轴承衬套自动化装配机的设计

轴承衬套自动化装配机的设计

摘要：本次毕业设计主要是完成轴承衬套自动化装配机的设计。首先对轴承衬套自动化装配机做了简单的介绍；接着分析了轴承衬套自动化装配机的选型原则及计算方法；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所设计的装配机各主要零部件进行了校核。轴承衬套自动化装配机由四个主要部件组成：输送机构、轴承座定位机构、自动下料机构、装配机构。最后，提出了轴承衬套自动化装配机设计过程中存在的不足，以便于今后设计的改进。本次轴承衬套自动化装配机的设计代表了设计的一般过程，对今后的选型设计工作有一定的参考价值。

关键词：衬套，自动装配，液压传动

Bearing Bush Automated Assembly Machine Design

Abstract: The design is completed for graduation bearing bush automated assembly machine design. Firstly, bearing bush automated assembly machine is introduced. Secondly, the bearing bush automated assembly machine selection principle and method of calculation are analyzed. Then calculation based on these design criteria and selection method of parameters in accordance with the requirements of a given type design are done. Then designed machine on the main components are checked. Bearing bush automated assembly machine consists of four main components: transport sector, bearing positioning mechanism, automatic unloading mechanism, assembly body. Finally, the deficiencies of the bearing bush automated assembly machine design process proposed, in order to facilitate the future design improvements. The bearing bushing design of automated assembly machine represents of the general process of design, selection of design work on the future of some reference value.

Key words: bush, auto assembly, hydraulic transmission

目录

第一章 绪论 .................................................................................................................................. 1

1.1 设计解决的问题 . ............................................................................................................... 1

1.2 设计时注意的问题 . ........................................................................................................... 1

1.2.1 具有足够的推力(即推出力) . ................................................................................ 1

1.2.2 保证工件准确定位 . ................................................................................................ 1

1.2.3 具有足够的强度和刚度 . ........................................................................................ 1

第二章 轴承衬套自动化装配机的概述 . ...................................................................................... 2

2.1 轴承衬套自动化装配机的应用 . ....................................................................................... 2

2.2 轴承衬套自动化装配机的特点 . ....................................................................................... 2

2.3 轴承衬套自动化装配机的发展状况 . ............................................................................... 2

2.4 轴承衬套自动化装配机的工作原理 . ............................................................................... 3

第三章 总体方案的确定............................................................................................................... 4

3.1 设计内容............................................................................................................................ 4

3.1.1 设计任务 . ................................................................................................................ 4

3.1.2 设计要求 . ................................................................................................................ 4

3.2 设计方案的构想 . ............................................................................................................... 4

第四章 总体方案的设计计算....................................................................................................... 6

4.1 衬套装配摩擦力计算 . ....................................................................................................... 6

4.2 预设导引缸型号及推力 . ................................................................................................... 7

4.2.1 液压缸安装方式选择 . ............................................................................................ 7

4.2.2 导引缸选型 . ............................................................................................................ 7

4.3 顶出缸的推力计算及选型 . ............................................................................................... 8

4.4 夹紧缸推力计算及型号选用 . ........................................................................................... 8

4.5 驱动缸推力计算及型号选用 . ........................................................................................... 8

4.5.1 计算驱动缸的推力 . ................................................................................................ 8

4.5.2 驱动缸的选择 . ...................................................................................................... 10

4.6 分配器缸推力计算及型号选用 . .................................................................................... 10

第五章 刚度和强度校核............................................................................................................. 11

5.1 销轴强度校核................................................................................................................. 11

5.2 活塞杆稳定性校核 . ......................................................................................................... 11

5.3 支架强度校核 . ................................................................................................................. 12

第六章 液压系统的设计............................................................................................................. 14

6.1 设计要求.......................................................................................................................... 14

6.1.1 设备工况及要求 . .................................................................................................. 14

6.1.2 设备工作程序 . ...................................................................................................... 14

6.1.3 控制与连续要求 . .................................................................................................. 14

6.1.4 执行元件工艺参数 . .............................................................................................. 14

6.1.5 工作循环时间顺序图 . .......................................................................................... 14

6.2 系统方案设计 . ................................................................................................................. 15

6.2.1 确定回路方式 . ...................................................................................................... 15

