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1、 本科生毕业设计货车滚动轴承固定式半自动拆卸机设计The dismantling machine for freight trains rolling bearings学生姓名所在专业所在班级申请学位工士学位指导教师职称副指导教师职称答辩时间年 月 日目 录设计总说明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23.3工况分析23.4拟定液压系统原理图33.4.1确定供油方式33.
2、4.2调速方式的选择43.4.3速度换接方式的选择43.5液压系统的计算和液压元件的选择53.5.1拆卸缸主要尺寸计算53.5.2顶起定位缸主要尺寸计算63.5.3推进缸主要尺寸计算63.5.4卡爪缸/顶起导向缸主要尺寸计算73.5.5计算各工作阶段液压缸所需的流量73.5.6液压泵的选择83.5.7与液压泵匹配的电动机的选择93.5.8液压阀的选择93.5.9确定管道尺寸103.5.10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104.1.1滑台推进缸、卡爪缸和顶起导向缸的结构设计104.1.2拆卸缸、顶起定位缸的结构设计114.2液压缸的壁厚和外径的计算114.
3、3缸盖厚度的确定124.4最小导向长度的确定134.5缸体长度的确定145设计总结14鸣 谢15参考文献16设计总说明在全国铁路第六次大面积提速的大背景下，铁路安全运输显得尤为重要。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。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，
4、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。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柳州铁路局湛江车辆段厂现场参观实习，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。总体设计参数和技术要求：1) 单边最大拆卸力500 KN2) 轮对最小外径760mm；3) 轮对最大外径915mm；4) 最长车轴长度2200mm；5) 轨距1435mm，6) 电机功率15KW；7) 液压系统调定高压10Mp；8) 液压系统调定低压2Mp。
5、关键词：滚动轴承；拆卸；液压缸；机械结构INTRODUCTIONIn the sixth National Railway acceleration background, the Safety of the Railway Transport appears to be particularly important.On the one hand railway freight train rolling bearings support the weight of a whole carriage, on the other hand bearing inner race in high
6、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. At the some time, it is very difficu
7、lt 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 sem
8、i-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 rol
9、ling 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
10、 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
11、the materials and investigation. This paper mainly designs the hydraulic system and mechanical structure of the machine. Overall design parameter and technical specifications:1) the biggest dismantling power of one side: 500 KN2) the wheels smallest outer diameter:760mm；3) the wheels biggest outer d
12、iameter: 915mm；4) the biggest lengthof axle: 2200mm；5) track gauge: 1435mm，6) the power of electromotor:15KW；7) the high pressure of hydraulic systems:10Mp；8) the low pressure of hydraulic systems: 2Mp.KEYWORDS: rolling bearing；dismantle；hydraulic pressure jar；Mechanical structureSTL2A货车滚动轴承固定式半自动拆卸
