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無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 電 一 體 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 汽車變速箱軸承專用壓裝裝置設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 本課題來源于儀征某設(shè)備維修有限公司。本次設(shè)計的汽車變速器軸承的 專用壓機主要用于汽車 4S 店維修汽車變速器，對軸承拆卸后的重新壓裝。 軸承是變速箱的重要部件之一，為了使軸套與軸之間嚴格定位，滾動軸 承與軸及軸承座孔間需要采用過盈配合，而過盈安裝及其預(yù)緊力，不僅對軸 承的定位、旋轉(zhuǎn)精度及軸承的游隙有影響，還對滾動軸承的接觸角、軸承剛 度、軸承內(nèi)部的載荷分布及摩擦力等產(chǎn)生影響，所以軸承壓裝過程直接影響 變速箱的使用壽命。為了達到使軸承在變速箱內(nèi)發(fā)揮到極佳的狀態(tài)的目的， 需設(shè)計一變速箱軸承的專用壓裝裝置，即設(shè)計一能在無縫鋼管兩端均勻壓入 二軸套，且要保證二軸套的相對位置的壓裝裝置，軸套壓到底后，還需要在 相應(yīng)位置鉆攻螺孔，壓裝裝置的設(shè)計主要是為了保證軸承能夠正確的安裝， 從而使車輛正常工作，使車輛性能發(fā)揮到極致。此課題就是由此而來。 I 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： ① 熟悉鐵路火車等交通工具如何運行的發(fā)展歷程，特別是近十幾年來交通 飛速發(fā)展階段。 ② 熟練掌握 CAD 繪圖包括三維繪圖。 ③ 了解鐵路、公路交通工具上變速箱的結(jié)構(gòu)，尤其是汽車變速箱的結(jié)構(gòu)。 ④ 掌握汽車變速箱運作的原理和方式。 ⑤ 熟練掌握壓裝裝置將軸套壓入無縫鋼管的過程。 四、接受任務(wù)學生： 機械 94 班 姓名 黃雨末 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學科組組長研究 所所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 軸承作為汽車的變速器的核心部分，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，其可靠性越發(fā)被人們所 關(guān)注。軸與軸承、軸套的配合為過盈配合，需要較大的壓入力，并且隨著壓入長度的增 大而增大，若不能很好的保證軸承的可靠性，很可能會引發(fā)交通事故。然而壓裝過程對 軸承的可靠性起著決定性的作用，要將兩個軸套均勻地壓入無縫鋼管兩端，并且要保證 兩軸套間的相對位置，軸套壓到底部后，在相應(yīng)的位置還要鉆攻螺紋孔，傳統(tǒng)的人為手 工壓裝，其弊端明顯，不僅勞動強度大，效率低下，還無法滿足精度要求。 本次設(shè)計的裝置采用液壓傳動，通過電動機帶動皮帶輪將動力傳遞至絲杠支承 ，使 絲杠轉(zhuǎn)動，從而帶動裝有螺母的壓頭移動，將軸套壓入至指定位置，同時保證軸套與鉆 孔之間的相對位置，并通過安全離合器的作用，斷開電機完成壓裝。此裝置不僅可以解 決在人為進行裝配時的大強度、低精度等問題，還能大大地提高了效率。 關(guān)鍵詞：汽車變速器；過盈配合；軸、軸承和軸套；軸承壓裝裝置 III Abstract As a core part of the transmission of the car, with the development of the automobile industry, the reliability of bearings are concerned about by more and more people. Shaft bearings, bushings with an interference fit, requires a large amount of pressing force, and increases with the length, if can not ensure the reliability of the bearing, is may lead to accidents . However, the process of pressing plays a decisive role in the bearing reliability , two sleeve pressure evenly into both ends of seamless steel pipe, and to ensure that the relative position between the two bushings the sleeve pressure in the end portion in the corresponding the location but also drilling and tapping threaded holes, traditional press-fit the human hand, its obvious drawbacks, not only labor-intensive, inefficient and unable to meet the accuracy requirements. The design of the device adopts hydraulic transmission, driven by the motor pulley to transmit power to the screw supporting the screw rotation, so as to drive the indenter mobile air-nut pressed into the sleeve to the specified location, at the same time assuring the shaft the relative position between the drilling. This device not only solve the artificial labor intensity when assembly and low positioning accuracy，but also greatly improve efficiency. Key words: automobile