6.2.2 确定系统工作压力 . .............................................................................................. 15

6.2.3 液压泵类型的确定 . .............................................................................................. 15

6.3 液压元件的计算与选择 . ................................................................................................. 15

6.3.1 主要液压元件的计算与选择 . .............................................................................. 15

6.3.1.1 液压缸的性能参数计算 . ........................................................................... 15

6.3.1.2 液压泵的性能参数计算 . ........................................................................... 15

6.3.1.3 电动机的选择 . ........................................................................................... 16

6.3.1.4 电磁换向阀的选择 . ................................................................................... 16

6.3.1.5 溢流阀的选择 . ........................................................................................... 16

6.3.1.6 单向阀的选择 . ........................................................................................... 16

6.3.1.7 单向节流阀的选择 . ................................................................................... 17

6.3.2 液压辅助元件的选择与计算 . .............................................................................. 17

6.3.2.1 油管的选择 . ............................................................................................... 17

6.3.2.2 过滤器的选择 . ........................................................................................... 17

6.3.2.3 压力表的选择 . ........................................................................................... 17

6.3.2.4 油箱容积的计算 . ....................................................................................... 17

6.4 拟定液压原理图 . ............................................................................................................. 18

6.5 液压控制系统的分析 . ..................................................................................................... 18

6.5.1 液压系统动作顺序表 . .......................................................................................... 19

6.5.2 系统工作过程 . ...................................................................................................... 19

6.5.3 PLC 控制命令 ....................................................................................................... 19

第七章 结论 ................................................................................................................................ 21

7.1 设计的主要成果 . ............................................................................................................. 21

7.2 存在的主要问题 . ............................................................................................................. 21

7.3 进一步研究的建议 . ......................................................................................................... 21

参考文献 ........................................................................................................................................ 22

致 谢 .............................................................................................................................................. 23

附录 图纸列表 .............................................................................................................................. 24

第一章 绪论

随着社会的发展和技术的进步，衬套材质及其装配方式有了明显的变化和改进。衬套可由很多种材料制成，其中有：木材、塑料、铸铁、冷硬铸铁、软钢、淬火钢、铜、黄铜、青铜、铅铜合金、铝、巴氏合金以及粉末冶金(铁、黄铜、铜，石墨、酚醛原料以及尼龙) 等。选用哪种材料则要根据有多大的空间、轴的转速、承担的总负荷、润滑形式而定，在很多情况下还要考虑到设备的成本[1]。

在机械生产的组装工作中经常要进行衬套的装配，传统技术在装配衬套时是用木板垫在衬套上，用锤敲击，把衬套挤入孔内。这样易使衬套边口变形，而且在装配时必须翻转工件，这就使得装配质量差、速度慢、工作强度大，严重影响整机的装配质量。这就需要我们找到一种操作简单，方便快捷，适应性强的装置，来提高装配质量和工作效率[2]。

选择设计轴承衬套自动化装配机这种通用机械，能培养我们独立解决工程实际问题的能力，通过这次设计是对所学基本理论和专业知识的一次综合运用，也使我们的设计、计算和绘图能力都得到了全面的训练。

1.1 设计解决的问题

熟悉轴承衬套自动化装配机各部分的功能与作用，对主要液压部件进行选型设计与计算，和主要受力元件的强度校核，解决在实际使用中容易出现的问题，并进行创新设计。设计任务是将材料为铝基轴承合金的衬套装入HT 200轴承座内，配合为 50mmH 5/k 6，衬套装入速度为3个/分，要求能完成自动上料、轴承座自动定位和夹紧。

1.2 设计时注意的问题

1.2.1 具有足够的推力(即推出力)

