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14张CAD图纸与说明书全套资料 冲床 液压 系统 设计 14 CAD 图纸 说明书 全套 资料

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内容简介：

摘 要本文主要阐述了冲床的液压系统，该系统主要工作特点是高频、高速、高压。液压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一。冲床的滑块由液压缸驱动，用于液压工件的冲剪加工，可以实现滑块快速下降冲剪下降快速上升停止的工作循环。近年来，冲压液压机在提高行程次数的快速性技术、提高工作精度的主动抗偏技术、改善工作特性和降低工作噪声的冲裁减震技术、降低安装功率的节能混合传动技术以及多压力点同步技术和滑块位置与传送的数控调节技术等方面进步很快，过去液压机与机械压力机对比中的缺点已经接近消失。传统的冲压加工设备，在技术性能、加工质量保证和可靠性以及运转经济性方面越来越不适应现代汽车工业大规模、大批量自动化生产的需求。关键词：液压系统、 冲床、 液压缸AbstractThis paper mainly expounds the hydraulic system of punch, the main characteristics of this system is high frequency, high speed, high pressure. Hydraulic technology is one of the fastest growing technology in mechanical equipment. Especially with the microelectronics, the combination of computer technology in recent years, so that the hydraulic technology has entered a new stage of development. Press slider drivens by the hydraulic cylinder, hydraulic parts used for punching processing, can realize the rapid decline of a slider punching down a stop rapid rise in a working cycle. Stamping technology is currently being one of the metal pressure processing method is widely used, it has the characteristics of high efficiency, good quality, energy saving, low cost, so the use of stamping technology more and more advanced industrial countries instead of cutting and other processing technology. Stamping technology is widely used in automobile, agricultural machinery, household appliances, electronic instruments, the defense industry and daily necessities such as production department. In recent years, hydraulic stamping press in improving stroke times fast technology, precision technology, active anti offset to improve the performance and reduce noise at lower cutting damping technology, energy saving hybrid drive technology installed power and synchronization technology multi-point pressure and sliding block position and transmission of NC technology progress soon, the past hydraulic and mechanical press in comparison of shortcomings is almost gone. Stamping processing equipment in the traditional, technical performance, and reliability and operation economy more and more cant adapt to the modern automobile industry, large-scale mass production automation needs.Keywords: hydraulic press hydraulic cylinder目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1.1 液压技术及其影响11.1.2 冲床液压系统21.2 液压传动的工作原理及其组成部分21.2.1 液压传动的工作原理31.2.2 液压传动的组成31.3 液压传动的优缺点41.3.1 液压传动的优点41.3.2 液压传动的缺点51.5 冲压设备发展概况及发展趋势81.5.1 冲压设备概述81.5.2 冲压设备发展趋势81.6 课题的来源及研究的目的和意义91.7 课题的研究内容9第2章 冲床液压系统分析102.1 高速冲床液压系统分析102.1.1 冲床液压系统图102.1.2 高速冲床液压系统工作过程112.2 系统基本工作参数112.2.1 最大冲载孔径和冲载板厚的确定112.2.2 系统压力选定122.2.3 周期和行程12第3章 确定执行元件143.1 液压缸基本参数确定143.1.1 缸筒的设计计算143.1.2 活塞杆163.1.3 液压缸进油口尺寸173.1.4 液压缸的密封173.1.5 液压缸摩擦力的计算183.1.6 液压缸基本结构193.2 泵的选择203.2.1 泵的排量203.2.2 泵的选用203.3 电机的选择203.4 速度验算203.4.1 空行时速度验算203.4.2 冲压板厚为1mm时速度验算213.5 蓄能器223.5.1 蓄能器分类223.5.2 蓄能器充气压力P的确定223.5.3 蓄能器容量计算223.6 管路的选择243.6.1 管路内径计算243.6.2 管道壁厚243.7 油箱设计253.8 冷却器253.9 过滤器263.10 阀的选用263.10.1 比例伺服阀的选择263.10.2 其他阀的选择26第4章 冲床液压系统结构设计284.1 阀块的总装结构图284.2 阀块结构图284.3 冲床液压站结构图294.4 液压缸结构图30第5章 液压缸缸筒缸杆的有限元分析315.1 有限元基本理论分析315.1.1 有限元的发展介绍315.1.2 有限元分析的基本思想335.1.3 有限元分析基本过程345.2 ADNIA软件介绍355.3 静力分析365.4 总结与分析38第6章 冲床液压站成本估算统计396.1 元件明细396.2 液压站报价明细40结 论41致 谢42参考文献43附 录144附 录246第1章 绪 论1.1 研究意义液压冲床（如图1-1所示）是目前是冲压设备行业上的一款全自动、智能化的伺服电液复合压力机，其与传统冲床和注压机相比，无论是在机械结构上，还是控制系统及功能上都有极大的突破。液压冲床采用了自主研发的双死循环伺服系统控制方式，人性化程度高、全程自动化、智能化且功能强大。16图1-1 液压冲床1.1.1 液压技术及其影响液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之一，已成为工业机械、工程建设机械及国际尖端产品不可缺少的重要技术基础。是它们向自动化、高精度、高效率、高速度、小型化、轻量化方向发展的关键技术。世界工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业，其发展速度远高于机械工业的发展速度。液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术。机械制造是为国民经济各部门和自身技术改造提供先进技术装备的工业部门。铸造、锻压、焊接、热处理、及切削等是机械制造工业获取毛坯、成形产品及提高零件机械性能的重要生产方法，在众多金属冷、热加工机器设备中普遍使用液压技术，其中压力机和金属切削机床是应用液压技术较早较广的领域。