毕业设计（论文）-铁路货车轮对滚动轴承固定式半自动拆卸机设计.docx

铁路货车轮对滚动轴承固定式半自动拆卸机设计Railway wagon wheel rolling bearings fixed semi-automatic to remove the machine design学生姓名学号所在学院工程学院班级机电1112所在专业机械设计制造及其自动化申请学位指导教师职称教授副指导教师职称答辩时间2015年 06 月 04 日目 录目 录摘要 IINTRODUCTIONII1绪论11.1课题来源11.2STL-2A滚动轴承拆卸机的用途11.3STL-2A滚动轴承拆卸机的结构组成及其特点11.4STL-2A滚动轴承拆卸机的工作形式12设计要求及内容22.1设计要求22.2设计内容23拆卸机液压系统设计23.1工况分析23.2拟定液压系统原理图33.2.1确定供油方式33.2.2调速方式的选择43.2.3速度换接方式的选择43.3液压系统的计算和液压元件的选择53.3.1压退缸主要尺寸计算53.3.2顶起定位缸主要尺寸计算63.3.3推进缸主要尺寸计算63.3.4卡爪缸/顶起导向缸主要尺寸计算73.3.5计算各工作阶段液压缸所需的流量73.3.6液压泵的选择83.3.7与液压泵匹配的电动机的选择93.3.8液压阀的选择93.3.9确定管道尺寸103.3.10液压油箱容积的确定104液压缸的结构设计104.1确定液压缸的结构形式104.2 滑台推进缸、卡爪缸和顶起导向缸的结构设计104.3压退缸、顶起定位缸的结构设计114.4液压缸的壁厚和外径的计算114.5缸盖厚度的确定124.6最小导向长度的确定134.7缸体长度的确定145设计总结14参考文献15摘要摘要铁路网络遍布我国广阔内陆，火车运输是陆上运输最强大高效的的运输途径。经济高速发展的今天，物流运输极为重要，铁路运输起到了举足轻重的作用。铁路火车的运行安全必须得到保障。铁路货车的滚动轴承是重要受力部件之一，承载着整辆车以及货物的重量，而且滚动轴承滚子在滑道中高速滚动受力较大，轴承极易磨损失效。机车轴承失效就意味着机车不能行走，即使勉强行进也会存在严重的安全隐患，严重阻塞运输线路，其他机车无法行进。因此滚动轴承的检查维修尤为重要，鉴于轴承与轮对是过盈配合拆卸无法单纯用人工拆卸，故有必要用到专用的轴承拆卸机。STL-2A滚动轴承拆卸机是拆卸铁路货车滚动轴承的专用机器，能拆卸多种机车轮对轴承，如RB2，RD2，RE2型轮对。因此机车的检修有关单位都需要用到这种机器。本毕业设计是参考已有的轴承拆卸机，依据机械设计手册、液压系统设计简明手册等资料，设计出的使用简单，可自动拆卸手动拆卸并存的轴承拆卸机。关键词：滚动轴承；拆卸；液压缸；机械结构IIABSTRACTABSTRACT Todays rapid development of Railway network is spread all over China, and the railway transportation is the most powerful and efficient transportation way of land transportation. The logistics transportation is very important and the railway transportation plays an important role in the development of economy. Railway trains running safety must be guaranteed. Railway freight car rolling bearing is an important one of the components, bearing the weight of the whole car and weight of the goods, and the rolling roller bearings in a slide way of high speed rolling force is large, bearing wear easily failure. The failure of the locomotive bearing means that the locomotive cant walk, even if forced to travel there will be serious security risks, serious