transmission; interference fit ; shaft, bearing and shaft sleeve; bearing pressing device IV 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 汽車變速器軸承的專用壓機的研究內(nèi)容和意義 ..............................................................1 1.1.1 設(shè)計軸承專用壓機的目的和意義 ...............................................................................1 1.1.2 軸承專用壓機的研究范圍 ...........................................................................................1 1.1.3 軸承專用壓機需達到的技術(shù)要求 ...............................................................................1 1.2 軸承及其壓裝在國內(nèi)外的發(fā)展概況 ..................................................................................2 1.2.1 軸承及其產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外的發(fā)展概況 ...........................................................................2 1.2.2 軸承壓裝在國內(nèi)外的發(fā)展概況 ...................................................................................3 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 ..........................................................................................................4 1.3.1 液壓機的工作原理 .......................................................................................................4 1.3.2 液壓機的組成部分 .......................................................................................................4 1.3.3 液壓機的特點 ...............................................................................................................5 2 汽車變速器的介紹 .....................................................................................................................8 2.1 汽車變速器的工作原理 ......................................................................................................8 2.2 汽車變速器的分類 ..............................................................................................................8 2.3 汽車變速器的作用 ..............................................................................................................9 2.4 汽車變速器的主要組成部分 ..............................................................................................9 2.5 軸承的介紹 ........................................................................................................................10 3 設(shè)計方案的確定與選擇 ...........................................................................................................14 3.1 機械設(shè)計步驟 ....................................................................................................................14 3.2 設(shè)計思路 ............................................................................................................................14 3.3 設(shè)計方案 ............................................................................................................................19 3.3.1 電動機類型的選擇 .....................................................................................................19 