滚动轴承压装机设计方案说明书.docx

1、目录摘 要 -1Abstract-2第 1 章 绪论 -31.1概述 -31.2 WY 滚动轴承压装机简介 -3第 2 章 设计内容及任务要求-52 1 设计内容及要求 -52 2 液压系统的设计流程 -6第 3 章 液压系统的设计计算-73.1轴承压装机液压缸的设计及计算-73.1.1分析工况及设计要求，绘制液压系统草图-73.1.2计 算 液 压 缸 的 外 负 载 -93.1.2.1压装缸 -93.1.2.2夹紧缸 -93.1.2.3顶起定位缸 -93.1.2.4确定系统的工作压力 -93.2确定液压缸的几何参数 -93.2.1压装缸尺寸计算 -93.2.1.1液压缸工作压力的确定 -9

2、3.2.1.2液压缸内径D 和活塞杆直径d的确定 -93.2.1.3液压缸壁厚和外径的计算-103.2.1.4液压缸工作行程的确定 -113.2.1.5缸盖厚度的确定-113.2.1.6最小导向长度的确定 -131/363.2.1.7缸体长度的确定 -143.2.1.8活塞杆稳定性的验算 -143.2.2定位缸及其主要尺寸的确定 -143.2.2.1液压缸工作压力的确定 -143.2.2.2液压缸内径 D 和活塞杆直径d 的确定-153.2.2.3液压缸壁厚和外径的计算和选取 -163.2.2.4液压缸工作行程的确定 -173.2.2.5缸盖厚度的确定 -173.2.2.6最小导向长度的确定

3、-173.2.2.7缸体长度的确定 -173.2.2.8计算液压缸主要零件的强度和刚度-173.2.3夹紧缸及其主要尺寸的确定 -183.2.3.1液压缸工作压力的确定 -183.2.3.2液压缸内径 D 和活塞杆直径d 的确定-183.2.3.3液压缸壁厚和外径的计算和选取 -193.2.3.4液压缸工作行程的确定 -203.2.3.5缸盖厚度的确定 -203.2.3.6最小导向长度的确定 -213.2.3.7缸体长度的确定 -213.2.3.8计算液压缸主要零件的强度和刚度-213.3 液压缸的结构设计 -233.3.1压装液压缸的结构设计 -233.3.1.1缸体与缸盖的连接形式 -23

4、3.3.1.2活塞杆与活塞的连接结构 -233.3.1.3活塞杆导向部分的结构 -233.3.1.4活塞及活塞杆处密封圈的选用-243.3.1.5液压缸的缓冲装置 -243.3.1.6液压缸的排气装置 -242/363.3.2夹紧液压缸和定位液压缸的结构设计-243.4液压系统元件的分析和选择-243.4.1确定供油方式 -253.4.2调速方式的选择-253.4.3速度换接方式的选择-253.4.4夹紧回路的选择-263.4.5定位回路的选择-263.4.6传感器和调理器的选择-263.5液压站的结构-263.5.1压装机液压站元件的组成-263.5.2液压油的选择 -273.6液压缸的调整

5、-283.6.1压装液压缸的调整-283.6.2顶起定位液压缸的调整-283.7压装机及其环境的布置-28第 4 章 设计总结 -29参考文献 -30致谢 - -313/36【摘要】滚动轴承压装机机械的设计。设计主要是针对WY型轴承压装机的机械部分进行设计，设计时，从实际情况出发，发挥液压传动的优点，力求在达到设计要求的情况下设计出结构简单、成本低、操作简单、维修方便的液压传动系统。这次设计让我获益良多，首先是四年学习的系统复习，并在其基础上进一步理论联系实际，通过实践深化理论知识。其次就是学会查参考资料筛选有用信息和利用网络获得更多知识，培养自己的分析、解决实际问题的能力。最后是锻炼了合作能

