【文章內(nèi)容簡介】 制定了多項產(chǎn)業(yè)鼓勵政策。汽車輪轂軸承也屬于鼓勵類項目，如《外商投資產(chǎn)業(yè)指導目錄 (2020年修訂 )》中鼓勵類第十七“通用機械制造業(yè)”中的第 14條“第三、四代轎車輪轂軸承 (軸承內(nèi)、外圈帶法蘭盤和傳感器的輪轂軸承功能部件 )， ?? 制造”的要求；《產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整指導目錄 (2020年本 )征求意見稿》中鼓勵類第十二“機械”中的第 4條“汽車高性能軸承、鐵路軸承、精密軸承、低噪音軸承制造”的要求；國家四部委 (工信部、科技部、財政部、國資委 )工信部聯(lián)裝 [2020]707號《重 大技術裝備自主創(chuàng)新指導目錄 }(2020年版 )附件中編號 l7． 2． 5“中高檔汽車軸承”將“更新?lián)Q代的集成化軸承的開發(fā)技術”列為需突破的關鍵技術之一，市場預測或產(chǎn)業(yè)化前景明確為“年需求量 2億套，市場約 100億元，國內(nèi)市場占有率 2020年達 3O％ ， 2020年達 5O％ . 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，第三代輪轂軸承單元的使用越來越廣泛，甚至一些經(jīng)濟型轎車和中重型商用車也開始使用第三代輪轂軸承單元。據(jù)保守估計，到 2020年，國內(nèi)汽車配套市場對于第三代輪轂軸承單元的需求量可能達到 2500萬套以上；而國內(nèi)汽車維修市場需用的第三代 輪轂軸承單元將接近 1000萬套。 ’在北美、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達國家生產(chǎn)的汽車，從上世紀九十年代就開始配裝了第三代輪轂軸承單元，估計到 2020年，全球整車配套市場和維修市場對于第三代輪轂軸承單元的需求量均將達到 1． 51． 8億套。通過如上的分析預測，我們對汽車輪轂軸承單元的發(fā)展前景有了非常清晰的認識，可以確定，汽車輪轂軸承單元，尤其是第三代輪轂軸承單元，集成了傳統(tǒng)滾動軸承和現(xiàn)代電子技術于一體，將是一個非常具有市場潛力的新生代產(chǎn)品，從而也為傳統(tǒng)的滾動軸承產(chǎn)品開辟了一個全新的發(fā)展空間 . 14 第二章 擺動輾壓基本原 理及工藝點 擺動輾壓的原理 擺輾工模具的運動形式比較復雜。與擺輾幾的機床軸心線同心的模具為下模，其上固定工件，模具與工件一起繞自軸旋轉(zhuǎn)。軸心線與機床軸心線成 r 角斜交的模具為錐體模，即擺頭。它繞自軸旋轉(zhuǎn)。下模的旋轉(zhuǎn)與錐體模同步。兩個模具中有一個模具沿機床軸心線方向平移實現(xiàn)軋制的壓下進給。以床身為參照物，錐體模與工件的接觸面位置不變，即軋制變形力合力作用線相對靜止，也可以說錐體模軸線上任意點的運動軌跡在接觸面上的投影是一個點。所以，此類擺輾擺頭的運動軌跡是點。 15 圖 擺輾機擺頭運動示 意圖 由于攻擊變形與模具和工件之間的相對運動有關，所以必須分析模具與工件的運動關系。以工件為參照物，下模相對靜止。錐體模（擺頭）軸線與機床軸線的交點作直線運動，錐體模軸線上其余各點，作螺旋運動，其參數(shù)方程為： cossinx R wty R wtz swt??? 式中 R—— 回轉(zhuǎn)半徑（ mm） w—— 擺頭旋轉(zhuǎn)角速度（ r/s） t —— 時間（ s） s —— 時間 t 內(nèi)模具沿機床軸向平移的距離（ mm）。 錐體模軸線上任意點相對工件螺旋運動軌跡在工 件上平面（ xoy 面）上的投影為圓，用極坐標表示為： 16 R?? 或用直角坐標的方程表示為： 2 2 2x y R?? 擺輾錐體模在工件上表面運動軌跡的投影為圓 ，所以也可以叫圓軌跡。由于錐體模在工件上滾動，其接觸摩擦是滾動摩擦，摩擦力小，因而更有利于金屬的塑性流動，能充分發(fā)揮軋制變形的特性，減少了錐體模的滑動磨損，成為擺輾的一個優(yōu)點。再者，由于工件隨錐體模同向轉(zhuǎn)到，其接觸面與機床的相對位置不變，所以擺輾壓力的合力作用線處于機床的固定位置 ，可以用一般軸承作運動副，機床結構簡單，造價低廉，維修容易，壽命長。 擺動輾壓的特點 （ 1）省力。因擺輾是以連續(xù)局部變形代替常規(guī)鍛造工藝的一次整體變形，因此可以大大降低變形力。實踐證明，加工相同鍛件，其輾壓力僅是常規(guī)鍛造方法變形力的 1/5～ 1/20； （ 2）產(chǎn)品質(zhì)量高，節(jié)省原材料，可實現(xiàn)少無切削加工。