小型电机定子铁心自动压装机的设计.docx

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小型电机定子铁心自动压装机的设计

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摘要

转向架圆锥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，适用于铁路车辆新造及检修时压装SKF197726、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25t轴重列车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。

压装机工作过程直接影响转向架运行情况，车轴是转向架的重要零件，为提高行车速度，进一步提高列车车辆的运营能力和效率，增强与航空、公路、水运的竞争力，必须要确保轮对轴承压装质量，提高行车的安全性与平稳性。

如果压装过程不合理，产生错误，将会造成严重后果，车辆运行时噪声过大，起动加速度，制动减速度减小，甚至会发生轴温过热切轴等重大事故。

为达到要求，必须使压装机输出适当且足够大的压装力，提高轴承与轴颈的配合精度。

因为压装机工作过程输出压力大，速度慢，压装机采用液压传动系统。

压装部分是压装机的最重要组成部分，本文主要是针对圆锥滚动轴承压装机的压装部分的机械结构进行设计。

关键词：

转向架；滚动轴承；压装；机械

Abstract

Bogietaperrollingbearingpushmountingmachineistheappropriationequipmentforrailcarrollingbearingmounting.ItiswidelyusedformountingtheSKF197726and352226mouldsbearingsinmakingandoverhaulingrailcar,andwidelyusedinvehiclefactories,vehiclesections,vehicleoverhaulingfactoriesandminerailcarcompaniesetc.Inthisthesis,itisaimedtodesignapushmountingmachinefulfillingthepushmountingrequirement,basedondataof25taxleloadrailcarandfieldwork.Theprocessoftherollingbearingpushmountingisofgreatimportancetothebogie.Togethigherspeed,andbecomemorecompetitivewithaqueduct,airandhighwaytransport.Ifmistakesbemadeinthepushmountingprocess,itmayresultinbigtrouble,therailcarwillmakeovervolumenoiseinrunningperiod,thestartingandbreakingaccelerationwillreducetoalowanddangerouslevel.Touptothescratch,themachinehastooutputreasonableandbigenoughpushmountingforce.Fortheworkprocessneedsenoughpowerbutlowspeed,themachinetakeadvantageofhydraulicpowertransmissionsystem.Thepushmountingpartisthemostimportantpartofthewholemachine,thisissueismainlyaboutthedesignofthatpart’smechanicalstructureoftaperrollingbearingpushmountingmachine.

Keywords:

Bogie；Taperrollingbearing；Pushmounting；Mechanicalstructure

第一章绪论1

1.1引言1

1.2选题背景与意义1

1.3研究现状2

1.4本文的结构3

第二章压装部分工作原理及参数确定4

2.1设计内容及要求4

2.2压装机的工作工程及原理4

2.3压装机主要参数的确定6

第三章压装缸设计计算8

3.1压装缸的计算8

3.2确定压装缸的几何参数8

3.3压装缸各零部件的选用及尺寸计算10

第四章压装缸结构14

4.1压装缸的结构14

第五章压装机压装部分装配16

5.1压装机压装部分装配布置16

5.2装配场地与环境18

5.3装配过程18

第六章结论19

6.1论文总结19

6.2感想19

致谢20

参考文献21

第一章绪论

1.1引言

轴承压装机是铁路车辆系统滚动轴承压装的专业设备,其主要用途是采用冷压方式将滚动轴承压装到轮对轴颈上。

滚动轴承与轮对轴颈的配合为过盈配合,所以压装过程中压力较大。

圆锥滚动轴承压装机是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。

我国铁路车辆自六十年代安装无轴箱滚动轴承，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，1989年以后采用以单片机记录压装力及保压时间的固定式悬臂双缸轴承压装机，九十年代微机控制与记录一体化固定式整体承载全钢结构双缸轴承压装机开始投入铁路制造与检修生产中。

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，解决了压装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。