6、力，学会了坚持与妥协，培养了团队精神。关键词 ：滚动轴承；压装；机械；液压4/36AbstractRollingbearingsunderthedesignofpackagingmachinery.Thedesignisprimarilyforbearingpressurewytypeofpackagingmachine ofdesign,thedesignfromthe realitiesofthehydraulictransmission,tryingtoreachthe case to workout simplestructureandlow cost,easy operation,m

7、aintenanceofthehydraulictransmission system.The design and engineering, the first four years ofstudy, and in its review system to further ties with the theory and inpracticethetheoriesof knowledge.nextis tofindtheinformationhelpful information and the use of network for more knowledge, trainingtheir

8、analysis,solvepracticalproblems.theexerciseoftheco-operation and to uphold and compromise, teamwork.keywords:The rolling bearing。 Push mounting。 Machinery。 Hydraulic5/36第 1 章绪论11 概述WY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

9、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

10、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。 WY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。12WY滚动轴承压装机简介WY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6/36采

11、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

12、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。7/36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WY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

13、<1）最大压装力457/KN<2）压装缸行程400/mm<3）外形尺寸5000*850*1500/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

14、资料8/36<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9/36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 1）夹紧缸：顶起定位缸：(图2>(图3>10/36液压原理图以及动作顺序表请参见付图4，图 5：<图 4）11/36<图 5）3.1.2 计算液压缸的外负载3.1.

15、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/ s3.1.2.2夹紧缸根据压装时的夹紧结构设计，初步确定夹紧力为6000/N3.1.2.3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/N3.1.2.4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3.2 1 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

16、.5/Mpa3.2.1.2液压缸内径 D和活塞杆直径 d 的确定由下图可知：12/361123p Ddddp2p3图 6D=4Rp1p 3cm其中R 为最大压装力475/KN。cm 为机械效率0.95 。 p1 为最大输出压力9.5/ M pa 。 p3 为系统背压，在这取0 计算，即无背压。则：d 1160mm, d2125mm, d 390mm查1表 2-4<GB2348-80）取 D250mm .查1表 2-3 、 2-5取 d1160mm, d2 125mm,d 3 90mm 。3.2.1.3液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚友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

17、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D /10 的圆筒称为薄壁圆筒。其计算公式为：13/36p y D2式中液压缸壁。厚 <m）。D 液压缸内径 <m）。py 实验压力，一般取最大工作压力的<1.251.5 ）/ 倍 < M pa ）。缸筒材料的许用应力。其值为: 无缝钢管：100 110Mpa .一级缸的内径计算py2 1.5 2.5Mpa 3.75Mpa， d1160mm，100 Mpapy 2 d 122.63 mm2查 2 表 4-11 及 C 表 2

18、-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py11.59.5Mpa14.25Mpa ， D250mm ，100Mpap y 1 D118 mm2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

19、 按强度要求可用下面两式进行近似14/36计算。无孔时pyt0.433 D 2有孔时t0.433D 2py式中t 缸盖有效厚度 <mm）。D 2 缸盖止口内径 <mm）。d 0 缸盖孔的直径 <m）.一级缸缸盖厚度计算后缸盖0.433 D 2( D 2d 0)py10.43325040.86 mm前缸盖14.25100t 2 t1 0.433D2py 26.7mm取 t 2 =15mm.二级缸缸盖厚度计算后缸盖15/36py1t 30.433 D 214.250.43325010040.86 mm取 t3 =45mm:前缸盖py 2t 40.433D2(D2d0)3.75 2

20、500.433 250100250 13030.25mm取 t 4 =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LD180125H22071.5 mm202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B0.6 1.0 D ；缸盖滑动支承面的长度l 1 ，根据液压缸内径 而定。当 D80mm时，取 l 1(0.61.0) D ；当 D80mm时，取 l 1(0.61.0)d 。对一级缸最小导向长度LD18012571.5mm ，H220220活塞宽度及滑动支承面的长