obstruction of transport lines, other locomotives can not travel. Therefore, the inspection and maintenance of rolling bearings is particularly important, in view of the bearing and wheel is the interference fit can not be simply removed with manual demolition, it is necessary to use a special bearing demolition machine. STL-2A rolling bearing removing machine is a special machine for removing rolling bearing of railway rolling wheel, and can disassemble many kinds of rolling wheel bearing, such as RB2, RD2, RE2 wheel. So the locomotive overhaul the relevant units need to use this machine.本毕业设计是参考已有的轴承拆卸机，依据机械设计手册、液压系统设计简明手册等资料，设计出的使用简单，可自动拆卸手动拆卸并存的轴承拆卸机。This graduation design is a reference to the existing bearing demounting machine, on the basis of the mechanical design manual, the hydraulic system design concise manual data, simple design, automatic disassembly manually remove the coexistence of bearing demounting machine.KEYWORDS: rolling bearing；dismantle；hydraulic pressure jar；Mechanical structure 广东海洋大学2015届本科生毕业论文铁路货车轮对滚动轴承固定式半自动拆卸机设计专业：机械设计制造及其自动化，学号：201111411303姓名：陈清华 指导教师：孙明毕业设计说明书1 绪论1.1 课题来源对于铁路机车滚动轴承的性能极为重要，与运输的安全息息相关，对牵引电机以及轴承箱影响很大。轴承对机车是否能安全运行影响非常大.机车实际运营时，如果轴承失效会导致整个列车无法正常运营，对铁路运输造成重大阻碍，若是客运列车发生故障，造成的人身财产损失将会更大，机车轴承失效时，机车的维修是非常复杂成本也很高。尽量防止机车轴承故障的发生尤为重要。机车轴承的维护保养必须得到重视。铁路有关部门必须在货车滚动轴承进行定期维护。货车的轴承维修工序复杂，机车进厂维修，拆卸都不是容易的是，简化工序是必要的，轴承的拆卸也必须得到高效简便的方式。因此设计一台滚动轴承拆卸机是解决问题的不错方法。1.2 STL-2A滚动轴承拆卸机的用途这款货车滚动轴承拆卸机铁路车辆滚动轴承维修检查拆卸的专用机器，适用于现在的多种滚动轴承，如RB2、RD2轮对无轴箱滚动轴承的应用。因为这样，各车辆段，车辆检修厂和铁路运输单位等铁路机车保养检修相关单位都需要用到这种设备。1.3 STL-2A滚动轴承拆卸机的结构组成及其特点此拆卸机主要由底座、滑台支架、左右拆卸液压缸、支承液压缸、滑台推进液压缸、液压系统、电气控制系统等组成。拆卸方法是液压式压力机推压拆除轴承。拆卸时卡爪缸使卡爪放下卡住滚动轴承的内径，拆卸时受力基本被封闭在轮对轴承上，因此拆卸过程简便高效不影响拆卸机的支架。拆卸机全为液压式，故运行平稳噪音小，使用简便高效。1.4 STL-2A滚动轴承拆卸机的工作形式STL-2A滚动轴承拆卸机基本工作形式可分为： A) 在该轮两端同时拆卸轴承； B) 独立地拆除轴承的一端； C) 手动分步操作完成拆卸操作； D) 空车自动拆除。