原理 . 8 2.2 汽车变速器的分类 . 8 2.3 汽车变速器的作用 . 9 2.4 汽车变速器的主要组成部分 . 9 2.5 轴承的介绍 . 10 3 设计方案的确定与选择 . 13 3.1 机械设计步骤 . 14 3.2 设计思路 . 14 3.3 设计方案 . 18 3.3.1 电动机类型的选择 . 18 3.3.2 传动方式的选择 . 19 3.3.3 液压机的选择 . 20 3.3.4 液压缸的设计与选择 . 21 3.3.5 压板的设计 . 21 3.3.6 压头的设计 . 21 3.3.7 离合器的选择 . 22 3.4 总体方案的拟定 . 23 3.5 方案可行性分析及改进 . 23 4 系统原理及设计计算 . 24 4.1 系统原理及硬件框图 . 24 4.2 工作原理 . 24 VI 4.3 设计计算 .24 4.3.1 压入力计算 .24 4.3.2 螺杆计算 .26 4.3.3 电动机的功率计算 .27 4.4 皮带轮的选择 .29 4.5 轴承的选择 .30 4.6 螺栓强度计算 .30 5 结论与展望 .31 致 谢 .32 参考文献 .33 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 1 1 绪论 1.1 汽车变速器轴承的专用压机的 研究内容和意义 1.1.1 设计轴承专用 压机的目的和意义 本课题来源于仪佳设备维修有限公司。本次设计的汽车变速器轴承的专用压机主要用于汽车 4S 店维修汽车变速器轴承拆卸后的重新压装。 轴承是变速箱的重要部件之一，为了使轴套与轴之间严格定位，滚动轴承与轴及轴承座孔需要采用过盈配合，而过盈需设计一变速箱轴承的专用压装装置安装及其预紧力，不仅对轴承的定位、旋转精度及轴承的游隙有影响，还对滚动轴承的接触角、轴承刚度、轴承内部的载荷分布及摩擦力等会产生影响，所以轴承压装过程直接影响变速箱的使用寿命。为了达到使轴承在变速箱内发挥到极佳的状态的目的，即设计 一能在无缝钢管两端均匀压入二轴套，且要保证二轴套的相对位置的压装装置，轴套压到底后，还需要在相应位置钻攻螺孔。 设计汽车变速器轴承的专用压机的意义在于，通过此装置，对 4S 维修部拆卸下来的轴承进行重新压装，其达到了人为手动操作无法达到的高强度、高精度的要求，还可以大大提高一次服务所耗费的时间，达到效率最高。 1.1.2 轴承专用压机的研究范围 本次设计主要涉及汽车变速器轴承的专用压装装置的设计，主要需要解决的问题是该装置中一系列部件的设计，包括：电动机及减速器的选型、液压机、轴承的选型、液压缸的选择、传动 机构的设计等，并画出相应的设备图。 1.1.3 轴承专用压机需达到的技术要求 压力机是一种结构精巧的通用性压力机。 其 用途广泛，生产效率高 ， 特点 显著 ，它可被广泛应用于切断、冲孔、铆合 、下 料、弯曲和成形等工艺。其主要包括气动压力机，螺旋压力机，曲柄压力机，多工位压力机。 压力机由电机经过传动机构带动执行机构，对工件施加压力。其通常分为螺旋压力机、曲柄压力机和液压机三大类。实质上，它由框架、工作 区域 和 作 往复活动的滑 动 块组成，滑 动 块和工作台上安装的模具对 零部 件施加压力。 压力机的主要组成部分有： （ 1） 工作台 ：它是框架上的矩形部件，中间部分一般是作开口设计的，用于放置垫板。 （ 2） 垫板：它是一块用于安装模具和附件的钢板。 （ 3） 滑块：压力机上的一个活动部件，其行程取决于压力机的尺寸和设计。 （ 4） 脱模装置：它是一个在压力机回程过程中打出工件或废料的机构。 （ 5） 顶出件：它是一个 置 于中间 部位 垫板下方或 者， 由空气、够向上运动和施加顶橡胶、弹簧、油或 组 合机构驱动的能出力的机床附件。 无锡太湖学院学士学位论文 2 本次设计的专用压机，为压力机中的液压机。主要通过电机旋转，由减速机经皮带将动力传递至丝杠支承 ，使丝杠转动，从而 使固定 有 螺母的压头移动，将轴套压入至指定位置，保证轴套与钻孔之间的相对位置，当轴套到达指定位置后，安全离合器发挥作用，此时操作人员可以关闭电机，完成一次压装。 1.2 轴承及其压装在 国内外的发展概况 1.2.1 轴承及其产业在国内外的发展概况 中国是世界上最早发明滚动轴承的国家之一。轴承在国民经济和国防建设中的作用越发显著：新中国建立前，轴承制造业几乎是空白的。机械设备上配套和维修需要的轴承，几乎都是依赖进口的。 中国轴承大致可以分为三个阶段工业的发展历程，： 奠基阶段： 1949 年瓦房店 轴承厂恢复生产，成为中国第一家独立生产轴承的企业。抗美援朝期间其迁址哈尔滨并投入生产，而后伤害等市的生产基地也初步形成。 截止到此时 ，我国轴承工业 的主要生产基地形成了，分布在 瓦房店、哈尔滨、洛阳、上海 四处 ，为轴承制造业 打好了 了 扎实的 基础。 体系 初步 形成阶段：此阶段 正 处于国家 制定的 五个五年计划 的飞速 发展时期，给轴承的发展和制造 带来了新的 际遇 。“一五”中期，洛阳轴承厂通过国家验收，顺利投入生产；上海 的 轴承 发展逐渐由了其自己独特的地方特色 ； 也因此成了不同于其他基地的生产区域。 瓦房店、哈尔滨轴承厂充实完善 ，获得了较大发展。 该阶段 ，轴承 的 制造 主要为了满足 主机 的 配套 和新产品的研发 ，已 逐步进入设计和 生产汽车 用 滚针轴承、 机 床主轴 上的轴承 、 磁电机轴承和 一些 精密轴承，并 尝试着 制 造 了 一些用于 铁路机车、重型机械、轧钢机、石油工业和坦克等主机 上的 轴承 ，进行试配套 。 管轴承只 是充当 各个主机中的支承元件 的身份 ，但 是 因为其 种类凡 多、加工精 度高 、尺寸大， 故 其 产业 只能是 以一种特殊的独立形式存在于 机械工业中。至今，轴承品种已逾5 万种，规格多达 15 万种。最小的轴承内径只有 0.151.0mm ，重量约 0.003g，最大的外径可达 40m ，重 340t 。北美、日本、秀的轴承产量占时间总产量的 78% ，美国、日本、德国形成世界三大轴承市场 国外轴承的发展历程： 轴承 在现今的 机械设备中 充当着尤为重要的角色 ，它的 “职责”主要 是支 撑 选择轴或其他 的 运动 部件 ，引导 部件的 转动或移动 ， 并承受 从 轴或轴上零件传递来的载荷。西方人写作 Bearing ，日本人称之为“轴受”。 国 外轴承的发展主要在于 7 个方面： （ 1）主要技术与经济指标：尽。 （ 2）轴承的整体技术水平，在近 30 年来得到了令人咋舌的进步。精度 高 、转速 高 、可 靠性 高 、寿命 长 、免保养以及标准化、单元化、通用化已 经 成为了轴承的基本技术指标。