3.3.2 傳動方式的選擇 .........................................................................................................20 3.3.3 液壓機的選擇 .............................................................................................................22 3.3.4 液壓缸的設(shè)計與選擇 .................................................................................................22 3.3.5 壓板的設(shè)計 .................................................................................................................22 3.3.6 壓頭的設(shè)計 .................................................................................................................23 3.3.7 離合器的選擇 .............................................................................................................23 3.4 總體方案的擬定 ................................................................................................................24 3.5 方案可行性分析及改進 ....................................................................................................24 4 系統(tǒng)原理及設(shè)計計算 ...............................................................................................................26 4.1 系統(tǒng)原理及硬件框圖 ........................................................................................................26 4.2 工作原理 ............................................................................................................................26 V 4.3 設(shè)計計算 ............................................................................................................................26 4.3.1 壓入力計算 .................................................................................................................26 4.3.2 螺桿計算 .....................................................................................................................28 4.3.3 電動機的功率計算 .....................................................................................................29 4.4 皮帶輪的選擇 ....................................................................................................................31 4.5 軸承的選擇 ........................................................................................................................32 4.6 螺栓強度計算 ....................................................................................................................32 5 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................33 致 謝 .............................................................................................................................................34 參考文獻 .......................................................................................................................................35 無錫太湖學院學士學位論文 0 1 緒論 1.1 汽車變速器軸承的專用壓機的研究內(nèi)容和意義 1.1.1 設(shè)計軸承專用壓機的目的和意義 本課題來源于儀佳設(shè)備維修有限公司。本次設(shè)計的汽車變速器軸承的專用壓機主要 用于汽車 4S 店維修汽車變速器軸承拆卸后的重新壓裝。 