13、机设计专业：机械设计制造及其自动化，学号：200310211325，姓名： 指导教师： 毕业设计说明书1 绪论1.1 课题来源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，对于已损坏的的滚动轴承，需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
14、自动拆卸机。1.2 STL-2A滚动轴承拆卸机的用途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。1.3 STL-2A滚动轴承拆卸机的结构组成及其特点该机主要由床身、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。拆卸方法采用液压式压力机推压法拆卸。拆卸时半圆型卡爪拉力器卡住轴承内圈，在拆卸过程中，拆卸力几乎全部被封闭在轴的内部，使得拆卸过程简单可靠。拆卸过程为全液压自动拆卸，操作维修极为方便。1.4 STL-2A滚动轴承拆
15、卸机的工作形式STL-2A滚动轴承拆卸机工作形式可分为： A) 轮对两端同时自动拆卸轴承； B) 任一端单独自动拆卸轴承； C) 人工分步操作完成拆卸动作（设备检修调试使用）； D) 空车自动拆卸（试车使用）。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：1) 单边最大拆卸力500 KN；2) 轮对最小外径760mm；3) 轮对最大外径915mm；4) 最长车轴长度2200mm；5) 轨距1435mm；6) 电机功率15KW；7) 液压系统调定高压10 Mp；8) 液压系统调定低压2 Mp。2.2 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
16、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。3 拆卸机液压系统设计3.3 工况分析首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图11所示。然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。液压缸所受外负载F包括三种类型，即：式中：工作负载 摩擦阻力 运动部件速度变化时的惯性负载运动部件重力已知轮对重12KN，单边最大拆卸力500KN，导轨摩擦系数0.2，根据相关的公式以及给出的主要设计参数，列出各工作阶段所受的外负载（见表11）。表31工作循环各阶段的外负载工作循环外负载F（KN）工作循环外负载F（KN）顶起12快进5卡爪放下3压退500降下123.4 拟定液压系统
17、原理图3.4.1 确定供油方式考虑到该机床在压退轴承时的负载较大，速度不大。而快进，卡爪提起、放下以及轮对顶起时负载相对较少。因为机床分为辅助支撑油路部分和主工作油路部分。从油路干涉、油压稳定、节省能源和减少发热考虑，泵源系统宜采用双泵供油。该机床的执行元件比较多所以采用多执行元件互不干扰回路，通过双泵供油实现。3.4.2 调速方式的选择在该机液压系统中，压退轴承的速度采用调速阀控制。在顶起机构中因为在降下时也要进行速度控制，故应在回路中采用回油节流调速回路，该回路速度刚性较高，速度与负载的大少无关。而主油路压退轴承时采用进油节流调速回路，采用单向调速阀，这样不但可以提高进给速度的刚性，保证进
18、给运动的质量。而且在主缸缩回的速度不受调速阀的限制，大大缩短空载运行时间，提高了工作效率。至于卡爪提起、放下，滑台推进以及顶起导向的速度则可不必可限制，这样减少了液压阀元件的使用数量，使得系统简单可靠。3.4.3 速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速度换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装比较容易。最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成图3-2所示的液压原理图。液压系统完成的工作循环：顶起定位滑台推进卡爪放下压退轴承主缸缩回/卡爪提起轮对放下/顶起导向。3.5 液压系统的计算和液压元件的选择3.5.1 拆卸缸主要尺寸计算3.5.1.1 工作压力P的确定计算液压缸内径
19、D和活塞杆直径d 拆卸缸的工作压力P，初算时可取系统工作压力，即P=Pp=10Mp 。3.5.1.2 计算液压缸内径D和活塞杆直径d 计算公式：由已知条件得知外负载为F500KN，取液压缸的工作效率，由液压系统设计简明手册第11页表23液压缸内径D与活塞杆直径d的关系选取：0.7，由第10页表2-2，选取：P2=0.5Mp。把相关数据代入公式得： 由液压系统设计简明手册第11页表2-4，按标准取：D320mmd0.7D224mm根据表2-4，取标准值d220，由于活塞杆是顶住轮对轴的，故其外径必须小于轴承内径（轴承内径d130）。由表2-4，取标准值125。则125/320=0.39,代回原公
20、式，得：取标准值后还是D=320mm .3.5.2 顶起定位缸主要尺寸计算3.5.2.1 工作压力P的确定工作压力尺寸根据负载大小及机器类型来初步确定，现参阅机械设计手册4342表，取液压缸工作压力为5MP。3.5.2.2 计算液压缸内径D和活塞杆直径d由已知外负载为F=G12KN，取液压缸的工作效率，由液压系统设计简明手册第11页表23液压缸内径D与活塞杆直径d的关系选取：0.64由公式：把相关数据代入：m由液压系统设计简明手册第11页2-4表：D63mm d40mm 3.5.3 推进缸主要尺寸计算3.5.3.1 工作压力P的确定工作压力尺寸根据负载大小及机器类型来初步确定，现参阅机械设计手
