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机械毕业设计论文
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机械毕业设计826火车轴承拆装机设计说明书,机械毕业设计论文
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I 摘 要 铁路货车滚动轴承一方面要承受整个车厢的重量，另一方面轴承的内圈又随车轴一起作高速旋转，是非常容易磨损的部件，也是关系到铁路运输安全的关键部件。机车运行时，一旦滚动轴承发生故障，将导致整列车不能运行，严重堵塞运输路线，同时对机车的抢修也是十分困难的。因此预防滚动轴承故障的发生，对于机车的安全运输就显得十分重要。铁路部门严格规定，各车辆段必须对滚动轴承进行定期检测，对于需要分解的滚动轴承，把它从车轴上拆下来，此时需要用到本设计中所研究的 STL-2A 铁路货车滚动轴承固定式半自动拆卸机。 STL-2A 滚动轴承拆卸机是用于拆卸铁路车辆滚动轴承的专用设备，能拆卸目前所用的多种型号滚动轴承，如 RB2， RD2， RE2 型轮对的无轴箱滚动轴承。因此广泛应用于各车辆段，车辆检修厂及铁路运输单位。该机主要由床身、左右拆卸装置、支承缸、推进缸、轴承滚道、液压系统、电气控制系统等组成。 此次设计是根据已有的科技文件材料、机械设计手册、液压系统设计简明手册等资料以及到现场参观实习，设计出定位准确，结构简单，占地面积小，成本低，自动化程度和效率高，操作和维修方便的拆卸机。本次设计主要是对该机的液压系统和机械结构部分进行设计。 关键词 ：滚动轴承；拆卸；液压缸； 机械结构 nts II Abstract On one hand railway freight train rolling bearings support the weight of a whole carriage, on the other hand bearing inner race in high speed rotation along with the axle. It is the non-wearable parts in application, but it is also the key components in Railway Transportation Safety .once the rolling bearings are broken, the whole train cannot move in time. Transportation route is severe ball-up. In the mean time, it is very difficult to repair the train again. as a result, it is very important to prevent the fault of rolling bearings. The regulation on railway department said that rolling-stock Section must overhaul the rolling bearings regularly, aim at some rolling bearings need to be disassembled, The STL-2A type fixed semi-automatic dismantling machine for rolling bearings is considered. The STL-2A-type dismantling machine for rolling bearings is a specialized machine which is use for dismantling the rolling bearings of freight trains, It can dismantle all kinds of rolling bearings at the time being. Such as the rolling bearings of non-cased axles of the wheels of RB2, RD2, RE2. As a result, It is widely used in train manufacturers, train divisions, train overhaul factories and so on. The machine is made up of a bed, a left and right dismantling device, a supporting jar, a advancing jar, a bearing roll dish, a hydraulic pressure system and a electric control system, etc. This paper is to design a dismantling