在车、铣、刨、磨、钻各类液压机床中，主要利用液压技术可在较宽范围内进行无级调速，具有良好的换向及换接性能，易于实现工作循环等优点，完成工件及刀具的夹紧、控制进给速度和驱动主轴作业，尽管现代数控机床、加工中心等先进制造设备中采用电伺服系统，但采用液压传动与控制仍然是现代金属切削机床自动化的重要途径。在锻造机、液压机、折弯机、剪切机等压力加工设备中，主要利用液压传动传递力较大、便于压力调节控制和过载保护的特点，进行下料、成形加工等作业。铸造、锻压、焊接、热处理等机器设备的生产作业环境极为恶劣，温度高、粉尘多、湿度大、有腐蚀性气体、振动噪声大。因此要求机器要有良好的适应性、可靠性和维护性。在造型机及浇铸机、焊接机、淬火机等铸造、焊接及热处理机器设备中，主要利用液压技术便于无级调速和远距离遥控作业等特点，进行造型及铸型输送与浇铸、高温零件抓取等作业，以减轻劳动者劳动强度、避免和减少热辐射和有害气体对人身的侵袭并提高生产率。1.1.2 冲床液压系统冲床的滑块由液压缸驱动，用于液压工件的冲剪加工，可以实现滑块快速下降冲剪下降快速上升停止的工作循环。1.2 液压传动的工作原理及其组成部分液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。1.2.1 液压传动的工作原理液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（液压缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。1.2.2 液压传动的组成液压传动系统主要由下列5部分组成：（1）动力元件，即液压泵，其职能是将原动机的机械能转换为液体的压力动能（表现为压力、流量），其作用是为液压系统提供压力油，是系统的动力源。（2）执行元件，指液压缸或液压马达，其职能是将液压能转换为机械能而对外做功，液压缸可驱动工作机构实现往复直线运动（或摆动），液压马达可完成回转运动。（3）控制调节元件，指各种阀利用这些元件可以控制和调节液压系统中液体的压力、流量和方向等，以保证执行元件能按照人们预期的要求进行工作。（4）辅助元件，包括油箱、滤油器、管路及接头、冷却器、压力表等。它们的作用是提供必要的条件使系统正常工作并便于监测控制。（5）工作介质，即传动液体，通常称液压油。液压系统就是通过工作介质实现运动和动力传递的，另外液压油还可以对液压元件中相互运动的零件起润滑作用。1.3 液压传动的优缺点1.3.1 液压传动的优点(1) 传动平稳在液压传动装置中，由于液压油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，因此不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。(2) 质量轻体积小液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的1m3挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了1t。(3) 承载能力大液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。(4) 容易实现无级调速在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速，并且凋速范围很大，可达2000:1，很容易获得极低的速度。(5) 易于实现过载保护液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。 (6) 液压元件能够自动润滑由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。(7) 容易实现复杂的动作采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。(8) 简化机构采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目。(9) 便于实现自动化液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。1.3.2 液压传动的缺点(1) 液压元件制造精度要求高由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较格。(2) 实现定比传动困难液压传动是以液压油液为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。(3) 液压油液受温度的影响由于液压油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。(4) 不适宜远距离输送动力由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。(5) 油液中混入空气易影响工作性能油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。(6) 油液容易污染油液污染后，会影响系统工作的可靠性。(7) 发生故障不易检查和排除。1.4 液压技术的国内外研究现状分析液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫布拉曼（Joseph Braman，1749-1814），在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质由水改为油，使其性能得到了进一步的到改善。第一次世界大战（1914-1918）后液压传动广泛应用，特别是1920年以后,发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯（F. Vikers）发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁尼斯克（G Constantimsco）对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910年对液力传动（液力联轴节、液力变矩器等）方面的贡献，使这两方面领域得到了展。我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。国内的压力加工行业对数控压力机有着很大的需求量。据有关统计，在“八五”期间国内数控压力机的年需求量将不断上升。但是引进外国设备不仅价格高，而且还受到外汇使用上的限制。只有大型企业和经济实力很雄厚的企业才有能力购买，而许多中、小型厂家则无法购买到所需的数控压力机。由于液压技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有一定的提高。尽量如此，走向21世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。其主要的发展趋势将集中在以下几方面。减少损耗，充分利用能量液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路。我国电液伺服技术始于六十年代，到七十年代有了实际应用产品，目前约有年产能力2000台；电液比例技术到七十年代中期开始发展，现有几十种品种、规格的产品，约形成有年产能力5000台。总的看，我国电液伺服比例技术与国际水平比有较大差距，主要表现在：缺乏主导系列产品，现有产品型号规格杂乱，品种规格不全，并缺乏足够的工业性试验研究，性能水平较低，质量不稳定，可靠性较差，以及存在二次配套件的问题等，都有碍于该项技术进一步地扩大应用，急待尽快提高。在流体产品领域内，目前世界上最大的流体产品（主要是液压件、密封件及液压附件等）制造企业，美国的派克（Parket）公司，成立于1918年，也有近100年历史，可以提供品种齐全的、高技术水平的液压件、密封件及所有的液压附件。目前世界上最大的用于静液压系统的变量液压元件制造企业，德国的博士力士乐公司，已有200多年的历史，从1953年开始全面制造液压元件，也有50年以上历史。其最具特色的产品是用于静液压传动的变量系统液压元件，无论是斜盘式或斜轴式，闭式（泵控）或开式（阀控）系统液压元件品种都非常齐全，能为各种需要静液压系统元件的工程机械整个系统成套配套。还有世界上最大的传动部件制造企业，德国的ZF公司，成立于1915年，也有近100年历史，能为各种工程机械提供品种齐全的传动部件。在电气配套件方面，世界最大的德国西门子电气公司，以及日本的东芝公司、川崎公司、德国的博士（Bose）公司等，都有50年以上，甚至100年以上的悠久历史，能满足工程机械各种高技术水平的电气系统和电气元件的要求。在科学技术迅猛发展的今天，计算机技术、网络技术、通信技术等现代化信息技术正对人类的生产生活产生着前所未有的影响。这些信息技术的进步，为今后制造业的发展，设计方法与制造技术模式的改变指明了方向，为数字化设计资源与制造资源的远程共享，进一步提高产品开发效率奠定了基础。