軸承是變速箱的重要部件之一，為了使軸套與軸之間嚴格定位，滾動軸承與軸及軸 承座孔需要采用過盈配合，而過盈需設(shè)計一變速箱軸承的專用壓裝裝置安裝及其預(yù)緊力， 不僅對軸承的定位、旋轉(zhuǎn)精度及軸承的游隙有影響，還對滾動軸承的接觸角、軸承剛度、 軸承內(nèi)部的載荷分布及摩擦力等會產(chǎn)生影響，所以軸承壓裝過程直接影響變速箱的使用 壽命。為了達到使軸承在變速箱內(nèi)發(fā)揮到極佳的狀態(tài)的目的， ，即設(shè)計一能在無縫鋼管兩 端均勻壓入二軸套，且要保證二軸套的相對位置的壓裝裝置，軸套壓到底后，還需要在 相應(yīng)位置鉆攻螺孔。 設(shè)計汽車變速器軸承的專用壓機的意義在于，通過此裝置，對 4S 維修部拆卸下來的 軸承進行重新壓裝，其達到了人為手動操作無法達到的高強度、高精度的要求，還可以 大大提高一次服務(wù)所耗費的時間，達到效率最高。 1.1.2 軸承專用壓機的研究范圍 本次設(shè)計主要涉及汽車變速器軸承的專用壓裝裝置的設(shè)計，主要需要解決的問題是 該裝置中一系列部件的設(shè)計，包括：電動機及減速器的選型、液壓機、軸承的選型、液 壓缸的選擇、傳動機構(gòu)的設(shè)計等，并畫出相應(yīng)的設(shè)備圖。 1.1.3 軸承專用壓機需達到的技術(shù)要求 壓力機是一種結(jié)構(gòu)精巧的通用性壓力機。其用途廣泛，生產(chǎn)效率高，特點顯著，它 可被廣泛應(yīng)用于切斷、沖孔、鉚合、下料、彎曲和成形等工藝。其主要包括氣動壓力機， 螺旋壓力機，曲柄壓力機，多工位壓力機。 壓力機由電機經(jīng)過傳動機構(gòu)帶動執(zhí)行機構(gòu)，對工件施加壓力。其通常分為螺旋壓力 機、曲柄壓力機和液壓機三大類。實質(zhì)上，它由框架、工作區(qū)域和作往復(fù)活動的滑動塊 組成，滑動塊和工作臺上安裝的模具對零部件施加壓力。 壓力機的主要組成部分有： （1） 工作臺：它是框架上的矩形部件，中間部分一般是作開口設(shè)計的，用于放置 墊板。 （2） 墊板：它是一塊用于安裝模具和附件的鋼板。 （3） 滑塊：壓力機上的一個活動部件，其行程取決于壓力機的尺寸和設(shè)計。 （4） 脫模裝置：它是一個在壓力機回程過程中打出工件或廢料的機構(gòu)。 （5） 頂出件：它是一個置于中間部位墊板下方或者，由空氣、夠向上運動和施加 頂橡膠、彈簧、油或組合機構(gòu)驅(qū)動的能出力的機床附件。 汽車變速箱軸承的專用壓裝裝置設(shè)計 1 本次設(shè)計的專用壓機，為壓力機中的液壓機。主要通過電機旋轉(zhuǎn)，由減速機經(jīng)皮帶 將動力傳遞至絲杠支承 ，使絲杠轉(zhuǎn)動，從而使固定有螺母的壓頭移動，將軸套壓入至指 定位置，保證軸套與鉆孔之間的相對位置，當軸套到達指定位置后，安全離合器發(fā)揮作 用，此時操作人員可以關(guān)閉電機，完成一次壓裝。 1.2 軸承及其壓裝在國內(nèi)外的發(fā)展概況 1.2.1 軸承及其產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外的發(fā)展概況 中國是世界上最早發(fā)明滾動軸承的國家之一。軸承在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中的作用 越發(fā)顯著：新中國建立前，軸承制造業(yè)幾乎是空白的。機械設(shè)備上配套和維修需要的軸 承，幾乎都是依賴進口的。 中國軸承大致可以分為三個階段工業(yè)的發(fā)展歷程，： 奠基階段：1949 年瓦房店軸承廠恢復(fù)生產(chǎn)，成為中國第一家獨立生產(chǎn)軸承的企業(yè)。 抗美援朝期間其遷址哈爾濱并投入生產(chǎn)，而后傷害等市的生產(chǎn)基地也初步形成。截止到 此時，我國軸承工業(yè)的主要生產(chǎn)基地形成了，分布在瓦房店、哈爾濱、洛陽、上海四處， 為軸承制造業(yè)打好了了扎實的基礎(chǔ)。 體系初步形成階段：此階段正處于國家制定的五個五年計劃的飛速發(fā)展時期，給軸 承的發(fā)展和制造帶來了新的際遇。 “一·五”中期，洛陽軸承廠通過國家驗收，順利投入 生產(chǎn)；上海的軸承發(fā)展逐漸由了其自己獨特的地方特色；也因此成了不同于其他基地的 生產(chǎn)區(qū)域。瓦房店、哈爾濱軸承廠充實完善，獲得了較大發(fā)展。該階段，軸承的制造主 要為了滿足主機的配套和新產(chǎn)品的研發(fā)，已逐步進入設(shè)計和生產(chǎn)汽車用滾針軸承、機床 主軸上的軸承、磁電機軸承和一些精密軸承，并嘗試著制造了一些用于鐵路機車、重型 機械、軋鋼機、石油工業(yè)和坦克等主機上的軸承，進行試配套。 管軸承只是充當各個主機中的支承元件的身份，但是因為其種類凡多、加工精度高、 尺寸大，故其產(chǎn)業(yè)只能是以一種特殊的獨立形式存在于機械工業(yè)中。至今，軸承品種已 逾 5 萬種，規(guī)格多達 15 萬種。最小的軸承內(nèi)徑只有 0.15~1.0 ，重量約 0.003g，最大m 的外徑可達 40 ，重 340 。北美、日本、秀的軸承產(chǎn)量占時間總產(chǎn)量的 78 ，美國、mt % 日本、德國形成世界三大軸承市場 國外軸承的發(fā)展歷程： 軸承在現(xiàn)今的機械設(shè)備中充當著尤為重要的角色，它的“職責”主要是支撐選擇軸 或其他的運動部件，引導(dǎo)部件的轉(zhuǎn)動或移動，并承受從軸或軸上零件傳遞來的載荷。西 方人寫作‘Bearing’ ，日本人稱之為“軸受” 。 國外軸承的發(fā)展主要在于 7 個方面： （1）主要技術(shù)與經(jīng)濟指標：盡。 （2）軸承的整體技術(shù)水平，在近 30 年來得到了令人咋舌的進步。精度高、轉(zhuǎn)速高、 可靠性高、壽命長、免保養(yǎng)以及標準化、單元化、通用化已經(jīng)成為了軸承的基本技術(shù)指 標。尤其在軸承基礎(chǔ)技術(shù)改進、通用產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)研究設(shè)計、專用軸承的單元化以及陶瓷 質(zhì)地軸承的研發(fā)等方面成效顯著。 體系初步形成階段：此階段正處于國家制定的五個五年計劃的飛速發(fā)展時期，給軸 承的發(fā)展和制造帶來了新的際遇。 一 五 中期，洛陽軸承廠通過國家驗收，順利投 入生產(chǎn)；上海的軸承發(fā)展逐漸由了其自己獨特的地方特色；也因此成了不同于其他基地 的生產(chǎn)區(qū)域。瓦房店、哈爾濱軸承廠充實完善，獲得了較大發(fā)展。