1、 本科生畢業設計貨車滾動軸承固定式半自動拆卸機設計The dismantling machine for freight trains rolling bearings學生姓名所在專業所在班級申請學位工士學位指導教師職稱副指導教師職稱答辯時間年 月 日目 錄設計總說明IINTRODUCTIONII1緒論11.1課題來源11.2STL-2A滾動軸承拆卸機的用途11.3STL-2A滾動軸承拆卸機的結構組成及其特點11.4STL-2A滾動軸承拆卸機的工作形式12設計要求及內容22.1設計要求22.2設計內容23拆卸機液壓系統設計23.3工況分析23.4擬定液壓系統原理圖3確定供油方式3調速方式的選擇

2、4速度換接方式的選擇43.5液壓系統的計算和液壓元件的選擇5拆卸缸主要尺寸計算5頂起定位缸主要尺寸計算6推進缸主要尺寸計算6卡爪缸/頂起導向缸主要尺寸計算7計算各工作階段液壓缸所需的流量7液壓泵的選擇8與液壓泵匹配的電動機的選擇9液壓閥的選擇9確定管道尺寸10液壓油箱容積的確定104液壓缸的結構設計104.1確定液壓缸的結構形式10滑臺推進缸、卡爪缸和頂起導向缸的結構設計10拆卸缸、頂起定位缸的結構設計114.2液壓缸的壁厚和外徑的計算114.3缸蓋厚度的確定124.4最小導向長度的確定134.5缸體長度的確定145設計總結14鳴 謝15參考文獻16設計總說明在全國鐵路第六次大面積提速的大背景

3、下，鐵路安全運輸顯得尤為重要。鐵路貨車滾動軸承一方面要承受整個車廂的重量，另一方面軸承的內圈又隨車軸一起作高速旋轉，是非常容易磨損的部件，也是關系到鐵路運輸安全的關鍵部件。機車運行時，一旦滾動軸承發生故障，將導致整列車不能運行，嚴重堵塞運輸路線，同時對機車的搶修也是十分困難的。因此預防滾動軸承故障的發生，對于機車的安全運輸就顯得十分重要。STL-2A滾動軸承拆卸機是用于拆卸鐵路車輛滾動軸承的專用設備，能拆卸目前所用的多種型號滾動軸承，如RB2，RD2，RE2型輪對的無軸箱滾動軸承。因此廣泛應用于各車輛段，車輛檢修廠及鐵路運輸單位。此次設計是根據已有的科技文件材料、機械設計手冊、液壓系統設計簡明

4、手冊等資料以及到柳州鐵路局湛江車輛段廠現場參觀實習，設計出定位準確，結構簡單，占地面積小，成本低，自動化程度高，操作和維修方便的拆卸機。本次設計主要是對該機的液壓系統和機械結構部分進行設計。總體設計參數和技術要求：1) 單邊最大拆卸力500 KN2) 輪對最小外徑760mm；3) 輪對最大外徑915mm；4) 最長車軸長度2200mm；5) 軌距1435mm，6) 電機功率15KW；7) 液壓系統調定高壓10Mp；8) 液壓系統調定低壓2Mp。關鍵詞：滾動軸承；拆卸；液壓缸；機械結構INTRODUCTIONIn the sixth National Railway acceleration b

5、ackground, 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 speed rotation along with the axle. It is the non-wearable parts in applicat

6、ion, 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 difficult to repair the train again. As a result, it is very important to prevent t

7、he 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. 

8、60; 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.

9、 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.&#

10、160;  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 d

11、esigns 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 diameter: 915mm；4) the biggest lengthof axle: 2200mm；

12、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 structure STL2A貨車滾動軸承固定式半自動拆卸機設計專業：機械設計制造及其自動化，學號：200310211325，姓名： 指導教師： 畢業

13、設計說明書1 緒論1.1 課題來源鐵路貨車滾動軸承一方面要承受整個車廂的重量，另一方面軸承的內圈又隨車軸一起作高速旋轉，是非常容易磨損的部件，也是關系到鐵路運輸安全的關鍵部件。機車運行時，一旦滾動軸承發生故障，將導致整列車不能運行，嚴重堵塞運輸路線，同時對機車的搶修也是十分困難的。因此預防滾動軸承故障的發生，對于機車的安全運輸就顯得十分重要。鐵路部門嚴格規定，各車輛段必須對滾動軸承進行定期檢測，對于已損壞的的滾動軸承，需把它從車軸上拆下來，此時需要用到本設計中所研究的STL-2A鐵路貨車滾動軸承固定式半自動拆卸機。1.2 STL-2A滾動軸承拆卸機的用途STL-2A滾動軸承拆卸機是用于拆卸鐵路