这一点已经引起了学术界的广泛关注，并且有很多科研学者已经投入到了这方面的研究。目前在液压领域中，特别是中小企业在进行液压传动系统的设计时，存在着零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难，而远程设计服务可以解决这些问题。为减轻液压设计人员的工作负担，实现现代化设计模式的转变以及设计资源、技术资源和产品信息的共享。1.5 冲压设备发展概况及发展趋势1.5.1 冲压设备概述冲压技术是目前被广泛应用的金属压力加工方法之一，它具有效率高、质量好、能量省、成本低的特点，所以工业先进的国家越来越多的采用冲压技术来代替切削技术和其他加工技术。冲压技术广泛应用于汽车工业、农业机械、家用电器、电子仪表、国防工业及日用品等生产部门。先进的冲压设备是冲压技术发展的先决条件，当今国内外的冲压设备其冲压系统主要由机械式和液压式两种3。随着电子技术和液压技术的发展，出现了各种液压式数控压力机。液压式压力机采用液压传动系统来代替曲柄滑块机构。1.5.2 冲压设备发展趋势近年来，冲压液压机在提高行程次数的快速性技术、提高工作精度的主动抗偏技术、改善工作特性和降低工作噪声的冲裁减震技术、降低安装功率的节能混合传动技术以及多压力点同步技术和滑块位置与传送的数控调节技术等方面进步很快，过去液压机与机械压力机对比中的缺点已经接近消失1。传统的冲压加工设备，在技术性能、加工质量保证和可靠性以及运转经济性方面越来越不适应现代汽车工业大规模、大批量自动化生产的需求2。为提高工作效率，降低能源消耗，实现大规模生产，国外生产厂家制造出先进的数控告诉冲压设备，其基本特点为：（1） 滑块行程次数高，滑块行程次数一般高于200次/min；（2） 精度要求高，尤其是对压力机的动态精度要求很高；（3） 震动和噪声要求小，设备的动平衡要求高；（4） 制动性能好；（5）检测控制系统完善，一般采用PCL控制器和数控技术队冲压设备各元件和参数进行检测和设定来实现工作过程自动化。（6）其辅助设备齐全，应配备自动送料及废料剪切等机构。现代先进的冲压设备发展趋势：高速化、高效化、低消耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本；机电液一体化。充分利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化；液压元件集成化，标准化。1.6 课题的来源及研究的目的和意义课题来源于沈阳中之杰流体传动控制有限公司冲床就是一台冲压式压力机。在国民生产中，冲压工艺对于比较传统机械加工来说有节约材料和能源，效率高，对操作者技术要求不高及通过各种模具应用可以做出机械加工所无法达到的产品这些优点，因而它的用途越来越广泛。因此通过本次毕业设计主要学习掌握综合运用液压传动、机械设计、工程系统等课程中所学理论知识的能力；着重突出液压系统设计的独立性和实用性，培养和提高独立分析问题和解决实际问题的能力，为今后适应工作岗位和创造性地开展工作打下坚实基础。1.7 课题的研究内容对现有的冲床液压系统进行调研和分析，明确冲床液压系统的工作机理和分类，设计冲床液压系统中的相关部分，并对其进行总结。其中包括：（1）分析现有液压冲床液压系统的组成和工作原理；（2）设计冲床液压系统原理图；（3）设计冲床液压油源；（4）设计液压缸的装配图；（5）设计液压缸的部分零件图；（6）设计系统所需的阀块装配图；（7）设计阀块的零件图；（8）撰写毕业论文。第2章 冲床液压系统分析2.1 高速冲床液压系统分析高速冲床既可对工件进行冲孔又可进行冲压成形。不同的加工方式对系统的压力，冲头的速度都有不同的要求，冲孔时，要求冲头以最大的速度下降加工工件，并且快速上升返回。而成形过程要求滑块以较快的速度下降，遇到负载时冲头速度降低且系统压力升高，确保对钢板的准确冲压成形，冲压完毕冲头以较快的速度上升。该系统主要工作特点是高频、高速、高压4。2.1.1 冲床液压系统图系统最大压力为p=25MPa，频率为f=300次/min冲床系统原理图如图2-1所示。1-过滤器；2-电机；3-泵；4-冷却器；5-压力表；6-单向阀；7-电磁换向阀；8-溢流阀；9-电液换向阀；10-蓄能器；11-比例伺服阀；12-液压缸图2-1 冲床液压系统原理图2.1.2 高速冲床液压系统工作过程比例伺服阀的比例电磁铁输入电压为正时，其右位工作，来自泵的液压油通过比例伺服阀进入油缸的上腔，油缸的下腔排出的液压油经过液控换向阀和比例伺服阀进入油缸的上腔，组成差动快速回路，活塞杆带动冲头快速向下运动，当冲头遇到工件受阻时，系统压力升高，达到液控换向阀的压力，液控换向阀的左位接通，差动连接被切断，由泵自己本身出来的液压油向上腔供油，活塞缓慢向下运动，冲压工件，下腔的油通过液控换向阀流回油箱，冲压完毕后冲头到达下位极限，接近开关SQ2向控制系统发信号，使比例伺服阀输入电压信号为负，控制比例伺服阀左位工作，同事负载消失，液控换向阀右位接通，泵向下腔供油，同时上腔的油通过比例伺服阀流回油箱，活塞向上运动，完成了一个工作循环。2.2 系统基本工作参数2.2.1 最大冲载孔径和冲载板厚的确定 要求系统最大工作载荷kN 冲载力的计算公式： （2-1） 式中：冲载周长（mm） 板材厚度（mm） 材料抗剪强度（MPa）。 材料抗剪强度不仅与材料的性质有关还与材料硬化强度，材料相对厚度，凹凸模相对间隙（Z/t）以及冲载速度有关。为简化计算，可按表2-1选用值表2-1材料抗剪强度值选用孔径Z=0.15tZ=0.005t（52.5）t(1.51.8) (21.5)t(1.21.4) (2.02.6) =t1.83.6 该系统中Z=0.15t，由表可以看出冲孔直径相对于板材厚度越大时，其抗剪强度越小，对于冲床，板材厚度一般相对于冲孔直径来说很小，所以在该系统中选用=。 所以冲孔时冲载力计算公式为： （2-2）式中： 材料抗拉强度（MPa），为计算方便取刚才的抗拉强度=550MPa。由公式（2-2）可得出针对不同的板料厚度本冲床所能冲载的最大孔径不同，见表2-2表2-2 一定厚度时改冲床所能冲载的最大孔径板厚t（mm）0.512345孔径D（mm）1759045302218图中t代表板厚，s代表滑块行程。当空行程运动时，若忽略摩擦力的影响系统负载为零，在冲头冲压工作的过程中，负载逐渐增大，当冲头到达板厚的1/3处时，冲压力最大，随着冲载的进行，压力又逐渐减小。2.2.2 系统压力选定 压力选定过程中系统压力越高液压缸尺寸越小，所以压力应选择尽量高，该系统采用高压泵31.5MPa柱塞泵，所以溢流阀调定压力定位MPa。2.2.3 周期和行程 要求该高速冲床最大行程s=40mm，不同的工作行程，系统的冲压频率（周期）也不同，当工作行程为12mm时，冲载频率f=300次/min，此时周期：=60/f=0.2s第3章 确定执行元件3.1 液压缸基本参数确定液压缸是该系统的主要元件，它能直接带动冲头进行冲压工作。按照工作要求和工作特点，自行设计了冲压缸。3.1.1 缸筒的设计计算 缸筒是液压缸的主体零件，它与缸盖、活塞等零件构成密闭容腔，形成内压，推动活塞杆运动。设计缸筒时，不仅要保证液压缸的作用力、速度和行程，而且必须有足够的强度和刚度，以便抵抗液压力和其他外力的作用。另外缸筒与活塞之间的相对运动，既要能滑动自如，又要能够保持密封，所以必须具有一定的几何精度、表面光洁度和配合精度5。（1）内径D计算高压时系统最大压力为p=25MPa，最大负载max=200kN，初定系统阻力f=25kN。工作时，活塞受力公式为： +=p=/4式中： 液压缸内径（mm）；冲压力（kN）； 系统阻力(kN)； p系统压力(MPa)； 液压缸活塞杆面积（mm2）；液压缸内径计算公式： =107.1mm按照表3-1缸筒内径系列（GB/T2348-1993）810121620253240506380100110125140160180200(2）缸筒材料缸筒的材料一般要求有做够的冲击韧性和强度，目前，普遍采用缸筒材料是热轧或冷拔无缝钢管。近几年来由专业厂提供内圆已经研磨和外圆精加工的高精度冷拔无缝钢管，按所需长度切割材料。本次材料选用45号钢冷拔无缝钢管。内径110mm 壁厚15mm。(3) 缸筒厚度校核在中低压液压系统中，缸筒壁厚往往由结构工艺要求决定，一般不要求校核，但在高压系统中按照下列情况进行校核：当/D时为薄壁，可按下式校核： （3-1）式中：最高允许压力，一般规定=1.5， =1.5=37.5MPa缸筒材料许用应力，当 /时为厚壁，按下式进行校核： （3-2）缸筒采用45号无缝钢管，壁厚=15mm，/=15/110=0.13，所以用公式（3-2）进行厚度校核： mm15mm,所以=15mm满足强度要求。3.1.2 活塞杆活塞杆为实心结构，材料为45号钢。先按照压缩拉伸强度来计算活塞杆直径d：mm式中： 活塞杆材料许用应力，=MPa计算出活塞杆直径后见表3-2进行圆整。