2 设计要求及内容2.1 设计要求总体设计参数和技术要求：序号项目数值单位1单边最大拆卸力500 KN2轮对最小外径760mm3轮对最大外径915mm4最短车轴长度2062mm5最长车轴长度2200mm6轨距1435mm7电机功率15KW8液压系统调定高压109液压系统调定低压22.2 设计内容1) 研究设计滚动轴承压装机，该设备应设计为全液压式；2) 设备工作为程序控制完成自动工作循环；3) 总装配设计；4) 液压系统原理设计；5) 主要零部件设计6) 主要零部件设计；7) 设备工作动画演示设计。3 拆卸机液压系统设计3.1 工况分析根据已知的条件下，运动部件的速度曲线。然后，计算画出负荷和负荷图负荷图.液压缸承受外负载F有三种类型，即：式中：工作负载 摩擦阻力 惯性负载运动部件重力查找相关资料得知轮对重约为12KN，根据设计要求单边拆卸力为500KN，导轨摩擦系数为0.2，根据公式代入相关数据得到个工作步骤的外负载：工作步骤外负载F（KN）工作步骤外负载F（KN）滑台推进5轮对顶起12轴承压退500卡爪放下3轮对降下123.2 拟定液压系统原理图3.2.1 确定供油方式拆卸机拆卸机车轮对滚动轴承时负载很大，速度却不大。而快进，卡爪提起、放下以及轮对顶起时负载相对较少。因为机床有设有主副工作油路部分。从油路干涉、油压稳定、节约能源和减少发热量方面分析，为了使机床的各个执行元件油路不受干扰，液压油供应系统宜采用双泵供油设计。3.2.2 调速方式的选择压退速度的控制才用调速阀控制。支撑缸在放下轮对是速度不能太快快，应平稳下降，因此应该在回路中采用回油节流调速控制速度，该回路速度刚性较高，速度与负载的大少无关。压退轴承时油路中采用进油节流调速回路，选用单向调速阀，这样不但可以提高效稳定的速度，满足压退轴承要求。而且在主缸复位的速度不受调速阀的限制，空载运行时间大为缩短，提高了工作效率。卡爪缸提起、放下，滑台推进缸以及顶起缸导向的速度则不用做过严要求，大大减小元件的使用使设计更简洁，使得系统更为简单可靠。3.2.3 速度换接方式的选择液压系统选用电磁阀的快慢速度换接回路，它的优点有：1、结构简单；2、调节行程较为方便；3、阀的安装也比较容易。把各个液压缸，液压元件用简图连接到一起形成液压系统设计图，即可得到如下的液压原理图。液压系统完成的工作循环：顶起缸定位滑台推进缸推进卡爪缸放下卡爪压退缸压退轴承/滑台推进缸缩回压退缸缸缩回卡爪提起轮对下降。3.3 液压系统的计算和液压元件的选择3.3.1 压退缸主要尺寸计算3.3.1.1 拟定工作压力P压退缸工作压力设为P，初选系统工作压力为P=Pp=10Mp 。3.3.1.2 计算压退缸内径D和压退缸活塞杆直径d 压退缸的内径计算公式：压退缸的外负载为F500KN，取压退缸的适当工作效率为，查阅参考资料书书液压系统设计简明手册按照11页表23液压缸内径D与活塞杆直径d的关系选取：0.7，查看本书第10页根据表2-2，可以适当选取：P2=0.5Mp。带入上公式得： 查看液压系统设计简明手册，参考手册第11页表2-4，可以选取D大小：D320mmd由液压杆工作受力情况定，工作压力Pp7Mp故有：d=0.7D=224mm参考手册第11页表2-4，取标准值有d=220mm，因为活塞杆在压退滚动轴承时是要穿过轴承内孔顶住轮对轴的，故液压杆外径应该要比轴承内径小（轴承内径d=130mm）才能达到压退的作用。按照参考书的表格2-4，可以按要求选取标准值d=125mm。则dD=125320=0.39,代入公式，得：按照实际计算后取标准值D=320mm .3.3.2 顶起定位缸主要尺寸计算3.3.2.1 顶起缸的工作压力P拟定顶起缸工作时工作压力大小根据负载大小即轮对的重量及机器类型来初步选定，据参考设计资料机械设计手册4342表，可选取工作压力为5MP。3.3.2.2 计算顶起定位缸内径D和活塞杆直径d根据所知道参数可知轮对总重量为外负载，即F=G=12KN，顶起定位缸的工作效率，参考设计资料液压系统设计简明手册查看11页表23根据液压缸内径D与活塞杆直径d的关系选取：0.64根据参考公式可以计算：代入数据得：m查看设计资料液压系统设计简明手册参考书上11页2-4表确定选取：顶起定位缸的内径 D=63mm 活塞外径 d=40mm3.3.3 推进缸主要尺寸计算3.3.3.1 推进缸工作压力P的拟定推进缸工作压力大小根据负载大小也就是说根据设计要求拆卸力及机器类型来初步确定，查看设计资料书机械设计手册参考书上的表格4342，可以确定推进缸工作压力为2.5MP。