铁路货车轮对滚动轴承压装机设计【含CAD图纸、说明书】
毕业设计(论文)工作中期检查表目铁路货车轮对滚动轴承压装机设计学生姓名 专业 机械设计制造及其自动化学生开题情况学生调研及查阅文献情况毕业设计(论文)原计划有无调整学生是否按计划执行工作进度学生是否能独立完成工作任务学生的英文翻译情况学生每周接受指导的次数及时间毕业设计(论文)过程检查记录情况学生的工作态度在相应选项划“” 认真 一般 较差指导教师填写尚存在的问题及采取的措施:指导教师签字: 年 月 日系部意见:负责人签字:年 月 日毕业设计材 料系 、 部: 机械工程系 学生姓名:指导教师:职 称:专 业:班 级:学 号:材料清单1、毕业设计(论文)课题任务书2、指导教师评阅表3、答辩及最终成绩评定表4、毕业论文5、附录材料毕业设计(论文)课题任务书系:机械工程系 专业:机械设计制造及其自动化指导教师 学生姓名 课题名称 铁路货车轮对滚动轴承压装机设计内容及任务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。任 务 :(1)液压系统总图;(2)电磁铁动作顺序表;(3)压装机装配图;(4)设计计算说明书。液压缸负载及具体参数的计算,液压系统图的设计及说明液压元件的选择液压系统性能验算压装机的环境布置拟达到的要求或技术指标(1) 统一要求:按任务书要求完成规定的任务,撰写设计说明书(论文),一律采用计算机编辑。内容包括设计的意义与作用、设计方案选择和计算、主要零件的受力分析和强度校核、经济技术分析等。写出不少于 400 字的中文摘要;至少翻译一篇本专业外文文献(10000 个以上印刷符号),并附译文。需完成不少于 3 张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图,其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的 1 号图纸,同时至少有折合 1 号图幅以上的图纸用手工绘制,查阅到 10 篇以上与题目相关的文献,按要求格式独立撰写不少于12000 字的设计说明书。(2) 主要技术参数: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*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/根轴资料(13)时间自动生成起止日期 工作内容 备注第 25 周(2.283.27) 毕业调研及实习、搜集设计的相关资料进度安排 第 6 周(3.284.3) 设计方案的确定第 712 周(4.45.15) 液压缸负载及其具体参数的计算第 13 周(5.165.22) 液压系统的确定及相关图纸的绘制第 1415 周(5.236.5) 编写设计计算说明书, 通过指导老师验收,准备答辩第 16 周(6.66.10) 毕业答辩主要参考资料1 杨培元,朱福元.液压系统设计简明手册.北京:机械工业出版社,1999.122张利平.液压气动系统设计手册.北京:机械工业出版社,1997.6 3刘新德.袖珍液压气动手册.2 版.北京:机械工业出版社,2004.14吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.2 版.北京:高等教育出版社,19995严金申,张培生.液压传动.北京:国防工业出版社,1979.126中国石油物资公司.轴承手册.北京:石油出版社,19917张云电.薄壁缸套生产技术.北京:国防工业出版社,2001.118王成焘,倪剑勇,倪学海.滚动轴承的配合与装拆工艺.北京:机械工业出版社,1993.39叶君.实用紧固件手册.北京:机械工业出版社,2002.910成大先.机械设计手册,液压传动篇.北京:化学工业出版社,2004.111成大先.机械设计图册.北京:化学工业出版社,2004.112成大先.机械设计手册,联结与紧固篇.北京:化学工业出版社,2004.113赵应樾.常用液压缸与其修理.上海:上海交通大学出版社,1996教研室意见年 月 日系主管领导意见年 月 日 铁路货车轮对滚动轴承压装机设计系 、 部: 机械工程系 学生姓名:指导教师:专 业:班 级:完成时间:本科毕业设计 (论文)开题报告学生姓名 学 号 专 业 机械设计制造及其自动 化指导教师 职 称 教 授 所在院系 机械工程系课题来源 自拟课题 课题性质 产品设计课题名称 铁路货车轮对滚动轴承压装机设计本课题研究的意义: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。毕业设计的意义和内容 毕业设计的内容梗概: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。本毕业设计任务简介及设计的基本思路本毕业设计任务简介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文献综述总体设计同时进行。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。本毕业设计的基本思路 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1.1 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 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 N文献综述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 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3.21 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 Mpa3.2.