在确定物料推力时，除考虑衬套被挤压变形所产生的压力外，还应考虑在推出过程中所要克服导引液压缸产生的逆向推力，至于衬套本身所具有的重量可以忽略不计。

在工作台被推动时，要计算其本身外加轴承座的重量所产生的摩擦力，至于摩擦因数的选择要参考平台与导轨的材料和两者间接触表面的粗糙情况。

1.2.2 保证工件准确定位

为使轴承座和衬套在装配时保持准确的相对位置，必须根据衬套的形状，选择相应的导向头形状。还有衬套放置时采用直槽导向，以便自动定心。

1.2.3 具有足够的强度和刚度

比如分配器销等细长件，要充分考虑其受力情况，保证足够的强度和刚度。

第二章 轴承衬套自动化装配机的概述

2.1 轴承衬套自动化装配机的应用

本次设计的轴承衬套自动装配机主要应用于轴承座与轴承衬套之间的装配。众所周知，机械设备广泛应用于各行各业，而其传动轴的安装定位很多要使用轴承座，故机械生产单位经常要装配轴承座和衬套，采用轴承衬套自动化装配机这种自动化设备将其装配效率和质量大大提高，缩短产品生产周期，装配便利。

2.2 轴承衬套自动化装配机的特点

轴承衬套自动化装配机较于其它装配方式，具有速度快，可靠性高，装配质量可靠等优点。

2.3 轴承衬套自动化装配机的发展状况

轴承衬套装配机已经广泛应用于建设、煤矿、交通、港口货运、物流、吊运安装工程等领域。目前，轴承衬套装配机的发展趋势是：速度更快，可靠性更高。

传统技术在装配衬套时是用木板垫在衬套上，用锤敲击，把衬套挤入孔内。这样易使衬套边口变形，而且在装配时必须翻转工件，这就使得装配质量差、速度慢、工作强度大，严重影响整机的装配质量。这就需要我们找到一种操作简单，方便快捷，适应性强的装置，来提高装配质量和工作效率。

由于应用场合的不同，条件要求不同，如润滑与不润滑、永久性结合与自由结合等，故而衬套装配时的材料和配合条件均不同，以至于装配方式也不一而足。按衬套在装配中的装配关系，又可分为如下几种装配方法：胶粘装配法、压配合装配法、温差装配法（冷却装配法、热胀装配法）。

胶粘装配法：为达到强度要求，主要选厌氧胶，厌氧胶在含有氧气的环境中呈液态，在金属零件间，当空气被隔绝后即迅速固化，使衬套得到牢固的粘接。

压配合装配法：这是一种利用人工锤击或压力机将被包容件压入包容件的方法。如被包容件有内孔，装配后会产生收缩和变形。对内孔尺寸有精度要求时，需预留收缩量或作重新加工。 温差装配法：这是一种利用包容件加温胀大，被包容件冷却收缩，使过盈量暂时消失并有一定装入间隙的装配方法。

（1）热胀装配法：把预装的包容件，在加热箱中缓慢加温到莫一允许的温度，取出后迅速将被包容件装入的一种装配方法。用于过盈量不大的配合。

（2）冷缩装配法：将被包容件置于冷却介质中，使其冷却，在无过盈量状态下进行装配的一种方法。适用于包容件不宜加热，过盈量不大的配合。

（3）热胀冷缩装配法：将上述两种方法并用的一种装配方法。适用于过盈量大，形状复杂，有较高表面质量要求的零件[3]。

目前，最常用的一种装配方式是压配合装配法，这也是最实用也是最传统的一种方式。由于传统的压装方法，存在着许多不足，所以我们在原有的基础要改进动力执行元件，在

机构上也要做了许多改进。无论从技术角度还是成本角度来看，液压缸或气缸作为执行元件是完成直线运动的最佳形式。如同用电动机来完成旋转运动一样，它们作为线性驱动可在空间的任意位置组建它所需要的运动轨迹，运动速度可无级调节[4]。

轴承衬套自动化装配机采用液压系统，运行可靠，易于实现自动化、集中化控制, 它的广泛应用对于提高劳动生产率，实现轴承衬套装配过程的机械化和自动化，都具有重要的现实意义。

2.4 轴承衬套自动化装配机的工作原理

首先将轴承座置于工作台上，启动开关，液压缸驱动工作台至装配点，定位液压缸运动使轴承座定位，导引缸运动穿过轴承座和衬套，顶出液压缸推动导引缸活塞带着衬套往回走，实现衬套与轴. 承座的装配过程，接着顶出液压缸、导引缸运动、定位液压缸、驱动液压缸依次复位；更换轴承座的同时，分配器上液压缸运动，将料箱中的衬套传至V 型块上，启动开关复位。如此循环往复运动。