21、度 l1l 1 0.7d0.79063mm16/36B0.6D0.6 16096mm因 l 1B6396159mm2H143mm ，故无需设计隔套。对二级缸最小导向长度LD400250H220145 mm202活塞宽度及滑动支承面的长度l1l10.7d0.6 16096mmB0.6D0.6250150mm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20 30/倍。一级缸缸体内部长度L1t3t 45724545

22、662mmL1LB18096276mm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L1LBC40015022572mm缸体外形尺寸为L1t3t45724545662mm3.2.1.8活塞杆稳定性的验算因两级液压缸支承长度LB<10d ，故无须考虑活塞杆弯曲稳定性。液压缸支承长度L B 是指活塞杆全部外伸时，液压缸支承点与活塞杆前端连接处之间的距离： d 为活塞杆直径。17/363.2.2定位缸及其主要尺寸的确定3.2.2.1液压缸工作压力的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件的不同，通常采用的压力范围也不同。

23、设计时用类比法来确定。由于轴承压装机属于工程机械，参见手册1<液压系统设计简明手册），定位缸的压力取 2 0/Mpa。3.2.2.2液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定初步确定定位缸的结构形式为柱塞缸，如下图所示，成对布置，靠轮对的自重使其复位，而柱塞液压缸在回油路上无背压。<图 7）由公式：2D p1FF f 可得 :4其中 : D 液压缸柱塞直径p1液压缸工作压力 ,初算时可取系统工作压力。F工作循环中的最大的外负载；F f 液压缸密封处的摩擦力，它的精确值不容易求得，常用液压缸的机械效率cm 进行估算。cm 液压缸的机械效率，一般cm =0.9-0.97 。18/36而由

24、所知道的数据来看，工作外负载F=4900 KN，参见手册2<液压气动系统设计手册）可得，柱塞密封选取的是U 型密封圈，在前缸盖处安装了FA 型防尘圈，所以密封处的摩擦力约为工作负载的0.3倍。而机械效率这里选取的是0.9 ，则：D=4F=4 (49000.34900)67.14/mm210 63.14210 60.93.140.9由计算得到的数据，根据液压缸活塞杆直径系列<GB2348-80）再结合实际，圆整为 70mm。因为选取的是柱塞型液压缸，根据参考书3<袖珍液压气动设计手册）柱塞缸的柱塞与缸壁之间的距离一般为3 到 10mm，这里考虑到柱塞的直径很大，工作的时候需要的

25、力比较大，所以选取液压缸的缸内径为80 mm，即柱塞与缸壁之间距离为 5 mm。3.2.2.3液压缸壁厚和外径的计算和选取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，从材料力学可知，承受内压力的圆桶，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般可以分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径 D 与其壁厚 的比值 D/ 10 的圆筒称为薄壁圆筒，起重运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按下面的公式计算：p y D2式中： - 液压缸的壁厚 <m）；D-液压缸的内径 <m）；py - 实验压力，一般取最大工作压力的<1

26、.25 1.5 ）倍 <Mpa）；- 缸筒材料的许用压力，其值为：锻钢：=110120/Mpa；19/36铸钢：=100 110 /Mpa ；无缝钢管：=100110 /Mpa ；高强度铸铁：=60 /Mpa；灰铸铁：=25 /Mpa。在中低压液压系统中，按上式子计算出来的液压缸的壁厚往往比较小，使缸体的刚度往往很不够，因此按经验选取，在这里选取 15/mm。液压缸壁厚算出后，即可以求得缸体的外径D1 为：D 1D+2式中 D1 值应该按无缝钢管标准，选取110 /mm。3.2.2.4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，在这里，柱塞缸的工作行程

27、为140/mm。属于活塞行程参数系列<GB2349-80）的第 2 优先组。3.2.2.5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：t0.433Dp y2有孔时：pY D 2t 0.433 D 2d 0D 2式中： t-缸盖的有效厚度 <m）；D 2 - 缸盖上口内径 <m）；d0 - 缸盖孔的直径 <m）。这里按经验选取缸盖厚度为25/mm。3.2.2.6最小导向长度的确定20/36当活塞杆全部外伸时，从活塞的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。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液