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定由公式有 134R=cmp其中 R 为最大压装力 475 KN; 为机械效率 0.95; 为最大输出压力 9.5 cm1p; 为系统背压,在这取 0 计算,即无背压。则:paM312360,15,9dmd查1表 2-4(GB2348-80)取 .25D查1表 2-3 、2-5 取 。1 360,1,90mdm, 。1Ppq3.2.1.3 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。查公式有2ypD式中 液压缸壁厚(m); 文 献 综 述液压缸内径(m);D试验压力,一般取最大工作压力的(1.25 1.5)/倍( );yp :paM缸筒材料的许用应力。其值为:无缝钢管:10一级缸的内径计算查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 20.43yptD有孔时 2200.43()ypt d式中 缸盖有效厚度(mm);t缸盖止口内径(mm);2D缸盖孔的直径(m).0d得 =15mm.2t=45mm3=45 mm4t文 献 综 述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1802571.2LDm式中 液压缸的最大行程;L液压缸内径。D3.2.1.7 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 /倍。203:一级缸缸体内部长度 13457246Lt m二级缸缸体内部长度 101572BC缸体外形尺寸为 134572462Lt m3.2.1.8 活塞杆稳定性的验算因两级液压缸支承长度 ,故无须考虑活塞杆弯曲稳定性。BL10d3.2.2 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参见手册 1(液压系统设计简明手册) ,定位缸的压力取 20/Mpa。3.2.2.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定由公式: 可得:214pFf其中: D液压缸柱塞直径液压缸工作压力 ,初算时可取系统工作压力;1pF工作循环中的最大的外负载;液压缸密封处的摩擦力,它的精确值不容易求得,常用液压f缸的机械效率 进行估算。cm文 献 综 述液压缸的机械效率,一般 =0.9-0.97。cmcm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。3.2.2.3 液压缸壁厚和外径的计算和选取其壁厚按下面的公式计算: 2ypD式中:- 液压缸的壁厚( m) ;D-液压缸的内径(m ) ;-试验压力,一般取最大工作压力的( 1.251.5)倍(Mpa) ;yp-缸筒材料的许用压力,其值为:锻钢: =110120/Mpa; 铸钢: =100110 /Mpa;无缝钢管: =100110 /Mpa;高强度铸铁: =60 /Mpa;灰铸铁: =25 /Mpa。D+21D式中 值应该按无缝钢管标准,选取 110 /mm。1D3.2.2.4 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/mm3.2.2.7 缸体长度的确定文 献 综 述缸体长度取 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: 0.4132p代入数值,计算:=1.77/mm15.73.2.3 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 的确定由公式: 221()4fcpFpF根据液压缸内径尺寸系列(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按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算: 0.4132ypD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 为:1DD+21式中 值按经验选取 100 /mm。13.2.3.4 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 t 按强度要求可用下式计算: 20.43yptD这里按经验选取缸盖厚度为 22mm。3.2.3.6 最小导向长度的确定参考液压缸结构设计工具书,将夹紧缸的最小导向长度定为 40/mm。 3.2.3.7 缸体长度的确定缸体长度取 212/mm,没有超出规定的要求,符合条件。3.2.3.8 计算液压缸主要零件的强度和刚度这里用厚壁筒强度计算公式估计: 0.4132pD按经验选取的壁厚 10/mm 完全符合要求。经校核符合要求。3.4 液压系统元件的分析和选择3.4.1 确定供油方式本设计中,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,大中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。