表3-2液压缸活塞杆直径推荐值活塞杆受力情况受拉伸受压缩，工作压力（MPa）5577活塞杆直径（0.30.5）(0.50.55) （0.60.7）0.7该系统最大工作压力为25MPa，所以活塞杆直径：0.7D=77mm冲床液压系统中，活塞有较高的运动速度，可以降低冲压周期，所以活塞杆应尽量选择的大些，以提高液压缸回程速度，但因为快进过程采用了差动连接，若活塞杆直径太大，其快速下降的速度便会降低，所以应选择合适的活塞杆直径。差动快速下降时活塞速度： （3-3）活塞退回时速度： （3-4）要降低运动时间，则应对求最大值，求得mm，即时活塞运动时间最少。参照表3-3活塞杆直径系列选区d=80mm。表3-3活塞杆直径10121416182022252832364045505663708090110110125140160180200液压缸基本参数为：液压缸内径D=110mm，活塞杆直径d =80mm，缸筒厚度mm，活塞行程s=40mm。3.1.3 液压缸进油口尺寸通过上面计算，液压缸进油口尺寸见表3-4 表3-4 25MPa 系列单杆液压缸螺纹连接油口安装尺寸（ISO 8137-1986）缸径D（mm）ECEE(mm)50M221.51263， 80M27216100，125M33220160，200M42225250，320M50232400，500M50238 液压缸应设在两端的极限位置，一般布置在缸筒或前后端盖上。选择油口尺寸的主要参数是油管直径。油管的有效通油直径应保证油液流速在24.5m/s一下，这样可以减少压力损失，提高效率，减轻震动和噪音，油口的连接方式有螺纹连接，法兰连接等，本液压缸油口选用螺纹连接。 该液压缸是最高工作压力为25MPa的单活塞杆液压缸，有经查表2-6选用连接螺纹尺寸为M332。3.1.4 液压缸的密封 液压缸依靠密封油容积的变化传动力和速度，液压油在系统及元件的容腔内流动或暂存时，由于压力、间隙、粘度等因素的变化，而导致少量工作介质越过容腔边界，由高压腔向低压腔或外界流出，造成泄漏。密封元件可以防止液压缸的泄漏及外界尘埃和异物的侵入6。密封装置的优劣势将直接影响液压缸的工作性能。密封不好的液压缸，不仅会污染环境、降低容积效率、增加功率损失，有时还会影响液压缸的正常工作7。液压缸密封件选用取决于压力速度温度和工作介质等因素。密封件的合理选用对液压缸有重要的意义。密封效果决定了液压缸的容积效率；密封摩擦力的大小，决定了液压缸的机械效率；密封材料的耐热性能，影响液压缸的加工温度；液压缸的工作速度，也受密封件的限制；密封件的材料和系统采用的工作温度；液压缸的工作速度，也受密封件的限制；密封件的材料和系统采用工作介质要有相容性；动密封件的摩擦阻力要小，即摩擦系数要小而稳定，特别是静、动摩擦系数差值要小8。密封件的耐磨性要好，磨损后应有一定程度的自动补偿，制造简单、装拆方便、成本低廉。（1）活塞的密封选用DICHTOMATIK公司的K03组合式孔用密封圈，其最高工作压力为40MPa。温度-30100，运动速度0.5m/s。按照缸筒内径选择的型号为：K03-110-00117 。（2）活塞杆的密封活塞杆与盖处的密封采用DICHTOMATIK公司的MA39双唇轴用Y形圈，该形圈最高工作压力可达40MPa，温度-40100，运动速度小于0.5/S,根据活塞杆直径选择其型号为：MA39-80/22965。（3）活塞杆的防尘活塞杆在伸缩过程中直接与外界接触，常有灰尘、砂粒、铁屑等污物落在活塞杆上。若将污物带劲液压缸。不仅会加剧零件的磨损、产生划痕，而且会影响液压系统的正常工作，因此要安装防尘装置。 活塞防尘圈选用DICHTOMATIK公司AD48双唇防尘圈，它是双向作用的防尘圈，其使用寿命特别长，使用温度-40100，运动速度最高为1.0m/s。按活塞杆基本参数选用AD48-80/88981。3.1.5 液压缸摩擦力的计算 液压缸的密封装置设置在活塞与缸筒之间，活塞杆与缸盖之间，因此液压缸总的密封摩擦阻力为： （3-5）式中： 缸总的密封摩擦力（kN）； 活塞与缸筒间的密封摩擦力（kN）； 活塞杆与端盖间的密封摩擦力（kN）。（1） 活塞与缸筒间采用组合密封圈，此处摩擦力计算公式为：= （3-6）式中：摩擦系数，组合密封圈各组成部分材料不同，此处取=0.05；密封处工作压力（Pa），Pa密封处直径（mm），此处=0.11mm；密封件的宽度（mm），由样本=0.0224mm。由于密封摩擦力随系统压力变化，所以活塞与缸筒间摩擦力：N=9.68kN（2） 活塞杆与端盖间采用Y型唇密封，摩擦力计算公式为： （3-7）式中 ：摩擦系数，Y形密封圈的材料为聚氨酯AU92，此处=0.08； 密封处工作压力（Pa），Pa； 密封处直径（mm），此处=0.08mm； 密封件的宽度（mm），由样本=0.012mm 则活塞杆与缸盖间的摩擦力： kN3.1.6 液压缸基本结构 液压缸分为通用型液压缸和专用型液压缸两种，专用型液压缸是专为某一用途设计的液压缸，以满足该用途的特殊要求，在结构、材料、加工精度等方面都有特殊要求；而通用液压缸无特殊的使用要求，结构简单，零部件符合标准化、通用化的要求，因此用途较广泛。通用型液压缸又分为三种典型结构形式：拉杆型、焊接型、法兰型液压缸。法兰型液压缸，其工作特点是额定压力高，通常额定压力35MPa，外形尺寸大9。适用于较严酷的冲击负载和外界工作条件，也叫重载型液压缸，选用法兰缸10。3.2 泵的选择3.2.1 泵的排量 排量为液压泵主轴旋转一周所排出的液体体积。活塞行程s=12mm时，冲压频率f=300次/min，则一周期内，泵向液压缸的排油量应于液压缸向油箱的排油量相等，所以系统需要的总流量： L/min 3.2.2 泵的选用根据排量和压力要求，选用GFZB组合泵。3.3 电机的选择泵的输出功率为：16.2kW 须选用额定功率为18.5kW 的电机。3.4 速度验算3.4.1 空行时速度验算差动下行阶段：当行程为12mm时，周期为T=0.173s0.2s，此时频率f=1/=5.78Hz ，即每分钟冲压346次。3.4.2 冲压板厚为1mm时速度验算 行程12mm时，差动下行阶段cm/s 所需时间：s 冲压阶段：cm/s 所需时间：s 返回阶段：cm/s所需时间：s周期：T=0.084+0.06+0.082=0.226s此时频率f=1/0.2335=4.25Hz，即每分钟冲压265次。冲压板厚为1mm，行程10mm时，其冲压频率可以达到300次/min 以上，但是行程等于12mm时，频率未达到300次/min，所以系统回路中加入了蓄能器，它作为辅助动力源在必要时刻释放储存的油液，提高流量，从而可以提高活塞运动速度。3.5 蓄能器3.5.1 蓄能器分类 蓄能器有各种结构形状，根据加载方式可分为重锤式、弹簧式和充气式三种。其中充气式蓄能器是利用气体的压缩和膨胀来储存和释放能量，用途较广，目前常用的是活塞式、气囊式、隔膜式蓄能器11。气囊式蓄能器气液密封可靠，能使油气完全隔离；气囊惯性小，反应灵敏；结构紧凑12。3.5.2 蓄能器充气压力p的确定 当蓄能器作为辅助动力源、补偿泄漏、紧急动力源时，应使蓄能器总容积V尽量小，而单位容积的储能尽量大，胶囊寿命应尽量长。对于气囊式蓄能器其充气压力应在系统最低工作压力的90%和最高压力的25% 之间选择，所以选用p=6MPa，在系统最低工作压力下蓄能器的皮囊仍未膨胀得与壳体内壁完全接触；而在系统最高压力下，皮囊收缩后的体积仍大于充气压力的原始体积的四分之一。这样限制了皮囊在系统工作时的变形范围，可以保护皮囊，延长其使用寿命。3.5.3 蓄能器容量计算(1) 有效排油量的计算蓄能器在作蓄能时，是与油泵一起供油的，则蓄能器一个工作循环内的有效排油量应按下式计算： = （3-8）式中 有效排油量（L）；系统中各个工作点的耗油量总和（L）；系统泄漏系数，一般可选=1.2； 泵总供油量（L）。行程为12mm冲压板厚1mm时，频率要达到300次/min，假定快速下降时活塞速度为=17cm/s，快速返回时活塞速度为=18cm/s，则一个周期内，系统中所需耗油总量为：=0.119L泵在一个周期内的总供油量为：L代入公式（2-13）得L(2) 总容积V计算蓄能器的总容积的是指气腔与液控的容积之和，对于气囊式蓄能器为充气容积。总容积可由气体定律计算： 式中 蓄能器的充气压和充气容积； 系统最低工作压力和最低工作压力下的气体体积； 系统最高工作压力和最高工作压力下的气体体积；n多变指数。蓄能器在工作过程中大多属于多变过程，在蓄油时，气体压缩为等温过程，放油时气体膨胀为绝热过程所以其充气容积按公式计算：推荐=1.25.将已知数据代入上式得=0.09L，考虑系统的稳定性及其他影响因素，选用NXQ1-L0.4/31.5-H,容积0.4L，公称压力为31.5MPa的蓄能器。 3.6 管路的选择 管路在液压系统中主要用来把各种元件及装置连接起来传输能量，为保证系统工作可靠，管路及管接头应有足够的强度，良好的密封性，压力损失要小，拆装方便。 管路按材料不同可分为无缝钢管、耐油橡胶软管、纯铜管、尼龙管等几种。选用强度好、耐压高、变形小、抗腐蚀性的无缝钢管适合冲床液压系统。3.6.1 管路内径计算 管路内径的大小取决于管路的种类及管内流速的大小。在流量一定的情况下，内径小则流速高，压力损失大，容易产生噪声；内径大则难于安装，所占空间大，重量大。