該階段，軸承的制造 主要為了滿足主機的配套和新產(chǎn)品的研發(fā)，已逐步進入設(shè)計和生產(chǎn)汽車用滾針軸承、機 床主軸上的軸承、磁電機軸承和一些精密軸承，并嘗試著制造了一些用于鐵路機車、重 型機械、軋鋼機、石油工業(yè)和坦克等主機上的軸承，進行試配套。 無錫太湖學院學士學位論文 2 （3）設(shè)計理念：我們設(shè)計了一個傳統(tǒng)的軸承，其使用的理論和方法的研究中，將主 要用于靜態(tài)和準靜態(tài)力學方法。但是，在過去的 50 年中，軸承的設(shè)計有很大的突破，有 限差分法，有限元法，動態(tài)，準動力學，彈性流體動壓潤滑理論等方面的概念已經(jīng)出現(xiàn) 有效促進了產(chǎn)品的設(shè)計和應(yīng)用計算機輔助設(shè)計技術(shù)的研究和開發(fā)，在同一時間，計算在 不同國家得到了廣泛的使用，這也是軸承的設(shè)計技術(shù)，以一個新的階段提供通過襯墊軸 承。 （4）通用軸承的結(jié)構(gòu)改進：產(chǎn)量和通用軸承產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛使用，以提高軸 承負荷和延長壽命，增加強度和剛性，減少摩擦和磨損，使用新材料和新的重點研究避 免維護降低噪音，減少大小重量。經(jīng)過 30 多年的努力，國外通用軸承已脫胎換骨，形成 了新一代的增強型產(chǎn)品。修剪一般軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要套圈壁的厚度減小，以增加滾 動體的直徑和長度的，與記錄匯流排冠輥，代替保持器的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，改變其導(dǎo)通模式 下，增量 3 軸承內(nèi)圈密封墻接觸來實現(xiàn)。 （5）軸承產(chǎn)品技術(shù)：管軸承只是充當各個主機中的支承元件的身份，但是因為其種 類凡多、故其產(chǎn)業(yè)只能是以一種特殊的獨立形式存在于機械工業(yè)中。至今，軸承品種已 逾 5 萬種，規(guī)格多達 15 萬種。最小的軸承內(nèi)徑只有 0.15~1.0 ，重量約 0.003g，最大m 的外徑可達 40 ，重 340 。北美、日本、秀的軸承產(chǎn)量占時間總產(chǎn)量的 78 ，美國、mt % 日本、德國形成世界三大軸承市場。 （6）材料應(yīng)用技術(shù)：1905 年德國在制造滾動軸承的過程中使用了 SAE52100 高碳鉻 鋼后，到 1920 年該材料被廣泛用于滾動軸承的制造，五十年代末真空脫氣鋼問世，八十 年達推廣了真空脫氣鋼和鋼包精煉，使軸承鋼的純度大幅提高。而后 FAG、SKF 、KOYO 等公司相繼推出陶瓷軸承新品種，塑料也被廣泛用于軸承的保持架。 （7）加工、測試、專業(yè)化和自動化水平：在發(fā)達國家，工業(yè)制造，為標準軸承生產(chǎn) 大量，一般采用高效率，高精密自動化設(shè)備制造，形成了較大數(shù)量的汽車產(chǎn)業(yè)鏈，甚至 是自動化的工廠自動化生產(chǎn)車間;發(fā)展計算機技術(shù)和應(yīng)用的實驗列車，飛機，汽車和其它 設(shè)備中的軸承，使用模擬技術(shù)的發(fā)展不同類型的軸承模擬試驗機;大軸承公司的廠，點種， 大小，組件和制造工藝組織專業(yè)化生產(chǎn)，有沒有重復(fù)的產(chǎn)品，但會有很多中小企業(yè)與大 企業(yè)之間的重復(fù)生產(chǎn)同一產(chǎn)品的情況下。 1.2.2 軸承壓裝在國內(nèi)外的發(fā)展概況 軸承在過去通常使用手工砸裝的壓裝方式，如今已經(jīng)遠遠無法達到現(xiàn)在企業(yè)的生產(chǎn) 量要求，并且壓力機壓裝過程中受力情況復(fù)雜，無法準確測量甚至無法測量壓裝過程中 和壓裝完成后軸和軸承的應(yīng)力分布，如果壓力不夠，會導(dǎo)致零件壓裝不合格。從而需要 對其退卸后重新壓裝，這樣一來，不僅影響了生產(chǎn)效率，還會使軸承受損無法再利用， 造成生產(chǎn)資源的浪費，增加生產(chǎn)成本。壓裝大小柱塞的面積分別為 和 ，柱塞上的作1S2 用力分別 和 。根據(jù)帕斯卡定律，液體壓強處處相等，即 ，1F2 PF?2// 工作精度差，失敗率高，而且工人勞動強度大的缺陷使其隨著車輛和軸承)/(2S? 汽車變速箱軸承的專用壓裝裝置設(shè)計 3 的不斷發(fā)展，軸承和軸承的配合精度要求越來越高，逐漸被時代所淘汰，取而代之的則 是固定式壓裝機。發(fā)展至今日，固定式壓裝機功能已經(jīng)十分完善，隨后圓錐滾動軸承壓 裝機又漸漸被成為適應(yīng)社會發(fā)展要求的新一代壓裝機，它不僅大大提高了壓裝質(zhì)量，也 減少了工作量。 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 1.3.1 液壓機的工作原理 液壓機（又名油壓機）是根據(jù)帕斯卡定律制成的借用液體壓強進行傳動的機械。 圖 1.1 液壓機工作原理圖 液壓傳動是通過液體壓力來傳遞動力和實現(xiàn)控制的一種傳動方式。圖 1.1 為液壓機 的工作原理圖。液壓機由兩個大小不同的液缸組成，在液缸里充滿水或油。充水的叫 “水壓機” ，充油的叫“油壓機” 。大小柱塞的面積分別為 和 ，柱塞上的作用力分別1S2 和 。根據(jù)帕斯卡定律，液體壓強處處相等，即 ， ，1F2 PF?2// )/(122SF 其表示液壓的增益作用，力增大了，但是功不增益因此大柱塞的運動距離是小柱塞運動 距離的 倍。21/S 1.3.2 液壓機的組成部分 液壓機由液壓泵，液壓缸（液壓馬達等執(zhí)行機構(gòu)） ，液壓控制閥，液壓輔助元件和工 作介質(zhì)組成。圖 1.2 為常見液壓機外觀圖。 液壓泵：將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能的轉(zhuǎn)化裝置；是液壓傳動系統(tǒng)中的動力部分。 液壓缸（液壓馬達等）：將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的機構(gòu)，其中液壓缸作直線運動， 液壓馬達作旋轉(zhuǎn)運動。 液壓控制閥：控制液壓缸中液體的流動方向、流量、壓力和液壓執(zhí)行機構(gòu)的工作順 序，起到保護液壓回路的作用。