21、册4342表，取液压缸工作压力为2.5MP。3.5.3.2 计算液压缸内径D和活塞杆直径d推进缸的外负载即是滑台导轨的静摩擦力,初取运动部件总重G=2500N,取导轨静摩擦系数0.2，则FG=0.2x2500N=5KN，取液压缸的工作效率，由液压系统设计简明手册第11页表23液压缸内径D与活塞杆直径d的关系选取：0.64由公式：把相关数据代入：m由液压系统设计简明手册第11页2-4表：D50mm d32mm 3.5.4 卡爪缸/顶起导向缸主要尺寸计算基于这两个缸的所受力不是很大，考虑到生产制造的经济性以及检测维修的性，其缸筒内径D均取与推进缸的一致，顶起缸：D=50mm , d=32 mmmm
22、 ，推进缸：D=50mm , d=32 mmmm。这样就可以大大减少液压元件的种类，使这几个缸的大部分元件通用化。各缸筒内径D和活塞杆内径d数据计算结果见表3-1：表3-1各液压缸内径、活塞杆尺寸 (mm)名称拆卸缸（主缸）顶起定位缸滑台推进缸顶起导向缸卡爪缸液压缸内径D32063505050活塞杆直径d125403232283.5.5 计算各工作阶段液压缸所需的流量顶起定位： 双缸顶起定位：滑台推进： 双边：压退轴承：双边：主缸缩回：双边：3.5.6 液压泵的选择3.5.6.1 工作压力P的确定考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为：式中 液压泵的最大工作压力； 执行元
23、件最大工作压力；对于本系统最高压力是压退轴承时压力，。进油管路中的压力损失，初算时系统可取0.51.5MPa，本系统取0.5MPa。上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力应满足。中低压系统取小值，高压系统取大值。现取1.25倍。则3.5.6.2 液压泵的流量公式：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，则根据以上算得的和，查阅机械基础产品选
24、用手册，选用YB1C/E-171/48型双联叶片泵，当工作压力为10Mp时，大泵流量为157.3L/min,小泵流量为44.1L/min。3.5.7 与液压泵匹配的电动机的选择根据设计要求给定的电机功率P=15KW，查机械零件手册第274页，表171，选取三相异步电机：Y160L4B3 ，额定转速1500r/min 。3.5.8 液压阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过的流量。该系统的工作压力在10Mp左右，液压阀都选用中、高压阀。所选的规格型号如表3-2所示：表3-2液压元件明细表序号元件名称选用规格通过流量（L/min）1滤油器WU-160X180F1602电磁溢流阀YDF3-E2
25、0B1203单向阀AF3-Ea20B1004两位四通电磁换向阀24DF3-E16B805调速阀QF3-E10cB506三位六通电磁换向阀36DF3-E16B807两位两通电磁换向阀22DF3-E16B808三位六通电磁换向阀36DF3-E16B809单向调速阀AQF3-E10cB5010节流阀LF3-E10B1011压力表F3-E1B3.5.9 确定管道尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路的公称压力来选择。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：，。3.5.10 液压油箱容积的确定本系统为中压液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的57倍来确定，参照液
26、压系统简明设计手册第56页，表4-1，选取型号BEX-630，有效容积900L的油箱。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指它的类型、安装方式、密封形式、缓冲结构、排气等。4.1.1 滑台推进缸、卡爪缸和顶起导向缸的结构设计滑台推进缸、卡爪缸和顶起导向缸都是采用缸体固定的活塞缸，由于缸体内径较小，所以都采用活塞杆与活塞整体制造的结构。虽然滑台推进缸的运动行程较其他两缸大，且为单作用缸，按常规本应设计为柱塞缸。但在本设计中，滑台推进缸、卡爪缸和顶起导向缸的缸筒内径都为D=50mm,为了制造及维修方便，现都选用公称通经为50mm,外径为63mm的无缝钢管，缸体结构为焊
27、接形式。至于推进缸在其前端设计一出气平衡孔即可。这样使得各缸的元件通用化，缩短了设计制造周期，安装维修也极为方便。缸盖与缸体的连接形式采用内半双圆环连接方式。特点：外形尺寸较小，结构紧凑，重量较轻，详细结构如图4-1所示： 4.1.2 拆卸缸、顶起定位缸的结构设计拆卸缸和顶起定位缸，虽然其运动部件质量较大，但运行速度较低，所以不必设专门的缓冲装置。缸体材料选用铸钢，缸盖与缸体连接形式选用螺钉连接，详细结构如图4-2所示： 4.2 液压缸的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