如果模具制造尺寸精度很高，且進行過拋光，則輾壓件垂直尺寸精度可達 ，表面粗糙度可達～ m。 （ 3） 擺動輾壓適合加工薄而形狀復雜的餅盤類鍛件。加工薄餅類鍛件，擺輾所需的變形力比常 規(guī)鍛造力小很多，而且工件愈薄，用擺輾法成形愈省力。 （ 4）勞動環(huán)境好，勞動強度低。擺輾時機器無噪聲、震動小，易于實現(xiàn)機械化、自動化。 （ 5）設備投資少，制造周期短，見效快，占地面積小。 擺輾旋壓設備總體方案 擺輾機的主要技術指標 表 擺輾機的主要技術指標 序 號 要求 數(shù)值 17 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 滾碾壓頭到工作臺距離 工作臺升降距離 主軸到床身立柱距離 滾壓頭伸出長度 工作臺尺寸 機床外形尺寸 機床凈重 ≥ 450 個 /小時 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 總體方案的論證設計 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，選用立式機床。而立式機床又可分單立柱式和多立柱式，下圖為立式方案的簡圖： 18 圖 確定方案：四柱立式結構 19 單柱式方案：一根立柱既要承受拉伸力，又要承受切應力，立柱彎曲變形情度較大。對于小功率的情況，變形情度可以控制在允許的范圍之內(nèi)，另外結構緊湊，節(jié)省空間，操作方便，開敞性好，工件裝卸方便；但剛性不好，對中性差；并在加工過程中，由于工作臺處于懸臂，而使工作臺受力不均 ，產(chǎn)生震動和噪音，影響了零件的加工精度，難保零件的合格。 多立柱式方案：機床對中性好，剛度強，鋼性特佳，結構永不變形，使用壽命長。適用于大平面、大出力之裁斷作業(yè)。一種液壓機工作臺四柱支撐結構，在液壓機下梁頂出缸接觸面上至少設置有四組支撐柱，各組支撐柱分為上支撐柱和下支撐柱，上支撐柱與液壓機移動工作臺連接固定，下支撐柱連接固定在下梁與 下梁頂出缸接觸面上，在上支撐柱和下支撐柱之間設置有一定的間隙，與下梁頂出缸連接的液壓墊上開有大于上支撐柱和下支撐柱直徑的導向孔。其優(yōu)點在于： 可大大降低了液壓機移動工作臺上面板 的厚度，不僅節(jié)省材料、降低了制造成本，同時還能保證機器的強度和加工精度，因此該結構具有較為廣闊的發(fā)展前景。綜合考慮，選擇四柱式液壓機床結構。 機床方案設計包括運動功能分析，機床布局，機床總體結構設計，在設計過程中充分考慮到加工操作方便，加工質(zhì)量好，制造成本合理。 運動功能分析 本機床主運動為電動機主軸帶動鉚頭旋轉(zhuǎn)，進給運動設計為液壓缸驅(qū)動工作臺進行鉚接，同時考慮到縮短鉚接工作行程，設計工作臺升降機構形式，調(diào)節(jié)工作臺與動力的距離，減少鉚接過程的空行程。使鉚接過程更節(jié)省時間。整個過程的運動置于動力頭 內(nèi)。旋壓機床需要兩個運動即主軸旋轉(zhuǎn)運動和主軸縱向往復運動來完成鉚接。 機床總體結構布局設計 機床的總體布局設計需要根據(jù)工作的要求，充分考慮到操作方便，加工效率高，性能穩(wěn)定、安全，加工質(zhì)量好等因素；對于立式鉚接擺輾機包括主傳動部分、進給傳動部分、床身本體、電控與液壓系統(tǒng)，液壓站和電控箱，開關等。主傳動系主要布置在動力頭處，包括電動機、偏心機構。進給傳動系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)進行驅(qū)動。另外，主傳動、進給傳動要考慮各自的穩(wěn)定性以及配合的，為節(jié)省空間，電控與檢測系統(tǒng)包含于床身本體。對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，將其獨立于機床之外，可以使安裝維修方便，液壓裝置的振動、發(fā)熱都與機床隔開?？紤]到工人操作的方便和效率的提高，選用用腳踏開關作為操作的控制，結合安全操作，腳踏開關開關設置在底座的開槽內(nèi)。 20 根據(jù)運動系統(tǒng)組合的不同，擬定以下布局方案。 圖 擺輾機方案確定形式 動力頭與液壓缸部分分開，主軸只作旋轉(zhuǎn)運動而不作上下往復運動，鉚合時由液壓缸推動工作臺實現(xiàn)向上進給運動。這種立案讓動力頭只負責旋轉(zhuǎn)軌跡運動，而縱向往復運動則由工作臺來完成。大大簡化了動力頭里面的機構，使得整個機械機構更加簡單，另外用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)工作臺的縱向往復運動也是比較容易實現(xiàn)的。 