3.4.4 夹紧回路的选择这里采用失电夹紧方式。3.4.5 定位回路的选择这里采用失电夹紧方式。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。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。3.7 压装机及其环境的布置压装机由机体、液压站和控制台三部分组成,液压站和控制台相对主机应该就近布置,现场的钢轨与机体上的导轨应该联结平整。压装机工作时,床身承受很大的拉力和弯矩,因此基础应该捣实摸平,按照基础图的要求完成。机体就位时下部应该垫平,特别是全部地脚螺栓处要垫实。地脚螺栓为受力件,一定要埋牢固,以防止在工作中松动从而引起床身变形,影响压装检测精度。设计提纲分析工况及设计要求,绘制液压系统草图计算液压缸的外负载确定液压缸的几何参数压装缸尺寸计算定位缸及其主要尺寸的确定夹紧缸及其主要尺寸的确定液压缸的结构设计夹紧液压缸和定位液压缸的结构设计液压系统元件的分析和选择液压站的结构液压缸的调整压装机及其环境的布置设计总结鸣谢参考文献设计进度安排及主要参考文献设计进度安排:2011.3.12011.3.15 开题报告,广泛收集设计相关资料2011.3.172011.5.20 根据收集好的资料认真做好设计,并定期向指导老师汇报进度。2011.5.212011.5.23 定稿2011.5.252011.6.02 准备答辩主要参考文献:1 杨培元,朱福元.液压系统设计简明手册.北京:机械工业出版社,1999.122张利平.液压气动系统设计手册.北京:机械工业出版社,1997.6 3刘新德.袖珍液压气动手册.2 版.北京:机械工业出版社,2004.14吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.2 版.北京:高等教育出版社,19995严金申,张培生.液压传动.北京:国防工业出版社,1979.126中国石油物资公司.轴承手册.北京:石油出版社,19917张云电.薄壁缸套生产技术.北京:国防工业出版社,2001.118王成焘,倪剑勇,倪学海.滚动轴承的配合与装拆工艺.北京:机械工业出版社,1993.39叶君.实用紧固件手册.北京:机械工业出版社,2002.910成大先.机械设计手册,液压传动篇.北京:化学工业出版社,2004.111成大先.机械设计图册.北京:化学工业出版社,2004.112成大先.机械设计手册,联结与紧固篇.北京:化学工业出版社,2004.113赵应樾.常用液压缸与其修理.上海:上海交通大学出版社,1996指导教师批阅意见指导教师(签名): 年 月 日铁路货车轮对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:滚动轴承;压装;机械;液压铁路货车轮对滚动轴承压装机设计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铁路货车轮对滚动轴承压装机设计目 录第 1 章 绪论 .11.1 概述 11.2 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 .421 设计内容及要求 .422 液压系统的设计流程 .5第 3 章 液压系统的设计计算 .63.1 轴承压装机液压缸的设计及计算 63.1.1 分析工况及设计要求,绘制液压系统草图 .63.1.2 计算液压缸的外负载 .83.1.2.1 压装缸 .83.1.2.2 夹紧缸 .83.1.2.3 顶起定位缸 .83.1.2.4 确定系统的工作压力 .83.2 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 93.2.1.2 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 93.2.1.4 液压缸工作行程的确定 .103.2.1.5 缸盖厚度的确定 .103.2.1.6 最小导向长度的确定 .113.2.1.7 缸体长度的确定 .123.2.1.8 活塞杆稳定性的验算 .123.2.2 定位缸及其主要尺寸的确定 133.2.2.1 液压缸工作压力的确定 .133.2.2.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 .133.2.2.3 液压缸壁厚和外径的计算和选取 .143.2.2.4 液压缸工作行程的确定 153.2.2.5 缸盖厚度的确定 .153.2.2.6 最小导向长度的确定 .163.2.2.7 缸体长度的确定 .163.2.2.8 计算液压缸主要零件的强度和刚度 .163.2.3 夹紧缸及其主要尺寸的确定 .173.2.3.1 液压缸工作压力的确定 .173.2.3.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 .173.2.3.3 液压缸壁厚和外径的计算和选取 .173.2.3.4 液压缸工作行程的确定 .18铁路货车轮对滚动轴承压装机设计3.2.3.5 缸盖厚度的确定 .183.2.3.6 最小导向长度的确定 .183.2.3.7 缸体长度的确定 .193.2.3.8 计算液压缸主要零件的强度和刚度 .193.3 液压缸的结构设计 213.3.1 压装液压缸的结构设计 .213.3.1.1 缸体与缸盖的连接形式 .213.3.1.2 活塞杆与活塞的连接结构 .213.3.1.3 活塞杆导向部分的结构 .213.3.1.