14、車輛滾動軸承的專用設備，能拆卸目前所用的多種型號滾動軸承，如RB2，RD2，RE2型輪對的無軸箱滾動軸承。因此廣泛應用于各車輛段，車輛檢修廠及鐵路運輸單位。1.3 STL-2A滾動軸承拆卸機的結構組成及其特點該機主要由床身、左右拆卸裝置、支承缸、推進缸、軸承滾道、液壓系統、電氣控制系統等組成。拆卸方法采用液壓式壓力機推壓法拆卸。拆卸時半圓型卡爪拉力器卡住軸承內圈，在拆卸過程中，拆卸力幾乎全部被封閉在軸的內部，使得拆卸過程簡單可靠。拆卸過程為全液壓自動拆卸，操作維修極為方便。1.4 STL-2A滾動軸承拆卸機的工作形式STL-2A滾動軸承拆卸機工作形式可分為： A) 輪對兩端同時自動拆卸軸承；

15、B) 任一端單獨自動拆卸軸承； C) 人工分步操作完成拆卸動作（設備檢修調試使用）； D) 空車自動拆卸（試車使用）。   2 設計要求及內容2.1 設計要求總體設計參數和技術要求：1) 單邊最大拆卸力500 KN；2) 輪對最小外徑760mm；3) 輪對最大外徑915mm；4) 最長車軸長度2200mm；5) 軌距1435mm；6) 電機功率15KW；7) 液壓系統調定高壓10 Mp；8) 液壓系統調定低壓2 Mp。2.2 設計內容1) 研究設計滾動軸承壓裝機，該設備應設計為全液壓式；2) 設備工作為程序控制完成自動工作循環；3) 總裝配設計；4) 液壓系統原理

16、設計；5) 主要零部件設計。3 拆卸機液壓系統設計3.3 工況分析首先根據已知條件，繪制運動部件的速度循環圖，如圖11所示。然后計算各階段的外負載并繪制負載圖。液壓缸所受外負載F包括三種類型，即：式中：工作負載 摩擦阻力 運動部件速度變化時的慣性負載運動部件重力已知輪對重12KN，單邊最大拆卸力500KN，導軌摩擦系數0.2，根據相關的公式以及給出的主要設計參數，列出各工作階段所受的外負載（見表11）。表31工作循環各階段的外負載工作循環外負載F（KN）工作循環外負載F（KN）頂起12快進5卡爪放下3壓退500降下123.4 擬定液壓系統原理圖3.4.1 確定供油方式考慮到該機床在壓退軸承時的

17、負載較大，速度不大。而快進，卡爪提起、放下以及輪對頂起時負載相對較少。因為機床分為輔助支撐油路部分和主工作油路部分。從油路干涉、油壓穩定、節省能源和減少發熱考慮，泵源系統宜采用雙泵供油。該機床的執行元件比較多所以采用多執行元件互不干擾回路，通過雙泵供油實現。3.4.2 調速方式的選擇在該機液壓系統中，壓退軸承的速度采用調速閥控制。在頂起機構中因為在降下時也要進行速度控制，故應在回路中采用回油節流調速回路，該回路速度剛性較高，速度與負載的大少無關。而主油路壓退軸承時采用進油節流調速回路，采用單向調速閥，這樣不但可以提高進給速度的剛性，保證進給運動的質量。而且在主缸縮回的速度不受調速閥的限制，大大

18、縮短空載運行時間，提高了工作效率。至于卡爪提起、放下，滑臺推進以及頂起導向的速度則可不必可限制，這樣減少了液壓閥元件的使用數量，使得系統簡單可靠。3.4.3 速度換接方式的選擇本系統采用電磁閥的快慢速度換接回路，它的特點是結構簡單、調節行程比較方便，閥的安裝比較容易。最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成圖3-2所示的液壓原理圖。液壓系統完成的工作循環：頂起定位滑臺推進卡爪放下壓退軸承主缸縮回/卡爪提起輪對放下/頂起導向。3.5 液壓系統的計算和液壓元件的選擇3.5.1 拆卸缸主要尺寸計算3.5.1.1 工作壓力P的確定計算液壓缸內徑D和活塞桿直徑d 拆卸缸的工作壓力P，初算時可取系統工作

19、壓力，即P=Pp=10Mp 。3.5.1.2 計算液壓缸內徑D和活塞桿直徑d 計算公式：由已知條件得知外負載為F500KN，取液壓缸的工作效率，由液壓系統設計簡明手冊第11頁表23液壓缸內徑D與活塞桿直徑d的關系選取：0.7，由第10頁表2-2，選取：P2=0.5Mp。把相關數據代入公式得： 由液壓系統設計簡明手冊第11頁表2-4，按標準取：D320mmd0.7D224mm根據表2-4，取標準值d220，由于活塞桿是頂住輪對軸的，故其外徑必須小于軸承內徑（軸承內徑d130）。由表2-4，取標準值125。則125/320=0.39,代回原公式，得：取標準值后還是D=320mm .3.5.2 頂起

