WY型滚动轴承压装机设计.doc

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1、目 录目 录 - 1中文摘要 - 3Abstract -3第1章 绪论 -31.1 概述-41.2 WY滚动轴承压装机简介-5第2章 设计内容及任务要求-621 设计内容及要求-622 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-7 3.1.1 分析工况及设计要求，绘制液压系统草图-7 3.1.2 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-93.2.1

2、.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-123.2.1.7 缸体长度的确定-133.2.1.8 活塞杆稳定性的验算-133.2.2 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-143.2.2.5 缸盖厚度的确定-143.2.2.6 最小导向长度的确定-153.2.2.7

3、 缸体长度的确定-153.2.2.8 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-183.2.3.5 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-203.3.1 压装液压缸的结构设计-203.3.1.1 缸体与缸盖的连接形式-203.3.1.2 活塞杆

4、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-213.3.1.6 液压缸的排气装置-213.3.2 夹紧液压缸和定位液压缸的结构设计-213.4 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-233.5.1 压装机液压站元件的组成-233.5.2 液压油的选择-243.6 液压缸的调整-243

5、.6.1 压装液压缸的调整-243.6.2 顶起定位液压缸的调整-243.7 压装机及其环境的布置-25设计总结-26鸣谢-27参考文献-28中文摘要WY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。本次设计是根据湛江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Abstract： WY-type freight car wheel ro

6、lling 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

7、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.key

8、words: The rolling bearing; Push mounting; Machinery; HydraulicWY型滚动轴承压装机设计机械设计制造及其自动化，2001121627，吴亿炮指导老师：孙明、陈敏华第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

9、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。W

10、Y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。12 WY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

11、，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

12、张:图1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（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）

13、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

14、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： （图5）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/N3.1.2.3 顶起定位缸 因为是两个缸对称分布，而轮对重1000/k

15、g，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的确定由下图可知： 图8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/;为系统背压，在这取0计算，即无背压。则：查1表2-4（GB2348-80）取.查1表2-3 、2-5取。3.2.1.3

16、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的圆筒称为薄壁圆筒。其计算公式为： 式中液压缸壁厚（m）; 液压缸内径（m）;试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）/倍（）;缸筒材料的许用应力。其值为:无缝钢管：.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

17、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 有孔时 式中 缸盖有效厚度（mm）; 缸盖止口内径（mm）; 缸盖孔的直径（m）.一级缸缸盖厚度计算后缸盖 前缸盖 取=15mm.二级缸缸盖厚度计算后缸盖取=45mm:前缸盖取=45/mm.3.2.1.6

18、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 式中液压缸的最大行程;液压缸内径。活塞的厚度B 一般取；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径 而定;当时，取；当时，取。对一级缸最小导向长度，活塞宽度及滑动支承面的长度 因，故无需设计隔套。对二级缸最小导向长度 活塞宽度及滑动支承面的长度 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

19、径的/倍。一级缸缸体内部长度因液压缸为伸缩缸，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缸体外形尺寸为3.2.1.8 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。液压缸支承长度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。 3.2.2 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。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20/Mpa。

20、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： 可得: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; F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，常用液压缸的机械效率进行估算。 液压缸的机械效率，一般=0.9-0.97。而由所知道的数据来看，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

21、这里选取的是0.9，则： D=67.14/mm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

22、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：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）； -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。 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，

23、即可以求得缸体的外径为：D+2式中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： 有孔时： 式中：t-缸盖的有效厚度（m）； -缸盖上口内径（m）； -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 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

24、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：代入数值，计算：=1.77/mm所以壁厚完全符合要求。活塞杆强度校核：当活塞杆长度时，

25、按强度条件校核活塞杆直径d式中： -活塞杆推力（N）； -活塞杆材料的许用应力（Mpa）；代入数值，计算：=59.4/mm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，可不考虑背压的影响。 由公式：式中：D液压缸柱塞直径 液压缸工作压力,初算时可取系统工

26、作压力; F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，常用液压缸的机械效率进行估算。 液压缸的机械效率，一般=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，而由此可得D：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液

27、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：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）； -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。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

28、径为：D+2式中值按经验选取100 /mm。3.2.3.4 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：式中：t-缸盖的有效厚度（m）； -缸盖上口内径（m）； -缸盖孔的直径（m）。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

29、的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性。活塞的宽度B一般取B=（0.6-1.0）D；这里选取活塞的宽度为35/mm。缸盖滑动支撑面的长度，根据液压缸内径D而定，；当D80/mm时,取=（0.6-1.0）d。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：液压缸内径为80/mm，所以=（0.6-1.0）D，计算所得=4880/mm，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

30、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：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/mm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d 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，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：式中：

31、F-液压缸的最大推力（F），F=； -液压缸的稳定临界力（N）； -稳定安全系数，一般取=13。液压缸的稳定临界力（N）与活塞杆和缸体的材料、长度、刚度和两端支撑状况等因素有关。当细长比时，当细长比时，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） j-活塞杆横截面转动惯量（），； A-活塞杆横截面积（）； m-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

32、/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：/N稳定安全系数取1.1，则，因为F=6000/N。所以符合稳定性要求，设计合适。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 185160