machine which meets the requirement of accurate in localization, simple in structure, small in volume, low in price, high in automatic level and efficiency, easy in operation and maintenance base on the materials and investigation. This paper mainly designs the hydraulic system and mechanical structure of the machine. Key words: rolling bearing； dismantle； hydraulic pressure jar； mechanical structure nts III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 设计课题的来源 . 1 1.2 拆卸机的用途 . 1 1.3 拆卸机的结构组成 . 1 1.4 拆卸机的工作形式 . 1 1.5 拆卸机的工作过程 . 2 1.6 拆卸机的特点 . 2 2 设计要求及内容 . 3 2.1 设计要求 . 3 2.2 设计内容 . 3 3 液压系统的计算及液压元件的选择 . 4 . 工况分析 . 4 3.2 拟订液压系统原理图 . 4 3.2.1 确定供油方式 . 4 3.2.2 调速方式的选择 . 4 3.2.3 速度换接方式的选择 . 4 3.2.4 支承定位回路的选择 . 5 3.3 液压缸的主要尺寸计算 . 6 3.3.1 拆卸缸主要尺寸的计算 ： . 6 3.3.1.1 工作压力的确定 . 6 3.3.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 . 6 3.3.1.3 液压缸壁厚和外径的计算 . 6 3.3.1.4 液压缸工作行程的确定 . 7 3.3.1.5 缸盖厚度的确定 . 7 3.3.1.6 最小导向长度的确定 . 8 3.3.1.7 活塞杆稳定性的验算 . 8 3.3.1.8 缸体长度的确定 . 8 3.3.2 推进缸主要尺寸的计算 . 9 3.3.2.1 确定推进缸所受的最大负载力 . 9 nts IV 3.3.2.2 确定推进缸的工作压力 . 9 3.3.2.3 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 . 9 3.3.2.4 液压缸壁厚和外径的计算 . 10 3.3.2.5 液压缸工作行程的确定 . 10 3.3.2.6 缸盖厚度的确定 . 10 3.3.2.7 最小导向长度的确定 . 11 3.3.2.8 活塞杆稳定性的验算 . 11 3.3.2.9 缸体长度的确定 . 11 3.3.3 支承缸主要尺寸的计算 . 12 3.3.3.1 工作压力的确定 . 12 3.3.3.2 液压内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 . 12 3.3.3.3 液压缸壁厚和外径的计算 . 12 3.3.3.4 液压缸工作行程的确定 . 12 3.3.3.5 缸盖厚度的确定 . 12 3.3.3.6 最小导向长度的确定 . 13 3.3.3.7 活塞杆稳定性的验算 . 14 3.3.3.8 缸体长度的确定 . 14 3.4 液压缸的结构设计 . 14 3.4.1 拆卸缸的结构设计 . 14 3.4.1.1 缸体与缸盖的连接形式 . 14 3.4.1.2 活塞杆与活塞的连接结构 . 15 3.4.1.3 活塞杆导向部分的结构 . 15 3.4.1.4 密封圈的选用 . 15 3.4.1.5 液压缸的缓冲装置 . 15 3.4.1.6 液压缸的排气装置 . 15 3.4.2 推进缸的结构设计 . 15 3.4.2.1 缸体与缸盖的连接形式 . 15 3.4.2.2 活塞杆与活塞的连接结构 . 16 3.4.2.3 活塞杆导向部分的结构 . 16 3.4.2.4 密封圈的选用 . 16 3.4.2.5 液压缸的缓冲装置 . 16 3.4.3 支撑缸的结构设计 . 17 nts V 3.4.3.1 缸体与缸盖的连接形式 . 17 3.4.3.2 活塞杆与活塞的连接结构 . 17 3.4.3.3 活塞杆导向部分的结构 . 17 3.4.3.4 密封圈的选用 . 17 3.4.3.5 液压缸的缓冲装置 . 18 3.4.3.6 液压缸的排气装置 . 18 3.5 液压泵和电动机的选择 . 18 3.5.1 确定泵的压力和流量 . 18 3.5.1.1 泵的工作压力的确定 . 18 3.5.1.2 计算在各工作阶段液压缸所需的最大流量 . 19 3.5.1.3 泵的流量确定 . 20 3.5.2 选择液压泵的规格 . 20 3.5.3 与液压泵匹配的电动机的选定 . 21 3.6 确定液压管道尺寸 . 22 3.7 液压介质的选取 . 