28、压缸的稳定性。由于选取的是柱塞缸，导向长度相对来说要加长点，这里选取导向长度为70/mm。3.2.2.7缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应该等于活塞的行程与活塞的宽度之和，缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸的缸体长度不应当大于内径的 2030/ 倍。这里，缸体长度取 250/mm，没有超出规定的要求。3.2.2.8计算液压缸主要零件的强度和刚度由于柱塞直径 D 与其壁厚 的比值小于 10，所以这里用厚壁筒强度计算公式估计：D2代入数值，计算：0.4p1.3p1702105 0.4 2 1.5 1105 1.3 2 1.5=1.77/mm所以壁厚完全符合要求。活塞杆强度校核：当活塞

29、杆长度l10d 时，按强度条件校核活塞杆直径dd4 F 1式中： F1 - 活塞杆推力 <N）；- 活塞杆材料的许用应力 <Mpa）；代入数值，计算：21/3644900=59.4/mm105而柱塞的直径为70/mm，所以符合活塞杆的强度要求。3.2.3 夹紧缸及其主要尺寸的确定3.2.3.1液压缸工作压力的确定夹紧缸主要起到的是径向的推力，从而推动顶杆，使之夹紧轮对，这里夹紧缸的工作压力最大不超过2.5/ Mpa 。选取 2.0/Mpa 计算。3.2.3.2液压缸内径 D和活塞杆直径 d 的确定夹紧缸选取的结构形式为单活塞杆式液压缸，采取头部法兰连接。夹紧缸在回油路上没有背压，可

30、不考虑背压的影响。由公式：4D 2 p1F( D2 d 2 ) p2Ffc4式中： D液压缸柱塞直径p1液压缸工作压力 , 初算时可取系统工作压力。F 工作循环中的最大的外负载；F fc 液压缸密封处的摩擦力，它的精确值不容易求得，常用液压缸的机械效率cm 进行估算。FFF fccmcm 液压缸的机械效率，一般cm =0.9-0.97 。而由所知道的数据来看，夹紧液压缸的密封是采取使用U 型密封圈结合 O 型密封圈的形式，考虑到工作过程中的摩擦力影响，其大小应该是夹紧力的0.03/ 倍，而22/36由此可得 D：4(60000.26000)71.38 mm3.1421060.9根据液压缸内径尺

31、寸系列<GB2348-80）将所得数值圆整为80/mm。根据活塞杆直径可由d/D 值计算所得，由计算所得的D 根据工作压力和参考 液压气动系统设计手册，结合活塞杆直径系列 <GB2348-80），活塞杆直径可选取： d=45/mm。3.2.3.3液压缸壁厚和外径的计算和选取液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。由于选取的夹紧缸内径D 和壁厚 的比值小于 10，所以应该按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算：D20.4p1.3pyy1式中： - 液压缸的壁厚 <m）；D-液压缸的内径 <m）；py - 实验压力，一般取最大工作压力的<1.25 1.5 ）倍 <

32、;Mpa）；- 缸筒材料的许用压力，其值为：锻钢：=110120/Mpa；铸钢：=100 110/ Mpa ；无缝钢管：=100110/ Mpa ；高强度铸铁：=60/ Mpa；灰铸铁：=25/ Mpa。但是在中低压液压系统中，按上式子计算出来的液压缸的壁厚往往比较小，使缸体的刚度往往很不够，因此按经验选取，在这里选取10/mm。液压缸壁厚算出后，即可以求得缸体的外径D1 为：D 1D+2式中 D1 值按经验选取 100 /mm。23/363.2.3.4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，在这里，夹紧缸的工作行程为112/mm。属于活塞行程参数系列<GB2349-80）的第 2 优先组。3.2.3.5缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，无孔时，其有效厚度