管路内径一般由下式确定 式中：管路内径（mm） 流量（L/min）； 流速（m/s）； 对吸油管道取0.61.3m/s；对压油管道2.57.6m/s （压力高时取大值）；对回油管1.74.5m/s。 回油管道：=2.5m/s，=39.45L/min，代入公式 得18.3mm，取20mm。3.6.2 管道壁厚按下式计算： 式中： 管子壁厚（mm） 工作压力（Pa） 管子内径（mm）油管材料的许用应力（Pa）对钢管：=为管材的抗拉强度：n为安全系数，当7MPa时，取=8；当7MPa17.5MPa时，取=6；17.5MPa时，取=4.由钢管的力学性能表查得 p =450MPa，将已知数据代入公式得，出油管道取1mm。3.7 油箱设计 油箱在液压系统中主要作用是储存液压系统所需的足够油液，散发油液中的热量，分离油液中气体及沉淀污物，为系统提供元件的安装位置，使液压系统结构紧凑。 油箱容积的估算经验公式为：式中： 油箱的容积（L）液压泵的总额定流量（L/min）；经计算 =8min，=40L/min代入公式得V=320L，选用油箱400L。为了保证油箱的散热，在该系统中加入了冷却器，同时降低了成本，节省了空间。3.8 冷却器液压系统工作时，各种能量损失全部转化为热量。这些热量除部分通过油箱、管道等散发到周围空间外，大部分热量使得系统油液温度升高，严重影响液压系统的正常工作。因此采用强制冷却的办法，通过冷却器来控制油液的温度。冷却器按冷却介质不同可分为水冷和风冷冷却器，本文采用FL10空气冷却器，基本机构为电动机带动一风扇，其性能参数为传热系数55W/（m），工作压力1.6MPa，压力损失0.1MPa，换热面积10m，风量2210m/h，风机功率0.12kw。3.9 过滤器该液压系统在回油路上设置过滤器，在系统油液流回油箱之前，过滤器外界侵入系统的和系统内产生的污物滤除，为了系统提供清洁的油液，此次设计采用RF-6010会有过滤器，安装在油箱的顶部。过滤器公称流量为60L/min，过滤精度10，通径20mm，最大压力损失0.35MPa。3.10 阀的选用3.10.1 比例伺服阀的选择比例控制阀是一种按输入的电气信号连续的按比例的对油流的压力、流量和方向进行远距离控制的阀。随着比例技术的发展，出现了一种新型的比例阀高性能比例阀，即比例伺服阀，它的性能介于一般的比例阀和伺服阀之间，精度高，频率高，其响应频率一般在30100Hz之间，无零位死区，并克服了伺服阀过滤精度高的缺点。现在采用的比例伺服阀是在普通液压阀的基础上用电机械转换器取代原有的控制部分发展而成，且可以与普通的阀互换。本次设计采用的比例伺服阀方向阀，在结构形式上与传统方向阀中的电磁换向阀、电液换向阀很相似，但在功能上有着本质的不同，它根据输入电压或电流的大小和极性来改变输出流量的大小和方向，如果与执行元件相连接，那么可以根据输入电压或电流的大小和极性，按比例的控制液压执行元件的速度和方向。该液压系统选用atos公司的DLHZOR-TE-14-L7141型高性能比例换向阀，响应时间10ms，滞环0.1%，输入-10v+10v的电压信号。3.10.2 其他阀的选择(1) 溢流阀 溢流阀是系统中多余液体通过阀口溢出，从而维持其进口压力近于恒定的压力控制阀。它具有保证液压系统中压力的基本稳定、实现稳压、调压或限压的作用。常用的有直动式和先导式两种。本次设计研究的液压系统压力高流量大，所以选用先导式溢流阀，查看样本，选用YF-L10K型溢流阀，其额定流量40L/min，通径10mm，调压范围1632MPa。系统选用的柱塞泵额定压力为31.5MPa，则溢流阀的调定压力确定为31.50.8=25MPa。(2) 电磁换向阀根据样本选用22EI-H10B-T(3) 液控换向阀 液控换向阀是利用控制油路中的压力油推动阀芯，变换流体流动方向控制阀。本次设计选用WHNG10C2的液控换向阀，最大工作压力31.5MPa，最高控制压力25MPa，其调定压力在为20MPa。第4章 冲床液压系统结构设计4.1 阀块的总装结构图 阀块的总装是由阀块、阀和阀块的底座等组成，阀块在液压系统中的作用是控制液压油的流向，阀块的总装如图4-1所示。图4-1阀块总装图4.2 阀块结构图 阀块就是一个小型的回路，阀块是将系统中各种应用在油路中的阀通过阀块上的油孔集合到一起。阀块零件图如图4-2所示。图4-2阀块零件图4.3 冲床液压站结构图液压站是由驱动电动机、液压泵、油箱、节流阀、溢流阀等构件在一起的液压装置，按驱动要求流向、压力和流量供油，适用于各个驱动装置机械上，这种液压系统可实现各种规定的工作。它是在工业革命时代发明的，现在广泛用于各个工业领域及汽车制动上。 本系统中液压站的主要作用是为冲床液压系统提供和收集液压油，同时控制压力、流量和流向，从而实现液压缸的高速运动，达到冲床的高速运动，冲床液压站结构图如图4-3所示。图4-3油箱总装图4.4 液压缸结构图 液压缸结构图如图4-4所示。图4-4液压缸总装图第5章 液压缸缸筒缸杆的有限元分析5.1 有限元基本理论分析随着现代科学技术的发展，人们正在建造更为快捷的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切都要求工程师在设计阶段就能够精确地预测出产品或工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。例如分析高楼大厦和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率等。此时传统的解决方法往往不可行，需要寻求新的计算方法，为此一大批国内外科技工作者致力于这方面的研究。近年来，在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA,Finite Element Analysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。5.1.1 有限元的发展介绍有限元法的起源可以追溯到20世纪初，当时有一些研究人员利用等价弹性杆来近似模拟连续的弹性体。然而，人们公认Courant（1943）是有限元法的奠基人。在20世纪40年代，Courant发表了一篇论文，他第一次尝试用定义在三角形区域上的分片连续函数和最小位能原理想结合的方法来研究扭转问题。在20世纪50年代，Boeing及后来学者采用了三角形应力单元来建立飞机机翼的模型，极大地推动了有限元法的发展。之后，一些应用数学家、物理学家和工程师由于各种原因都涉足过有限元的概念。然而，直到1960年美国的飞机结构工程师Clough RW才在一篇名为“平面应力分析的有限元法”的论文中首先使用“有限元法”。它是结构分析的一种数值计算方法，是矩阵方法在结构力学和弹性力学等领域中的发展和应用。由于当时理论尚处于初级阶段，计算机的硬件及软件也无法满足需求，有限元法和有限元程序无法在工程上普及。直到1963年Melosh RJ在论文中提出有限元法的基础是变分基础，它是基于变分原理的一种新型Ritz法（采用分区插值方案的新型Ritz法）。这样就使数学界与工程界得到了沟通，获得了共识，从而使有限元法被公认为既有严密论基础又有普通应用价值的一种数值方法。到20世纪60年代末70年代初，出现了大型通用有限元程序，它们以功能强、用户使用方便、计算结果可靠和效率高而逐渐形成新的技术商品，成为结构工程强有里的分析工具。40多年来，有限元法的应用已经由弹性力学平面问题拓展到空间问题、板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和波动问题，分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料等，从固体力学扩展到流体力学、传热学、电磁学等领域。迄今为止，有限元法除了发展其自身的理论和发放外，还外延到其他领域，如随即有限元法等。由于计算机的飞速发展，使得有限元法在工程中得到了广泛的应用。目前，有限元法在国外已广泛应用于铁道、石油化工、航空航天、机械制造、汽车交通、造船、轻工、日用家电等工业和科学领域。在汽车设计行业，国外著名汽车公司在豪华轿车的设计中，以前通过经验设计，需要制造200多辆样车才能完成汽车的安全碰撞设计，现在有80多辆就足够了，大部分的设计内容都是通过有限元分析软件在电脑中模拟实现的，这样可以节约2/3的资金和大量研制时间。在飞机制造行业，以前通过做风洞试验检验飞机的各项性能，如今许多试验都是通过电脑仿真实现的。在国外的日用消费品设计中，此类软件应用也很广泛，著名体育用品厂商耐克公司，在高级旅游鞋的受力结构研究设计中，也采用了有限元分析技术，在保证鞋体受力均衡的前提下，取得了鞋的最理想重量，成为体育用品设计的典范。有限元法应用前景十分广阔，它不仅在工业界各个领域的产品设计中占有重要的地位，近来在日用消费品设计方面的优势也已显著。2000年11月中国科学院数学系统科学研究所和北京飞箭软件有限公司联合成功开发了世界上第一个可通过互联网使用的有限元软件，使我国在有限元法及应用研究方面获得了突破性进展，该系统突破了国内外的通用有限元只适用于特定领域和特定有限元问题的限制，把广大工程师和科学家从繁琐、重复的编程工作中彻底解放出来，采用这一系统可以在数天甚至数小时内完成人们需要数月才能完成的编程工作。