20、定位缸主要尺寸計算3.5.2.1 工作壓力P的確定工作壓力尺寸根據負載大小及機器類型來初步確定，現參閱機械設計手冊4342表，取液壓缸工作壓力為5MP。3.5.2.2 計算液壓缸內徑D和活塞桿直徑d由已知外負載為F=G12KN，取液壓缸的工作效率，由液壓系統設計簡明手冊第11頁表23液壓缸內徑D與活塞桿直徑d的關系選取：0.64由公式：把相關數據代入：m由液壓系統設計簡明手冊第11頁2-4表：D63mm d40mm 3.5.3 推進缸主要尺寸計算3.5.3.1 工作壓力P的確定工作壓力尺寸根據負載大小及機器類型來初步確定，現參閱機械設計手冊4342表，取液壓缸工作壓力為2.5MP。3.5.3.

21、2 計算液壓缸內徑D和活塞桿直徑d推進缸的外負載即是滑臺導軌的靜摩擦力,初取運動部件總重G=2500N,取導軌靜摩擦系數0.2，則FG=0.2x2500N=5KN，取液壓缸的工作效率，由液壓系統設計簡明手冊第11頁表23液壓缸內徑D與活塞桿直徑d的關系選取：0.64由公式：把相關數據代入：m由液壓系統設計簡明手冊第11頁2-4表：D50mm d32mm 3.5.4 卡爪缸/頂起導向缸主要尺寸計算基于這兩個缸的所受力不是很大，考慮到生產制造的經濟性以及檢測維修的性，其缸筒內徑D均取與推進缸的一致，頂起缸：D=50mm , d=32 mmmm ，推進缸：D=50mm , d=32 mmmm。這樣就

22、可以大大減少液壓元件的種類，使這幾個缸的大部分元件通用化。各缸筒內徑D和活塞桿內徑d數據計算結果見表3-1：表3-1各液壓缸內徑、活塞桿尺寸 (mm)名稱拆卸缸（主缸）頂起定位缸滑臺推進缸頂起導向缸卡爪缸液壓缸內徑D32063505050活塞桿直徑d125403232283.5.5 計算各工作階段液壓缸所需的流量頂起定位： 雙缸頂起定位：滑臺推進： 雙邊：壓退軸承：雙邊：主缸縮回：雙邊：3.5.6 液壓泵的選擇3.5.6.1 工作壓力P的確定考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為：式中 液壓泵的最大工作壓力； 執行元件最大工作壓力；對于本系統最高壓力是壓退軸承時壓力，。進

23、油管路中的壓力損失，初算時系統可取0.51.5MPa，本系統取0.5MPa。上述計算所得的是系統的靜態壓力，考慮到系統在各種工況的過渡階段出現的動態壓力往往超過靜態壓力。另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應滿足。中低壓系統取小值，高壓系統取大值。現取1.25倍。則3.5.6.2 液壓泵的流量公式：式中 液壓泵的最大流量； 同時動作的各執行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流流量23L/min；系統泄漏系數，一般1.11.3，現取1.2，則根據以上算得的和，查閱機械基礎產品選用手冊，選用YB1C/E-171/48型雙聯葉片泵，當工

24、作壓力為10Mp時，大泵流量為157.3L/min,小泵流量為44.1L/min。3.5.7 與液壓泵匹配的電動機的選擇根據設計要求給定的電機功率P=15KW，查機械零件手冊第274頁，表171，選取三相異步電機：Y160L4B3 ，額定轉速1500r/min 。3.5.8 液壓閥的選擇選擇液壓閥主要根據閥的工作壓力和通過的流量。該系統的工作壓力在10Mp左右，液壓閥都選用中、高壓閥。所選的規格型號如表3-2所示：表3-2液壓元件明細表序號元件名稱選用規格通過流量（L/min）1濾油器WU-160X180F1602電磁溢流閥YDF3-E20B1203單向閥AF3-Ea20B1004兩位四通電磁

25、換向閥24DF3-E16B805調速閥QF3-E10cB506三位六通電磁換向閥36DF3-E16B807兩位兩通電磁換向閥22DF3-E16B808三位六通電磁換向閥36DF3-E16B809單向調速閥AQF3-E10cB5010節流閥LF3-E10B1011壓力表F3-E1B3.5.9 確定管道尺寸油管內徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路的公稱壓力來選擇。根據各個液壓元件接口尺寸和綜合諸因素現取油管的公稱通徑：，。3.5.10 液壓油箱容積的確定本系統為中壓液壓系統，液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來確定，參照液壓系統簡明設計手冊第56頁，表4-1，選取型號BEX-6

