沖床的液壓系統(tǒng)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要本文主要闡述了沖床的液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要工作特點(diǎn)是高頻、高速、高壓。液壓技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一。沖床的滑塊由液壓缸驅(qū)動，用于液壓工件的沖剪加工，可以實(shí)現(xiàn)滑塊快速下降一沖剪下降一快速上升一停止的工作循環(huán)。近年來，沖壓液壓機(jī)在提高行程次數(shù)的快速性技術(shù)、提高工作精度的主動抗偏技術(shù)、改善工作特性和降低工作噪聲的沖裁減震技術(shù)、降低安裝功率的節(jié)能混合傳動技術(shù)以及多壓力點(diǎn)同步技術(shù)和滑塊位置與傳送的數(shù)控調(diào)節(jié)技術(shù)等方面進(jìn)步很快，過去液壓機(jī)與機(jī)械壓力機(jī)對比中的缺點(diǎn)已經(jīng)接近消失。傳統(tǒng)的沖壓加工設(shè)備，在技術(shù)性能、加工質(zhì)量保證和可靠性以及運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性方面越來越不適應(yīng)現(xiàn)代汽車工業(yè)大規(guī)模、大批量自動化生產(chǎn)的需求。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)、沖床、液壓缸-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractThispapermainlyexpoundsthehydraulicsystemofpunch,themaincharacteristicsofthissystemishighfrequency,highspeed,highpressure.Hydraulictechnologyisoneofthefastestgrowingtechnologyinmechanicalequipment.Especiallywiththemicroelectronics,thecombinationofcomputertechnologyinrecentyears,sothatthehydraulictechnologyhasenteredanewstageofdevelopment.Presssliderdrivensbythehydrauliccylinder,hydraulicpartsusedforpunchingprocessing,canrealizetherapiddeclineofasliderpunchingdownastoprapidriseinaworkingcycle.Stampingtechnologyiscurrentlybeingoneofthemetalpressureprocessingmethodiswidelyused,ithasthecharacteristicsofhighefficiency,goodquality,energysaving,lowcost,sotheuseofstampingtechnologymoreandmoreadvancedindustrialcountriesinsteadofcuttingandotherprocessingtechnology.Stampingtechnologyiswidelyusedinautomobile,agriculturalmachinery,householdappliances,electronicinstruments,thedefenseindustryanddailynecessitiessuchasproductiondepartment.Inrecentyears,hydraulicstampingpressinimprovingstroketimesfasttechnology,precisiontechnology,activeantioffsettoimprovetheperformanceandreducenoiseatlowercuttingdampingtechnology,energysavinghybriddrivetechnologyinstalledpowerandsynchronizationtechnologymulti-pointpressureandslidingblockpositionandtransmissionofNCtechnologyprogresssoon,thepasthydraulicandmechanicalpressincomparisonofshortcomingsisalmostgone.Stampingprocessingequipmentinthetraditional,technicalperformance,andreliabilityandoperationeconomymoreandmorecan,tadapttothemodernautomobileindustry,large-scalemassproductionautomationneeds.Keywords:hydraulicpresshydrauliccylinder-II-哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 IAbstract II\o"CurrentDocument"第1章緒論 1\o"CurrentDocument"液壓技術(shù)及其影響 1\o"CurrentDocument"沖床液壓系統(tǒng) 2\o"CurrentDocument"液壓傳動的工作原理及其組成部分 2\o"CurrentDocument"液壓傳動的工作原理 3\o"CurrentDocument"液壓傳動的組成 3\o"CurrentDocument"液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn) 4\o"CurrentDocument"液壓傳動的優(yōu)點(diǎn) 4\o"CurrentDocument"液壓傳動的缺點(diǎn) 5\o"CurrentDocument"沖壓設(shè)備發(fā)展概況及發(fā)展趨勢 8\o"CurrentDocument"沖壓設(shè)備概述 8\o"CurrentDocument"沖壓設(shè)備發(fā)展趨勢 8\o"CurrentDocument"課題的來源及研究的目的和意義 9\o"CurrentDocument"課題的研究內(nèi)容 9\o"CurrentDocument"第2章沖床液壓系統(tǒng)分析 10\o"CurrentDocument"高速沖床液壓系統(tǒng)分析 10\o"CurrentDocument"沖床液壓系統(tǒng)圖 10\o"CurrentDocument"高速沖床液壓系統(tǒng)工作過程 11\o"CurrentDocument"系統(tǒng)基本工作參數(shù) 11\o"CurrentDocument"最大沖載孔徑和沖載板厚的確定 11\o"CurrentDocument"系統(tǒng)壓力選定 12\o"CurrentDocument"周期和行程 12\o"CurrentDocument"第3章確定執(zhí)行元件 14\o"CurrentDocument"液壓缸基本參數(shù)確定 14\o"CurrentDocument"缸筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 14\o"CurrentDocument"活塞桿 16\o"CurrentDocument"液壓缸進(jìn)油口尺寸 17\o"CurrentDocument"液壓缸的密封 17\o"CurrentDocument"液壓缸摩擦力的計(jì)算 18-III-哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"3.1.6液壓缸基本結(jié)構(gòu) 19\o"CurrentDocument"泵的選擇 20\o"CurrentDocument"泵的排量 