3006069馬凱高速鐵路軸承外圈淬火壓床開發(fā)設(shè)計

1、濟南大學泉城學院畢業(yè)設(shè)計- 24 -1 前言1.1淬火壓床設(shè)計引言1.1.1鐵路貨車軸承現(xiàn)狀滾動軸承作為鐵路貨車的關(guān)鍵部件，直接關(guān)系到車輛運行的安全，始終是中國鐵路部門關(guān)注的重點。但過去多年來，軸承質(zhì)量由于受到密封裝置、軸承潤滑脂、保持架質(zhì)量的影響，不能滿足鐵路運輸發(fā)展對貨車的需求，每年均會發(fā)生幾起滾動軸承熱軸、切軸事故。近幾年來，隨著我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展以及中國鐵路跨越式的發(fā)展，中國鐵路的滾動軸承事業(yè)也步入了快車道，在鐵路有關(guān)部門組織和各研究所的積極配合下，解決了一系列制約著滾動軸承發(fā)展的瓶頸問題，可以說，中國鐵路貨車滾動軸承事業(yè)走過了一條極其不平凡的道路，并正在生機勃勃的快速向前發(fā)展。縱觀

2、我國鐵路貨車滾動軸承的發(fā)展歷程，也就只是軸承結(jié)構(gòu)的變化、保持架材質(zhì)的變化、軸承密封裝置的改進以及軸承潤滑脂的優(yōu)化和檢修技術(shù)標準的不斷完善和發(fā)展的歷程。滾動軸承在中國鐵路貨車的應(yīng)用比較晚，載貨車滑動軸承轉(zhuǎn)化的初期，滾動軸承主要采用進口。1978年，滾動軸承開始在新造、廠修貨車上小批量裝車運用、試驗，當時滾動軸承的型號主要有97720、197720、97726、197726和97730等；從1980年開始在新造貨車上大量裝車使用，當年新造貨車滾動軸承數(shù)量已達到4000輛。用滾動軸承代替滑動軸承是鐵道部制定的一項重大技術(shù)政策，它可以減少列車的啟動阻力和運行阻力，增加列車牽引噸位，減少事故，保證行車安

3、全，提高運行數(shù)度，加快車輛周轉(zhuǎn)，節(jié)省材料，降低運營成本，延長貨車的檢修周期。鐵路貨車在裝用滾動軸承后，其技術(shù)經(jīng)濟效果是相當明顯的。減小列車啟動和運行阻力，增大列車的牽引重量。列車的運行阻力是由輪軌間、軸承內(nèi)的摩擦阻力以及風力等組成。減小各項相對阻力，可明顯增大牽引重量，節(jié)約能源，提高運輸效率。鐵路貨車由裝用滑動軸承改用滾動軸承是取得明顯效果的重要途徑。一般情況下，滾動摩擦系數(shù)比滑動摩擦系數(shù)低得多，相差一個數(shù)量級。因此，滾動軸承列車的啟動和牽引阻力都將比滑動軸承列車大大減小?；瑒恿熊噯幼枇Υ?，列車在低速運行時的阻力也就大，特別是在冬季更為顯著。列車啟動困難，牽引重量受到限制。隨著列車運行速度的

4、不斷提高，軸承摩擦阻力占列車總運行阻力的比例減小。節(jié)約能源和減少材料的消耗，滾動軸承化所節(jié)約的能源和材料也是相當可觀的。由于滾動軸承列車的啟動阻力和運行阻力都比較小，減小了機車的功率消耗，提高了機車的動力利用效率，因而能節(jié)約大量的能源。另一方面，由于裝用滾動軸承，還可以節(jié)約大量的潤滑油和有色金屬，大大減少材料消耗。貨車裝用滾動軸承后大大減少了潤滑油的消耗量。此外，由于滾動軸承裝用潤滑脂，很少漏油，也可消除因漏油玷污鋼軌而降低機車的牽引力。裝用滾動軸承后可以大量減少燃油事故，極大的提高運營的安全性和經(jīng)濟性。滾動軸承比滑動軸承具有優(yōu)良的技術(shù)性能。裝用滾動軸承的車輛，燃軸事故率大大減少。根據(jù)每年進行

5、的統(tǒng)計調(diào)查顯示，裝用滾動軸承的火車運營過程中因軸承技術(shù)故障而引發(fā)的事故大大減少。目前我國高鐵軸承仍然全部依靠進口,未來三年我國高鐵軸承市場將超過20億元.在總需求中,晉西車軸,輕軌等城市軌道交通車輛對軸承的急需,確定由軸研科技作為項目牽頭負責單位,但漲幅最大的均為所謂的高鐵概念,目前我國時速160公里以上客車用軸承全部靠進口,在軸承行業(yè)開展高速鐵路軸承的研發(fā)工作. 由于我國軸承產(chǎn)業(yè)發(fā)展跟不上,可靠性低,目前時速在300公里以上高鐵所用車軸全部進口,但不清楚結(jié)果怎么樣.我國生產(chǎn)的軸承產(chǎn)品在性能與價格比,中國軸承產(chǎn)業(yè)協(xié)會開展高速鐵路軸承會商,如中國南車,可能幾年內(nèi)也無法大量生產(chǎn)出給高鐵配套的軸承.