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用 .213.3.1.5 液压缸的缓冲装置 .223.3.1.6 液压缸的排气装置 .223.3.2 夹紧液压缸和定位液压缸的结构设计 .223.4 液压系统元件的分析和选择 223.4.1 确定供油方式 .223.4.2 调速方式的选择 .223.4.3 速度换接方式的选择 .223.4.4 夹紧回路的选择 .233.4.5 定位回路的选择 .233.4.6 传感器和调理器的选择 .233.5 液压站的结构 243.5.1 压装机液压站元件的组成 .243.5.2 液压油的选择 .253.6 液压缸的调整 253.6.1 压装液压缸的调整 .253.6.2 顶起定位液压缸的调整 .253.7 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铁路货车轮对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:滚动轴承;压装;机械;液压铁路货车轮对滚动轴承压装机设计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铁路货车轮对滚动轴承压装机设计目 录第 1 章 绪论 .11.1 概述 11.2 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 .421 设计内容及要求 .422 液压系统的设计流程 .5第 3 章 液压系统的设计计算 .63.1 轴承压装机液压缸的设计及计算 63.1.1 分析工况及设计要求,绘制液压系统草图 .63.1.2 计算液压缸的外负载 .83.1.2.1 压装缸 .83.1.2.2 夹紧缸 .83.1.2.3 顶起定位缸 .83.1.2.4 确定系统的工作压力 .83.2 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 93.2.1.2 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 93.2.1.4 液压缸工作行程的确定 .103.2.1.5 缸盖厚度的确定 .103.2.1.6 最小导向长度的确定 .113.2.1.7 缸体长度的确定 .123.2.1.8 活塞杆稳定性的验算 .123.2.2 定位缸及其主要尺寸的确定 133.2.2.1 液压缸工作压力的确定 .133.2.2.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 .133.2.2.3 液压缸壁厚和外径的计算和选取 .143.2.2.4 液压缸工作行程的确定 153.2.2.5 缸盖厚度的确定 .153.2.2.6 最小导向长度的确定 .163.2.2.7 缸体长度的确定 .163.2.2.8 计算液压缸主要零件的强度和刚度 .163.2.3 夹紧缸及其主要尺寸的确定 .173.2.3.1 液压缸工作压力的确定 .173.2.3.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 .173.2.3.3 液压缸壁厚和外径的计算和选取 .173.2.3.4 液压缸工作行程的确定 .18铁路货车轮对滚动轴承压装机设计3.2.3.5 缸盖厚度的确定 .183.2.3.6 最小导向长度的确定 .183.2.3.7 缸体长度的确定 .193.2.3.8 计算液压缸主要零件的强度和刚度 .193.3 液压缸的结构设计 213.3.1 压装液压缸的结构设计 .213.3.1.1 缸体与缸盖的连接形式 .213.3.1.2 活塞杆与活塞的连接结构 .213.3.1.3 活塞杆导向部分的结构 .213.3.1.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用 .213.3.1.5 液压缸的缓冲装置 .223.3.1.6 液压缸的排气装置 .223.3.2 夹紧液压缸和定位液压缸的结构设计 .223.4 液压系统元件的分析和选择 223.4.1 确定供油方式 .223.4.2 调速方式的选择 .223.4.3 速度换接方式的选择 .223.4.4 夹紧回路的选择 .233.4.5 定位回路的选择 .233.4.6 传感器和调理器的选择 .233.5 液压站的结构 243.5.1 压装机液压站元件的组成 .243.5.2 液压油的选择 .253.6 液压缸的调整 253.6.1 压装液压缸的调整 .253.6.2 顶起定位液压缸的调整 .253.7 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铁路货车轮对滚动轴承压装机设计铁路货车轮对滚动轴承压装机设计第 1 章绪论11 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。