1.2选题的背景与意义

滚动轴承作为铁路货车走行部的关键部件，直接关系到车辆运行安全，始终是中国铁路部门关注的重点。

但过去多年来，轴承质量由于受到密封装置、轴承润滑脂、保持架质量的影响，不能满足铁路运输发展对货车的需求，每年均会发生几起滚动轴承热轴、切轴事故。

轮对运行中会产生热轴，压装中偏载是轴端变形，热轴产生有两个原因：

一时轴承的加工过程造成的缺陷，二是轴承压装过程不合理，如轴向游隙不符合标准，组装不良，车轮偏重，长期惯性力的作用。

热轴危害大，轻则使车辆不能正常影响，造成数十万的经济损失，重则发生车辆颠覆事故，危及乘客及乘务人员生命财产安全。

压装过程对轴承的可靠性具有决定性的作用，压装缸的设计主要为了保证轴承正确安装，车轴正常工作，车辆性能发挥到最大。

压装机机体由床身、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。

1.3研究现状

目前的转向架滚动轴承压装机与老式的压装机相比，输出压装力更大，压装精度有很大提高，随着自动化和信息技术的运用，压装过程课实现自动控制，不仅是确保压装质量高，而且提高压装效率。

压装机机体由床身、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。

（一）铁路滚动轴承的发展及现状[3]

在铁道部有关部门的组织积极配合下，解决了一系列制约滚动轴承发展的瓶颈问题。

中国的铁路货车滚动轴承事业正飞速发展，我国铁路货车轴承发展主要分为四个方面：

轴承的结构形式、保持架形式、润滑脂、密封装置的变化。

1978年以前，中国铁路开始着手使用滚动轴承替代滑动轴承，用滚动轴承代替滑动轴承是铁道部制定的一项重大技术政策，它可以减少列车的启动阻力和运行阻力,增加列车牵引吨位，减少燃轴事故，保证行车安全，提高运行速度，减少列车起动阻力85%，运行阻力10%左右，加快车辆周转，节省油脂、白合金等材料，降低运营成本，延长车辆检修周期等，到1980年开始，滚动轴承开始大量装车使用，当时使用的滚动轴承型号主要是当时滚动轴承的型号主要有97720、197720、197726、197726和97730等,其中197726型无轴箱双列圆锥滚子轴承是我国引进日本技术、国内生产的轴承。

通过试验，基本满足我国使用的环境条件和线路状况，1978年铁道部决定在我国铁路货车上装用197726型轴承；1980年开始在新造货车上大量装车使用。

该型轴承成为我国货车的主型产品。

。

铁道部1992年10月5日印发了《关于下发〈铁路货车197726型滚动轴承大修工作会议纪要〉和〈铁路货车197726型滚动轴承大修管理办法〉的通知》（辆货[1992]133号）,规定国产圆柱滚子轴承大修时报废,运用中的无轴箱短圆柱滚子轴承允许在检修中就地报废。

1998年1月，铁道部车辆局对中外合资后的北京南口斯凯孚铁路轴承有限公司在197726型轴承基础上第一步改进设计的轴承图样进行了批复，型号为SKF197726型。

本次改进设计主要是轴承制造质量和内部微观几何尺寸，采用塑钢保持架，滚子素线采用圆弧全凸度。

1998年1月1日起开始生产SKF197726型轴承并装车使用，同时该厂停止生产197726型轴承。

关于层结构的详细描述请参阅文献[2]。

（二）轴承压装机发展及现状

压装机随着铁路车辆轴承的发展，也经历了更新换代。

在过去数十年中，我国最常见的的转向架轴承压装机是移动小车式的，移动小车式压装机优点突出，移动方便，操作过程简单，但是随着车轴与轴承的发展，轴承与轴承配合精度要求越来越高，移动小车式压装机工作进度差，失败率高，而且工人劳动强度大，逐渐被固定式压装机所取代。

发展至今日，固定式压装机功能已经十分强大，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，依照修造工艺的标准，可采用轴承压装自动选配系统，利用主控机上的传感器和测具，获得轴承与轴颈的各项技术参数，然后经A/D转换后传至单片机中经计算，获得压装机配备数据。

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。

为达到轴承压装曲线具有真实反映压装质量的目的，必须采用在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。

圆锥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。

不仅大大提高压装质量，也减少了工作量。

1.4本文的结构

本文以列车滚动轴承压装机研发工程项目作为应用背景，对转向架圆锥滚动轴承压装机压装部分的机械结构了研究。

全文共分为六章，各章的主要内容如下：

第一章扼要地介绍了转向架圆锥轴承压装机的概念、特点与相关研究背景；

第二章研究了设计对象的工作过程及原理，主要是确定压装力等参数；

第三章研究了压装缸的设计计算，给出的控制方案；

第四章研究了压装机结构，密封与连接原件选用；

第五章说明了压装部分布置使用情况；

第六章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。

第二章压装部分工作原理及参数确定

2.1设计内容及要求

压装对象：

SKF197726型轴承是北京南口斯凯孚铁路轴承有限公司1998年生产并装车使用的双列圆锥滚动，适用于RD2型车轴，采用密封罩与油封一体化结构，润滑脂在Ⅱ型润滑脂基础上加以改进，采用新型润滑脂，大修周期为8年，设计寿命15年。