工作原理图：

第三章 总体方案的确定

3.1 设计内容

3.1.1 设计任务

（1）轴承座材料为HT 200，衬套材料为铝基轴承合金，内径为45mm ，外径为50mm 。外径与轴承座孔配合为φ50mmH 5/k 6，如图3-1。

（2）每分钟完成3个轴承衬套的安装。

￠50H5

（3）工作环境：室温5~60︒C ，室内。

图3-1 轴承座与衬套

3.1.2 设计要求

主机采用液压系统为动力源，整机用钢板焊接而成。

液压系统：控制阀采用集成块式安装。

控制系统采用PLC 控制。

3.2 设计方案的构想

（1）自动装配设计

首先查阅文献，根据轴承衬套与轴承座的尺寸、公差配合、材料特性，计算出衬套压入轴承座所需要最大压入力的大小。接着根据这个最大压入力的大小，选择传动方式，并将可采用的传动方式按照加工效率、生产成本、可靠程度等原则进行刷选。确定传动方式后，查阅文献，选择相应型号的传动元件。按照液压缸或气缸安装定位要求设计支架，对支架进行应力分析使其满足强度要求。紧接着设计支架滑轨，计算滑动最大推力，选用传动方式，再根据文献选用元件。大致结构如图3-2。

（2）自动给料设计

这里最主要是设计分配器，首先计算应力大小，选择合适的液压缸元件，对分配器销轴进行强度校核。然后设计料箱，要求允许衬套逐行排列能自动下滑。大致结构如图3-3。

（3）轴承座自动定位和夹紧

设计一底板，该底板上有两个销轴与轴承座上定位孔配合固定，当工作台到位时上侧和左右两侧均有一个夹紧液压缸，伸出将他固定。大致结构如图3-4。

￠50k 6

（4）电气控制

液压缸的控制运用参考文献[14]中学习到的三菱FX 2系列可编程序控制器，通过编程来控制电磁阀带电，从而控制液压缸运动。

导引缸 移动缸

料箱

图3-2 装配结构预设图

图3-3 分料机构简图 V 型块

夹

紧

缸

夹

紧

缸

夹紧缸

图3-4 轴承座定位简图

第四章 总体方案的设计计算

4.1 衬套装配摩擦力计算

（1）过盈连接的最大过盈量δmax

已知：轴承座材料为HT 200，衬套材料为铝基轴承合金，内径为φ45mm ，外径为φ50mm 。外径与轴承座孔配合为φ50mmH 5/k 6。接触表面粗糙度别为3.2和0.8。

查参考文献[5]知：

+0. 011

+0. 018

+0. 002φ50H 5/k 6=φ50

则：

δmax =es -EI =0. 018-0=0. 018mm (4-1)

（2）计算过盈连接的强度

装置采用压入装配方式，利用压力机将被包容件直接压入包容件中。根据参考文献[6]知，采用这种方式应考虑配合表面微观峰尖被擦去的部分为2u =0. 8(RZ 1+RZ 2) ，故装配后可能产生最大径向压力P max 按参考文献[6]中式（7-11a ）及式（7-12），利用弹性力学[7]求得：

P max =δmax -0. 8(RZ 1+RZ 2)

C C d (1+2) ⨯103

E 1E 2 (4-2)

d 2d 2+1式中：C 1——被包容件（衬套）的刚性系数，C 1=2-u 1； (4-3) d -d 12

2d 2+d 2

C 2——包容件（轴承座）的刚性系数，C 2=2+u 2； (4-4) 2d 2-d

d 1、d 2——分别为被包容件的内径和包容件的外径，mm ；

d ——配合的公称直径，mm ；

u 1、u 2——分别为被包容件与包容件的泊松比。对于灰铸铁HT 200，

u 1=u 2=0. 23~0. 27，选择0. 25；

E 1、E 2——分别为被包容件与包容件的弹性模量，MPa 。对于材料为灰铸铁HT 200的

55包容件，E 2=1⨯10Mpa ；对于青铜，E 1=0. 88⨯10Mpa [9]；

RZ 1、RZ 2——分别为被包容件和包容件配合表面上微观不平度的十点高度，μm ，其值

随表面粗糙度而异，查参考文献[6]表7-6，可知RZ 1=3. 2μm ，

RZ 1=10μm 。

计算得：