6、反映在市場上,軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和仿真分析等工作。根據(jù)鐵道部相關(guān)人員表述，到2012年我國將建成1.3萬公里客運專線，時速350公里的線路將達到8000公里，時速250公里的線路將達到5000公里。時速 350公里的高速動車組將成為未來鐵路客運專線的主力。對中國北車和中國南車而言，只有提升動車組生產(chǎn)能力才能夠滿足中國高速動車組的強勁需求。 高速動車組不僅在國內(nèi)方興未艾，而且國外相關(guān)國家均表現(xiàn)出了對中國高速 動車組的濃厚興趣，未來中國高速動車組有望輸出產(chǎn)品和技術(shù)。 動車組和大功率機車的核心技術(shù)已為我所有。高速動車組的總成、車體、轉(zhuǎn)向架、牽引變流、牽引控制、牽引變壓、牽引電機、列車網(wǎng)絡(luò)控制和制動系

7、統(tǒng)等核心技術(shù)，大功率電力機車的總成、車體、轉(zhuǎn)向架、主變壓器、網(wǎng)絡(luò)控制、主變流器、驅(qū)動裝置、牽引電機、制動系統(tǒng)等核心技術(shù)，大功率內(nèi)燃機車的柴油機、主輔發(fā)電機、交流傳動控制等核心技術(shù)，以及大量的配套技術(shù)，我們已經(jīng)掌握。運用這些技術(shù)生產(chǎn)的時速200公里及以上動車組和大功率機車的國產(chǎn)化率可達到70%以上。 然而，雖然國內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速鐵路動車組整車，但在高速鐵路軸承的國產(chǎn)化應(yīng)用方面仍處于空白。目前國內(nèi)動車組軸承全部使用進口軸承。因此大力發(fā)展高速鐵路軸承的國產(chǎn)化已是勢在必行?？上攵?，前景也非常的廣闊。目前，鐵路貨車用滾動軸承替代滑動軸承已經(jīng)成為必然趨勢。在我國目前運用的鐵路貨車上

8、，裝用的滾動軸承有幾種形式，但主要的型式是197726型無軸箱雙列圓錐滾子軸承。鐵路軸承所用的的材料為滲碳軸承鋼（g20crnimoa），其滲碳厚度為1.5mm2.3mm，工作表面的淬火回火硬度為hrc6064，心部硬度為hrc3545。由于軸承鋼在淬火時會畸變大，變形十分嚴重，進而造成大量廢品。所以，軸承行業(yè)普遍采用淬火模具來強行阻止其變形。目前，國外普遍采用淬火壓床來完成鐵路軸承的淬火工藝。國內(nèi)同行在淬火壓床模具設(shè)計方面也做了大量工作，并取得了一定成效。在此基礎(chǔ)上，通過計算，設(shè)計了一種外動內(nèi)靜式的模具，即把模具分成為兩個模芯，模具內(nèi)芯是一個整體，外芯為6塊活動塊，并與內(nèi)芯通過錐面配合。該設(shè)

9、計既可進退自如，通過錐面配合也便于脫模，又使模具與軸承材料保持良好接觸，從而既完成淬火工藝，保證了軸承的精度，又能提高模具的使用壽命。1.1.2鐵路貨車滾動軸承外圈簡介 鐵路貨車軸承的外圈是一個帶有兩個圓錐滾道的套筒，由于軸向力一般只是軸載荷的30%，所以滾道母線與軸承中心線的夾角（即軸承接觸角）不大，一般的都在10°13°范圍以內(nèi)。當接觸角過小時，在軸向力的作用下，容易產(chǎn)生楔套作用，進而導致外圈和內(nèi)圈組件卡死。反之，接觸角過大，會使軸承受力惡化，進而降低軸承使用壽命。197726軸承的接觸角為10°，外圈的兩端設(shè)有牙口，用來安裝密封罩。為了防止密封罩松動而引起的

10、油脂泄露，應(yīng)使牙口的配合寬度盡量加大，一般牙口的寬度為1215mm，197726軸承為13mm，同時加工精度要高。由于外圈代替了軸箱，因此應(yīng)盡量提高外圈的剛性，減小使用中和壓裝密封罩時的變形，外圈的壁厚應(yīng)盡可能大一點為好。5為了降低外圈端面與承載鞍推力擋肩間接觸面單位面積壓力，并減少擋肩的磨損，應(yīng)使外圈端面面積盡可能的加大。17外圈材料采用滲碳軸承鋼（197726軸承外圈材質(zhì)為20crni2moa），經(jīng)過滲碳淬火熱處理之后，獲得表層硬心部分的良好結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)鐵路貨車滾動軸承惡劣使用條件的要求。材料名稱： (滲碳)軸承鋼牌號： g20crnimoa標準： gb/t 3203-1982特性及適用范

11、圍：滲碳軸承鋼是一種常用的優(yōu)質(zhì)合金滲碳鋼，滲碳處理后材料表面有相當高的硬度、耐磨性和接觸疲勞強度，同時其心部還保留良好的韌性，能承受高的沖擊負荷，主要用于汽車軸承等耐沖擊、耐磨損零件的材料。13化學成份：碳 c ： 0.170.23(允許偏差:±0.02)硅 si： 0.150.40(允許偏差:±0.03)錳 mn： 0.600.90(允許偏差:±0.04)硫 s ： 0.020(允許偏差:+0.005)磷 p ： 0.020(允許偏差:+0.005)鉻 cr： 0.350.65(允許偏差:±0.15)鎳 ni： 0.400.70(允許偏差:±