換而言之，就是通過控制和調(diào)節(jié)液體的流動方向、壓力 和流量，起到控制執(zhí)行機構(gòu)的運動方向、輸出的力或力矩、運動速度、動作順序，以及 限制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作壓力，進而起到防止過載等的作用。 液壓輔助元件：除上述三部分以外還有一些其它元件也十分重要，包括壓力表、濾 無錫太湖學院學士學位論文 4 油器、蓄能裝置、冷卻器、油管及油管接頭(擴口式、焊接式、卡套式） 、高壓球閥、快 換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾、油箱（儲油、散熱、分離油中空氣和雜質(zhì)） 、密封 元件。 工作介質(zhì)：是指各種在液壓傳動中充當介質(zhì)的液壓油或乳化液，它們能通過油泵和 液動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 圖 1.2 常見液壓機圖 1.3.3 液壓機的特點 由液壓泵直接傳動的液壓機有下列特點： 優(yōu)點： （1）容易獲得較大的壓力。在下回程點保持長時間下壓。 （2）容易獲得大的工作行程，并能在行程的任意位置發(fā)揮全壓，適合要求工作行程 大的場合。 （3）容易獲得大的工作空間。 （4）壓力和速度可以很方便地在大的范圍內(nèi)實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)，而且可以按照設(shè)計要求 使壓頭在某一位置停留實現(xiàn)保壓。此外，還便于調(diào)速和防止過載。 （5）設(shè)計、制造、操作和維修方便，便于實現(xiàn)遙控與自動化。 缺點： （1）對于液壓元件精度要求比較高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，機器的調(diào)整和維修比較困難。 （2）高壓液體較易泄漏，不僅污染工作環(huán)境，浪費油資源，對于熱加工場所還有引 發(fā)火 災(zāi)的潛在危險。 （3）工作效率比較低，且速度緩慢，大大地影響了生產(chǎn)效率，快速小型的液壓機又 汽車變速箱軸承的專用壓裝裝置設(shè)計 5 不及曲柄壓力機簡單靈活。 液壓機的工作循環(huán)過程，液壓機的傳動方式可分為：泵直接傳動和泵-蓄勢器傳動。 泵直接傳動的特點： （1）液壓機活動橫梁的運動速度由泵的供液量決定，而與工藝過程中鍛件的變形阻 力無關(guān)。若泵的供液量為常量，則液壓機的工作速度也為定值。 （2）泵的供液壓力收到其所消耗的功率以及被加工部件的變形阻力的影響，工作變 形阻力越大，泵的供液壓力和所消耗的功率也越大，反之則小。 （3）可利用活動橫梁行程速度恒定和泵供液壓力變化的特點，作為操縱分配器的信 號，以實現(xiàn)液壓機的自動控制。 （4）基本投資小，占地面積小，日常維護和保養(yǎng)方便。 泵-蓄勢器傳動的特點： （1）能量的消耗與液壓機的行程大小成正比，而與鍛件變形阻力無關(guān)。 （2）液壓機的工作行程速度取決于鍛件變形阻力，阻力越大速度越慢，反之，則速 度越快。 經(jīng)過對各傳動方式的分析及比較，本次設(shè)計的裝置采用泵直接傳動。 1.3.4 軸承專用壓機的結(jié)構(gòu) 變速器軸承的專用壓裝裝置主要包括：驅(qū)動部分（電動機-減速機），傳動部分（皮 帶輪、絲杠等），工作部分（壓頭、鉆模座等）以及起保護左右的部分（左右離合器）。 下圖 1.3 為軸承專用壓機圖。 無錫太湖學院學士學位論文 6 圖 1.3 軸承專用壓機圖 1.3.5 本設(shè)計的初步設(shè)計思路 (1) 液壓機的選型； (2) 壓機的結(jié)構(gòu)尺寸的確定； (3) 液壓缸的選型； (4) 定位方式的確定； (5) 支承方式及傳動方式的確定； (6) 通過壓頭的移動速度來確定減速機的輸出轉(zhuǎn)速，從而選定電動機； 汽車變速箱軸承的專用壓裝裝置設(shè)計 7 2 汽車變速器的介紹 2.1 汽車變速器的工作原理 變速器是通齒輪傳動裝過固定或分檔來改變輸出軸和輸入軸傳動比的一\裝置，又被 稱為變速箱。其通過更變傳動比，改變發(fā)動機曲軸承受的轉(zhuǎn)拒，滿足在起步、加速、行 駛及克服各種道路阻礙等不同行駛條件下對驅(qū)動車輪牽引力及車速的不同要求。變速器 是汽車傳動系中最主要的部件之一。圖 2.1 為汽車變速器。 圖 2.1 汽車變速器 2.2 汽車變速器的分類 （1）按傳動比變化方式來分： 有級式變速器：所謂變速器檔數(shù)即指其前進檔位數(shù)，采用齒輪傳動，具有若干個定 值傳動比。按所以輪系形式不同，可分為軸線固定式變速器和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器。 。 無級變速器的傳動比自由變換的值的一定范圍內(nèi)，可以有無限多級的通用電氣和液 壓式兩種。變速電動無級變速器部件為直流串激電機，除了一般應(yīng)用在小車在外面，在 超重型卡車驅(qū)動系統(tǒng)也被廣泛使用。移動液壓元件的 CVT 變速器的液體力變器。 綜合式變速器：是一座有水力變器和齒輪式有級變速器組成的液壓力機械式變速器， 其傳動比可在最上限與最下限之間的幾個規(guī)定范圍內(nèi)作大范圍變動，目前的應(yīng)用比較廣 無錫太湖學院學士學位論文 8 闊。 （2）按操作方式來分： 強制操縱式變速器：是由司機直接操作進行換檔的變速器。 自動操縱式變速器：其自動進行傳動比的選擇和換檔的變速器，所謂的“自動” ，就 是指其上的每個檔位的變換都需要憑借反映發(fā)動機負荷和車速的信號系統(tǒng)來控制換檔系 統(tǒng)的執(zhí)行元件而實現(xiàn)的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。 半自動操縱式變速器：一部分是最經(jīng)常用的幾個檔位，她能自動操作，其余的就要 由司機手動操作；另一中是預(yù)選式的，司機需要預(yù)先用按鈕選定檔位，在踩下合離器踩 板或松開加快踩板時，接通一個電磁裝置或液壓裝置來進行換檔。 2.3 汽車變速器的作用 改變傳動比：達到不同的請求，不同的行駛條件下，發(fā)動機的工況是有利的牽引要 求，可能的行駛速度要求。在大范圍內(nèi)的速度和汽車速度的驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩的大小的變化。 實現(xiàn)倒車行駛：用來達到汽車倒退駕駛的要求。為了能實現(xiàn)倒退駕車，發(fā)動機的曲 軸一般都是只能在一個直線上轉(zhuǎn)動運動，而汽車有時需要能倒退行駛，因此，通常借用 變速器中設(shè)置的倒退位來實現(xiàn)汽車倒退駕駛。 