最可贵的是该系统已放到了互联网络上，世界各地的用户可以在任何时候，任何地方，采用一台计算机使用这一软件。用户只需给出他所要求解的有限元问题，就可得到全部的有限元程序，并且在其计算机上自动编译运行，直至获得他所要的计算结果。该系统已为美国、德国、加拿大等国家和地区及国内40多个单位应用，并取得了巨大成果。5.1.2 有限元分析的基本思想有限元法师数学、力学及计算机科学相互渗透、综合利用的边缘科学，是现代科学和工程计算方面最令人鼓舞的重大成就之一。其基本思想是将一个连续的实际结构（弹性连续体）划分为一组有限个、且按一定的方式相互连接在一起的单元的组合体进行研究。这些单元仅在节点处连接，单元之间的载荷也仅由节点传送。这个把连续体划分为离散结构的过程成为有限元的离散化，也叫单元划分。有限个的单元称为有限单元，简称单元。利用离散而成的有限元集合体代替原来的弹性连续体，建立近似的力学模型，对该模型进行数值计算，通过对这些单元分别进行分析，建立其位移与内力之间的关系，以变分原理为工具，将微分方程化为代数方程，再将单元组装成结构，形成整体结构的刚度方程。离散后单元节点的设置、性质和数目应根据问题的性质、描述变形形态的需要和计算精度而定（一般情况下，单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量也越大）。所以有限元法中分析的结构已经不是原有的物体或结构物，而是同样材料的众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样做的结果造成用有限元分析计算所获得的结果只能是近似的。离散化是有限元法的基础，必须依据结构的实际情况，决定单元的类型、数目、形状、大小以及排列方式，这样做的目的是：将结构分割成足够小的单元，使得简单位移模型能足够近似地表示精确解，同时又不能太小，否则计算量很大。分析过程中首先从单元分析入手，确定单元内的位移、应变、应力模式，并确定单元节点力与单元节点位移的关系，建立单元刚度矩阵。根据离散化结构的连接方式，将各个单元刚度矩阵进行组集，得到反应整体结构位移与载荷关系的总体刚度方程。通过求解该刚度方程可以得出各个单元的位移，再利用单元分析得到的关系可以求出单元应力及其应变。可见，有限元分析的主要内容是：单元离散化、单元分析、整体分析。有限元法与传统的力学方法有很大差别，正是这种差别，使得它能够把许多难以求解的问题变的容易处理：（1）由于可任选单元体的形状和尺寸，故可以：“组拼”出形状复杂的机械零件。在做应力分析时，无需对零件的几何形状作过多的简化，从而提高了解题精度，扩大了可解的范围；（2）对于应力集中区可以减小单元体尺寸来细加考虑；（3）对于各种复杂类型的外载荷都可以采取适当的方法将其分配至节点处来计算；（4）易于解决有初应力、热应力的问题；（5）易于处理材料的不均匀性，对各向异性材料也可求解；（6）可以解决材料的非线性和结构的非线性问题；（7）采用大型的通用有限元程序，可一次计算大型复杂结构的应力、位移、震动和稳定性。由于计算机求解方程组的能力非常强大，构造模型又非常准确，因而有限元法在计算机上使用极为普遍。有限元方法计算精度高，速度快，可缩短设计试制周期和降低成本。目前，优秀的绘图系统软件都配有有限元分析程序窗口。当图形绘制完毕，可立即进行网络划分，并进行强度计算。通过不断修改图形和反复计算，能够使设计质量大幅度提高。有限元法可用于各种模拟和分析方法中，在固体力学、流体力学、机械工程、土木工程、电器工程等领域得到了广泛应用。由于其所涉及问题和算法基本上都是来源于工程实际，应用于工程中，其解决工程实际问题的能力愈来愈强。在汽车领域，有限元法可用于建立汽车结构系统的震动模型，还可以用于设计的刚度与变形分析、设计的应力与疲劳分析、碰撞模拟和塑性变形分析等。5.1.3 有限元分析基本过程应用有限元法求解弹塑性问题的分析过程，概括起来可以分为以下几个步骤：（1）结构离散化结构离散化就是将结构分成有限个小的单位体，单元与单元、单元与边界之间通过节点联接。结构的离散化关系到计算精度与计算效率，结构离散化处理主要包括3个方面内容：单元类型选择、单元划分、节点编码。（2）单元特性分析分析得到单元节点力与节点位移之间的力学关系，建立计算单元刚度矩阵。实体单元的刚度矩阵需要先假设单元内部的位移差值模式，由变分原理(最小势能原理)导出。（3）结构分析有限元法的基本原则之一就是满足相邻单元在公共节点上的位移协调条件，于是，相邻单元在公共节点对应位移自由度上的刚度系数被叠加到一起，共同抵抗公共节点的变位。其具体处理形式为：在一个机构总体刚度矩阵中单元刚度矩阵元素之间的分块叠加。与之相应的，所有节点载荷也按照结构中的节点编号次序组成结构的节点载荷列向量，建立起整个机构的所有节点载荷与节点位移之间的关系，即结构的总体刚度方程，其系数矩阵即结构总体的刚度矩阵。（4）引入边界条件在总体刚度方程中引入边界条件，通过边界约束条件的施加，排除了系统发生整体刚性位移的可能性，使得在一定载荷作用下结构位移可以唯一的确定。（5）求解线性方程组通过各种线性代数方程组的求解方法求得方程组的解，即得到结构各个节点的位移。方程组的解法主要有两种：直接解法和迭代解法。在世界应用中，直接解法是目前最有效的解法。目前所用的最有效的直接求解法基本上属于高斯除去法的应用。单元内部任一点的位移通过节点位移插值得到，而应变、应力等量可通过位移导出。（6）后处理与计算结果的评价得到节点位移后，可进一步得到应变、应力等量，并进行结果的可视化后处理，进行各种物理量的图形及动画显示等实用操作。5.2 ADNIA软件介绍ADINA是全球功能最为强大、技术最为领先的非线性及多物理场耦合求解商业程序系统，其分析类型包括结构、T分析、F分析、TMC分析、FSI分析，其中FSI（流固耦合）分析是全球功能最强大的。ADINA分析过程包括3个主要的步骤：(1)创建有限元模型 创建或输入有限元模型。 定义材料属性。 划分网格（产生节点及单元）。 定义单元节点属性。(2)施加荷载并求解 施加荷载。 设定约束条件。 求解。(3)查看结果查看分析结果。检验结果。5.3 静力分析因为液压缸在不同的工作环境下受到不同类型的力作用从而产生许符合变形，本文只讨论液压缸的缸筒和缸杆在应变和弹性能下的变形状态，首先创建缸筒的有限元模型，定义缸筒的材料属性，划分缸筒的网格，如图5-1所示。 图5-1 缸筒网格然后对缸筒加荷载，设定约束条件，计算。分析缸筒可以承受的最大载荷，如图5-2和图5-3所示。图5-2缸筒的应力变形图5-3 缸筒静力分析缸杆与缸筒的操作相同，先创建缸杆的有限元模型，定义缸杆的材料属性，划分缸杆的网格，如图5-4所示。图5-4 缸杆网格然后对缸杆加荷载，设定约束条件，计算。分析缸杆可以承受的最大载荷，如图5-5和图5-6所示。图5-5 缸杆的静力分析图5-3 缸杆的应力变形5.4 总结与分析通过上面对缸杆和缸筒应力变形图可以得知，缸筒内侧受力较大，活塞杆的断面受力较大，但是并没有超出材料的屈服极限，所以本次设计的液压缸的缸筒和活塞杆符合本次系统设计的工作条件。第6章 冲床液压站成本估算统计6.1 元件明细名称规格数量单价（元）合计（元）备注柱塞泵GFZB-61900900上海气动技术研究所空气滤清器PAF-BH-25-F1200200中国黎明液压有限公司过滤器RF-60101450450中国黎明液压有限公司液位液温计XYW-2001150150中国黎明液压有限公司压力表YN-601270270北京华德液压工业集团有限公司单向阀S20P1B1150150北京华德液压工业集团有限公司溢流阀DZC1023021XY1450450北京华德液压工业集团有限公司比例阀DLHZOR-TE-4145004500Atos公司电磁换向阀22D2-10BH1240240北京华德液压工业集团有限公司液控换向阀WHNG10C21230230北京华德液压工业集团有限公司蓄能器NXQ1-L0.41800800上海立新液压件厂联轴器YL61160160乐清市乐特机械工程有限公司6.2 液压站报价明细序号报价项目价格（元）备注1元件费87702材料费20003加工费20004管路内外处理费10005管路及接头10006组装实验费15007调试及服务费30008设计费30009管理费50010税费100011利润5000总计28770结 论本文设计主要研究了冲床液压系统。采用了比例换向阀，利用它的高频响应来实现快速换向；为实现液压缸的快速运动，系统中采用了差动连接快速运动油路。在明确了油源设计要求后，完成了冲床液压系统油源的设计，总结了油源设计需要注意的设计准则，并在油源设计时，为了清洗方便，将清洗盖设计成了四个，前面两个，后面两个，在设计阀块时，将阀装在了一个阀块上，再将阀块底座与油箱盖连接上，使其节省了空间。本文在对液压缸设计的同时，为保证液压缸的缸筒和缸杆满足工作条件对其进行了液压缸缸杆和缸筒的静力分析和应力变形分析，其结果满足工作条件。致 谢本文是在姜继海教授的悉心指导下完成的，在你毕业设计这段期间，导师严谨的治学精神、精益求精的工作作风，平易近人的品质及独到的见解，深深的激励着我，同时也让我学习到了很多。