下图为SKF197726型轴承：

图2-1圆锥轴承结构

1-轴承密封组成；2-圆锥滚子；3-轴承内圈组成；

4-中隔圈；5-轴承外圈

该轴承内径为130mm，选配要求：

轴承内径误差不得大于0.0003mm；轴颈测量误差不得大于0.0005mm。

本次设计主要是针对双列圆锥轴承压装机的压装部分进行机械设计，控制部分和液压站部分不需要进行设计，根据已有的资料，从而设计出达到要求和需要的轴承压装部分。

2.2压装机的工作过程及原理

RD2型轮对轴承及25t轴重以上轮对轴承的压装，压装工作节拍为3min，以适应生产发展和铁路运输高速重载发展的需要。

压装机主要由压装部分（包括了轴承托架），轮对起落装置（包括夹紧装置）和机座构成。

压装部分是压装机主体，通过定心顶针使压装部分相对于轮对占有一个正确位置，完成定位和导向任务，继而通过二级缸活塞，套杯将轴承压装至轴颈上。

轴承托架是压装机的附属机构，它起着支撑轴承的作用，并使轴承中心线与压装部分中心线，轮对中心线基本重合。

轮对起落装置及轮对定位装置是转向架圆锥滚动轴承压装机的重要组成部分，其作用是在轴承压装前，将轮对拖到规定高度，使之相对于压装机部分占有一个准确位置，对轮对进行粗定位。

轴承组装完毕，起落装置下降，将轮对放到轨道上。

夹紧部分则是保障轴承压装顺利稳定完成的一个保障设施。

如上所述货车滚动轴承与轮对轴颈的配合为过盈配合，所以压装过程中压力较大，在压装过程中为保障轮对的稳定，需要压装部分对轮对和定位装置进行夹紧。

压装部分与轮对起落装置的动作都是由液压控制元件控制。

（一）压装机工作过程

（1）通过专业机械将轮对推入压装机

（2）按钮控制，由轮对起落装置将轮对托起到规定的高度（约低于压装机压装部分中心线1～2mm，本设计中压装部分中心线高度为1040mm），通过夹紧缸使轮对定位，使轮对离开起落装置，轮对起落装置退回原位

（3）将选配好的两个SKF197726型轴承分别放在轮对两侧的轴承托架上

（4）压装部分快进，行程400mm，将顶尖定在轮轴中心，并把轴承轴承后档套装在车轴两端轴颈上

（5）通过按钮控制，压装部分工进，打印出具有位移-压力曲线以及压装力、贴靠力等有关数据记录，压装时，压力曲线应均匀平稳上升，曲线中部不允许存在陡吨（压力曲线不平滑）、降吨（压力曲线朝数值减小的方向变化）等缺陷

图2-2位移-压装曲线图

（6）压装部分退回原位，确认压装过程合格后，夹紧装置松开，起落装置将轮对放开，推出轮对。

注意事项：

对不符合冷压装技术标准的轮轴过盈配合组件，应及时退轮检查配合面是否被擦伤，并进行修复。

未能及时退轮的轮轴过盈配合组件，其放置时间不允许超过12小时。

对达到压装力要求的轮轴过盈配合组件，允许原轮在原轴上重新压装一次；对压装力不足的轮轴过盈配合组件，不允许原轮在原轴上重新压装，原因是：

退轮后，轮轴配合表面看起来粗糙度无变化，实际已经朝粗糙度上升的方向变化了，在这种情况下，若进行重新压装，容易出现假吨（记录仪上显示的压装力数值，比实际压装力数值大）。

（二）压装部分工作原理

压装部分是压装机完成工作的最主要部分，由于压装过程要求压装力较大，速度要求不高，其传动系统采用液压系统。

压装机压装部分结构如图：

图2-3压装机压装部分结构示图

1.顶尖2.顶尖套3.活引套4.小铜套5.压环6.位移传感器支架

7.前盖8.顶尖活塞9.内油管10.活塞杆11.活塞12.后盖13.后盖板

（1）在轴承摆放，轮对定位完成后，控制系统发出指令，通过油管供油，一级缸工作，由顶尖活塞推出，头套带动顶尖推出，行程为200mm，顶尖顶住车轴中心处

（2）二级缸工作，活塞与轴承托架通过螺纹连接，活塞前移同时带动轴承移动，同时通过导向套筒推动套杯推出，控制系统记录贴紧压力值保压5秒，将轴承压入轴颈

（3）压装完成后，二级缸活塞由油液推动退回，之后，一级缸活塞退回。

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，从实际情况出发，有机的结合各种传动形式，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。