尤其在轴承基础技术 改进 、通用产品的结构 研究设计 、专用轴承 的 单元化 以及 陶瓷 质地 轴承的 研发 等方面成效显著。 体系 初步 形成阶段：此阶段 正 处于国家 制定的 五个五年计划 的飞速 发展时期，给轴承 的发展和制造 带来了新的 际遇 。“一 五”中期，洛阳轴承厂通过国家验收，顺利投入生产；上海 的 轴承 发展逐渐由了其自己独特的地方特色 ； 也因此成了不同于其他基地的生产区域。 瓦房店、哈尔滨轴承厂充实完善，获得了较大发展。 该阶段 ，轴承 的 制造 主要为了满足 主机 的 配套 和新产品的研发 ，已 逐步进入设计和 生产汽车 用 滚针轴承、 机 床主轴 上的 轴承 、 磁电机轴承和 一些 精密轴承，并 尝试着 制 造 了 一些用于 铁路机车、重型机械、轧钢机、石油工业和坦克等主机 上的 轴承 ，进行试配套 。 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 3 （ 3） 设计理念：我们设计了一个传统的轴承，其使用的理论和方法的研究中，将主要用于静态和准静态力学方法。但是，在过去的 50 年中，轴承的设计有很大的突破，有限差分法，有限元法，动态，准动力学，弹性流体动压润滑理论等方面的概念已经出现有效促进了产品的设计和应用计算机辅助设计技术的研究和开发，在同一时间，计算在不同国家得到了广泛的使用，这也是轴承的设计技术，以一个新的阶段提供通过衬垫轴承。 （ 4） 通用轴承的结构改进： 产量和通用轴承产品的结构已经被广泛使用，以提高轴承负荷和延长寿命，增加强度和刚性，减少摩擦和磨 损，使用新材料和新的重点研究避免维护降低噪音，减少大小重量。经过 30 多年的努力，国外通用轴承已脱胎换骨，形成了新一代的增强型产品。修剪一般轴承的内部结构的主要套圈壁的厚度减小，以增加滚动体的直径和长度的，与记录汇流排冠辊，代替保持器的参数和结构，改变其导通模式下，增量 3 轴承内圈密封墙接触来实现。 （ 5） 轴承产品技术： 管轴承只 是充当 各个主机中的支承元件 的身份 ，但 是 因为其 种类凡 多、 故 其 产业 只能是 以一种特殊的独立形式存在于 机械工业中。至今，轴承品种已逾5 万种，规格多达 15 万种。最小的轴承内径只有 0.151.0mm ，重量约 0.003g，最大的外径可达 40m ，重 340t 。北美、日本、秀的轴承产量占时间总产量的 78% ，美国、日本、德国形成世界三大轴承市场 。 （ 6）材料应用技术： 1905 年德 国 在制造滚动轴承的过程中 使用 了 SAE52100 高碳铬钢 后 ，到 1920 年 该材料 被广泛用于滚动轴承 的 制造，五十年代末真空脱气钢问世，八十年达推广了真空脱气钢和钢包精炼，使轴承钢的纯度大幅提高。而后 FAG、 SKF、 KOYO等公司相继推出陶瓷轴承新品种，塑料也被广泛用于轴承的保持架。 （ 7）加工、测试、专业化和自动化水平：在发达国家，工业制造，为标准轴承生产大量，一般采用高效率，高精密自动化设备制造，形成了较大数量的汽车产业链，甚至是自动化的工厂自动化生产车间 ；发展计算机技术和应用的实验列车，飞机，汽 车和其它设备中的轴承，使用模拟技术的发展不同类型的轴承模拟试验机 ；大轴承公司的厂，点种，大小，组件和制造工艺组织专业化生产，有没有重复的产品，但会有很多中小企业与大企业之间的重复生产同一产品的情况下。 1.2.2 轴承压装在国内外的发展概况 轴承在过去通常使用手工砸 装 的压装方式，如今已经远远无法 达到 现在企业的生产 量要求， 并且 压力机压装 过程中受力情况 复杂，无法准确测量甚至无法测量压装过程中和压装完成后轴和轴承的应力分布，如果压力不 够 ，会导致零件压装不 合格 。从而需要对其退卸后重新压装，这样一来，不 仅影响了生产效率，还会使 轴承受损无法再利用 ，造成生产资源的浪费，增加生产成本。压装大小柱塞的面积分别为 1S 和 2S ，柱塞上的作用力分别 1F和 2F 。根据帕斯卡定律，液体压强处处相等，即 PSFSF 1122 / ， )/( 1212 SSFF 工作精度差，失败率高，而且工人劳动强度大的缺陷使其随着车辆和轴承的不断发展，轴承和轴承的配合精度要求越来越高，逐渐被时代所淘汰，取而代之的则是固定式压装机。发展至无锡太湖学院学士学位论文 4 今日，固定式压装机功能已经十分 完善 ，随后圆锥滚动轴承压装机又渐渐被成为适应社会发展要求的新一代压装机，它不仅大大提高了压装质量，也减少了工作量。 1.3 本课题应达到的要求 1.3.1 液 压机的工作原理 液压机（又名油压机）是根据帕斯卡定律制成的借用液体压强进行传动的机械。 图 1.1 液压机工作原理图 液压传动是 通过 液体压力来传递动力和 实现 控制的一种传动方式。图 1.1 为液压机的工作原理图。液压机由两个大小不同的液缸组成，在液缸里充满水或油。充水的叫“水压机”，充油的叫“油压机”。大小柱塞的面积分别为 1S 和 2S ，柱塞上 的作用力分别 1F 和 2F 。根据帕斯卡定律，液体压强处处相等，即 PSFSF 1122 / ， )/( 1212 SSFF ，其表示液压的增益作用，力增大了，但是功不增益因此大柱塞的运动距离是小柱塞运动距离的 21/SS倍。 1.3.2 液压机的组成部分 液压机由液压泵，液压缸（液压马达等执行机构）， 液压控制阀 ，液压辅助元件和工作介质组成。图 1.2 为常见液压机外观图。 液压泵：将机械能转换为液压能的转化装置；是液压传动系统中的动力部分。 液压缸（液压马达等）：将液压能转换为机械能的 机构 ，其中液压缸作直线运动，液压马达作旋转运动。 液压控制阀：控制液压 缸中液体 的流 动方 向、 流量、压力和液压执行机构的工作顺序，起到保护液压回路的作用。换而言之， 就是 通过 控制和调节 液体 的流 动方 向 、 压力和流量 ，起到 控制执行机构的运动方向 、 输出的力或力矩 、 运动速度 、 动作顺序，以及限制和调节液压系统 的工作压力， 进而起到 防止过载等 的 作用 。 液压辅助元件： 除上述三部分以外还有一些其它元件也十分重要， 包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、油管及油管接头 (扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹、油箱（储油、散热、分离油中空气和杂质）、密封元件。 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 5 工作介质 ： 是指各 种在 液压传动中 充当介质 的液压油或乳化液， 它们能通过 油泵和液动机实现能量转换。 