【正文】 識(shí)得到綜合的運(yùn)用，在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、液壓站的設(shè)計(jì)及其裝配圖的繪制等工作中，積累了設(shè)計(jì)的方法和經(jīng)驗(yàn)。這種結(jié)構(gòu)裝拆很方便。立式安裝將液壓泵和與之相聯(lián)的油管放在液壓油箱內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)型式緊湊、美觀，同時(shí)電動(dòng)機(jī)與液壓泵的同軸度能保證，吸油條件好 ，漏油可以直接回液壓油箱，另外，液壓泵置于油箱內(nèi)，噪音低，并節(jié)省站地面積。（從液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，表668）選用 QUQ1 型， 其基本參數(shù)為空氣過(guò)濾精度 40 m? ，空氣流量為 1 3/minm 。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是安裝維修方便，液壓裝置的振動(dòng)、發(fā)熱都與機(jī)床隔開(kāi)。為防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不超過(guò)液壓油箱高度的 80%。 主油缸回退采用差動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)快退。 圖 單活塞桿 差動(dòng) 液壓缸計(jì)算示意圖 根據(jù)教材《液壓與氣壓傳動(dòng)》缸的設(shè)計(jì)， 由圖可知 2122211 )( 4 pp pdpp FD ???? ? 式中 1P —— 液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力 5Mpa 2P —— 液壓缸回油背壓，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取 D —— 油缸內(nèi)徑 d —— 油桿外徑 F —— 工作循環(huán)中最大的外負(fù)載 綜合考慮排液腔對(duì)活塞產(chǎn)生的背壓、活塞和活塞桿處密封及導(dǎo)套產(chǎn)生的摩擦力，以及運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力等因素的影響，一般取機(jī)械效率 ~?cm? 。各油缸都要求有防塵裝置，對(duì)爆，寒，噪聲等無(wú)特殊要求，效率要求在 80%以上，成本要求相對(duì)低廉。對(duì)于液壓站其包括了 液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置等，將其獨(dú)立于機(jī)床之外，可以使安裝維修方便，液壓裝置的振動(dòng)、發(fā)熱都與機(jī)床隔開(kāi)。而立式機(jī)床又可分單立柱式和多立柱式，下圖為立式方案的簡(jiǎn) 圖： 圖 確定方案：四柱立式結(jié)構(gòu) 單柱式方案：一根立柱既要承受拉伸力，又要承受切應(yīng)力，立柱彎曲變形情度較大。 實(shí)現(xiàn)擺頭的四種軌跡 , 可以有多種方法 , 最常用的是內(nèi)、外偏心套法 , 如圖 22所示 . 采用偏心套的方法 , 就是將擺頭的一端置 于內(nèi)偏心套內(nèi) , 通過(guò)內(nèi)偏心套和外偏心套不同的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) ,合成出四種不同的擺頭軌跡 。通過(guò)控制加載的壓力，這種加工用于軸承的裝配十分適合。如鉚裝過(guò)程的示意圖（圖 19）。 汽車輪轂軸承單元的 3D 建模與分析 對(duì)加工對(duì)像的深入了解是設(shè)計(jì)設(shè)備的第一步。但是，出于各自的發(fā)展戰(zhàn)略和利益的競(jìng)爭(zhēng)，輪 11 轂軸承的軸鉚裝工藝技術(shù)對(duì)中國(guó)是保密的，而軸承則只以成品的形式以較高的價(jià)格提供給中國(guó)的中高檔汽車市場(chǎng)，就連掌握了其核心技術(shù)的外國(guó)公司在我國(guó)興建的轎車輪轂軸承合資企業(yè)，所提供的技術(shù)也是傳統(tǒng)的“ 螺帽卡緊式”裝配技術(shù)。 輪轂軸承單 元旋壓鉚合技術(shù)的優(yōu)越性 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的輪轂單元在裝配時(shí)兩個(gè)內(nèi)圈是用鎖緊螺母牢固地連接在一起的，如圖15（ a）所示。