本课题承蒙沈阳中之杰流体传动控制有限公司的帮助和支持，得到很多专业的前辈指点，特此致谢。感谢实验室全体老师和同窗们的热情帮助和指导，感谢张健等师兄对我们悉心的帮助和指导。通过此次毕业设计，我对冲床液压系统设计有了更加深刻的了解，在设计中，学到了很多实践性的东西，并且此次毕业设计还让我学会了如何进行论文格式的编排，如何协调可以利用的资源等。参考文献1 刘延俊, 关浩, 周德繁. 液压与气压传动M. 北京: 高等教育出版社, 20072许贤良，韦文术.液压缸及其设计 M.北京:国防工业出版2011,(08):p.130-1943 姜继海. 液压传动M. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社（第4版）, 20104 王守城, 段俊勇, 液压元件及选用M. 北京: 化学工业出版社, 20075 毛平淮, 侯波, 压力机床液压系统J. 液压与气动, 2005,( 12):p.47-496 毕龙, 冲床液压系统可靠性分析J.液压与气动, 2011,(08):p.60-63 左建民, 液压与气压传动M. 北京: 机械工业出版社, 20077 姜继海, 宋锦春, 高常识. 液压与气压传动M，北京：高等教育出版社，20098 李松晶, 王清岩. 液压系统经典设计实例M, 北京: 化学工业出版社, 20129 张利平, 液压传动设计指南M. 北京: 化学工业出版社, 200910 中国机械工程学会职工高等教育专业学会. 液压传动M. 北京: 北京科学技术出版社, 198811 李松晶, 丛大成, 姜洪州. 液压系统原理图分析技巧M, 北京: 化学工业出版社, 200912 李松晶, 向东, 张玮. 液压气动系统原理图M. 北京: 化学工业出版社, 201313 陈嵩. 液控单向阀在液压系统中的应用 J.鄂钢科技., 2009,(01):p.87-8914 胡臻, 聂松林, 刘卫, 胡志, 威阮俊, 基于大中取小遗憾判据的液压系统过滤器优化配置的研究J.液压与气动2011,(02):p.104-10815 吴宗泽，机械设计师手册上册 J机械工业出版社2002,（01）16 吴宗泽，机械设计师手册下册 J机械工业出版社2002,（01）附 录1什么是液压？一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、无件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液压体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整法、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、液位液温计等。液压油是系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。液压的原理,它是由两个大小不同的液压缸组成的，在液压缸里充满水或油。充水的叫“水压机”；充油的叫做“油压机”。两个液压缸里各有一个可以滑动的活塞，如果在小活塞上加一定值的压力，根据帕斯卡定律，小活塞将这一压力通过液体的压强传递给大活塞，将大活塞顶上去。设小活塞的横截面积是S1，加在小活塞上的向下的压力是F1。于是，小活塞对液体的压强为P=F1/S1，能够大小不变地被液体向各个方向传递。大洪塞所受到的压强必然也等于P。若大活塞的横截面积是S2，压强P在大活塞上所产生的向上的压力F2=PxS2截面积是小活塞横截面积的倍数。从上式知，在小活塞上加一较小的力，则在大活塞上会得到很大的力，为此用液压机来压制胶合板、榨油、提取重物、锻压钢材等。液压传动的发展史,液压传动和气压传动成为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795年因果约瑟夫布拉曼，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁尼斯克对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910年对液力传动方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战期间，在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出，日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年。在1955年前后，日本迅速发展液压传动，1956年成立了“液压工业会”。近2030年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之一，已成为工业机械、工程建设机械及国际尖端产品不可缺少的重要技术基础。是它们向自动化、高精度、高效率、高速度、小型化、轻量化方向发展的关键技术。世界工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业，其发展速度远高于机械工业的发展速度。液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术。机械制造是为国民经济各部门和自身技术改造提供先进技术装备的工业部门。铸造、锻压、焊接、热处理、及切削等是机械制造工业获取毛坯、成形产品及提高零件机械性能的重要生产方法，在众多金属冷、热加工机器设备中普遍使用液压技术，其中压力机和金属切削机床是应用液压技术较早较广的领域。在车、铣、刨、磨、钻各类液压机床中，主要利用液压技术可在较宽范围内进行无级调速，具有良好的换向及换接性能，易于实现工作循环等优点，完成工件及刀具的夹紧、控制进给速度和驱动主轴作业，尽管现代数控机床、加工中心等先进制造设备中采用电伺服系统，但采用液压传动与控制仍然是现代金属切削机床自动化的重要途径。在锻造机、液压机、折弯机、剪切机等压力加工设备中，主要利用液压传动传递力较大、便于压力调节控制和过载保护的特点，进行下料、成形加工等作业。铸造、锻压、焊接、热处理等机器设备的生产作业环境极为恶劣，温度高、粉尘多、湿度大、有腐蚀性气体、振动噪声大。因此要求机器要有良好的适应性、可靠性和维护性。在造型机及浇铸机、焊接机、淬火机等铸造、焊接及热处理机器设备中，主要利用液压技术便于无级调速和远距离遥控作业等特点，进行造型及铸型输送与浇铸、高温零件抓取等作业，以减轻劳动者劳动强度、避免和减少热辐射和有害气体对人身的侵袭并提高生产率。液压传动有许多突出的优点，因此它的应用广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械、船头门等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。各种规格的钢丝绳广泛应用于工业领域。无论吊装，运输，远洋船舶，矿山和威尔斯，港口和码头或各种起重机械，大量的钢丝绳是必要的。随着工业的不断发展，使用和消耗量不断增加。然而，钢丝绳应在一定的长度和安装使用绳索护套。因此，钢丝绳套压并成为重要的机械。钢丝绳套机公司生产的产品具有以下特点和优势：1。组合式横梁采用压力机，具有巨大的界面模量和能承受巨大的弯曲力矩，保证新闻的强度和刚度。2。最小的上、下横梁的弯曲力矩，横梁跨度的设计已最小化，优化了压应力和压缩结构，节约钢材，达到科学匹配。3。为绳套压力机吨位大，我们采用大单位工作压力的液压系统中，我们认真的设计。例如，对于按1000吨以上，我们采用单位压力55MPa，既压缩机的结构也节省了大量的钢材，同时，使用更方便。4。恒功率系统是用于中、小吨位钢丝绳套压力机液压系统，这不仅最大限度地减少了负载功率（由于较小的角功率）而且节省功率以实现合理用电。对钢丝绳套压力机吨位大，我们使用一个系统的高和低的压力，速度快，可用于低压和高压合理的速度达到了。5。对于大吨位压机，液压冲击时会发生减压由于液压缸和高单位压力大直径。我们使用特殊的技术措施，为液压系统在高压和低压之间的切换过程中消除液压冲击，因此，安全和可靠的操作就可以实现。6。在液压系统中大的流量，我们使用旋塞阀，液填充阀等液压元件以实现大流量。7。以工人的新闻操作方便，按操作空间，前后和上下模具的安装工作台宽度设置很合理。