图 1.2 常见液压机图 1.3.3 液压机的特点 由液压泵直接传动的液压机有下列特点： 优点： （ 1）容易获得 较 大的压力。在下回程点保持长时间下压。 （ 2）容易获得大的工作行程，并能在行程的任意位置发挥全压，适合要求工作行程大的场合 。 （ 3）容易获得大的工作空间。 （ 4）压力 和 速度可以 很方便地 在大 的 范围内 实现 无极调节，而且可以按照 设计 要求使压头在某一位置停留实现保压 。此外，还便于调速和防止过载。 （ 5）设计、制造、操作和维修方便，便于实现遥控与自动化。 缺点： （ 1）对于液压元件精度要求比较高，结构比较复杂，机器的调整和维修比较困难。 （ 2）高压液体较易泄漏，不仅污染工作环境，浪费油资源，对于热加工场所还有引发火 灾的潜在危险。 （ 3）工作效率比较低，且速度 缓慢 ，大大地影响了生产 效 率，快速小型的液压机 又不 及 曲柄压力机简单灵活。 液压 机的工作循环过程，液压机的传动方式可分为：泵直接传动和泵 -蓄势器传动。 泵直接传动的特点： 无锡太湖学院学士学位论文 6 （ 1） 液压机活动横梁的 运动 速度 由 泵的供液量 决定 ，而与工艺过程中锻件 的 变形阻力无关。若泵的供液量为常量，则液压机的工作速度也为定值。 （ 2）泵的供液压力 收到其 所消耗的功率 以及 被加工 部 件的变形阻力 的影响 ，工作变形阻力 越 大，泵的供液压力和所消耗的功率也 越 大，反之则小。 （ 3）可利用活动横梁行程速度恒定和泵供液压力变化的特点，作为操纵分配器的信号，以实现液压机的自动控制。 （ 4）基本投资小，占地面积小，日常维护和保养方便。 泵 -蓄势器传动的特点： （ 1）能量的消耗与液压机的行程大小成正比，而与锻件变形阻力无关。 （ 2）液压机的工作行程速度取决于锻件变形阻力，阻力越大速度越慢，反之，则速度越快。 经过对各传动方式的分析及比较，本次设计的装置采用泵直接传动。 1.3.4 轴承专用压机的结构 变速器轴承的专用压装装置主要包括：驱动部分（电动机 -减速机），传动部分（皮带轮、丝杠等），工作部分（压头、钻模座等）以及起保护左右的部分（左右离合器）。 下图 1.3 为轴承专用压机图。 图 1.3 轴承专用压机图 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 7 1.3.5 本设计的初步设计思路 (1) 液压机的选型； (2) 压机的结构尺寸的确定； (3) 液压缸的选型； (4) 定位方式的确定； (5) 支承方式及传动方式的确定； (6) 通过压头的移动速度来确定减速机的输出转速，从而选定电动机； 无锡太湖学院学士学位论文 8 2 汽车变速器的介绍 2.1 汽车变速器的工作原理 变速器是通齿轮传动装过固定或分档来改变输出轴和输入轴传动比的 一 装置，又 被称为变速箱。其通过 更 变传动比，改变发动机曲轴 承受 的转拒， 满足 在起步、加速、行驶及克服各种道路阻碍等不同 行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速 的 不同要求。变速器是汽车传动系中最主要的部件之一。图 2.1 为汽车变速器。 图 2.1 汽车变速器 2.2 汽车变速器的分类 （ 1）按传动比变化方式来分： 有级式变速器：所谓变速器档数即指其前进档位数 ， 采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按所以轮系形式不同，可分为轴线固定式变速器和轴线旋转式变速器。 无级变速器的传动比自由变换的值的一定范围内，可以有无限多级的通用电气和液压式两种。变速电动无级变速器部件为直流串激电机，除了一般应用在小车在外面， 在超重型卡车驱动系统也被广泛使用。移动液压元件的 CVT 变速器的液 体 力变器。 综合式变速器： 是一座有水力变 器和齿轮式有级变速器组成的液 压 力机械式变速器，其传动比可在 最上限 与 最下限 之间的几个 规定 范围内作 大范围变动 ，目前 的 应用 比较广阔 。 （ 2）按操作方式来分： 强制操纵式变速器： 是由司机 直接操 作进行 换档 的变速器 。 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 9 自动操纵式变速器： 其 自动进行 传动比 的 选择和换档 的变速器 ，所谓 的 “自动”， 就是 指其上的 每个档位的变换 都需要凭借 反映发动机负荷和车速的信号系统来控制换档系统的执行元件而实现的。驾驶员只需操纵加速踏板以控制车 速。 半自动操纵式变速器： 一 部分 是 最经常 用的几个档位 ，她能 自动 操作 ，其余 的就要 由司机手动 操 作 ；另一 中 是预选式 的 ， 司机需要 预先用按钮选定档位，在踩下 合离器踩板 或松开加 快踩 板时，接通一个电磁装置或液压装置来进行换档。 2.3 汽车变速器的作用 改变传动比 ： 达到 不同的 请 求，不同的 行驶 条件下，发动机的工况是有利的牵引要求，可能的行驶速度要求。在大范围内的速度和汽车速度的驱动轮的转矩的大小的变化。 实现倒车行驶 ： 用来 达到 汽车倒退 驾驶 的 要求 。 为了能 实现倒 退驾车 ，发动机 的 曲轴一般都是只能 在 一个 直线上 转动 运动 ，而汽 车有时需要能倒退行驶，因此， 通常借 用变速器 中设置的倒 退位 来实现汽车倒 退驾驶 。 中断动力传递 ： 在发动机起 步 ， 减速 运 行 ，汽车换档 过程 或需要停车进行动力输出时，中断 动力传递到 驱动轮 上 。 实现空档 ： 当 接合 离合器时，变速 器能不作动力传递 ， 这样就 可以 确保司机在汽车 不松开离合器踏板离开驾驶员座位 ，而汽车部熄火 。 2.4 汽车变速器的主要组成部分 变速器由传动 部分 和变速 部分 两部分组成，可制成单独 的 变速 部分 或与传动 部分 合装在同一箱体内。 大多与普通的传动齿轮，而有些行星齿轮传动。一般用普通换档机制滑动齿轮和传播者。如何滑动齿 轮滑动齿轮和可变比特相关的滑动齿轮两个速度滑动齿轮，如果你使用三联其大小将较大的轴方向，如果采用变位齿轮打滑，其结构紧凑，但传动比变化不大。啮合式离合器，离合器和摩擦点的订婚仪式，传输，应停止或加快区别非常年轻，摩擦离合器，可以在运行时，在任何速度下的转速差，但承载能力小，不能保证两轴严格同步。为了克服这个缺点，与摩擦板的接合离合器外套，当所述第一变速的从动轮由摩擦板，然后被加入到同步速度。行星齿轮传动传动制动控制装置。图 2.2 手动变速箱图。图 2.3 为自动动变速器图。 