12、0.05)銅 cu： 允許殘余含量0.25(允許偏差：0.05)鉬 mo： 0.150.30(允許偏差:±0.02)力學性能：抗拉強度 b (mpa)： 1176(120)伸長率 5 ()： 9斷面收縮率 ()： 45沖擊韌性值 kv (j/cm2)： 78(8)試樣尺寸： 試樣尺寸為15mm熱處理規(guī)范：淬火,第一次溫度為880±20,第二次溫度為790±20,油冷;回火,溫度為150200,空冷。金相組織：馬氏體。61.2淬火壓床技術(shù)現(xiàn)狀機床產(chǎn)業(yè)為機械制造業(yè)提供了制造裝備，從經(jīng)濟的角度來說，機床產(chǎn)業(yè)對發(fā)展國民經(jīng)濟，增強綜合國力和發(fā)展高新技術(shù)起到重要的作用。16我

13、國機床產(chǎn)業(yè)的總體設(shè)計制造水平與工業(yè)發(fā)達的國家相比，還有較大的差距，其主要表現(xiàn)為現(xiàn)在的設(shè)計方法落后，設(shè)計資料老化，以及設(shè)計標準不能和國際上的發(fā)達國家接軌。在我國加入wto之后，為了使我國的機械生產(chǎn)行業(yè)得以高速發(fā)展并且和國際發(fā)達國家在經(jīng)濟和國力上接軌，我國對機械行業(yè)的制造裝備（機床產(chǎn)品）給予了高度關(guān)注，加快促進我國機床設(shè)計制造水平的提高，增強機床產(chǎn)品的國際競爭力，力求在機床設(shè)計方面做到：為機床設(shè)計人員提供正確的設(shè)計思想，開發(fā)科學的方法，提高資料的標準。1.3淬火壓床性能簡介本淬火壓床為半自動淬火壓床，除了工件裝卸外，其它操作都是自動的。機床的傳動全部采用電氣、液壓控制，實現(xiàn)自動工作循環(huán)。這樣有助于

14、被淬火零件的精度控制和質(zhì)量的穩(wěn)定，又可減輕工人的勞動強度。本機床上下模均采用液壓傳動，可在上料位置與工作位置間移動。先把一批淬火零件加熱至淬火溫度，然后逐個放入本壓床，在壓床內(nèi)冷卻，進而完成淬火工序。液壓運動控制裝置：該裝置與電氣配合以保證機床自動循環(huán)的完成?？刂普景澹和ㄟ^該控制站板，集中操縱機床的的全部動作。冷卻油量控制裝置：通過三個不同通徑電磁閥的相互結(jié)合來實現(xiàn)冷卻油量的控制。22鐵路貨車軸承外圈淬火壓床總體設(shè)計2.1設(shè)計要求首先，要滿足用戶的各種需求，確定機床的加工范圍、工件淬火精度和生產(chǎn)的經(jīng)濟性等因素。其次，應(yīng)合理的安排工件的傳動位置，盡量用較短的傳動鏈，以簡化機床的結(jié)構(gòu)，并提高傳動精

15、度和傳動效率。最后，通用機床必須滿足各種參數(shù)標準和關(guān)于機床布局的規(guī)定，要求機床結(jié)構(gòu)簡單。2.2淬火壓床總體結(jié)構(gòu)布局本淬火壓床主體結(jié)構(gòu)主要由機床床身、控制箱、淬火模具、工作臺、開合油池、液壓操縱板、冷卻油集配箱等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。淬火壓床床身采用板焊結(jié)構(gòu)，是全機床的承載框架。封閉油罩內(nèi)冷卻油液采用自下而上的浸沒循環(huán)流動冷卻方式，垂直于工件入油，且在整個冷卻過程中冷卻油定向流 動，冷卻效果好，被淬件硬度均勻，變形小。模具采用液壓脫料，脫?？煽?，裝卸件容易且便于工人操作。工件內(nèi)外周同時浸油冷卻，模具材料采用gcr15鋼淬硬，耐磨壽命長，工件形狀保持性好， 淬火件的尺寸穩(wěn)定。 機床的液壓系統(tǒng)主要由動力元件（油

16、泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。液壓油箱在液壓系統(tǒng)中的主要作用是儲油、散熱、分離油中所含空氣及消除泡沫。選用油箱時首先要考慮其容量，一般的移動式設(shè)備取泵最大流量的23倍，固定式設(shè)備取34倍；其次考慮油箱的油位，當系統(tǒng)全部液壓油缸伸出后油箱油面不得低于最低油位，當油缸回縮以后油面不得高于最高油位；最后考慮油箱結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)油箱內(nèi)的隔板并不能起到沉淀臟物的作用，應(yīng)沿油箱縱軸線安裝一個垂直隔板，此隔板一端和油箱端板之間留有空位使隔板兩邊空間連通，液壓泵的進出油口布置在不連通的一端隔板兩側(cè)，使進油和回油之間的距離保持最遠，從而使液壓油箱多起到一些散熱的