本设计中由于压装过程中压装机构分两步动作，输出的的压力值差距较大，采用二级液压缸结构，这样不仅满足压装过程力的要求，同时根据工况，速度有所提高，提高了压装效率。

2．3确定压装机主要参数

轴承压装机的主要性能和参数

（1）最大压装力参照中华人民共和国铁道行业标准TB/T1701-2005表2：

SKF197726轴承需要压装力不小于196KN，最大贴紧力

，R为最大压装力，D为轮轴配合直径，为130mm，最大贴紧力取475KN

（2）压装缸行程400mm

（3）外形尺寸5000*850*1500mm

（4）许用压力高压9.5Mpa

低压2.5Mpa

（5）总功率11.3Mpa

（6）轮对最大直径915mm（客车标准轮径）

轮对最小直径760mm

（7）重量8000kg

（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

第三章压装缸的设计计算

3.1压装缸的计算

（1）压装缸负载计算

已知压装力为196KN，最大压装力为475KN，并保压5s

（2）确定压装缸的工作压力

系统分别有高压和低压，高压处最高为9.5Mpa，低压处最高为2.5Mpa，不得超过此数值，具体参考压装机液压系统的设计

3.2确定压装缸的几何参数

压装缸尺寸计算：

（1）液压缸工作压力的确定

工进时为9.5Mpa，快进时为2.5Mpa

（2）液压缸内径D和活塞杆直径d的确定

图3-1压装缸示意图

D——二级缸缸体内径，单位mm

——二级缸活塞杆外径，单位mm

——一级缸内径，单位mm

——一级缸活塞杆外径，单位mm

（3-1）

R——为最大压装力475/KN

——机械效率，取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

（3-2）

（3-3）

查机械设计手册（GB/T2348-1993）取D=250mm

取d1=160mm，d2=125mm，d3=90mm

（3）压装缸壁厚和外径的计算

液压缸的壁厚通过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

（3-4）

则圆筒称为薄壁圆筒。

其计算公式为：

（3-5）

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（1.25-1.5）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

（3-6）

（3-7）

（3-8）

（3-10）

查机械设计手册表23.66-59

采用外径为160mm，壁厚为18mm材料为20钢无缝钢管。

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

（3-11）

，

（3-12）

查机械设计手册表23.66-59

采用外径为325mm，壁厚为38mm的HT200

（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，并参照机械设计手册表23.6-35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。

3.3压装缸各零部件选用及尺寸计算

（1）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

（3-13）

有孔时

（3-14）

式中

——缸盖有效厚度（mm）

——缸盖止口内径（mm）

——缸盖孔的直径（mm）

一级缸缸盖厚度计算

后缸盖

（3-15）

（3-16）

前缸盖

（3-17）

取

=15mm。

二级缸缸盖厚度计算

后缸盖

（3-18）

取

=45mm；

前缸盖

（3-19）

取

=45mm.

（2）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

（3-20）

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D<80mm时，取

；当D>80mm时，取

。

对一级缸最小导向长度

（3-21）

活塞宽度及滑动支承面的长度

（3-22）

（3-23）

因

，故无需设计隔套。

对二级缸最小导向长度

（3-24）

活塞宽度及滑动支承面的长度

（3-25）

（3-26）

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，隔套长度取24mm。

（3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

（3-27）

（3-28）

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

（3-29）

缸体外形尺寸为

（3-30）

缸体长度为662mm。

第四章压装缸的结构

4.1压装缸的结构设计

（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

（2）活塞杆与活塞的连接结构

参考机械设计手册表23.6-42

一级缸工作压力大，活塞直径较小，活塞杆与活塞的连接结构采用整体式结构；

二级缸活塞杆与活塞的连接结构采用螺纹连接。

（3）活塞杆导向部分的结构

参考机械设计手册表23.6-47

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。

（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:

Y110×90×16GB10708.1-89以及Y185×160×20GB10708.1-89，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：

V250×220×49.5GB10708-89，摩擦阻力大，耐久性好。

（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