20\o"CurrentDocument"泵的選用 20\o"CurrentDocument"電機(jī)的選擇 20\o"CurrentDocument"速度驗(yàn)算 20\o"CurrentDocument"空行時速度驗(yàn)算 20\o"CurrentDocument"沖壓板厚為1mm時速度驗(yàn)算 21\o"CurrentDocument"蓄能器 22\o"CurrentDocument"蓄能器分類 22\o"CurrentDocument"蓄能器充氣壓力P的確定 22\o"CurrentDocument"蓄能器容量計(jì)算 22\o"CurrentDocument"管路的選擇 24\o"CurrentDocument"管路內(nèi)徑計(jì)算 24\o"CurrentDocument"管道壁厚 24\o"CurrentDocument"油箱設(shè)計(jì) 25\o"CurrentDocument"冷卻器 25\o"CurrentDocument"過濾器 26\o"CurrentDocument"閥的選用 26\o"CurrentDocument"比例伺服閥的選擇 26\o"CurrentDocument"其他閥的選擇 26\o"CurrentDocument"第4章沖床液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28\o"CurrentDocument"閥塊的總裝結(jié)構(gòu)圖 28\o"CurrentDocument"閥塊結(jié)構(gòu)圖 28\o"CurrentDocument"沖床液壓站結(jié)構(gòu)圖 29\o"CurrentDocument"液壓缸結(jié)構(gòu)圖 30\o"CurrentDocument"第5章液壓缸缸筒缸桿的有限元分析 31\o"CurrentDocument"有限元基本理論分析 31\o"CurrentDocument"有限元的發(fā)展介紹 31\o"CurrentDocument"有限元分析的基本思想 33\o"CurrentDocument"有限元分析基本過程 34\o"CurrentDocument"ADNIA軟件介紹 35\o"CurrentDocument"靜力分析 36-IV-哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"總結(jié)與分析 38\o"CurrentDocument"第6章 沖床液壓站成本估算統(tǒng)計(jì) 39\o"CurrentDocument"元件明細(xì) 39\o"CurrentDocument"液壓站報(bào)價明細(xì) 40結(jié)論 41致謝 42\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 43\o"CurrentDocument"附錄1 44\o"CurrentDocument"附 錄2 46-V-

哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章緒論研究意義液壓沖床（如圖1-1所示）是目前是沖壓設(shè)備行業(yè)上的一款全自動、智能化的伺服電液復(fù)合壓力機(jī)，其與傳統(tǒng)沖床和注壓機(jī)相比，無論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，還是控制系統(tǒng)及功能上都有極大的突破。液壓沖床采用了自主研發(fā)的雙死循環(huán)伺服系統(tǒng)控制方式，人性化程度高、全程自動化、智能化且功能強(qiáng)大。圖1-1液壓沖床液壓技術(shù)及其影響圖1-1液壓沖床液壓技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一，已成為工業(yè)機(jī)械、工程建設(shè)機(jī)械及國際尖端產(chǎn)品不可缺少的重要技術(shù)基礎(chǔ)。是它們向自動化、高精度、高效率、高速度、小型化、輕量化方向發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。世界哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工業(yè)發(fā)達(dá)國家都將液壓工業(yè)列為競爭發(fā)展的行業(yè)，其發(fā)展速度遠(yuǎn)高于機(jī)械工業(yè)的發(fā)展速度。液壓元件及其控制已發(fā)展成為綜合的液壓工程技術(shù)。機(jī)械制造是為國民經(jīng)濟(jì)各部門和自身技術(shù)改造提供先進(jìn)技術(shù)裝備的工業(yè)部門。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、及切削等是機(jī)械制造工業(yè)獲取毛坯、成形產(chǎn)品及提高零件機(jī)械性能的重要生產(chǎn)方法，在眾多金屬冷、熱加工機(jī)器設(shè)備中普遍使用液壓技術(shù)，其中壓力機(jī)和金屬切削機(jī)床是應(yīng)用液壓技術(shù)較早較廣的領(lǐng)域。在車、銃、刨、磨、鉆各類液壓機(jī)床中，主要利用液壓技術(shù)可在較寬范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速，具有良好的換向及換接性能，易于實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)，完成工件及刀具的夾緊、控制進(jìn)給速度和驅(qū)動主軸作業(yè)，盡管現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床、加工中心等先進(jìn)制造設(shè)備中采用電伺服系統(tǒng)，但采用液壓傳動與控制仍然是現(xiàn)代金屬切削機(jī)床自動化的重要途徑。在鍛造機(jī)、液壓機(jī)、折彎機(jī)、剪切機(jī)等壓力加工設(shè)備中，主要利用液壓傳動傳遞力較大、便于壓力調(diào)節(jié)控制和過載保護(hù)的特點(diǎn)，進(jìn)行下料、成形加工等作業(yè)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等機(jī)器設(shè)備的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境極為惡劣，溫度高、粉塵多、濕度大、有腐蝕性氣體、振動噪聲大。因此要求機(jī)器要有良好的適應(yīng)性、可靠性和維護(hù)性。在造型機(jī)及澆鑄機(jī)、焊接機(jī)、淬火機(jī)等鑄造、焊接及熱處理機(jī)器設(shè)備中，主要利用液壓技術(shù)便于無級調(diào)速和遠(yuǎn)距離遙控作業(yè)等特點(diǎn)，進(jìn)行造型及鑄型輸送與澆鑄、高溫零件抓取等作業(yè)，以減輕勞動者勞動強(qiáng)度、避免和減少熱輻射和有害氣體對人身的侵襲并提高生產(chǎn)率。沖床液壓系統(tǒng)沖床的滑塊由液壓缸驅(qū)動，用于液壓工件的沖剪加工，可以實(shí)現(xiàn)滑塊快速下降一沖剪下降一快速上升一停止的工作循環(huán)。液壓傳動的工作原理及其組成部分液壓傳動有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。液壓傳動的工作原理液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件（液壓缸或馬達(dá)）把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。液壓傳動的組成液壓傳動系統(tǒng)主要由下列5部分組成：（1）動力元件，即液壓泵，其職能是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力動能（表現(xiàn)為壓力、流量），其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是系統(tǒng)的動力源。