與傳統(tǒng)鉚合機床相比，這種設計結構更加簡單，把兩個運動分開，省去了原來復雜的結構。由于鉚頭只要實現(xiàn)螺旋線擺動，結構簡化了許多，對軸承和整體的精度和工藝要求也降低了許多，降低制造成本的同時也使機器維修起來更加方便。工作臺把原先四柱或 單柱支持改成液壓升降機構實現(xiàn)上下位移，實現(xiàn)起來很簡單，液壓系統(tǒng)不復雜，更加有利于現(xiàn)代化生產(chǎn)。 四柱式液壓機床結構的特點：精密四柱導向承載機構有潤滑加油系統(tǒng)，保證機床長期使用壽命； 更加獨特的是，四柱尾部有定位套，確保機床在承受側(cè)向負荷時，工作可靠 ,四柱式結構簡單、經(jīng)濟、實用。框架式結構剛性好、精度高、搞偏載能力強。 21 第三章 機床的總體方案和工作臺結構設計 機床總體方案設計 總體方案設計 ， 其由 主電機 YL160、鉚頭、 床身 立柱、步進電機、工作臺 等組成， 如圖 所示 圖 機床總體方案設計 圖 1. 主 電機 YL160 3. 床身 立柱 主要部件設計計算 絲桿的設計 絲杠是將旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動的傳動副零件，在機床上，它是用來完成進給運動的一個重要原件。 因為絲桿直接支撐工作臺和調(diào)節(jié)工作臺的高低，絲桿承 22 受了絕大部分的鉚接力，所以有必要對絲桿進行強度計算來選擇其尺寸。 絲杠螺旋副常用的螺旋方式有滑動螺旋和滾珠螺旋兩種?；瑒勇菪奶攸c：①結構簡單，加工方便；②易于實現(xiàn)逆行程自鎖，工作安全可靠；③摩擦阻力大，傳動效率低；④容易磨損，軸向剛度較差。 滾珠螺旋的特點：①摩擦阻力小，傳動效率高；②磨損小、壽命長、工作可靠性好；③具有運動的可逆性，應設防逆動裝置；④軸向剛度較高，抗沖擊性能較差；⑤結構復雜，加工制造較難；⑥預緊后得到很高的定位精度（約達 5um/300㎜）和重復定位精度（可達 1~2um）。 參照設計要求發(fā)現(xiàn)，滑動螺旋和滾動螺旋均可滿足要求。擬選定滾動螺旋傳動方式。 滾動螺旋的工 作原理如圖 31 所示，絲杠 4 和螺母 1 的螺紋滾道間置有滾珠 2，當絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠 2 沿螺紋滾道滾動，則絲杠與螺母之間相對運動時產(chǎn)生滾動摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺 母的螺旋槽兩端設有回程引導裝置 3，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。 1 螺母 2 滾珠 3 回程引導裝置 4 絲桿 圖 絲桿螺母工作原理 已 知 : 工作臺重量 W1=3000N， 工作及夾具最大重量 W2=2020N， 工作臺最大行程 LK=300mm， 工作臺導軌的摩擦系數(shù) :動摩擦系數(shù) μ= 5 ,快速進給速度 ， Vmax=， 定位精度 20 μ m/300mm， 全行程 25μ m， 重復定位精度 10μ m，要求壽命 15000 小時 (工作 五 年 )。 (1)滾珠絲桿副的選用與校核計算 導軌摩擦力 F=μ (W1+W2)=750N 其中 W： 工作臺質(zhì)量和滑塊重 量； μ =： 導軌與支撐之間的摩擦系數(shù) 表 常用材料的滑動摩擦系數(shù) μ 摩擦副材料 靜摩擦系數(shù) us 動摩擦系數(shù) u 無潤滑 有潤滑 無潤滑 有潤滑 鋼 鋼 ~ ~ 鋼 青銅 ~ ~ (3)預設滾動絲桿基本參數(shù) 根據(jù) GB/T 關于公稱直徑 d0標準尺寸 和基本導程 Ph規(guī)定 ： 螺 紋公稱直徑 ： d0=100 ㎜ ； 23 導程 ： Ph=10 ㎜； 鋼球直徑 ： Dw=。 圈數(shù)列數(shù) ： i k= 1； 螺桿滾道曲率 ： rs= Dw。 移動速度： V=； 轉(zhuǎn)速 ： n=V/Ph=90r/min。 (4)計算動載荷 Ca’ Ca’ =Kh KF KH Fm/Kn= 壽命系數(shù) Kh =(Ln/500)1/3 表 各類機械預期 工作壽命 Lh 表 機械類型 Lh 備注 普通機械 普通機床 數(shù)控機床 精密機床 測試機械 航空機械 5000～ 10000 10000～ 15000 20200 20200 15000 1000 250（天） 16（ h） 10（年） （開機率） =20200 由于是普通絲桿傳動，選 Lh =15000h； 表 載荷系數(shù) 載荷性質(zhì) 無沖擊平穩(wěn)時 一般運行 有沖擊和振動 KF