中斷動力傳遞：在發(fā)動機起步，減速運行，汽車換檔過程或需要停車進行動力輸出 時，中斷動力傳遞到驅(qū)動輪上。 實現(xiàn)空檔：當接合離合器時，變速器能不作動力傳遞，這樣就可以確保司機在汽車 不松開離合器踏板離開駕駛員座位，而汽車部熄火。 2.4 汽車變速器的主要組成部分 變速器由傳動部分和變速部分兩部分組成，可制成單獨的變速部分或與傳動部分合 裝在同一箱體內(nèi)。 大多與普通的傳動齒輪，而有些行星齒輪傳動。一般用普通換檔機制滑動齒輪和傳 播者。如何滑動齒輪滑動齒輪和可變比特相關(guān)的滑動齒輪兩個速度滑動齒輪，如果你使 用三聯(lián)其大小將較大的軸方向，如果采用變位齒輪打滑，其結(jié)構(gòu)緊湊，但傳動比變化不 大。嚙合式離合器，離合器和摩擦點的訂婚儀式，傳輸，應(yīng)停止或加快區(qū)別非常年輕， 摩擦離合器，可以在運行時，在任何速度下的轉(zhuǎn)速差，但承載能力小，不能保證兩軸嚴 格同步。為了克服這個缺點，與摩擦板的接合離合器外套，當所述第一變速的從動輪由 摩擦板，然后被加入到同步速度。行星齒輪傳動傳動制動控制裝置。圖 2.2 手動變速箱 圖。圖 2.3 為自動動變速器圖。 汽車變速箱軸承的專用壓裝裝置設(shè)計 9 圖 2.2 手動變速器圖 圖 2.3 自動變速器圖 2.5 軸承的介紹 2.5.1 軸承在機械業(yè)中的作用 其作用主要為支撐，但是支撐軸的作用又只是其作用中的一方面，實質(zhì)就是承擔徑 向載荷。同時也可以理解為是用來固定軸的，即固定軸使其只能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，而無法發(fā)生 軸向和徑向的移動。 電機若失去了軸承，其根本無法正常工作，在這情況下，軸可向任何方向偏移，而 電機工作時要求軸只能作選擇運動，從理論上而言，電機失去軸承不可能實現(xiàn)傳動，不 僅如此，軸承還會影響傳動。為了減小軸承不良在高速軸上造成的影響，必須作潤滑處 理，有些軸承購買時就作了潤滑處理，叫做預(yù)潤滑軸承，而絕大多數(shù)的軸承必須要涂抹 潤滑油，負載在告訴運轉(zhuǎn)時，摩擦不僅會增加能耗，且易損壞軸承。 2.5.2 汽車變速器中的常用軸承及運用 無錫太湖學院學士學位論文 10 （1）深溝球軸承：結(jié)構(gòu)簡單，便于使用，其運用最廣泛。它主要用于徑向載荷的承 受，同時也可以在一定限度的承受軸向載荷，當徑向游隙比較大時，其具有同角接觸球 軸承相同的特質(zhì)。其優(yōu)點在于摩擦系數(shù)小極限轉(zhuǎn)速高，制造精度高，容易實現(xiàn)軸承密封， 它是多數(shù)軸承類型的首要選擇。圖 2.4 為深溝球軸承圖。 （2）圓柱滾子軸承：屬于可以分離型的軸承。其安裝拆卸比較方便，一般用于承受徑向 載荷。其優(yōu)點在于，與同尺寸的深溝球軸承相比，具有較大的徑向承載能力和剛度，通 常被用于高載荷或者剛度要求比較高的設(shè)備中。圖 2.5 為圓柱滾子軸承圖。 （3）圓錐滾子軸承：主要用于承受以徑向載荷為主的徑向和軸向聯(lián)合載荷，具有較 大的承載能力，但精度較低，且使用起來噪音大，不適合用于轉(zhuǎn)速高，噪音低的設(shè)備中。 圖 2.6 為圓錐滾子軸承圖。 圖 2.4 深溝球軸承 圖 2.5 圓柱滾子軸承 （4）滾針軸承：由于其緊湊的結(jié)構(gòu)，徑向尺寸小，故其能承受的負荷量大，所以它 極為適用于徑向安裝尺寸受限制的支承部件中，能滿足機械設(shè)備向小型化輕量化發(fā)展的 要求。圖 2.7 為滾針軸承圖。 圖 2.6 圓錐滾子軸承 圖 2.7 滾針軸承 2.5.3 滾動軸承的基本結(jié)構(gòu) 滾動軸承主要其中內(nèi)圈用于與軸配合,由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架構(gòu)成， ，并隨著 汽車變速箱軸承的專用壓裝裝置設(shè)計 11 軸一起作旋轉(zhuǎn)運動；外圈的功用就是和軸承座相匹配，起到支承的作用；滾動體憑借保 持架均勻地分布在內(nèi)圈和外圈之間，其大小形狀和數(shù)字直接影響著滾動軸承的應(yīng)用性質(zhì) 和壽命；保持架能均勻分布地將滾動體分散，避免滾動體掉落，指引滾動體作轉(zhuǎn)動運動 起潤滑功用。常見滾動軸承結(jié)構(gòu)見下表 2-1。 2.5.4 變速器對軸承的要求 （1）結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，輕量。 （2）載荷變化大，工作時間長，要能承受高負荷，且容量要足夠大。 （3）有些軸承還需要能承受軸向力。 （4）輸出小樂要高，低噪聲。 汽車變速器必須滿足上述的諸多要求，且隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，這些要求還在 不斷提高中。因此，變速器軸承的性能也必須滿足更高的要求，這是開發(fā)汽車變速器軸 承的基礎(chǔ)。 表 2-1 常見滾動軸承結(jié)構(gòu) 外圈 內(nèi)圈 滾動體 保持架 深 溝 球 軸 承 調(diào) 心 滾 子 軸 承 圓 錐 滾 子 軸 承 2.5.5 變速器中軸承的主要失效形式 滾動軸承的失效形式有很多，常見的有疲勞失效、腐蝕失效、磨損失效、斷裂失效、 無錫太湖學院學士學位論文 12 膠合失效及壓痕失效。 （1）疲勞失效：疲勞剝落是軸承失效的主要形式，它是因為滾動體在保持架中反復(fù) 承受不均勻的載荷所引起的。滾動軸承在工作過程中，滾動體和內(nèi)圈（外圈）不斷旋轉(zhuǎn)， 并與滾道的接觸面受到脈動交變力的作用。只要受到的應(yīng)力超過其材料的疲勞極限，經(jīng) 過一段時間的作用后，其表面會產(chǎn)生裂紋，隨后向接觸表面延伸，使表層金屬以片狀形 式剝落，形成凹坑，使軸承發(fā)生沖擊性振動，縮短其壽命。 （2）磨損失效：造成軸承磨損的原因主要是滾動體和滾道之間的相對運動、潤滑不 良、裝配部正確以及有進入外界雜物。磨損量直接決定了軸承的使用壽命，其會直接導(dǎo) 致軸承的游隙變大，表面粗糙度變大，從而降低了精度，增大了振動幅度和噪聲。 （3）腐蝕失效：因為太長時間內(nèi)沒有換掉失效或腐化的潤滑油造成軸承表面化學腐 蝕，并在其表面產(chǎn)生銹蝕，從而導(dǎo)致軸承的損壞。 （4）斷裂失效：由于太長期間處于高轉(zhuǎn)速、大載荷運行及潤滑不良的工作環(huán)境中， 引起軸溫度過高而軸抱，若繼續(xù)運轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致軸承損毀。 （5）膠合失效：軸承部分異常發(fā)熱而使得軸承互相膠合在一起，而無法完成旋轉(zhuǎn)運 動，或者使?jié)L動面變得極為粗糙，這種狀態(tài)下的軸承硬度會逐漸降低，或因為表面粗糙 導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)性能失效。 （6）粘著磨損：由于軸承內(nèi)部確實潤滑油，使得軸承在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量無法 及時排出，進而造成軸承兩金屬表面粘連脫落。 除以上常見的失效形式以外，滾動軸承在承受極大的靜載荷或沖擊載荷時，會導(dǎo)致 滾動體和滾道的接觸面間的應(yīng)力超過屈服極限，從而導(dǎo)致變形。此外，有硬質(zhì)雜物落入 滾道會形成劃痕或凹痕。這些變形均會使軸承產(chǎn)生巨大的振動和噪聲，從而無法正常工 作。 汽車變速箱軸承的專用壓裝裝置設(shè)計 13 3 設(shè)計方案的確定與選擇 3.1 機械設(shè)計步驟 機械加工產(chǎn)品的機械設(shè)計是第一步。在設(shè)計過程中所需的產(chǎn)品的工作原理，結(jié)構(gòu)， 功能，初始設(shè)計的組件，和必要，即使可以加工，制造和組裝方法確定。因此，不同的 設(shè)計師會產(chǎn)生各種不同的設(shè)計步驟和設(shè)計。然而，機械設(shè)計的共性是客觀存在的，需要 不斷完善和總結(jié)。機械設(shè)計的一般步驟：趨勢預(yù)測，方案設(shè)計，技術(shù)設(shè)計，施工圖設(shè)計， 試生產(chǎn)。 3.2 設(shè)計思路 機械設(shè)計關(guān)鍵是要確保的是產(chǎn)品的功能實現(xiàn)及其可靠性，并保證產(chǎn)品的工藝性良好。 此次畢業(yè)設(shè)計的課題是汽車變速箱軸承專用壓裝裝置的設(shè)計。具體需要將兩軸套均 勻地壓入無縫鋼管的兩端，且須保證兩軸套間的相對位置，軸套被壓到底后，還要在相 應(yīng)位置進行鉆攻螺紋孔。圖 3.1 為管套結(jié)合件圖。圖 3.2 為管套結(jié)合件尺寸圖。圖 3.3 為 軸套零件圖。 圖 3.1 管套結(jié)合件圖 分析管套結(jié)合件圖，管套結(jié)合為過盈配合，所需的壓入力較大，且還要要確保軸套 無錫太湖學院學士學位論文 14 和管子上螺紋孔的相對位置。顯然，用人工壓配無法很好的完成，不僅勞動強度大，還 無法輕易保證相互位置的尺寸，從而有必要設(shè)計和使用一臺軸承的專用壓裝裝置。 圖 3.2 管套結(jié)合尺寸圖 零件 1 為軸套，其材料為 HT200，零件 2 為無縫鋼管，其材料為 Q235—A。技術(shù)要 求：壓裝時要保證二端軸套壓到底，并保證二軸套相對位置。 兩套之間的相對位置可通過定位實現(xiàn)。通過套上 的凸臺和 的孔及 的端面48?9?10 進 行定位， 的孔插入菱形銷, 的凸臺插入定位沉孔 ,用這種類似一面兩銷的六點完9?48? 全定位方式保證其相對位置，其中一只套定位在壓頭上，另一只則定位在固定支座上。 由于軸套與軸之間的配合為過盈配合，所需的壓入力比較大，且隨壓入長度的增長 而增大，當軸套被壓入到底時，壓入力會瞬間劇增，為保護電機不受損壞，需采用安全 離合器進行過載保護，利用其可調(diào)整保護壓力的特點，來限制最大的壓入力。圖 3.4 為離 合器圖。 汽車變速箱軸承的專用壓裝裝置設(shè)計 15 圖 3.3 軸套零件圖 軸套零件的材料為 HT200。 管子由 V 型塊進行定位，考慮到同心度在管和軸承套在壓入的過程中要求比較高， 或?qū)⒊霈F(xiàn)壓不進的現(xiàn)象，故擬采用高度可調(diào)的 V 型塊，以降低專用壓機的零件加工時的 精度要求，可使專用壓機在裝配和調(diào)試時更加的簡單和方便，還能降低投入。由于管子 較長，剛性比較差，為了避免兩端施壓時管子受力失穩(wěn)而發(fā)生中間拱起的情況的發(fā)生， 決定采用回轉(zhuǎn)式壓板通過滾輪（軸承）對其中間部位進行壓緊。圖 3.5 為 V 型塊圖。圖 3.6 為回轉(zhuǎn)式壓板。 絲杠支承可以采用滑動軸承和單向推力軸承相組合的形式，或者也可以將深溝球軸 承和單向推力軸承組合起來使用，但考慮到專用壓機工作時徑向力較小而軸向力很大， 為了減小摩擦力、延長其使用壽命，后者的支承方式更為合理和滿足要求。 依照管套結(jié)合件圖，在專用壓機上的相應(yīng)位置安裝鉆模板，當安全離合器開始打滑， 操作工即可關(guān)閉電機。此時通過鉆模板利用手槍鉆進行鉆孔，然后啟動電機逆方向運轉(zhuǎn) 使壓頭退回原處，到位后停止，再卸下工件進行手動或電動攻絲。 減速機的輸出轉(zhuǎn)速和壓頭的移動速度要相匹配，即要選擇相應(yīng)的絲桿螺距。減速機 應(yīng)采用知名品牌，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。 管子由 型塊進行定位，考慮到同心度在管和軸承套在壓入的過程中要求比較高，或 將出現(xiàn)壓不進的現(xiàn)象，故擬采用高度可調(diào)的 V 型塊，以降低專用壓機的零件加工時的精度 要求，可使專用壓機在裝配和調(diào)試時更加的簡單和方便，還能降低投入。由于管子較長， 剛性比較差，為了避免兩端施壓時管子受力失穩(wěn)而發(fā)生中間拱起的情況的發(fā)生，決定采用 無錫太湖學院學士學位論文 16 圖 3.4 左離合器圖 離合器的作用主要是因為軸套與軸之間的配合為過盈配合，所需要的壓力較大，且 隨壓入長度增大而增大，當軸套壓到底時，壓入力會瞬間急增，為保護電機，需采用安 全離合器進行過載保護，利用其可調(diào)整保護壓力，以限定最大壓入力。該零件的材料為 40Cr。其技術(shù)要求為去銳，調(diào)質(zhì) HB185-230，齒部高頻淬火 HRC48-56。 圖 3.5 V 型塊 V 型塊的作用是將軸定位，考慮到同心度在軸、套在壓入過程中要求很高，或?qū)⒖赡?會出現(xiàn)壓不進的現(xiàn)象，故采用高度可調(diào) V 型塊，以降低對專機零件加工的精度要求，可 使專機裝配、調(diào)試簡單、方便，節(jié)約成本。該零件的材料為 45 鋼。其技術(shù)要求為銳角倒 汽車變速箱軸承的專用壓裝裝置設(shè)計 17 鈍，淬火 HRC35-40，發(fā)黑。 圖 3.6 回轉(zhuǎn)式壓板 回轉(zhuǎn)式壓板的作