17、作用。4 3鐵路貨車軸承外圈淬火壓床工藝分析3.1淬火壓床淬火過程簡介鐵路貨車軸承外圈淬火壓床主要由加壓、淬火、退料等部分組成。3.1.1加壓部分該機床是一種封閉油浸沒式的流動油液冷卻、自動脫料式固定模具壓淬的自動淬火壓床。工作的時候壓床的工作臺向外伸出，停在待料位置。加熱后的工件放入工作臺后，開合油池打開，淬火循環(huán)開始。動橫梁快速向下移動，在接近工作臺面時減速，使油罩下沿與工作臺面密封，與油罩下移同步，上模具插入工件，定心并用事先調(diào)定的力使上下模具同時壓緊工件，此力既不能使紅熱工件變形，又要有足夠的支撐力阻止工件淬火過程中的收縮。3.1.2淬火部分淬火上下模具加壓后，冷卻油液按最大的流量接通

18、，此時冷卻油液經(jīng)過配油箱、工作臺、模具內(nèi)腔、工件內(nèi)、外周等，并以很快的速度浸沒冷卻工件并形成液流，當油面高出旁溢口時，溢油經(jīng)過機身立柱流向底座，再經(jīng)過泄油管道流回油池。自冷卻開始，電控系統(tǒng)就進入冷卻倒記時，到總冷卻時間的某一中段，如 3min， 由計時器發(fā)令關(guān)閉配油閥，使最大油流減弱以維持冷卻油流，直到預置的冷卻時間為0（采用倒計時法），冷卻油夜關(guān)閉，停止冷卻供油，回流泄油閥開啟，延時數(shù)秒后，使油罩內(nèi)的余油回流干凈，發(fā)出信號使動橫梁上升，此時油罩提起，脫模油缸工作使工件與模具分離。油罩上升到位后發(fā)出信號， 使工作臺移出并由人工或機械手取出淬火后的工件并送入清洗輥道，一個淬火過程循環(huán)就結(jié)束了，工

19、作臺最后停留在移出待料位置。33.1.3退料部分工件淬火完成后，冷卻油回流入油箱，上下淬火模具分別退回，淬火模具的外芯在彈簧收縮力的作用下向中心收縮，使外圈易于脫模。3.2淬火壓床設(shè)計要點由于液壓缸工作時浸在油中及液壓膠圈許用溫度的限制，則淬火介質(zhì)的溫度需控制在60以內(nèi)。這就要求淬火介質(zhì)的容積應(yīng)盡量大，并且選用較大換熱面積的換熱器用以冷卻淬火介質(zhì)。工件加熱時表面形成氧化皮，淬火時沉浮在油中，因此液壓缸在油中工作需加防塵結(jié)構(gòu)。壓模淬火冷卻時發(fā)生冷卻不充分，只有將冷卻油液通入到模具內(nèi)部，由內(nèi)向外噴流，這樣才能使其冷卻能力成倍增加，使工件內(nèi)部同時冷卻。內(nèi)部通油不僅可以冷卻模具和工件，還可以將粘附在模

20、具上的氧化皮沖掉，從而保證工件淬火后尺寸的穩(wěn)定性。73.3淬火后達到的技術(shù)指標經(jīng)壓床淬火后，工件心部硬度達到3545hrc，表面硬度達到6064hrc。心部組織達到2-3級（1-3級為合格）。橢圓度最大不超過0.2mm。淬火后尺寸離散度小于0.3mm。淬火后無裂紋，同一端面硬度差不超過1hrc，可見淬火壓床的冷卻均勻性好。采用本淬火壓床及解決了變形問題，又使冷卻速度快，冷卻均勻性好。使工件既能淬透淬硬，又不產(chǎn)生裂紋，因此大幅度提高了軸承套圈的淬火質(zhì)量。83.4淬火壓床液壓系統(tǒng)簡介液壓傳動控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因為液壓傳動控制方式的靈活性和便捷性，液壓

21、控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實現(xiàn)各種機械和自動控制的學科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機組合成為完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。從原理上來說，液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞。該設(shè)備采用液壓傳動控制，用三個液壓缸

22、分別控制壓模、起模和淬火油池的開合，即將軸承外圈在加熱設(shè)備中加熱到800810，再裝入壓床中，通過模具控制其變形，在通入4060的淬火油進行淬火冷卻。因此，淬火壓床中的油路設(shè)計特別是油缸設(shè)計在本設(shè)備中是非常重要的，由于其特殊的工作環(huán)境，要求對工作的活塞、鋼筒、有效的工作距離及油路的流量等都要做特別的考慮。93.4.1液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 （1）能源裝置（或稱動力元件）：液壓動力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪

23、泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動使得液體進行運動。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。它的作用是把液體利用原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。常見的是液壓泵。 （2）執(zhí)行裝置（或稱執(zhí)行元件）： 液壓執(zhí)行元件是用來執(zhí)行將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變成機械能的裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達。液壓馬達是與液壓泵做相反的工作的裝置，也就是把液壓的能量轉(zhuǎn)換稱為機械能，從而對外做功。 把液體壓力能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置，其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉(zhuǎn)運動。一般常見的形式是液壓缸和液壓馬達。（3）控制調(diào)節(jié)裝置（或稱控

24、制元件）：液壓控制元件用來控制液體流動的方向、壓力的高低以及對流量的大小進行預期的控制，以滿足特定的工作要求。正是因為液壓控制元器件的靈活性，使得液壓控制系統(tǒng)能夠完成不同的活動。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機械操縱法、電動操縱閥等。 它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動機的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進行調(diào)節(jié)控制的裝置。這類元件主要包括各類控制閥或者由各種閥構(gòu)成的組合裝置。這些元件的不同組合組成了能完成不同功能的液壓系統(tǒng)。 （4）輔助裝置（或稱輔助元件）：除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元