26、30，有效容積900L的油箱。4 液壓缸的結構設計4.1 確定液壓缸的結構形式液壓缸的結構形式是指它的類型、安裝方式、密封形式、緩沖結構、排氣等。4.1.1 滑臺推進缸、卡爪缸和頂起導向缸的結構設計滑臺推進缸、卡爪缸和頂起導向缸都是采用缸體固定的活塞缸，由于缸體內徑較小，所以都采用活塞桿與活塞整體制造的結構。雖然滑臺推進缸的運動行程較其他兩缸大，且為單作用缸，按常規本應設計為柱塞缸。但在本設計中，滑臺推進缸、卡爪缸和頂起導向缸的缸筒內徑都為D=50mm,為了制造及維修方便，現都選用公稱通經為50mm,外徑為63mm的無縫鋼管，缸體結構為焊接形式。至于推進缸在其前端設計一出氣平衡孔即可。這樣使得

27、各缸的元件通用化，縮短了設計制造周期，安裝維修也極為方便。缸蓋與缸體的連接形式采用內半雙圓環連接方式。特點：外形尺寸較小，結構緊湊，重量較輕，詳細結構如圖4-1所示： 4.1.2 拆卸缸、頂起定位缸的結構設計拆卸缸和頂起定位缸，雖然其運動部件質量較大，但運行速度較低，所以不必設專門的緩沖裝置。缸體材料選用鑄鋼，缸蓋與缸體連接形式選用螺釘連接，詳細結構如圖4-2所示： 4.2 液壓缸的壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規律因壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和壁厚圓筒。液壓缸的內

28、徑D與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，其壁厚按薄壁圓筒公式計算：式中液壓缸壁厚（m）；D液壓缸內徑（m）；試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.251.5）倍MPa；缸筒材料的許用應力。其值為：鍛鋼110120MPa；鑄鋼100110MPa；無縫鋼管：100110MPa；高強度鑄鐵：60MPa；灰鑄鐵：25MPa。拆卸缸：材料選取鑄鋼，許用應力100MPa外徑：D320+202360mm頂起定位缸：材料選取鑄鋼，許用應力100110MPa外徑：D63+4271mm，由于該缸缸蓋與缸體連接形式選用螺釘連接，故綜合考慮，取外徑為D90mm。推進缸：

29、材料選取無縫鋼管，許用應力100MPa根據內徑以及壁厚，查液壓系統設計簡明手冊第111頁表6-1，選取無縫鋼管外徑為，壁厚為的無縫鋼管。卡爪缸/頂起導向缸：與推進缸一樣，選取外徑為，壁厚為的無縫鋼管。4.3 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用下面兩式進行近似計算。缸蓋無孔時，用公式：缸蓋有孔時，用公式：式中 試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.251.5）倍，現取1.25倍，即：。t 缸蓋有效厚度（m）； 缸蓋止口內徑（m）；缸蓋孔的直徑（m）。頂起定位缸： 推進缸： mm拆卸缸：前缸蓋厚度后缸蓋厚度4.4 最小導向長度的確定當活塞全部外伸時，從活塞支承面中點到缸

30、蓋滑動支承面的中點的距離H稱為最小導向長度。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始繞度（間隙引起的饒度）增大，影響液壓缸的穩定性，因此設計時必須保證有一定的最小導向長度。對一般的液壓缸，最小導向長度H應滿足以下要求：式中 L液壓缸的最大行程； D液壓缸的內徑。活塞的寬度B一般取B（0.61.0）D；缸蓋滑動支承面的長度，根據液壓缸的內徑D而定；當D<80mm時，取（0.61.0）D；當D>80mm時，取（0.61.0）d。頂起定位缸： 推進缸： 拆卸缸：4.5 缸體長度的確定液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應大

31、于內徑2030倍。初算各缸的最小長度分別為：頂起定位缸：185+40225mm推進缸：296+30326mm拆卸缸：300+200500mm 5 設計總結至此，整個設計完成了，設計時間雖然短，但收獲頗豐。通過對STL2A貨車滾動軸承固定式半自動拆卸機設計，不管在知識結構上還是對分析問題和解決問題的方式方法上，都使我上了一個臺階，而在這一過程中所獲得的豐富的知識與實踐不言而喻。畢業設計是大學四年來知識的總結，是從學校邁入社會的過度階段，是每個大學生必經的。畢業設計使個人的知識得到升華。通過這次畢業設計，使我懂得了不論做任何課題都是很難一次性成功的，都是經過反復的試驗、修改，克服重重困難才能得到正確結果的。同時，也使我認識到實踐和理論相結合的重要性。由于個人水平有限，本設計中有錯漏之處在所難免，希望在日后學習中不斷提升本人設計水平，將在本設計中體現出來的問題加以改正。同時請各位老師批評指正。鳴 謝在本設計的過程中，從最初的選題、資料的搜集和整理、理論值計算到繪圖過程中，我得