24 3.8 毕业设计心得体会 . 24 4 结 论 . 26 致 谢 . 27 参考 文献 . 28 nts 1 1 绪论 1.1 设计课题的来源 铁路货车滚动轴承是关系到铁路运输安全的关键部件 ,特别是牵引电机、轴箱轴承，其功能对安全运输起着举足轻重的作用 。 机车在线上运行时，一旦轴承发生故障，将导致整列列车不能运行，堵塞运输正线，特别是客运列车发生故障，造成的负面影响就更大，同时一旦机车轴承发生故障，对机车的抢修也是十分困难的，预防和减少机车轴承故障的发生，对于机车的安全运输就显得十分重要 。 因此铁路部门对轴承的检修 非常重视 ,要求各 车辆段 必须 对货车滚动轴承 进行定期维修 货车无轴箱滚动轴承检修工作规定 ， 货车滚动轴承检修分为一般检修和大修两级修程 。 货车 进入车辆段进行 一般检修 时，先作 分解诊断 ， 诊断 结果为分解和不分解，对于需分解的轴承，把轴承和车轴分离，此时需要用到本设计 课题 的铁路货车滚动轴承固定式半自动拆卸机。 1.2 拆卸机的用途 STL-2A 型铁路货车滚动轴承固定式半自动拆卸机（后称拆卸机）是为铁路货车滚动轴承拆卸工作单位专门设计，主要用于拆卸 RB2， RD2， RE2 型车辆轮对的无轴箱滚动轴承。 1.3 拆卸机 的结构组成 拆卸机主要由床身、左右拆卸装置、支承缸、推进油缸、轴承滚道、液压系统、电气控制台等组成。底座和床身分别采用铸铁件和焊接件。床身导轨上安装有左右拆卸缸；支承缸、推进缸、轴承滚道均安装在适当位置。液压站和电气柜均为独立部件，可根据场地条件，便于观察和维修为原则进行布置。 1.4 拆卸机的工作形式 nts 2 由于 货车 进入车辆段进行 一般检修 时，先作 分解诊断 ， 诊断 结果为分解和不分解，并不是所有检修的轴承都要拆卸下来，因此工作形式可分为： 1 两边同时拆卸轴承。 2 任一单边单独拆卸轴承。 3 自动完成轴承 拆卸。 4 人工分工步操作完成拆卸。 1.5 拆卸机的工作过程 首先需要拆卸轴承轮对上的两端轴承前盖，将轮对推入轨道上的凹槽上，支承缸托着轮对进行粗定位，推进缸带动拆卸装置沿导轨向轮对方向移动到位（死挡块），拆卸缸活塞杆伸出，杆中顶尖轮对插入轮对车轴中心孔内（精定位），拆卸爪自动抱合，拉爪钩住被拆卸轴承后挡的后端面，拆卸缸活塞杆端面顶住车轴 的端面，当拆卸缸后腔通入高压油，因缸的活塞受阻， 油缸体带着拉爪，拉着轴承沿床身导轨向后移动，使轴承与车轴分离，拆下的轴承和后挡在活塞杆缩回，爪杆自动张开后，轴承和后挡 滚落到滚道上，支承缸下降，轮对降落到轨道上，完成轴承拆卸工作。 1.6 拆卸机的特点 1 贯通式工艺布局：提高工作效率，便于流水作业。 2 合理力学结构：采用推拔拆卸结构设计，轴承的拆卸力由拆卸缸总成承受，不传递到床身。 3 强大的拆卸力：单边 500KN，保证正常轴承均能拆下。 4 拆卸范围较宽：能拆缸目前所用的各种型号轴承，并且考虑了今后轮对发展趋 5 新颖的结构布置：拆卸部分合理布置，爪脚受力均匀，造型别具一格，轴承落后无震动、噪音小。 nts 3 2 设计要求及内容 2.1 设计要求 本设计主要是针对 拆卸机的液压和机械部分进行设计，对电气控制部分和液压站不作要求，主要设计要求如下： 1 首先要求到铁路车辆段现场实习，深入研究滚动轴承的作用和使用情况和寿命。研究火车滚动轴承拆卸的全过程，了解现用设备的使用情况。 2 对拆卸机的工作情况进行详细的分析，确定哪些运动需要液压传动来完成。 3 确定液压系统的主要工作性能。例如：执行元件的运动速度，最大行程，以及所承受的负载。 4 从实际出发，查找有关资料及参考文献，设计出结构简单，安全可靠，成本低，效率高，操作简单，维修容易的液压传动系统。 2.2 设计内容 1 拟定液压系统的原理图 2 计算液压缸的主要尺寸以及所需要的压力和流量 3 计算液压泵的工作压力，流量 4 选择液压泵和电动机的类型和规格 5 选择辅助元件的规格 6 绘制主要液压零件图以及总装配图 nts 4 3 液压系统的计算及液压元件的选择 . 工况分析 液压系统各液压缸的工作情况如下： 支承缸：快进 工进 快退 推进缸：快进 卸荷状态 快退 爪盘缸：快进 工退 拆卸缸：快进 工退 快退 推轮缸：工 进 快退 3.2 拟订液压系统原理图 3.2.1 确定供油方式 考虑到该拆卸机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，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用 双联叶片泵供油。 3.2.2 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调速阀，该液压系统中，采用调速阀安装在进油路上，以获得更低的稳定速度。 3.2.3 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，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平衡性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。 