型輪轂軸承單元采用終身潤(rùn)滑和密封，對(duì)主動(dòng)和非主動(dòng)車輪均適用。外圈的滾道經(jīng)過(guò)感應(yīng)淬硬處理，以提高軸承性能。輪轂軸承既承受徑向載荷又承受軸向載荷 ，因此 對(duì)汽車輪轂軸承的性能要求是結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕和可靠性高。 自從 1938 年 SKF 公 5 司開(kāi)發(fā)出輪轂軸承單元以來(lái)，國(guó)外生產(chǎn)的輪轂軸承單元已經(jīng)開(kāi)發(fā)到第六代的新型輪轂軸承單元，其中第一、二、三代的輪轂軸承已經(jīng)大量應(yīng)用到市場(chǎng)當(dāng)中，其余的新型輪轂軸承應(yīng)用范圍還比較小。也可提供適用于主動(dòng)車輪的替代軸承。輪轂軸承單元的發(fā)展是汽車的快速發(fā)展的重要組成部分。而且旋 壓過(guò)程中對(duì)軸向載荷（卡緊力）可實(shí)時(shí)精確控制，消除 零件制造誤差的影響， 從而使預(yù)緊量的波動(dòng)大大減少，保證每一個(gè)輪轂單元都在裝配后獲得最佳預(yù)緊量，這意味著可以大大提高軸承使用壽命，并使韋布爾分布曲線的斜率變小， 90%可靠性得到顯著提高；且由于鉚合聯(lián)接是不可逆裝配，不會(huì)因使用過(guò)程中的振動(dòng)等因素發(fā)生變化，從而 消除螺紋防松結(jié)構(gòu)中可能的卸載隱患，大大 提高可靠性，也就提高了產(chǎn)品的安全性。剛度低，其結(jié)果造成產(chǎn)品精度低，設(shè)備維修頻繁而不能正常生產(chǎn)。模型裝配先加載內(nèi)法蘭盤 1，再裝內(nèi)圈 密封圈 3，接著裝 ,保持架 4與滾珠 5 的組合體，緊接著裝法蘭外圈 6；下道“工序”再裝保持架 7與滾珠 8的組合體，再次裝另一個(gè)內(nèi)圈 9，最后裝感應(yīng)圈 10 與感應(yīng)圈外罩 11。鉚裝工藝的優(yōu)點(diǎn)在于減小了加工載荷 (沖頭 壓力 15 P)，這是因?yàn)闇p小了沖頭與工件之間的接觸面積。 3）主軸需采用重型滾動(dòng)軸承承受較大的工作壓力。如果模具制造尺寸精度很高，且進(jìn)行過(guò)拋光，則輾壓件垂直尺寸精度可達(dá) ，表面粗糙度可達(dá) ～ μ m。其優(yōu)點(diǎn)在于：可大大降低了液壓機(jī)移動(dòng)工作臺(tái)上面板的厚度，不僅節(jié)省材料、降低了制造成本，同時(shí)還能保證機(jī)器的強(qiáng)度和加工精度，因此該結(jié)構(gòu)具有較為廣闊的發(fā)展前景。大大簡(jiǎn)化了動(dòng)力頭里面的機(jī)構(gòu)，使得整個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，另外用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)也是比較容易實(shí)現(xiàn)的。主油缸要求運(yùn)動(dòng)速度在 2mm/s～ 12mm/s，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向精度高，自動(dòng)化程度高，而且要求速度可隨時(shí)精確調(diào)整。這里采用法蘭（使用內(nèi)六角圓柱頭螺釘）連接，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，連接可靠。 33 圖 油路方案設(shè)計(jì) 液壓元件的選擇與專用元件設(shè)計(jì) 液壓泵的選擇 1）確定液壓泵的最大工作壓力 主油缸 1p p p? ???? 1p —— 液壓缸最大工作壓力 241 1 1 1 2 2 0 1 5 1 04p A P ?? ? ? ? 1 Mpa? p?? —— 從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間的總管路損失。 LHH46 號(hào)油運(yùn)動(dòng)粘度 ~ ? ? 取250 /mm s ， 油密度 3918 /kg m? ? 。本方案中把隔板設(shè)計(jì)成低于液壓油面，其高度為油面的 2/3，使液壓油從隔板上方流過(guò)。 1— 壓入密封圈， 2— 密封圈， 3— 油管， 4— 油箱 圖 密封裝置示意 42 集成油路的選擇 （一） 方案選擇 通常使用的液壓元件有板式和 管式兩種結(jié)構(gòu)。 