25、件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個器件，我們就能夠建設(shè)出一個液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。根據(jù)不同的控制目標，我們能夠設(shè)計不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。（5）傳動介質(zhì)：傳動介質(zhì)（即各種液壓工作介質(zhì)）是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 3.4.2液壓傳動的基本特征 （1） 力比例關(guān)系 液壓傳動區(qū)別于其它傳動方式的基本特征一： 力（或力矩）的傳遞是靠液體壓力來實現(xiàn)的，或者說，力（或力矩）的傳遞是按帕斯卡原理（即靜壓傳遞原理）進行的。 因此，有人把液壓傳動稱為“靜壓傳

26、動” 。帕斯卡原理（即靜壓傳遞原理）:“在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點”。結(jié)論： 在液壓傳動中工作壓力取決于負載，而與流入的液體多少無關(guān)。注意：負載包括：有效負載、無效負載（如摩擦力）以及液體的流動阻力。（2） 運動關(guān)系液壓傳動區(qū)別于其它傳動方式的基本特征二： 運動速度（或轉(zhuǎn)速）的傳遞是按照“容積變化相等”的原則進行的?；诖?，有人把液壓傳動成為“容積式液體傳動”。 在流體力學中，把單位時間內(nèi)流過某一通流截面a的流體體積稱為流量，則流量 q = v·a (3.1) 結(jié)論： 活塞移動速度正比于流入液壓缸中油液流量q，與負載無關(guān)。也就是說，活塞的運動速度可以

27、通過改變流量的方式進行調(diào)節(jié)?；谶@一點，液壓傳動可以實現(xiàn)無級調(diào)速。 活塞的運動速度反比于活塞面積，可以通過對活塞面積的控制來控制速度。 （3） 功率關(guān)系由前述可得: p=fv=wv=pq (3.2)上式說明，在不計各種功率損失的條件下，液壓傳動系統(tǒng)的輸出功率wv等于輸入功率fv，并且液壓傳動中的功率可以用壓力p和流量q的乘積來表示。 總結(jié)上述： 在液壓傳動中壓力p和流量q是最基本、最重要的兩個參數(shù)。3.4.3液壓系統(tǒng)的總體方案液壓工作過程：工作臺液壓缸：后退前進；動橫梁：下降上升；模具缸：下降上升；綜上所述，考慮到系統(tǒng)的流量很大，變量泵不好選，這種方案的經(jīng)濟性好，系統(tǒng)效率高，因此從提高系統(tǒng)的效

28、率，節(jié)省能源的角度考慮，采用單個定量泵的、供油方式不太適，宜選用雙聯(lián)式定量葉片泵作為油源。3.4.4液壓缸的各項參數(shù)分析根據(jù)分析此設(shè)備的負載，按類型屬組合機床類，所以初選液壓缸的工作壓力為4.0mpa計算液壓缸的尺寸動橫梁 (3.3) (3.4)按標準?。?3（mm）工作臺(mm)按標準?。?2（mm）模具油缸：(mm)按標準取：100（mm）根據(jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑：橫梁： (3.5)得d=23.00(mm)按標準?。篸=25(mm)無桿腔面積a=d(mm) (3.6)有桿腔面積 (3.7)工作臺由于其前進與后退速度相同根據(jù)設(shè)計手冊確定d/d=0.5-0.58所以：按標準取

29、： d=18（mm）無桿腔面積 （mm）有桿腔面積（mm）模具油缸：d=48.04(mm)按標準?。?0(mm)無桿腔面積 （mm）有桿腔面積 （mm）活塞桿穩(wěn)定性校核動橫梁因為活塞桿總行程為250（mm），而且活塞桿直徑25（mm），= 250/25=10,不需要進行穩(wěn)定性校核。工作臺 因為活塞桿總行程為500（mm），而且活塞桿直徑18（mm），= 500/18=27.78,因為工作臺液壓缸的活塞桿主要受力為水平方向，因此不需要進行穩(wěn)定性校核。模具油缸：因為活塞桿總行程為280（mm），而且活塞桿直徑50（mm），= 280/50=5.6<10,不需要進行穩(wěn)定性校核。求液壓缸的最大流

30、量動橫梁q=av=3117.250.00010.0751060=14.03(l/min)工作臺q=av=804.2510.00010.0601060=2.90(l/min)模具油缸：q=av=7853.980.00010.0651060 =30.63(l/min)鋼筒壁及法蘭的材料選45鋼，活塞桿材料選q235。液壓缸其它參數(shù)的選擇（1）活塞的最大行程l已由要求給定動橫梁：l=250（mm）工作臺：l=500（mm）模具油缸： l=280（mm） （2）小導向長度 當活塞桿全部向外伸時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度h。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度值增大，影

31、響液壓缸的穩(wěn)定，因此設(shè)計時必須保留有一最小導向長度。對于一般液壓缸，當液壓缸的最大行程為l，缸筒直徑為d時，最小導向長度為：動橫梁：h=250/20+63/2=12.5+32.5=45(mm)所以取h=50mm工作臺：h=500/20+32/2=25+16=41(mm)所以取h=50mm模具油缸：h=280/20+100/2=14+50=64(mm)所以取h=70mm（3）活塞的寬度的確定 取b=0.7d動橫梁：b=0.7d=0.763=44.1(mm)取b=45mm工作臺：b=0.7d=0.732=22.4(mm)取b=25mm模具油缸： b=0.7d=0.7100=70(mm)取b=70m