28、同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和壁厚圆筒。液压缸的内径D与其壁厚的比值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，其壁厚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，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍MPa；缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢110120MPa；铸钢100110MPa；无缝钢管：100110MPa；高强度铸铁：60MPa；灰铸铁：25MPa。拆卸缸：材料选取铸钢，许用应力100MPa外径：D320+202360mm顶起定位缸：材料选取铸钢，许用应力100110MPa外径：D63+4271mm，由于该缸缸盖与缸体连接形
29、式选用螺钉连接，故综合考虑，取外径为D90mm。推进缸：材料选取无缝钢管，许用应力100MPa根据内径以及壁厚，查液压系统设计简明手册第111页表6-1，选取无缝钢管外径为，壁厚为的无缝钢管。卡爪缸/顶起导向缸：与推进缸一样，选取外径为，壁厚为的无缝钢管。4.3 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。缸盖无孔时，用公式：缸盖有孔时，用公式：式中 试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍，现取1.25倍，即：。t 缸盖有效厚度（m）； 缸盖止口内径（m）；缸盖孔的直径（m）。顶起定位缸： 推进缸： mm拆卸缸：前缸盖厚度后缸盖厚度4.4
30、最小导向长度的确定当活塞全部外伸时，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。如果导向长度过小，将使液压缸的初始绕度（间隙引起的饶度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求：式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B（0.61.0）D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸的内径D而定；当D80mm时，取（0.61.0）d。顶起定位缸： 推进缸： 拆卸缸：4.5 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。缸体外形长度还要考虑两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应
31、大于内径2030倍。初算各缸的最小长度分别为：顶起定位缸：185+40225mm推进缸：296+30326mm拆卸缸：300+200500mm 5 设计总结至此，整个设计完成了，设计时间虽然短，但收获颇丰。通过对STL2A货车滚动轴承固定式半自动拆卸机设计，不管在知识结构上还是对分析问题和解决问题的方式方法上，都使我上了一个台阶，而在这一过程中所获得的丰富的知识与实践不言而喻。毕业设计是大学四年来知识的总结，是从学校迈入社会的过度阶段，是每个大学生必经的。毕业设计使个人的知识得到升华。通过这次毕业设计，使我懂得了不论做任何课题都是很难一次性成功的，都是经过反复的试验、修改，克服重重困难才能得到
32、正确结果的。同时，也使我认识到实践和理论相结合的重要性。由于个人水平有限，本设计中有错漏之处在所难免，希望在日后学习中不断提升本人设计水平，将在本设计中体现出来的问题加以改正。同时请各位老师批评指正。鸣 谢在本设计的过程中，从最初的选题、资料的搜集和整理、理论值计算到绘图过程中，我得到了指导老师的大力支持和帮助，他对本设计的方案拟定、结构优化以及绘图设计等提出了宝贵的意见，在此，我对他的支持和帮助致以深深的谢意。同时，还要感谢在设计过程中给予我帮助的同学，非常感谢他们给与我的帮助。参考文献 1 成大先主编 . 机械设计手册-液压传动 . 北京：化学工业出版社， 20012 成大先主编 . 机械
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34、（下册） . 北京：北京理工大学出版社， 199810 何存兴，张铁华主编 . 液压传动与气压传动（第二版） . 北京：华中科技大学出版社， 200011 廖念钊，古莹奄，莫雨松，李硕根，杨兴骏编 . 互换性与技术测量（第四版） . 北京：中国计量出版社，199813 路甬祥主编 . 机械基础产品选用手册 . 北京：机械工业出版社，200514 濮良贵，纪名刚主编 . 机械设计（第七版） . 北京: 高等教育出版社，200115 冯辛安主编 . 机械制造装备技术 . 北京: 机械工业出版社, 199916 张世亮主编 . 液压与气压传动 . 北京: 机械工业出版社, 200617 郑修本, 冯冠大主编 . 机械制造工艺学 . 北京: 机械工业出版社, 1992 18 顾崇衔主编 . 机械制造工艺学 . 陕西: 陕西科学技术出版社, 198119 周开勤主编 . 机械零件手册（第五版） . 北京：高等教育出版社，200120 Kalpakjian Scrope.Manufacturing Engineering and Technology.Addison-Wesley Publishing Company,Inc,1989。21 Villiers D.Composer Aided Designing Manufacturing.Prentic Hall, 1990