泵組聯(lián)接 泵組由液壓泵，電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、管路附件組成。另外對(duì)設(shè)計(jì)資料的信息提取，方案論證對(duì)比等，使設(shè)計(jì)方案不斷優(yōu)化，滿足生產(chǎn)要求，達(dá)到高效、性能穩(wěn)定，成本合理。 （ 4）電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接方式 本設(shè)計(jì)中采用法蘭式聯(lián)接，即液壓泵裝在法蘭上，法蘭再與帶法蘭的電 動(dòng)機(jī)聯(lián)接，電動(dòng)機(jī)與液壓泵依靠法蘭盤上的止口來(lái)保證同軸度。 圖 油路板在液壓站的布局簡(jiǎn)圖 1— 單向順序閥 2— 溢流閥 3— 二位二通電磁換向閥 3— 三位四通電磁換向閥 5— 壓力表開(kāi)關(guān) 6— 壓力表 7— 單向調(diào)速閥 43 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓泵的安裝方式 其分了立式和臥式安裝。它的容量大小根據(jù)液壓泵輸出油量的大小 進(jìn)行選擇，當(dāng)油箱內(nèi)的油面發(fā)生劇烈變化時(shí)，可保證油箱內(nèi)不出現(xiàn)負(fù)壓情況。 本設(shè)計(jì)液壓站采用集中式，即將液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置獨(dú)立于機(jī)床之外，單獨(dú)設(shè)置一個(gè)液壓站。p ,p ,取 n=4) n 取 8 ? ? ? ? ? ? 5 2 2 0 . 7 12 2 7 7 . 5p d M p a m m mm? ? ?? ? ?? 液壓油箱的容量設(shè)計(jì) 郵箱的有效容積 vV aQ? 式中 a —— 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)； VQ —— 為液壓泵每分鐘排出壓力油的容積 查液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)（表 ）有對(duì)低壓系統(tǒng)（ MPaP ? ）， a=2~4， 由于考慮到散熱的情況， 現(xiàn)取 a =5，因此 36 LaQV V ???? 液壓油箱的有效容積確定后，液壓油箱的外型尺寸，一般尺寸比（長(zhǎng)：寬：高）為 1： 1： 1~1： 2： 3。對(duì)于兩個(gè)油缸，進(jìn)給和回退的轉(zhuǎn)換的情況，送料缸應(yīng)用三位四通電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，主油缸應(yīng)用三位 五 通電液換向閥，因?yàn)殡娨簱Q向閥的精度較高，泄漏情況十分微小。 計(jì)算液壓油缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 主油缸主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 1）缸體設(shè)計(jì) 缸體材料： 45鋼 ； 毛坯：鑄鋼； 缸體技術(shù)要求：內(nèi)徑選用 H8配合； 表面 粗糙度： Ra= m 衍磨； 油缸內(nèi)徑圓度公差： 10 級(jí)； 油缸內(nèi)徑圓柱度： 8級(jí)精度。對(duì)兩個(gè)油缸來(lái)說(shuō)都沒(méi)有太大的特殊要求，工作環(huán)境相對(duì)平滑。另外，主傳動(dòng)、進(jìn)給傳動(dòng)要考慮各自的穩(wěn)定性以及配合的，為節(jié)省空間，電控與檢測(cè)系統(tǒng)包含于床身本體。 圖 24 擺輾的接觸投影分析圖 接觸面投影面積由 AOBCDA 輪廓圍成，忽略輾壓引起的工件外輪廓變形，則工件輪廓方程為： 2 2 2x y R?? 聯(lián)立 2 1s xtgytg s ???? （ ADC 的曲線方程） 求得 C 點(diǎn)坐標(biāo)為： tanc sxR ??? 2 1c s Rtgy tg s ???? A 點(diǎn)坐標(biāo)為： 2A sx tg??? 0Ay? 定義： / 2 ts R g??? 由幾何關(guān)系： BOC??? 20 則： 1 1 1c os c os ( 1 ) c os ( 1 )2cx sR R tg?? ?? ? ?? ? ? ? ? 