32、m（4）活塞桿長度的確定活塞桿的長度活塞桿長度應(yīng)大于最大工作行程、導向長度、缸頭、缸蓋四者長度之和。既l+h+但是為了使其能夠工作，必須和工作臺相連接，所以還應(yīng)支出一部分?？紤]實際工作環(huán)境和連接的需要，取這部分長度動橫梁與模具油缸為50mm，工作臺為30mm。所以活塞桿的總長動橫梁l=250+50+84+77+50=511(mm)工作臺l=500+50+43+40+30=663(mm)模具油缸l=280+70+133+122+50=655(mm)（5）液壓缸筒長度的確定l=活塞最大行程+活塞寬度+活塞桿導向長度+活塞桿密封長度。動橫梁l=250+45+50+10=355(mm)工作臺l=500

33、+25+50+10=585(mm)模具油缸l=280+70+70+10=430(mm)3.4.5密封件的選擇液壓系統(tǒng)中密封件的作用是防止工作介質(zhì)的內(nèi)外泄漏，以及防止灰塵，金屬屑等異物侵入液壓系統(tǒng)。能實現(xiàn)上述作用的裝置稱為密封裝置，其中起密封作用的關(guān)鍵元件密封元件，簡稱密封件。系統(tǒng)的內(nèi)外泄漏均會使液壓系統(tǒng)容積效率下降，或達不到要求的工作壓力，甚至使液壓系統(tǒng)不能正常工作。外泄漏還會造成工作介質(zhì)的浪費，污染環(huán)境。異物的侵入會加劇液壓元件的磨損，或使液壓元件堵塞，卡死甚至損壞，造成系統(tǒng)失靈。一般的液壓系統(tǒng)對密封件的主要要求是：1在一定的壓力，溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能；2有相對運動時，因密封件引起的

34、摩擦應(yīng)盡量小，摩擦系數(shù)應(yīng)盡量穩(wěn)定；3耐腐蝕、耐摩性能好，不易老化，工作壽命長，磨損后能在一定程度上自動補償；4結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，成本低廉。4鐵路貨車軸承外圈淬火壓床模具設(shè)計4.1模具材料的選擇模具材料可從模具鋼中進行選擇，模具鋼大致可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼3類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。鐵路軸承淬火機床模具所用的模具鋼為熱作模具鋼。114.2 熱作模具鋼二十世紀三十年代鋁合金壓鑄工藝迅速發(fā)展，急切需要發(fā)展具有良好耐熱性、耐熱疲勞和抵抗鋁液沖蝕的新型熱作模具鋼，美國開發(fā)了一系列中鉻合金系熱作模具鋼，其中h13鋼得到了最為廣泛的應(yīng)用。鋼主要含cr、mo、v等合金元素，具有良好

35、的工藝性以及使用性能。由于其優(yōu)良的熱性和熱抗沖擊性能，h13目前已逐步替代因韌性和熱疲勞不足而引起失效的3cr2w8v鋼來制造有色金屬壓鑄模；與傳統(tǒng)得熱鍛模用熱作鋼5crnimo、5crmnmo鋼相比，h13鋼具有更好的熱強性。作為當前世界范圍內(nèi)使用最為廣泛的熱作模具鋼，h13鋼除了常用于制作熱擠壓模、鋁合金壓鑄模、熱鍛模之外, 還可用作冷擠壓模、塑料模等,是冷熱兼用的模用鋼。據(jù)資料介紹, 日本鋁合金壓鑄模的平均使用壽命在11萬次左右, 瑞典8407制造的鋁壓鑄模的使用壽命達20萬次, 相比之下, 我國鋁合金壓鑄模的平均使用壽命只有6萬次, 最差的僅幾千次模具就失效了, 這與國產(chǎn)h13鋼的質(zhì)量

36、有很大關(guān)系。我國自上世紀八十年代引進h13鋼, 目前h13鋼已經(jīng)占據(jù)國內(nèi)熱作模具鋼的主導地位,許多鋼廠能生產(chǎn)h13鋼。但與進口的優(yōu)質(zhì)h13鋼相比, 國產(chǎn)h13鋼的整體質(zhì)量存在明顯的差距。因而盡管進口優(yōu)質(zhì)鋼的價格數(shù)倍于國產(chǎn)h13鋼, 但高可靠性和高壽命的保證使得進口h13鋼在國內(nèi)高檔熱作模具市場占有相當大的份額。現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展不斷地對熱作模具鋼性能提出了更高的要求。世界各國主要采用以下兩種途徑提高模具鋼的性能以滿足工業(yè)界的要求, 一是優(yōu)化模具鋼的成分開發(fā)新鋼種, 二是改進模具生產(chǎn)流程和工藝制技術(shù)。4.3模具材料選擇模具材料應(yīng)該選用冷熱疲勞抗力、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性高的熱作模具鋼。h13(4cr5