铁路货车轮对滚动轴承压装机设计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:铁路货车轮对滚动轴承压装机设计图 1铁路货车轮对滚动轴承压装机设计第 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)时间自动生成铁路货车轮对滚动轴承压装机设计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、编制设计说明书铁路货车轮对滚动轴承压装机设计第 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:铁路货车轮对滚动轴承压装机设计(图 5)以下是液压系统原理图:(图 6)铁路货车轮对滚动轴承压装机设计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 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铁路货车轮对滚动轴承压装机设计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 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:p123图 8134RD=cmp其中 R 为最大压装力 475 KN; 为机械效率 0.95; 为最大输出 9.5 ; cm1ppaM为系统背压,在这取 0 计算,即无背压。则:3p12360,15,9dmd查1表 2-4(GB2348-80)取 .25D查1表 2-3 、2-5 取 。1 360,1,90mdm3.2.1.3 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铁路货车轮对滚动轴承压装机设计壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径与其壁厚的比值 的圆筒称为薄壁圆筒。查理论/10D力学得其计算公式为:2yp式中 液压缸壁厚(m); 液压缸内径(m);D试验压力,一般取最大工作压力的(1.25 1.5) 倍( );yp :paM缸筒材料的许用应力。其值为:无缝钢管: . 10一级缸的内径计算, ,21.53.75ypMpa160dmpa2.6dm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, ,1.5914.25ypMpa250Dm10Mpa182yDm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。铁路货车轮对滚动轴承压装机设计无孔时 20.43yptD有孔时 2200.43()ypt d式中 缸盖有效厚度(mm);t缸盖止口内径(mm);2D缸盖孔的直径(m).0d一级缸缸盖厚度计算后缸盖 120.43.5.04086ypDm前缸盖 221.3.7yptD取 =15mm.2t二级缸缸盖厚度计算后缸盖 1320.4.5.04086yptm取 =45mm:3t前缸盖 24200.3().75.133025yptDdm铁路货车轮对滚动轴承压装机设计取 =45/mm.4t3.2.1.6 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1802571.2LDm式中 液压缸的最大行程;L液压缸内径。D活塞的厚度 B 一般取 ;缸盖滑动支承面的长度 ,根据液0.61:1l压缸内径 而定;当 时,取 ;80m1(.)lD当 时,取 。D06d:对一级缸最小导向长度,182571.20LHm活塞宽度及滑动支承面的长度 l1.7.9063ld6BD因 ,故无需设计隔套。35214H对二级缸最小导向长度420LHm活塞宽度及滑动支承面的长度 1l1.7.6109ld5BD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 45mm3.2.1.7 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倍。203:一级缸缸体内部长度 134572462Lt m18096LBm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铁路货车轮对滚动轴承压装机设计 1401527LBCm缸体外形尺寸为 376t3.2.1.8 活塞杆稳定性的验算因两级液压缸支承长度 ,故无须考虑活塞杆弯曲稳定性。BL80/mm 时,取 =(0.6-1.0)d。1l为保证最小导向长度 H,若过分增大 和 B 都是不适合的,必要时可以在缸盖与1l铁路货车轮对滚动轴承压装机设计活塞之间增加一隔套 K 来增加 H 的值,隔套的长度 C 由需要的最小导向长度 H来确定,即: 12ClB液压缸内径为 80/mm,所以 =(0.6-1.0)D,计算所得 =4880/mm,参考液1l 1l压缸结构设计工具书,将夹紧缸的最小导向长度定为 40 mm。3.2.3.7 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 212 mm,没有超出规定的要求,符合条件。3.2.3.8 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: 0.4132p代入数值, 取无缝钢管的计算,即 105Mpa,而压力 p 是工作压力的 1.5/倍,则:=2.02 mm8015.42.123由上计算多得的壁厚比实际小的多,因此按经验选取的壁厚 10 mm 完全符合要求。活塞杆校核:当活塞杆长度 时,按弯曲稳定性校核活塞杆直径 d10ld按材料力学理论,一根受压直杆,在其轴向负荷 超过稳定临界力 时,rFkF即失去原有直线状态的平衡,称为失稳。