无锡太湖学院学士学位论文 10 图 2.2 手动变速器图 图 2.3 自动变速器图 2.5 轴承的介绍 2.5.1 轴承在机械业中的作用 其作用 主要为 支撑，但是支撑轴 的作用又 只是其作用 中 的一 方面 ，实质就是承担径向载荷。同时也可以理解为是用来固定轴的，即固定轴使其只能实现转动，而无法发生轴向和径向的移动。 电机若失去了轴承，其根本无法 正常 工作， 在这情况下， 轴可向任何方向 偏移 ，而电机工作时要求轴只能作选择运动，从理论上而言，电机失去轴承不可能实现传动，不仅如此，轴承还会影响传动。为了 减小 轴承 不良 在高速轴上 造成 的影响，必须作润滑处理，有些 轴承 购买时就作了 润滑 处理 ，叫做预润滑轴 承，而 绝 大多数的轴承必须 要涂抹 润滑油，负载在告诉运转时，摩擦不仅会增加能耗，且易损坏轴承。 2.5.2 汽车变速器中的常用轴承及运用 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 11 （ 1）深沟球轴承：结构简单，便于使用，其运用最广泛。它主要用于径向载荷 的 承受，同时也可以 在 一定限度的 承受 轴向载荷，当径向游隙比较大时，其具有同角接触球轴承 相同 的 特 质。其优点在于摩擦系数小极限转速高，制造精度高，容易实现轴承密封，它是多数轴承类型的首要选择。图 2.4 为深沟球轴承图。 （ 2）圆柱滚子轴承：属于 可以分离型的轴承。其安装拆卸比较方便，一般用于承受径向载荷。其优点在于，与同尺寸的深沟球轴承相比，具有较大的径向承载能力和刚度，通常被用于高载荷或者刚度要求比较高的设备中。图 2.5 为圆柱滚子轴承图。 （ 3）圆锥滚子轴承：主要用于承受以径向载荷为主的径向和轴向联合载荷，具有较大的承载能力，但精度较低，且使用起来噪音大，不适合用于转速高，噪音低的设备中。图 2.6 为 圆锥滚子轴承图。 图 2.4 深沟球轴承 图 2.5 圆柱滚子轴承 （ 4） 滚针轴承：由于其紧凑的结构，径向尺寸小， 故其能承受的负 荷量大，所以它极为 适用于径向安装尺寸受限制的支承部件中， 能满足 机械设备向小型化轻量化发展的要求。图 2.7 为滚针轴承图。 图 2.6 圆锥滚子轴承 图 2.7 滚针轴承 2.5.3 滚动轴承的基本结构 滚动轴承 主要 其中内圈 用于与轴配合 ,由内圈、外圈、滚动体和保持架 构 成，并 随着轴 一起 作 旋转 运动 ； 外圈 的功用就 是 和 轴承座相 匹配 ，起 到 支 承的 作用 ； 滚动体 凭借 保持架均 匀 地 分布在内圈和外圈之间，其大小 形状 和 数字 直接影响着滚动轴承的 应用 性 质 和寿无锡太湖学院学士学位论文 12 命 ； 保持架能 均匀分布地将 滚动体 分散 ， 避免 滚动体 掉 落， 指引 滚动体 作 转 动运动 起润滑功 用 。 常见滚动轴承结构见下表 2-1。 2.5.4 变速器对轴承的要求 （ 1）结构紧凑、尺寸小，轻量。 （ 2）载荷变化大，工作时间长，要能承受高负荷，且容量要足够大。 （ 3）有些轴承还需要能承受轴向力。 （ 4）输出小乐要高，低噪声。 汽车变速器必须满足上述的诸多要求，且随着汽车工业的不断发展，这些要求还在不断提高中。因此，变速器轴承 的性能也必须满足更高的要求，这是开发汽车变速器轴承的基础。 表 2-1 常见滚动轴承结构 外圈 内圈 滚动体 保持架 深 沟 球 轴 承 调 心 滚 子 轴 承 圆 锥 滚 子 轴 承 2.5.5 变速器中轴承的主要失效形式 滚动轴承的失效形式有很多，常见的有疲劳失效、腐蚀失效、磨损失效、断裂失效、胶合失效及压痕失效。 （ 1）疲劳失效： 疲劳剥落是轴承失效的主要 形式 ，它是因为滚动体在保持架中反复汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 13 承受不均匀的载荷所引起的。滚动轴承在工作过程中，滚动体和内 圈（外圈）不断旋转，并与滚道的接触面受到脉动交变力的作用。只要受到的应力超过其材料的疲劳极限，经过一段时间的作用后，其表面会产生裂纹，随后向接触表面延伸，使表层金属以片状形式剥落，形成凹坑，使轴承发生冲击性振动，缩短其寿命。 （ 2）磨损失效： 造成轴承磨损的原因主要是滚动体和滚道之间的相对运动、润滑不良、装配部正确以及有进入外界杂物。磨损量直接决定了轴承的使用寿命，其会直接导致轴承的游隙变大，表面粗糙度变大，从而降低了精度，增大了振动幅度和噪声。 （ 3）腐蚀失效：因为太长时间内没有换掉失效或腐化的润滑油造成轴 承表面化学腐蚀，并在其表面产生锈蚀，从而导致轴承的损坏。 （ 4）断裂失效：由于太长期间处于高转速、大载荷运行及润滑不良的工作环境中，引起轴温度过高而轴抱，若继续运转，将导致轴承损毁。 （ 5）胶合失效： 轴承部分异常发热而使 得 轴承 互相 胶合在一起 ， 而无法完成旋转 运动 ，或者 使 滚动面变得极为粗糙，这种状态下的轴承硬度会逐渐降低，或因为表面粗糙导致旋转性能失效。 （ 6）粘着磨损：由于轴承内部确实润滑油，使得轴承在运转过程中产生的热量无法及时排出，进而造成轴承两金属表面粘连脱落。 除以上常见的失效形式以外， 滚动轴承在承受 极大的静载荷或冲击载荷时，会导致滚动体和滚道的接触面间的应力超过屈服极限，从而导致变形。此外，有硬质杂物落入滚道会形成划痕或凹痕。这些变形均会使轴承产生巨大的振动和噪声，从而无法正常工作。 3 设计方案的确定与选择 无锡太湖学院学士学位论文 14 3.1 机械设计步骤 机械加工产品的机械设计是第一步。在设计过程中所需的产品的工作原理，结构，功能，初始设计的组件，和必要，即使可以加工，制造和组装方法确定。因此，不同的设计师会产生各种不同的设计步骤和设计。然而，机械设计的共性是客观存在的，需要不断完善和总结。 机械设计的一般步骤：趋势预测，方案设计，技术设计，施工图设计，试生产。 3.2 设计思路 机械设计关键是要确保的是产品的功能实现及其可靠性，并保证产品的工艺性良好。 此次毕业设计的课题是汽车变速箱轴承专用压装装置的设计 。具体需要将两轴套均匀地压入无缝钢管的两端，且须保证两轴套间的相对位置， 轴套被压到底后，还要在相应位置进行钻攻螺纹孔。图 3.1 为管套结合件图。 图 3.2 为管套结合件尺寸图。图 3.3 为轴套零件图。 图 3.1 管套结合件图 分析管套结合件图，管套结合为过盈配合，所需的压入力较大，且还要要 确保 轴套 和管子上螺纹孔的相对位置。显然，用人工压配无法很好的完成，不仅劳动强度大，还无法轻易保证相互位置的尺寸，从而有必要设计和使用一台轴承的专用压装装置。 