附 录2What is Hydraulic?A complete hydraulic system consists of five parts, namely, power components, the implementation of components, control components, no parts and hydraulic oil. The role of dynamic components of the original motive of the mechanical energy into hydraulic body pressure energy, the hydraulic system of pumps, it is to power the entire hydraulic system. Structure of hydraulic pumps generally have the gear pump, vane pump and piston pump. Implementation of components (such as hydraulic cylinder and a hydraulic motor) is the role of the pressure of the liquid can be converted to mechanical energy to drive the load, the linear reciprocating or rotary motion. Control components (that is, the various hydraulic valves) in the hydraulic system to control and regulate the pressure of liquid, flow and direction. According to the different control functions, hydraulic valves can be divided into the pressure control valve, flow control valves and directional control valve. Pressure control valve is divided into overflow valve, relief valve, sequence valve, pressure relays; flow control valves including throttle, adjusting method, shunt valve; directional control valve includes a one-way valve, check valve, reversing valve, etc. Under the control of different ways, hydraulic valves can be divided into the switch control valve, control valve and proportional control valve. Auxiliary components, including fuel tanks, oil filters, tubing and pipe joints, seals, pressure gauges, liquid level and temperature meter. Hydraulic oil is a medium energy transfer in the system, there are a variety of mineral oil, emulsion, hydraulic oil and other categories.Hydraulic principle,It is composed of a hydraulic cylinder two different sizes, with water or oil in the hydraulic cylinder. Water is called hydraulic press; called hydraulic machine oil. The two hydraulic cylinders, each with a piston sliding, if a certain value in the small piston on the pressure, according to Pascals law, small piston to the pressure to the piston through the liquid pressure, the piston crown. Based cross-sectional area of the small piston is S1, plus a small piston in the downward pressure on the F1. So, a small piston on the liquid pressure is p=F1/S1, can be the same size in all directions to the transmission of liquid. Pressure Da Hong plug are also equal to P. If the cross sectional area of piston is S2, the pressure generated by the P on the piston in the pressure F2=PxS2 cross-sectional area is a small multiple of the piston cross-sectional area. From the type known, a small forces on the piston, the piston will be in great force, for which the hydraulic machine used to suppress plywood, oil extraction, weight, such as forging steel.History of the development of hydraulic,Hydraulic and pneumatic transmission become fluid drive, is a new technology put forward according to the seventeenth Century Pascals principle of hydrostatic pressure to drive the development of causality, 1795 Joseph Braman, in London water as working medium, to form hydraulic press used in industry, the birth of the worlds first hydraulic press. Media work in 1905 will be changed to oil and water, and further improved. Widely used after the first World War, hydraulic transmission, especially after 1920, more rapid development. Hydraulic components in the late nineteenth Century and early twentieth Century about 20 years, only started to enter the formal production stage. In 1925 Vickers invented the pressure balanced vane pump, hydraulic components for the modern industrial or hydraulic transmission of the gradual establishment of the foundation. At the beginning of twentieth Century Constantine Ennis grams of fluctuation of energy transfer theory and practical research; in 1910 on the hydraulic transmission contributions, so that these two areas of development.During the Second World War, 30% application of hydraulic drive in America machine. It should be pointed out, the national development of hydraulic transmission in Japan than Europe and the United States, nearly 20 years later. In 1955, the rapid development of Japans hydraulic transmission, in 1956 established the hydraulic industry. In recent yea