3.3.3.2 计算推进缸内径D和推进缸活塞杆直径d滑台推进缸的外负载即滑台导轨所受到的静摩擦力,估算导轨以上物件重量约为G=2500N,取导轨静摩擦系数f=0.2，则F=fG通过计算代入数据可计算得到F=5kN，选择推进缸的工作效率时按照相关数据可得，参考设计资料书液压系统设计简明手册参照书上11页的列表23可以得到滑台推进缸的d与D之间的关系：0.64按照相关计算公式的：代入相关已知数据计算得：滑台推进缸的m查阅设计资料书液压系统设计简明手册根据11页2-4表可知道：滑台推进缸的D=50mm 滑台推进缸的d=32mm 3.3.4 卡爪缸主要尺寸计算因为卡爪缸的受力很小要求不高，从生产制造使得成本以及维护维修时候的复杂程度考虑，内径的选取可以跟推进缸选择一样的尺寸，卡爪钢的内径可以选为：D=50mm ，d可选取稍小一点数值 d=28mm。减少不必要的液压器件使用，使这几个缸的大部分元件更统一通用化。各液压缸内径D和活塞杆内径d数据计算结果见下表：各液压缸内径、活塞杆尺寸 (mm)名称轴承压退缸顶起定位缸滑台推进缸卡爪缸液压缸内径D320635050活塞杆直径d1254032283.3.5 计算各工作阶段液压缸所需的流量单顶起定位： 双顶起定位：单滑台推进： 双滑台推进：压退轴承：双压退轴承时：主缸缩回时 ：双边缩回时 ：工作步骤顶起定位滑台推进压退轴承主缸缩回单边流量4.05L/min1.96 L/min38.58 L/min68.12 L/min双边流量8.1 L/min3.92 L/min77.16 L/min136.24 L/min3.3.6 液压泵的选择3.3.6.1 工作压力P的确定工作过程中进油路会有压力损失，所以泵的工作压力为：式中 液压泵的最大工作压力； 执行元件最大工作压力；有设计要求可知本系统调定高压为。进油管路中的压力损失。初算时系统的进油路压力损失可取0.51.5MPa，本系统取0.5MPa。是系统的静态压力，静态压力是不能满足拆卸机的实际需求工作情况。工作时需要压力储备量，满足液压缸的可使用时间，选取液压泵的时候必须使得额定压力满足。由于本拆卸机的液压系统是中低压系统，所以最适当就是取最小值1.25倍。则3.3.6.2 液压泵的流量计算根据相关计算公式：上面所计算的公式中 液压泵的最大流量； 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流流量23L/min；系统泄漏系数，一般=1.11.3，现取1.2，则根据上面所知道的和，参考设计资料书机械基础产品选用手册，从泵的相关系列中型号中选取最合适的叶片泵YB1C/E-171/48型双联叶片泵，液压泵工作的时候他的工作压力值达到10Mp时，低压大流量泵流量为157.3L/min,高压小流量泵流量为44.1L/min。3.3.7 电动机型号的确定选择根据设计要求电机的功率已经确定其功率P=15KW，查看设计资料书机械零件手册参考274页，根据列表171，按照相关数据确定可以选取三相异步电机：型号为Y160L4B3 ，电机的额定转速为1500r/min 。3.3.8 液压阀的选择液压阀的确定主要是根据两方面考虑选取即工作压力和通过的流量。本滚动轴承拆卸机的液压系统设计的工作压力约为10Mp，中、高压液压阀是最合适的选择。下表就是所选择的液压阀：液压元件明细表序号液压元件名称规格流量（L/min）1滤油器WU-160X180F1602电磁溢流阀YDF3-E20B1203单向阀AF3-Ea20B1004双联叶片泵YB1C/E-171/48171/485电磁换向阀34DF3O-E16B806电磁换向阀22DF3-E16B807电磁换向阀34DF3Y-E16B808电磁换向阀24DF3B-E16B809压力表F3-E1B3.3.9 确定管道尺寸油管选用时其内径大小可参照选用的液压元件接口尺寸大小确定，也可已根据设计中液压管路的公称压力来做出选择。根据各个液压元件接口尺寸和综合诸因素现取油管的公称通径：，。3.3.10 液压油箱容积的确定此拆卸机的液压系统设计为中压液压系统，油箱的选取可以参考液压泵的流量选择，一般按照液压泵的流量的57倍确定，参照设计资料书液压系统简明设计手册参考56页，按照书上表4-1，可以合理选定油箱确定，其型号BEX-630，此款油箱的有效容积为900L。4 液压缸的结构设计4.1 确定液压缸的结构形式液压缸的结构形式是1液压缸类型2、液压缸的安装方式3、液压缸的密封形式4、液压缸的缓冲结构设计5、液压缸的设计排气等。4.2 滑台推进缸、卡爪缸的结构设计滑台推进缸行程较大，但是只是单作用缸，一般设计为柱塞缸，但是为了使得液压缸的种类尽量统一。两液压缸的尺寸都比较小，适宜采用活塞杆与活塞整体制造的结构的方式。本滚动轴承拆卸机设计中，滑台推进缸、卡爪缸的缸筒内径都选择为50mm外径都选择为63mm,为了制造及维修更简便，制造的材料是采用无缝钢管，以焊接的方式连接。