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 15 图 3.2 管套结合尺寸图 零件 1 为 轴套 ，其 材料 为 HT200，零件 2 为 无缝钢管 ，其材料为 Q235A。技术要求：压装时要保证二端轴套压到底，并保证二轴套相对位置。 两套之间的相对位置可通过定位实现。通过套上 48 的凸台和 9 的孔及 100 的端面进 行定位， 9 的孔插入菱形销 , 48 的凸台插入定位沉孔 ,用这种类似一面两销的六点完 全 定位方式保证其相对位置，其中一只套定位在压头上，另一只则定位在固定支座上。 由于轴套与轴之间的配合为过盈配合，所需的压入力比较大，且随压入长度的增 长而增大，当轴套被压入到底时，压入力会瞬间剧增，为保护电机不受损坏，需采用安全离合器进行过载保护，利用其可调整保护压力的特点，来限制最大的压入力。图 3.4 为离合器图。 图 3.3 轴套零件图 无锡太湖学院学士学位论文 16 轴套零件 的材料为 HT200。 管子由 V 型块进行定位，考虑到 同心度在 管和 轴承 套在压入 的过程中要求比较高 ，或将出现压不进的现象，故拟采用高度可调的 V 型块，以降低专用压机的零件加工时的精度要求，可使专用压机在装配和调试时更加的简单和方便，还能降低投入。 由于 管子较长，刚性比较差，为了 避免 两端施压时管子受力失稳而发生中间 拱起的 情 况 的发生 ，决定采用回转式压板通过滚轮（轴承）对其中间部位进行压紧。 图 3.5 为 V 型块图。图 3.6 为回转式压板。 丝杠支承可以采用滑动轴承和单向推力轴承相组合的形式，或者也可以将深沟球轴承和单向推力轴承组合起来使用，但考虑到专用压机工作时径向力较小而轴向力很大，为了减小摩擦力、延长其使用寿命，后者的支承方式更为合理和满足要求。 依照 管套结合件图，在专用压机上的相应位置安装钻模板，当 安全离合器开始打滑，操作工即可关闭电机。 此时通过钻模板利用手枪钻进行钻孔，然后启动电机逆方向 运 转 使压头 退回 原 处，到位后停止， 再卸下工件进行手动或电动攻丝。 减速机的输出转速和压头的移动速度要相匹配，即要选择相应的丝杆螺距。减速机应采用知名品牌，以确保产品质量。 图 3.4 左离合器图 离合器的 作 用主要是因为 轴套与轴之间的配合为过盈配合，所需要的压力较大，且随压入长度增大而增大，当轴套压到底时，压入力会瞬间急增，为保护电机，需采用安全离合器进行过载保护，利用其可调整保护压力，以限定最大压入力。 该零件的材料为 40Cr。其 技术要求 为 去锐，调质 HB185-230，齿部高频淬火 HRC48-56。 管子由 型块进行定位，考虑到 同心度在 管和 轴承 套在压入 的过程中要求比较高 ，或将出现压不进的现象，故 拟采用高度可调的 型块，以降低专用压机的零件加工时的精度要求，可使专用压机在装配和调试时更加的简单和方便，还能降低投入。 由于 管子较长，刚性比较差，为了 避免 两端施压时管子受力失稳而发生中间拱起的 情 况 的发生 ，决定采用 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 17 图 3.5 V 型块 V 型块的 作用 是将 轴 定位，考虑到 同心度在轴 、套在压入 过程中 要求很高， 或将 可能会出现压不进的现象，故采用高度可调 V 型块，以降低对专机零件加工的精度要求，可使专机装配、调试简单、方便，节约成本。 该零件的材料为 45 钢。其技术要求为锐角倒钝，淬火 HRC35-40，发黑。 图 3.6 回转式压板 回转式压板的作用是针对轴的长度较长，刚性较差，为防止二端施压时管子受力失稳而中间拱起，采用回转压板通过一滚轮（轴承）对其中间部位压紧。该零件的材料为 45钢。技术要求是锐边处理，淬火 HRC35-40，发黑。 无锡太湖学院学士学位论文 18 3.3 设计方案 机械设计涉及到 了工程技术的各个 方面 。而这些 方面 所 牵涉 到的基本 因素 有：材料、挠度、强度、摩擦、润滑、磨损、形状、重量、风格、尺寸、体积、表面加工、温度、腐蚀、噪音、控制、可靠性、实用、安全、价格以及维修等。 确定该专机的设计方案时，不难发现其组成部分最重要的是一种能够 循环 运动的机构。最常用的有：齿轮 -齿条机构加滚动或滑动导轨；丝杠螺母机构（滑动或滚珠丝杆螺母副）；气动或液压传动装置等。由动力机构通过传动机构将动力传送至执行机构，最终完成往复运动。 3.3.1 电动机类型的选择 3.3.1.1 电动机选型的条件 电机 参数：要先了解电机的规格型号、功能特性、防护形式、额定电压、额定电流、额定功率、电源频率、绝缘等级等。 环境条件：主要指高温、 极低温 、 酸 蚀度、 振 动度、海拔、电磁污染等。 电机用途：主要指拖动机械设备要求特点。 控制方式：控制模式有手动、自动、就地控制、远程控制、单机独立运行、生产线集中控制等情况。启动方式有直接、降压、星角、频敏变阻器、变频器、软启动等。 其他方面：用户对现场生产监护管理情况，非正常性的停机生产影响的严重程度等。 3.3.1.2 同步电机与异步电机的选择 （ 1）对于不要求调速、对启动性能 无过高要求的生产机械，应当优先选择鼠笼式异步电动机。 （ 2）对于 需要时 常 开启 和 关闭的 ， 并 且 承受负载 较大 的 ，还有 需要满足 一定要求的设备 ，应 根据条件 选用线绕式异步电动机。 （ 3）对于需要几种速度，而不要求无级调速的生产机械，可选用 YD 等系列多速异步电动机。 （ 4）对于 要进行 恒转速 运转 的 设备 ，且需要 对 电网功率因素的场合 进行补偿的 ，应优先选用同步电动机。 （ 5）对于需要大范围无级调速且要求经常 开启 、 关闭 、正 逆向运 转的 设备 ，则可以考虑 选用带调速装置的直流电动机或鼠笼式异步电动机、同步电动机。 通过对以上电 机类型的认识，并且考虑到此压装装置对运行速度无变动要求，也无较大的负载要求，故本设计拟采用普通同步电动机。下图 3.3 为同步电动机。 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 19 图 3.3 同步电动机 3.3.2 传动方式的选择 方案一 带传动 带传动是一种挠性传动。其按照工作原理的不同，可分为摩擦型带传动和啮合型带传动两大类。 主要优点： （ 1）具有缓冲和吸振的能力，传动平稳、噪音小； （ 2）过载时带与带轮会在接触面间打滑，避免损坏其他零部件； （ 3）比较适合用于两轴中心较大的设备； （ 4）结构简单， 制造方便 ，安装和维护也较方便， 并且 成本低廉。 主要缺点： （ 1）不能保证准确的传动比； （ 2）需要较大的张紧力，增大了轴和轴承的受力； （ 3）整个传动装置的外围尺寸较大，不够紧凑； （ 4）皮带的寿命短，传动效率较低。 