37、mov1si)是目前應(yīng)用較廣泛的材料，據(jù)介紹，國外80的型腔均采用h13，現(xiàn)在國內(nèi)仍大量使用3cr2w8v，但3cr2w8vt_藝性能不好，導熱性很差，線膨脹系數(shù)高，工作中產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導致模具產(chǎn)生龜裂甚至破裂，并且加熱時易脫碳，降低模具抗磨損性能，因此屬于淘汰鋼種。馬氏體時效鋼適用于耐熱裂而對耐磨性和耐蝕性要求不高的模具。鎢鉬等耐熱合金僅限于熱裂和腐蝕較嚴重的小型鑲塊，雖然這些合金即脆又有缺口敏感性，但其優(yōu)點是有良好的導熱性，對需要冷卻而又不能設(shè)置水道的厚壓鑄件壓鑄模有良好的適應(yīng)性。因此，在合理的熱處理與生產(chǎn)管理下，h13仍具有滿意的使用性能。4.4 h13鋼的優(yōu)點h13鋼與傳統(tǒng)的3cr2

38、w8v鋼相比，它除了具有相當高的強熱性和熱硬性外，其高溫韌性和熱疲勞抗力都更高。此外，h13鋼比3cr2w8v鋼還具有更大導熱系數(shù)，更小的線膨脹系數(shù)，更低的淬火溫度，以及更小的密度，而且價格更便宜。這一系列優(yōu)點使h13鋼比3cr2w8v鋼在制造熱作模具鋼時內(nèi)在潛力更大。因此，本文決定以h13鋼作為研究對象，并對其進行淬火、回火工藝研究，結(jié)果表明，h13鋼采用二級鹽浴分級淬火，比采用一級鹽浴分級淬火能使h13鋼獲得更大的沖擊韌性。另外，對h13鋼分別進行了硫氮碳(snc)共滲加氧化處理、稀土(re)-snc共滲處理及稀土(re)-snc共滲加氧化處理等表面處理工藝試驗；并對處理試樣分別進行了熱疲

39、勞性能、耐磨性以及高溫抗氧性等方面的試驗，試驗結(jié)果表明，在空氣氧化條件下，添加稀土的snc共滲加氧化復合處理試驗的滲層熱疲勞性能比未添加稀土(re)的snc共滲加氧化復合處理及隨后未經(jīng)氧化處理的(re)-snc共滲的試樣高，同時稀土(re)-snc共滲加氧化復合處理也能使h13鋼的耐磨性和高溫抗氧化性得到明顯提高。壓鑄模使用條件極為惡劣。以鋁壓鑄模為例，鋁的熔點為580-740，使用時，鋁液溫度控制在650-720。在不對模具預熱情況下壓鑄，型腔表面溫度由室溫直升至液溫，型腔表面承受極大拉應(yīng)力。開模頂件時，型腔表面承受極大壓應(yīng)力。數(shù)千次的壓鑄后，模具表面便產(chǎn)生龜裂等缺陷。 由此可知，壓鑄使用條

40、件屬于急熱急冷。模具材料應(yīng)選用冷熱疲勞抗力、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性高的熱作模具鋼。h13(4cr5mov1si)是目前應(yīng)用較廣泛的材料，據(jù)介紹，國外80的型腔均采用h13，現(xiàn)在國內(nèi)仍大量使用3cr2w8v，但3cr2w8vt_藝性能不好，導熱性很差，線膨脹系數(shù)高，工作中產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導致模具產(chǎn)生龜裂甚至破裂，并且加熱時易脫碳，降低模具抗磨損性能，因此屬于淘汰鋼種。4.5 h13鋼的相關(guān)參數(shù)h13是美國的牌號,國產(chǎn)的牌號為4cr5mosiv. 其線膨脹系數(shù)是 溫度 線膨脹系數(shù) 20-200 10.9 20-300 11.4 20-400 12.2 20-500 12.8 20-600 13.3 2

41、0-700 13.6 熱處理后的硬度為 回火溫度 硬度(hrc) 200 55 300 53 400 52 500 55 600 50 700 304.6對模具強度和剛度的要求12模具由于受到較大的擠壓力，工作時就會產(chǎn)生彈性變形。為了提高工件的淬火精度就必須增大橫截面積，從而提高模具的整體剛度，并進行強度和剛度的計算。為了提高接觸剛度，可以增大結(jié)合面積，進而降低應(yīng)力，并對模具錐面采用拋光處理等工藝。強度要求主要為模具材料的變形強度，其應(yīng)力不得超過材料的屈服點，即對于剛度要求，擠壓產(chǎn)生的變形量不得超過設(shè)計所要求的變形量，即y<y，其中y為設(shè)計中所允許的變形量。4.7模具設(shè)計中相關(guān)系數(shù)的確定

42、14.7.1材料的成形膨脹系數(shù)1軸承外圈淬火前、后的溫度分別為800820和6040。即模具的工作溫度在701000之間，由此就可確定出材料的成形膨脹系數(shù)1。4.7.2合金的彈性模數(shù)e15根據(jù)有關(guān)資料可以查出，e=(1.5-2.8)10 pa模具材料為h13，可取e=2.110pa4.7.3軸承淬火前后的收縮量 可通過線性膨脹量l來確定收縮量：l=1×t （4.1）式中：1模具材料成形的膨脹系數(shù)；l工件淬火前后的溫度差。 h13 其線膨脹系數(shù)是 溫度 線膨脹系數(shù) 20-200 10.9 20-300 11.4 20-400 12.2 20-500 12.8 20-600 13.3 1