nts 5 3.2.4 支承 定位回路的选择 用三位四通电磁阀支撑定位和下降复位动作 ,为了避免工作时突然断电而松开 ,应该采用失电夹紧装置 ,考虑到支撑时 ,当进油路压力瞬时下降时 ,仍能保持支撑力 ,所以接入单向阀保压。 最后把所有选择的液压回路和元件组合起来即可得图所示的液压系统原理图。 图 3.1 液压系统原理图 图 3.2 工艺 循环顺序动作图表 ： nts 6 3.3 液压缸的主要尺寸计算 3.3.1 拆卸缸主要尺寸的计算 ： 3.3.1.1 工作压力的确定 由于单边拆缸力为 500KN，液压系统的调定高压为 10aMP，调定低压为 2aMP，工作压力初选为 8aMP。 3.3.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 因为工作时，拆卸缸的活塞杆要伸入轴承孔内，滚动轴承内孔大小为 130mm，故活塞杆直径由尺寸系数 GB 2348-80 选取 125mm。采用单活塞杆液压缸，由单边拆卸力大小为500KN，回程时，有杆腔受力。 由公式cmdDPF )(4 22 500000 cm-为液压缸的机械效率，取 0.95 D-为液压缸内径 d-为活塞杆直径 代入数据求出 D 315，查 GB 2348-80 选取液压缸内径 D=320mm 3.3.1.3 液压缸 壁厚和外径的计算 nts 7 在中低压液压系统中，计算所得的液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往放很不够，因此一般不作计算，按经验选取，壁厚 =20mm, 缸 体 的 外 径1 2 3 2 0 4 0 3 6 0DD mm。 3.3.1.4 液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程的长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，由现场测量可得拆卸缸的最大行程为 300mm，并参照有关标准选取 L=320mm。 3.3.1.5 缸盖厚度的确定 一般液压缸多 为平底缸盖，其有效度 t 按强度要求可用下面两式进行近似计算。 无孔时 20 . 4 3 3 yPtD有孔时 22 200 . 4 3 3 yPDtD Dd 式中 t 缸盖有效厚度 (m)； 2D 缸盖止口内径 (m)； 0d 缸盖孔的直径 (m)。 缸筒材料的许用 应力。其值为：铸钢： =100110aMP。选取 100aMPyP 试验压力，一般取最大工作压力的 (1.251.5)倍。 计算得： 无孔时 10015245433.0 t =41mm 按实际情况，选取 t=46mm。 有孔时 )125245(10024515245433.0t =58.7mm nts 8 由于拆卸缸前缸盖上面要安装连接座及钻进油口，所以尺寸需要大一点，根据实际情况选取 t=130mm。 3.3.1.6 最小导向长度的确定 活塞的宽度 B 一般取 B=（ 0.6 1.0） D，为了方便计算和画图，取 B=0.625D=200mm 缸盖支承面的长度1l根据液压缸内径而定，当 D80mm 时，取1l=（ 0.6 1.0） d,这 里取1l=120mm. 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离 H 称为最小导向长度。对于一般的液压缸，最小导向长度 H 就满足以下要求 20 2LDH 式中 L 液压缸的最大行程 D 液压缸的内径。 232020320 H=176mm 而实际最小长度为 1/2（ 120+200） +39=199mm,故最小导向长度满足要求 3.3.1.7 活塞杆稳定性的验算 当液压缸支承长度BL(10 15)d时，必须对所选取设计的活塞杆进行弯曲稳定性的验算。而此次进行的设计中：BL=435mm(10 15)d=1250 1875mm 所以活塞杆的弯曲稳定性达到设计要求，不需要再进行验算。 3.3.1.8 缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程式和活塞的宽度之和。缸体外形长度还 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 20 30 倍。 液压缸的总体长度值为 320+200+39+30=589mm ( 2 0 3 0 ) 3 2 0 ( 6 4 0 0 9 6 0 0 ) mm，满足要求。 nts 9 3.3.2 推进缸主要尺寸的计算 3.3.2.1 确定推进缸所受的最大负载力 导轨所受的力由拆卸 缸 和其他附件的质量来确定，拆卸缸质量为 )2()2()2( 232221 lddLdM 384.0)2125.0()232.0(76.0)236.0(109.714.3 2223 =404kg 加上其他附件，取 M=550kg 由于推进 缸只是推动拆卸缸和其上面的附件在导轨上面运动，当拆卸缸工进时推进缸处于卸荷状态，所以推进缸所克服的最大负载力为： 1F mgf 2.010550 N =1100N 1f 为拆卸缸与导轨之间的摩擦系数，这里取 1f =0.2 3.3.2.2 确定推进缸的工作压力 由于推进缸工作时克服的力比较小，而液压系统的调定低压为 2Mpa,故选取工作压力为 3Mpa。 