方案二 齿轮传动 机械传动中最重要的传动 就包括 齿轮传动，其形式 繁 多，应用广泛，可以做成开式、半开式及闭式结构的。 主要优点： （ 1）在常用机械传动中，以齿轮传动的效率最高； （ 2）所需的空间尺寸一般较小，结构紧凑； （ 3）工作可靠，使用寿命长； （ 4）传动比稳定，传动准确可靠， 可传动空间任意两轴间的运动和动力。 主要缺点： （ 1）制造和安装的精度要求较高，需要专门为设备制造，成本高； （ 2）不试用于距离较远的两轴间的传动。 无锡太湖学院学士学位论文 20 方案三 链传动 链传动是一种挠性传动，通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。 主要优点： （ 1） 无弹性滑动和整体打滑现象，传动比准确，传动效率较高； （ 2） 作用于轴上的径向压力较小； （ 3）整体尺寸较小，结构较为紧凑； （ 4）能在高温和潮湿的环境中工作，安装精度要求较低，成本低。 主要缺点： （ 1） 只能实现平行轴间链轮的同向传动； （ 2）运作时不能保 持恒定的瞬时传动比； （ 3）磨损后易发生跳齿； （ 4）工作时噪音较大； （ 5）不试用于载荷变化很大、高速和急速反向的设备中。 方案四 蜗杆传动 蜗杆传动是在 交叉空间内 的两轴传递运动和动力的一种传动机构，两线交 叉 的角 度 可以是任何一个数 值，常用为 90 度。 主要优点： （ 1）当 应 用单 个 头蜗杆（ 类似 于 一根 线 的 螺纹）时，蜗杆每旋转一周，蜗轮只 经 过一个齿 的 距 离旋转 ，因而能实现大的传动比。由于传动 的系数过于庞 大，零件数目少，因而结构很紧凑。 （ 2）冲击 负 荷小，传动平稳，噪声低。 （ 3）当蜗杆的 旋 旋线升角小于啮合面的量摩擦 系数 角时，蜗杆 的 传动 就会 有自锁性。 主要缺点： （ 1）蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处会产生相对滑动。工作条件 没有足够好时，会产生较大的摩擦和磨损，引起过分发热，使润滑情况恶化。 （ 2）效率较低，无法长时间使用。 （ 3）生产成本较大，若为了减少磨损，便需要青铜等昂贵材料制造，生产成本还将被进一步加大。 选择传动类型时所依据的主要指标：效率高、轮廓尺寸小，质量小，运动性能良好及符合生产条件（生产的可能性、预期的生产率及生产成本）。综合分析以上三种方案，从传动效率、传动速度等各方面考虑，本次设计采用的传动方 案为方案一。 3.3.3 液压机的选择 液压机按照其作用力的方向进行区分主要可以分为立式和卧式两种。 立式压力机：上下型结构，液压缸垂直放置。有上下横梁，立柱，压头等结构，压头垂直向下。其通过一悬臂梁形式的翻转机构，在一端轴承压入后，待压头收回，需将工件放入翻转机构使其转动 180 后，将工件拉出并压入另一端轴承，过程中工件还不能与上下汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 21 横梁碰撞。 卧式压力机：左右型结构，液压缸水平放置。有左右支架，压头，上下支柱，工作台等结构。其 翻转机构被置于工作台上，当一端轴承压入后，工作台上的转台可以直接旋转将另一端转至工作区域，并立即将另一端轴承压入。 通过综合分析，并考虑到汽车 4S 店工作人员的工作环境、工作效率及立式结构的翻转机构的缺陷克服较困难，所以本设计采用卧式压力机。 3.3.4 液压缸的设计与选择 液压缸可以分为柱塞式液压缸和活塞式液压缸两大类。 柱塞式液压缸结构简单，制造容易，但只能作单方向运动，回程运动需要借助回程缸，其在水压机中应用较多，被广泛用于工作缸、回程缸、平衡缸和工作台移动缸等。 活塞式液压缸内表面需要全部加工，精 度要求高，结构复杂，但其可以作两个方向的运动。 本设计采用活塞式液压缸。可以通过查阅相关参数之后，直接购买。 3.3.5 压板的设计 压板在卧式压力机中相当于其活动横梁。压板与液压缸缸杆相连，由于在液压缸的缸杆上布满了螺纹，故采用螺纹联接，压板中间打成螺纹通孔，再通过一凸台和缸杆配合。压板在支柱之间左右移动，所以在压板支柱孔处向两侧都延伸凸台，以达到导向的作用。 3.3.6 压头的设计 压头可以左右移动，并且通过移动提供在水平方向上的定心。压头的另一端需要设计成阶梯轴的形式，不同的阶梯上分别套上了 外径与轴承外径相等的磁体，并且为过盈配合，这样一来轴承外圈吸在磁铁上时可以使轴承外圈轴线和压头的轴线重合，一方面可以防止轴线不重合而引起的轴承外圈被压碎的情况，同时还可以满足多种不同类型变速器轴承的压装。图 3.4 为压头模拟图。 无锡太湖学院学士学位论文 22 图 3.4 压头图 3.3.7 离合器的选择 离合器功用主要防止传动系数的超载。当紧急制动时，若没有离合器，则电动机将由于和连接传动系刚性而转速急转下降，因此其中传动件会产生很大的惯性力矩，对传动系造成超过其承载能力的载荷，而是其部件损毁。伴随离合器，就能应用离合器的 主动运行部分和从动运行部分之间可能产生的相对运动以消除这一危险，功用为变更速度、转向和保护。 离合器按操作方式可分为自动和操作离合器两大类。其中操作离合器又可分为气动、机械、液压、电磁离合器四种；自动离合器可分为超越、安全、离心离合器。 选择离合器时应考虑的因素：载荷的大小和性质、工作温度、转速，并要求接合平稳、分离迅速又彻底、外廓尺寸小、操作方便、维修便利、使用寿命长等。 本次设计选用的离合器通过打滑对装置起到保护作用。牙嵌式安全离合器利用其零件上的牙或齿的工作，传递运动和转矩。其结构简单、承载能力强、能 使主从动轴的转速同步，但与此同时，其在接合时会产生刚性冲击，适合用于停机或减速时接合；摩擦式安全离合器式利用摩擦副间的摩擦力来传递转矩的离合器，虽然接合平稳，即使在高速的情况下，但其传递的转矩较小，过载时发生打滑，起到过载保护作用，缺点时在离合主从动轴时不能同步回转，磨损大，且外形尺寸大，适用于在低速情况下的接合且主传动轴同步要求较低的场合。 牙嵌式离合器的牙型有矩形、锯齿形、三角形好梯形等。矩形牙嵌的进入与脱离难，牙损后无法自动补偿；梯形、锯齿形牙嵌嵌合和分离较容易，牙损后能自动补偿，且冲击小，应用较广泛 ；三角形牙嵌易接合分离，但强度低，适合于轻载。 通过以上的分析和比较，本设计装置中采用的安全离合器为牙嵌式安全离合器，且为梯形牙嵌。图 3.5 为牙嵌式离合器。 