43、000-700700-200=1-18.613.6-10.91=20.22×10-6l=t=20.2210930=0.0188(mm)a=23659.510(mm) (4.2)4.7.4鋼與鋼之間的摩擦系數(shù)為f. f=0.154.7.5模具受到的擠壓力在自然冷卻的情況下，軸承外圈的線性收縮量為l，而實際允許的線性收縮量為l=0.015mm。 通過計算，確定l<l，即模具能夠起到阻礙工件變形的作用，從而達到設(shè)計的有關(guān)要求。此時模具受到的擠壓力為：f=lea/l (4.3)式中：l模具阻礙工件變形量的大??；e工件（軸承外圈）的彈性模量；a工件形心處的橫切面積；l工件的線性長度。l=

44、0.014mml=l- l” =0.0188-0.014=0.0048(mm)a=23659.510(mm)f=0.00482.1103.14(230-193)10/(3.142304)=33022.4（n）4.7.6模具接觸面錐度圖 4.1鐵路軸承外圈淬火機床模具內(nèi)芯鐵路軸承外圈淬火機床模具內(nèi)芯如圖4.1所示。由模具內(nèi)芯受力分析可知。擠壓力f的豎直方向的分力f=fsin（水平分力對稱分布，相互抵消，這里不考慮），則模具正常工作的條件是：f f+ f (4.4)式中：f外界的作用力；f2擠壓力的豎直分力；模具內(nèi)芯圓錐面的摩擦力f的垂直分力，= fcos。f= f=33022.4×0.

45、15=4953.4n則上式可寫成為：ffsin+fcos1.96×1033022.4×sin+4953.4 cos當27°時，上式成立。在鐵路軸承外圈淬火機床模具設(shè)計中取=20°.圖4.2 鐵路軸承外圈淬火機床模具外芯組合4.8模具部件設(shè)計模具的部件包括抱緊彈簧、起模彈簧、導向板、擋塊、模具內(nèi)芯和6塊模具外芯等。4.8.1彈簧設(shè)計整個模具上有抱緊彈簧和起模彈簧兩個彈簧零部件。抱緊彈簧的作用是使模具外芯始終保持向中心收縮的趨勢，并且通過抱緊彈簧的作用，將外芯緊箍在內(nèi)芯上，在模具內(nèi)芯向外撤出時，能夠在虎克力的作用下使模具外芯沿徑向往里收縮。但是，抱緊彈簧的彈

46、簧力又不能太大，當內(nèi)芯插入外芯時，應(yīng)保證虎克力能夠被輕松克服，否則就不能使外芯外圓柱面緊貼在軸承外圈的內(nèi)壁上了，從而無法保證工件的熱處理質(zhì)量。起模彈簧的作用是在起模時吊起模具的外芯，同定型底板共同作用，使模具外芯運動時能保持原來的形狀推出和進入，而不至于產(chǎn)生過大的偏差。4.8.2模具上油槽的設(shè)計模具內(nèi)淬火油是從工作面板中部的油孔進入的。為了使淬火油能夠順利的到達軸承外圈并對其進行淬火，在模具內(nèi)芯與模具外芯對應(yīng)位置開有12個油孔。為了提高淬火質(zhì)量，在模具外芯的外壁上還開了縱向油槽。4.8.3導向板的設(shè)計圖 4.3 鐵路軸承外圈淬火機床模具導向板為了使模具外芯保持均布且在運動時保持徑向運動的關(guān)系，

47、在模具外芯的下部開了長方形導向槽。槽的側(cè)面和下表面是工作表面可減輕淬火模具的重量，又可作為淬火油的油路通道。4.9結(jié)果實踐證明壓模與工件一同浸于淬火油中，工件冷卻過程應(yīng)力分布均勻，這就保證了工件的淬火精度。淬火模具外芯采用6 塊活動塊裝配，拆卸方便，磨損后可分別更換，降低了成本，提高了模具的整體使用壽命。5 總 結(jié)畢業(yè)設(shè)計是我們大學教育的一個重要環(huán)節(jié)，是對大學這幾年所學知識，特別是機械制圖、機械工程材料、機械設(shè)計、互換性與技術(shù)測量、模具制造工藝學、沖壓工藝與模具設(shè)計機械設(shè)計手冊鐵路貨車滾動軸承等專業(yè)知識的總結(jié)和檢驗，也使我們提高了自己的設(shè)計能力，同時積累了寶貴的設(shè)計經(jīng)驗。經(jīng)過緊張的工作，畢業(yè)設(shè)

48、計已接近尾聲。在畢業(yè)設(shè)計過程中，我先通過查閱參考資料對模具以及目前國內(nèi)外鐵路貨車滾動軸承的發(fā)展現(xiàn)狀有了初步了解，通過翻譯外文文獻提高了自己專業(yè)英語的水平；然后通過到濟南國際機床展了解了機床以及模具的最新發(fā)展動向；最后根據(jù)零件尺寸和材料，分析其加工工藝性，計算相應(yīng)尺寸，選擇相應(yīng)機床床身及模具零部件，繪制淬火壓床床身、開合油池以及模具裝配圖和非標準零件的零件圖。同時，我從畢業(yè)設(shè)計中還學習到了許多的課本中得不到的知識。這主要體現(xiàn)在一下幾個方面：1、鞏固了過去所學知識大學里所學的知識內(nèi)容多，知識體系比較復雜，這使得同學們難于掌握基本的理論基礎(chǔ)知識。而通過本次設(shè)計，可使我們更透徹的理解所學的知識，并且鞏固自己的已所學的專業(yè)基礎(chǔ)知識。2、提高了設(shè)計的能力本次設(shè)計中，從開始的查閱資料，到