因为滑台推进缸是单作用缸故在另一端设一个出气孔已平行气压。详细结构如图： 卡爪缸与推进缸一样，缸体与前缸盖采用焊接连接。此连接方式的优点有：（1）尺寸小，设计紧凑（2）重量较轻此连接方式的缺点是：(1)结构复杂加工工艺要求较高（2）维修检查时需要用到专用工具（3）焊接时容易损伤内部零件。 4.3 压退缸、顶起定位缸的结构设计这两个液压缸所承受的压力较大，但速度先对较慢，无需采用缓冲装置。采用铸钢为缸体材料，用螺钉紧固。详细结构如下图： 4.4 液压缸的壁厚和外径的计算确定液压缸的厚度时必须满足液压缸实际工况的强度条件要求。我们所要确定的液压缸壁厚就是液压缸筒中最薄的部位的厚度。在计算液压缸壁厚时把液压缸视为薄壁圆筒和壁厚圆筒计算。当液压缸的内径D与其壁厚的比值使得条件满足时液压缸的厚度计算可以根据薄壁圆筒计算。工程机械采用的液压缸制造一般选用材料是无缝钢管，液压缸的壁厚可按薄壁圆筒公式计算：式中液压缸壁厚（m）；D液压缸内径（m）；试验压力；缸筒设计材料的许用应力。常用材料许用应力值为：常用材料许用应力锻钢110120MPa铸钢100110MPa无缝钢管100110MPa高强度铸铁60MPa灰铸铁25MPa上公式中的试验压力与最大工作压力有关约为其数值（1.251.5）倍MPa；轴承压退缸：制造 材料选用铸钢，许用应力=100MPa外径：D=320+302=360mm顶起定位缸：选用铸钢作为制造材料，铸钢材料的许用应力=100110MPa顶起定位缸的外径：D=63+42=71mm，因为缸盖缸体的连接方式采用螺钉连接故考虑到螺钉的安装故数值要大一些，外径为D=90mm。滑台推进缸：设计时选用无缝钢管，许用应力=100MPa已知内D=50mm以及壁厚，查看设计资料书液压系统设计简明手册参考111页表6-1，外径为D=63mm，壁厚为。卡爪缸：卡爪缸与滑台推进缸设计基本相同均采用无缝钢管作为制造材料外径63mm、厚度为6mm。4.5 缸盖厚度的确定液压缸的设计通常设计成平底缸，故效厚度t按强度要求可以运用下面公式进行近似计算。当缸盖无孔时，采用公式：当缸盖有孔时，采用公式：式中 试验压力；t 缸盖有效厚度（m）； 缸盖止口内径（m）；缸盖孔的直径（m）。式中的试验压力与最大工作压力有关约为其（1.251.5）倍，本次设计选取1.25倍，即：。滑台推进缸： mm轴承压退缸：缸前盖厚度尺寸：后缸盖厚度尺寸：4.6 最小导向长度的确定液压缸活塞杆外伸到最大行程的时候，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面的中点的距离H称为最小导向长度。设计液压缸的时候如果没有满足最小导向长度，液压缸的初始挠度会增加，影响液压缸的实际工作效果，甚至无法使用。为了满足液压缸工作时的稳定性，在液压缸的设计时必须考虑是否满足最小导向长度。再设计液压缸时，最小导向长度H应必须符合以下公式：式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。活塞的宽度B跟活塞的内径D有关，设计中一般取B（0.61.0）D；缸盖滑动支承面的长度同样与液压缸的内径D有关；当条件D80mm满足时，取（0.61.0）d。 滑台推进缸： 轴承压退缸：4.7 缸体长度的确定液压缸缸体内部长度尺寸大小由活塞的行程与活塞的宽度尺寸大小确定。计算液压缸缸体外形长度还要考虑液压缸前后端盖的厚度尺寸大小。液压缸的缸体长度不能过长，一般是内径的2030倍。根据此原则可以大概计算个液压缸的最小长度：支承定位缸缸体长度尺寸：185+40225mm滑台推进缸体长度尺寸：296+30326mm轴承压退缸体长度尺寸：300+200500mm 5 设计总结时间不等人，四年的大学生活就要结束。随着毕业日子的到来，毕业设计也接近尾声。约两个月的铁路货车滚动轴承的设计就此结束。通过这次毕业设计的训练，发现自己的所学知识实在太片面了。在本次的设计中自己对自己所学专业有了更切实的了解，书上的知识得到了首次最大化的实际运用，同时也暴露了自己对专业所学知识不扎实。在滚动轴承半自动拆卸机设计过程中，我在知识结构知识运用等方都有了较大的提高。刚接触这个毕业设计课题是自己脑子里一片空白，这设计是什么机器，有什么用，怎么运作等等都一窍不通。还好可以通过实习实地观察这类机器的实际运作。这个设计主要参考了南宁铁路局车辆段湛江检修车间里的STL-2A铁路货车轮对滚动轴承固定式半自动拆卸机，初次接触这种机器设备是在我眼中就是一堆金属，其工作原理方式模糊不清，在技术人员的讲解以及自己查找资料才更深入了解此机