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 23 图 3.5 牙嵌离合器 3.4 总体方案的拟定 根据三年多所学的专业知识及通过参阅机械设计手册、夹具设计手册及相关图册资料，综合考虑专用压装装置的制造成本及运行周期，本人拟采用的总体方案是： 通过电动机带动皮带轮将动力传递 至丝杠支承，使丝杠转动，从而带动装有螺母的压头移动，将轴套压入至指定位置，同时保证轴套与钻孔之间的相对位置，并通过安全离合器的作用 ，断开电机完成压装。 其次，本产品需要满足使用方便和操作人员的劳动强度低的要求且还要考虑到该设备是否适应操作者，就必须考虑到工作者的操作特征，其中包括：工作场所，色彩和光线，通风条件，手柄、开关及踏脚的位置和尺寸，操作人员的体力，操作人员的心理和习惯等。设备的外漆颜色可以按照汽车 4S 店色彩主调进行喷塑，设备的手柄、开关及脚踏的位置和尺寸可以具体通过与操作人员的商量之后具体安排。 3.5 方案可行性分析及改进 设计的专用压机初步成型后，还需要对其进行 安全性 检测， 包括由小到大的五个 准则 ：结构构件的安全性；功能的 安全性；运行的安全性；工作的安全性和环境的安全性。 分析所设计的专用压机结构是否 简单，一般是指零件数少 ， 形状简单，磨损件少，相对运动副少，使用、维护、保养 起来比较 方便等。结构的形状和尺寸关系 是否明确 ，作用关系可以 用来 预测和计算，功能明确，也 就是 能量、信息和物料的转换与流动走向明确。一个明确的结构应避免附加变形、附加载荷和 有 可能的剧烈磨损 的发生 ，尽可能 防止由于载荷和温度 影响所产生 的变形。 对初步设计 出的汽车变速器轴承专用压机 进行技术 -经济分析，一般原则是：选那些结构复杂的、尺寸大的 、 重量大的、性能差 的 、材料贵 的 、 技术水平低的，以及成品率低的 、批量大的 、 材料消耗高的、工艺复杂的零件进行分析，并据此修改设计， 从而使 初步设计总图 中的 技术 经济指标 达到最 高。 该设计方案经慎重考虑，多次试验，多次论证，应该是切实可行的。该专用压机可解决人工装配时劳动强度大、效率低、定位精度低等问题 。 设备的生产成本和盈利等问题，可以与管理人员和销售人员协商后定夺， 根据使用单位的需求可自行考虑 更换设备部分零部件 ，以达到成本和收益的平衡。 改进： 本设计也可以采用滚珠丝杆螺母副加滚动导轨的形式进行改动，其显著优点有磨损小，寿命长，传动效率高，但 同时，制造成本也会大幅度提高。 无锡太湖学院学士学位论文 24 4 系统原理及设计计算 4.1 系统原理及硬件框图 轴承压装装置利用电机 -减速机带动丝杠螺母的传动方式，通过丝杠螺母结构将旋转运动转化为直线压入运动的原理 ,将两轴套均匀压入 轴的 两端，且需保证两轴 承 套间的相对位置。系统硬件框图如图 4.1。 图 4.1 系统硬件框图 4.2 工作原理 首先，为了实现定位的两个集合之间的相对位置。具有可调节的高度，以确保压入管和套筒定位之前的同心度，通过旋转板通过一个滚子（轴承）的中间部分的管夹的 V 形块，以避免端部的 管由于压力损失给力，导致中间拱稳定性。调整安全离合器限制的最大压制力，从而起到保护电机的作用。图 4.2 为系统工作原理图。 图 4.2 系统工作原理图 4.3 设计计算 4.3.1 压入力计算 （ 1） 最大过盈 根据装配图上的技术要求，管子与轴套的过盈配合要求是 7/8 rH 动力机构 传动机构 执行机构 打开电机 开关 减速机 皮带轮 丝杠支承 转动 压头移动 轴套压至指定位置 安全离合 器打滑 停止电机 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 25 所以最大过盈 mY 59max （ 2）所需轴向压入力 P 作用 根据装配图上技术要求，轴套两端的最大压入长度 l 为 mm100 ； 1dPfp （ 4.1） 其中 f 取 0.08 式中： 1d :包容面直径， 2mm ； f :摩擦系数。 （ 3）配 合面压强 P 计算 配合件材料不同： 242211 /10) /()/(m a x / m a x cmkgEcEcdP （ 4.2） 被包容件 Q235 （普通碳素结构钢） 包容件 HT200 （灰铸铁） 121211 )/(1/)/(1 uddddc （ 4.3） 222222 )/(1/)/(1 uddddc （ 4.4） 式中： d : 配合面公称直径， mm ； 1d :被包容件内孔直径， mm ； 2d :包容件外径， mm 。 cmmmd 440 ； cmmmd 2.3321 ； cmmmd 55002 。 式中： 1 :被包容件的波松比，见表 4-1； 2 :包容件的波松比 ，见表 4-1。 28.024.01 ， 取 25.01 u ； 27.023.02 ， 取 25.02 。 式中： l :配合长度， cm ； 1E :被包容件的弹性模数，见表 4-1； 2E :包容件的弹性模数，见表 4-1。 cmmml 10100250 61 10)1.20.2( E ，取 61 102E ； 62 10)60.115.1( E ，取 62 105.1 E 。 根据式（ 4.3）、（ 4.4），求得 无锡太湖学院学士学位论文 26 3.425.0)40/32(1/)40/32(1 221 c 8.425.0)50/40(1/)50/40(1 222 c 根据式（ 4.2），求得配合面压强为 2466/76.210)105.1/(8.4)102/(3.44/59m a xcmkgP 根据式（ 4.1），求 得轴向压入力为 kgdPfp27731004008.076.21 取 2/3000 cmkgP 。 表 4-1 几种常见材料的 E 和 的约值 材料名称 )/(GpaE 碳钢 196216 0.240.28 合金钢 186206 0.250.30 灰铸铁 78.5157 0.230.27 铜及其合金 72.6128 0.310.42 铝合金 70 0.33 4.3.2 螺杆计算 （ 1）螺杆中径 (机械设计手册第二卷 表 15 2-3) 螺杆中径 2/12 )(/ pfd （ 4.5） 梯形齿 8.0 ； 整体式螺母 5.1 。 许用压强 P ，见机械设计手册第二卷表 15 2-9 ； 螺杆的材料为 45 钢，螺母的材料为青铜； 查设计手册得 MpaP 20 。 由上面计算得到最大的轴向载荷 NPgF 30000 根据式（ 4.5），求得螺杆中径为 mmpFd3.25)205.1/(3 0 0 0 08.0)(/2/12/12 根据机械设计手册查标准取中径为标准值 得中径 mmd 272 ， 90330 Tr 。 （ 2）驱动转矩 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 27 驱动转矩 )ta n (2/21 dFT （ 4.6） 轴向载荷 NF 3000 ； 螺杆中径 mmd 272 ； 螺纹升角 )/(1a rc ta n 2 d （ 4.7） 当量摩擦角 2/c o s/a r c ta n s （ 4.8） 式中： l :导程 ， 3l mm ； :当量摩擦角； s :螺旋副摩擦系数。 根据机械设计手册第二卷表 15 2-8 螺旋副摩擦系数 10.008.0s ，取 08.0s ； 通常使螺纹升角 304 ， 标准值为 30 ； 螺纹升角 227/3a rct a n ； 当量摩擦角 6.415c o s/08.0a r c t a n 。 根据式（ 4.6），求得驱动转矩为 12( / 2 ) t a n ( )( 3 0 0 0 0 2 7 / 2 t a n 6 . 6 ) / 1 0 0 03 0 1 3 . 5 t a n 6 . 64 7 /T F dNm 根据管套结合件图， 拟压入需停留 10S 可知压入行程为 mm100 ，空行程取为 mm20 ，由于丝杆的螺距为 mm3 ，则丝杆在 10S 内要转 403/120 转。则螺杆转速为 240640 （转/ 分）。 4.3.3 电动机的功率计算 电机功率 ： kwTnPw2.11055.9/)24047(55.9/5 式中： Tn :转矩 驱 动转矩 转速 根据计算的电动机功率 kwP 2.1 ，以及离合器完全脱开时的扭矩 mNTc 1001 ，所以选择 kwP 3 的电动机，型号为 14B5.6-D100LBH.4G 表见德森江浪 CR3 系列二成速电机P14. 4.3.4 离合器的设计计算 选择梯形牙嵌式安全离合器，牙的工作面为平面，牙形角为 4530 ，半离合器上牙的工作面需具有较高的硬度，以提高耐磨性和承受冲击载荷的能力，常用 20Cr 经渗碳淬火 56-62HRC，或 40Cr 淬火至 56-57HRC，牙嵌式安全离合器，其压紧装置由若干个小型无锡太湖学院学士学位论文 28 压紧弹簧构成，能够传递较大的极限转矩，通过键与轴联接。 （ 2）弹簧压力计算： /) t a n (/2 dDDTcF （ 4.9） 式中： Tc :离合器的计算转矩， mmN ；取 TTc )4.135.1( ； D :工作面的计算直径。 计算压力时，取过载扭矩 mNTc 621； 完全脱开时，取过载扭矩 mNTc 1002。 式中： :般为 45 ， 为 54 ，取 5 ； :键与花键连接的摩擦系数取 15.0 ； d :周直径 或滑动半离合器孔径 mmD 100 ， mmd 25 。 根据式（ 4.9），过载时的弹簧压力为 ： NdDDTcF29615.025/100)545 t a n (100/)10622(/) t a n (/2511 根据式（ 4.9），完全脱开时弹簧压力为 ： NdDDTcF47815.025/100)545 t a n (100/)101002(/) t a n (/2522 则每根弹簧压力为： 初压力 NF 496/2961 ； 终压力 NF 806/4782 。 取弹簧的初压力 FF )90.085.0(0 （取 FF 9.00 ） 则求得： NF 44499.00 （ 3）弹簧设计（机械设计手册第二卷） 按结构尺寸，选确定弹簧中径 mmD 12 ，钢丝直径 mmd 6.1 。 安装高度 mmH 361 ； 安装载荷 NP 441 。 从安装高度压缩 mm8 后，压缩载荷 NP 802 1) 材料：碳素钢弹簧钢丝 （ C 级） 2) 许用切应力：查机械设计手册第二卷表 7.1-5 得 Mpab 1810 ， M pab 5.63335.0 。 3) 直径 d ：初定旋转比： 5.76.1/12/ dDC 汽车变速箱轴承的专用压装装置设计 29 查机械设计手册第二卷图 7.1-4 P 107 得 2.1K 直径为 ： mmK CPd24.15.633/)45.72.1(6.1)/(6.12/142/1 取 mmd 6.1 与实际相近。 4) 弹簧刚度 P 要求： mmNffppP/5.48/)4480()/()( 1212 5) 弹簧有效圈数 n 8/ 54 PdGdn 式中： G :切边模量 ，见机械设计手册第二卷表 7.1-4 ； paG 51079 8)5.4128/()6.11079( 545 n 6) 总圈数 1021 nnn ； 7) 弹簧 钢： mmNnDFdP /7.4)8128/()6.11079(8/ 54554 基本相符； 8) 弹簧安装变形量： mmPPF 97.4/44/11 ； 9) 自由高度： mmFHH 45936110 ； 10) 变形量 1F ， 2F ： mmH 361 ， mmF 91 ， mmFF 17812 ； 11) 负荷 1P ， 2P ：安装负荷 NFPP 3.4297.4 11 ； 完全脱开时 NP 9.79177.42 ，接近题意； 12) 压并高度bH， mmdnHb 166.1101 ； 13) 节距 t : 4.58/)6.15.145(/)5.1(0 ndHt； 14) 压并变形量bF， mmHHFbb 2916450 。 4.4 皮带轮的选择 根据传递功率 kwP 3 ，转速 250 转 /分 根据 机械设计手册卷（二） P14-18 表，则皮带轮 mmD 1601 ，则选用 SPB 型窄V 带 ,单根传递的功率为 kw5.1 ,我们计算得到的功率为 kw3 ，所以选两根皮带。 V 带轮轮廓尺寸 (基准宽度制 ):基准宽度 mmBd 14 ，基准线上槽深 mmha 4 ，基准线下槽深 mmhb 12 ,无锡太湖学院学士学位论文 30 槽间距 mme 19 ，第一槽对成面至端面 的最小距离 mmf 12 ,槽间距离及极限偏差为mm8.0 ，带轮宽 mmfeZB 43)2(2)1( 轮毂数，外径 mmhdd ada 1682 ，轮槽角 34 ，其极限偏差为 5.0 。 4.5 轴承的选择 本节轴承选择依据机械设计手册 第三卷第六章内容，具体选择步骤如下： 根据最大受力为 3000 千克，所以选择单向推力球轴承： 根据表 20.6-22, 基本尺寸 30d ，基本载荷 28aC，得轴承代号为 51206， 30d ， 52D ， 16T ， 43ad ， 39aD ， 6.0ar 根据表 20.6-22, 基本尺寸 25d ，基本载荷 2.15aC，得轴承代号为 51105， 25d ， 42D ， 11T ， 35ad ， 32aD ， 6.0ar 4.6 螺栓强度计算 根据装配图可得支座 (二 )的受翻转力矩螺栓所受的轴向力为 DF