3.3.2.3 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 由公式cmdDPF )(4 22 1100 cm-为液压缸的机械效率，取 0.95 D-为液压缸内径 d-为活塞杆直径，这里取 d=0.5D 代入数据求得 D 25.6mm 根据实际情况查表 GB2348-80,取 D=63mm,d=32mm. nts 10 3.3.2.4 液压缸壁厚和外径的计算 在 中低压液压系统中，计算所得的液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，因此一般不作计算，按经验选取，壁厚 =9mm,则缸体的外径 8118631 D mm。 3.3.2.5 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，由现场测量可得最大行程为 220mm,查表 GB2349-80，选取 L=250mm. 3.3.2.6 缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效度 t 按强度要求可用下面两式进行近似计算。 无孔时 20 . 4 3 3 yPtD有孔时 22 200 . 4 3 3 yPDtD Dd 式中 t 缸盖有效厚度 (m)； 2D 缸盖止口内径 (m)； 0d 缸盖孔的直径 (m)。 缸筒材料的许用应力。其值为：铸钢： =100110aMP。选取100aMPyP 试验压力，一般取最大工作压力的 (1.251.5)倍。 计算得： 无孔时 1 0 01546433.0 t =7.7mm 按实际情况，选取 t=38mm。 有孔时)3263(100631563433.0t nts 11 =15mm 按实际情况，选取 t=53mm。 3.3.2.7 最小导向长度的确定 活塞的宽度 B 一般取 B=（ 0.6 1.0） D，取 B=0.68D=43mm 缸盖支承面的长度1l根据液压缸内径而定，当 D 80mm 时，取1l=（ 0.6 1.0） D,这里取1l=0.8D=0.8X63=50mm. 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离 H 称为最小导向长度。对于一般的液压缸，最小导向长度 H 就满足以下要求 20 2LDH 式中 L 液压缸的最大行程 D 液压缸的内径。 26320250 H=44mm 而实际最小长度为21（ 43+50） =46.5mm,故最小导向长度满足要求 3.3.2.8 活塞杆稳定性的验算 当液压缸支承长度BL(10 15)d时，必须对所选取设计的活塞杆进行弯曲稳定性的验算。而此次进行的设计中：BL=300mm(10 15)d=320 480mm 所以活塞杆的弯曲稳定性达到设计要求，不需要再进行验算。 3.3.2.9 缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程 式和活塞的宽度之和。缸体外形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 20 30 倍。 液压缸的总体长度值为 1890126063)3020(355 mm，满足要求。 nts 12 3.3.3 支承缸主要尺寸的计算 : 3.3.3.1 工作压力的确定 支承缸的工作压力主要根据轮对重量来确定，轮对的重量大约 1t，即 10000N，两个支承缸分配，则每个支承缸支承 5000N 的力，由于负载较小，初选工作压力为 3Mpa。 3.3.3.2 液压内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 由于当支 承缸受到最大负载力时支承缸活塞无杆腔受力 由公式cmDPF 24 5000 cm-为液压缸的机械效率，取 0.95 D-为液压缸内径 代入数据求得 D 47.3mm 根据实际情况查表 GB2348-80,取 D=80mm,d=40mm. 3.3.3.3 液压缸壁厚和外径的计算 在中低压液压系统中，计算所得的液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，因此一般不作计算，按经验选取，壁 厚 =10mm,则缸体的外径 10020801 D mm。 3.3.3.4 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，由现场测量可得最大行程为 100mm,查表 GB2349-80，选取 L=100mm. 3.3.3.5 缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效度 t 按强度要求可用下
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