对液压缸,其稳定条件为: kn式中:F-液压缸的最大推力(F) ,F= ;r铁路货车轮对滚动轴承压装机设计-液压缸的稳定临界力(N) ;kF-稳定安全系数,一般取 =13。nkn液压缸的稳定临界力 (N)与活塞杆和缸体的材料、长度、刚度和两端k支撑状况等因素有关。当细长比 时,lmnk2KnEJFl当细长比 时,l21fAlnk式中: -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l手册 )78 页表 3-6;K-活塞杆横截面的回转半径(m) , (m ) (对实心活塞杆)4JdKAj-活塞杆横截面转动惯量( ) , ;4m46JA-活塞杆横截面积( ) ;2m-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: = mm,而 =340,所以选后面的公式计算,则:lk12045/mnN26339.510741.68214KF稳定安全系数 取 1.1,则 ,因为 F=6000/N。所kn71.685.4kFNn以符合稳定性要求,设计合适。铁路货车轮对滚动轴承压装机设计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 18516020 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 GB10708-893.3.1.5 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 液压缸的排气装置铁路货车轮对滚动轴承压装机设计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:FA1001159.5 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:铁路货车轮对滚动轴承压装机设计(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,该传感器内铁路货车轮对滚动轴承压装机设计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,所以选择的液压阀的工作压力要根据系统管路的压力正确的进行选择。压装机液压站有 6 个集成块,液压元件的选择如下:(1) 油泵电机:Y160-6-B5 电机;(2) 双联叶片泵:YB-E32/63;(3) 高压压力表一块:Y-60;(4) 网式滤油器:WU-250X180F-J;(5) 集成块底版;(6) 集成块 1:22E-10BH 电磁阀二个,Y-63B 中压溢流阀一个,Y2-HB10 高压溢流阀一个;(7) 集成块 2:FL-B10-S 分流阀一个,22E0-H10B 电磁阀一个,Q-10H高速阀一个, AJ-Ha10B 单向阀一个;(8) 集成块 3:FL-B15-S 分流阀一个,34E-63B 电磁阀一个;(9) 集成块 4:22E2-063B 电磁阀两个,23E-63B 电磁阀一个;(10)集成块 5:23E-63B 电磁阀两个,34E-63B 电磁阀一个;(11)集成块 6:23E-63B 电磁阀一个,34E-63B 电磁阀一个,X-63B 顺序阀一个;(12)集成块顶块:34E-63B 电磁阀一个,I-63B 单向阀一个, L-63B 节流阀一个, Y-60 低压压力表两块。3.5.2 液压油的选择正确而合理的使用液压油对液压系统适应各种环境条件和工作状态的能力、延长系统和元件的寿命,提高设备运转的可靠性,防止事故发生等方面都有重铁路货车轮对滚动轴承压装机设计要影响。对于本设计的液压系统,液压油的选择可参见手册 3(袖珍液压气动手册 )表 13-8 的选择原则和表 13-9 的液压油液的使用范围,觉得选择洁净的20#液压油。在首次使用或换油时,工作油液的一次加入量为 364-384 升,即油箱内工作油液的正常液面应该在油箱油标的最低与最高刻线之间。首次启动后,油液进入了管道及油缸,此时油面会下降,因此必须再次补充油,在使用的过程中还可能发生少量的泄露,因此应该经常检查游标,当油液面低于油箱游标的最低刻线时,应该及时加油。工作油液应该定期进行检查和更换,换油液的周期,因使用条件而异,一般来说,两年更换一次。在连续运转、高温、高湿、灰尘多的地方需要缩短更换的周期。3.6 液压缸的调整3.6.1 压装液压缸的调整可以根据压装液压缸的前端结构,更换引导套和压装盖,并调整好轴承托架体相互之间的距离,可以使压装机适应 197726 和 352226 型轴承。3.6.2 顶起定位液压缸的调整(图 10)在整机调整时,应该注意:顶起定位液压缸升起高度的调整,应该使两缸铁路货车轮对滚动轴承压装机设计升起的高度一致,并保证升起轮对后,轮对轴线较两压装缸顶尖的同轴度误差为 1 毫米左右,然后锁紧各螺母和紧定螺钉。对不同型号的轮对,升起的高度是不用的,经过仔细的调整,可以对两种轮径(840 毫米和 915 毫米)的轮对滚动轴承进行压装。轮对如图 10 所示。3.7 压装机及其环境的布置压装机由机体、液压站和控制台三部分组成,液压站和控制台相对主机应该就近布置,现场的钢轨与机体上的导轨应该联结平整。压装机工作时,床身承受很大的拉力和弯矩,因此基础应该捣实摸平,按照基础图的要求完成。机体就位时下部应该垫平,特别是全部地脚螺栓处要垫实。地脚螺栓为受力件,一定要埋牢固,以防止在工作中松动从而引起床身变形,影响压装检测精度。
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