截面輪廓曲線 ADC 轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)方程： 21 cosR?? ?? ? (2) 環(huán)形件 其投影分析圖如圖 25所示，由前面可以知： 圖 25投影分析圖 1cos (1 )????? 1 AOD? ?? 聯(lián)立 2 2 2x y r?? 2 1s xtgy tg s ???? 求得 A 點(diǎn)坐標(biāo)為： A sxrtg??? 2 1A s rtgy tg s ???? (3)接觸面積系數(shù) ? ? ? 接 觸 面 積 與 坯 料 原 始 面 積 之 比 2/F??? 觸 （ R ） 波蘭馬爾辛民克教授提出的公式： 0 .4 5 / (2 ta n )sR??? 21 胡克民公式： 32 241(1 )3?????? ( 0)2 ta nsR?????其 中 當(dāng) ? 是變值時(shí)， ? 也是變值 三 輪轂軸承鉚合裝配專用設(shè)備總體方案 擺輾機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) 序 號(hào) 要求 數(shù)值 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 旋壓鉚合直徑 最大鉚接力 油泵最大輸出壓力 功耗 自動(dòng)方式 軸承變形情度 內(nèi)孔φ 16mm，外徑φ 28mm 150KN 5MPa ≤ 2 .1 2. 2 2. 3 2. 4 2. 5 2. 6 2. 7 2. 8 2. 9 生產(chǎn)效率 旋壓鉚合最大行程 滾碾壓頭到工作臺(tái)距離 工作臺(tái)升降距離 主軸到床身立柱距離 滾壓頭伸 出長(zhǎng)度 工作臺(tái)尺寸 機(jī)床外形尺寸 機(jī)床凈重 ≥ 450 個(gè) /小時(shí) 25~30mm 0~250mm 0~250mm 200mm 取 100~120mm 400 200 720 720 2500 1000 2200 3. 1 3. 2 3. 3 3. 4 3. 5 安全可靠 容易傳送軸承 外形美觀、噪音小 故障自檢、易排除 損壞零件易更換 22 總體方案的論證設(shè)計(jì) 由于汽車輪轂軸承單元為粗短零件且需要的鉚接力較大，綜合考慮臥式、立式的優(yōu)缺點(diǎn)，選用立式機(jī)床。 因此 , 擺頭要設(shè)計(jì)出不同的軌跡以適應(yīng)不同形狀的鍛件需要 , 目前常用的四種擺頭軌跡為 : 圓軌跡、多葉玫瑰線軌跡、螺旋線軌跡和直線軌跡 , 如圖 22 所示 . 本文設(shè)計(jì)的冷擺碾機(jī)屬于通用型 , 擺頭軌跡可以用以上四種軌跡。在這種巨大壓力作用下，球與滾道受到擠壓，在加工過(guò)程軸承很可能損壞，而鉚接工藝只在局部產(chǎn)生變形并且只用很小的壓力。在這種方法中，沖頭與輪轂軸的 圓柱形端頭之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使軸端形成規(guī)定的形狀。機(jī)床的幾何尺寸一般是由零件極限尺寸決定的，旋壓力的大小主要由零件的最大厚度來(lái)決定；鉚頭到工作臺(tái)的距離主要由旋壓件的最大長(zhǎng)度確定。 軸承鉚合技術(shù)和專用 設(shè)備在 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 國(guó)外對(duì)輪轂單元軸鉚合技術(shù)的研究，最初報(bào)道是由 NSK 公司于 2020 年前后成功開(kāi)發(fā)了端部旋壓成形的鉚裝第三代輪轂軸承，此后 KOYO、 SKF 等國(guó)際著名的軸承制造企業(yè)也相繼推出了軸鉚裝的輪轂軸承。 由于軸鉚合裝配方式的先進(jìn)性，其代表了轎車輪轂單元裝配技術(shù)的發(fā)展方向，在 9 新一代轎車輪轂單元中必須采用軸端鉚合裝配，因?yàn)榘馊?、滾動(dòng)體、凸緣軸和小內(nèi)圈的軸承組件是新一代轎車輪轂單元的基礎(chǔ)，這些組件在裝配成一個(gè)單元的過(guò)程中，采用鉚合裝配是保證其高性能的關(guān)鍵，因而掌握旋壓鉚合裝配技術(shù)，具有十分重要的意義。凸緣、插孔和花鍵的尺寸則按用戶要求制造。帶凸緣的外圈設(shè)計(jì)成輕質(zhì)結(jié)構(gòu)部件。 design 目錄 一 緒 論 ??????????????????????? ???? （ 5） 課題的來(lái)源與意義 ??????????????????? ???? （ 5） 汽車輪轂軸承單元的發(fā)展概況及性能比較 ???????? ???? （ 5） 當(dāng)前汽車輪轂軸承單元的裝配形式 ?