（2）執(zhí)行元件，指液壓缸或液壓馬達(dá)，其職能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對外做功，液壓缸可驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動（或擺動），液壓馬達(dá)可完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動。（3）控制調(diào)節(jié)元件，指各種閥利用這些元件可以控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中液體的壓力、流量和方向等，以保證執(zhí)行元件能按照人們預(yù)期的要求進(jìn)行工作。（4）輔助元件，包括油箱、濾油器、管路及接頭、冷卻器、壓力表等。它們的作用是提供必要的條件使系統(tǒng)正常工作并便于監(jiān)測控制。（5）工作介質(zhì)，即傳動液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和動力傳遞的，另外液壓油還可以對液壓元件中相互運(yùn)動的零件起潤滑作用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1.3液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)1.3.1液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)(1)傳動平穩(wěn)在液壓傳動裝置中，由于液壓油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進(jìn)行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，因此不像機(jī)械機(jī)構(gòu)因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動十分平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求傳動平穩(wěn)的機(jī)械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。(2)質(zhì)量輕體積小液壓傳動與機(jī)械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動控制和要求減輕質(zhì)量的機(jī)器來說，是特別重要的。例如我國生產(chǎn)的1m3挖掘機(jī)在采用液壓傳動后，比采用機(jī)械傳動時的質(zhì)量減輕了1t。(3)承載能力大液壓傳動易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機(jī)、隧道掘進(jìn)機(jī)、萬噸輪船操舵機(jī)和萬噸水壓機(jī)等。(4)容易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速在液壓傳動中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實(shí)現(xiàn)無級凋速，并且凋速范圍很大，可達(dá)2000:1，很容易獲得極低的速度。(5)易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護(hù)措施，能夠自動防止過載，避免發(fā)生事故。(6)液壓元件能夠自動潤滑由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。(7)容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作采用液壓傳動能獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銃床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件。(8)簡化機(jī)構(gòu)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)采用液壓傳動可大大地簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而減少了機(jī)械零部件數(shù)目。(9)便于實(shí)現(xiàn)自動化液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機(jī)床和自動線上應(yīng)用得很普遍。1.3.2液壓傳動的缺點(diǎn)(1)液壓元件制造精度要求高由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較格。(2)實(shí)現(xiàn)定比傳動困難液壓傳動是以液壓油液為工作介質(zhì)，在相對運(yùn)動表面間不可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動比要求嚴(yán)格的場合，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的傳動系統(tǒng)。(3)液壓油液受溫度的影響由于液壓油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。(4)不適宜遠(yuǎn)距離輸送動力由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動力。(5)油液中混入空氣易影響工作性能油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。(6)油液容易污染油液污染后，會影響系統(tǒng)工作的可靠性。(7)發(fā)生故障不易檢查和排除。液壓技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。第一個使用液壓原理的是1795年英國約瑟夫?布拉曼(JosephBraman，1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機(jī)。1905年他又將工作介質(zhì)由水改為油，使其性能哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）得到了進(jìn)一步的到改善。第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）后液壓傳動廣泛應(yīng)用，特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在19世紀(jì)末20世紀(jì)初的20年間，才開始進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925年維克斯（~Vikers）發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)初康斯坦丁?尼斯克（3Constantimsco）對能量波動傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)際研究；1910年對液力傳動（液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等）方面的貢獻(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了展。我國的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備。60年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個工業(yè)部門，在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應(yīng)用。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也取得了顯著成果。目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國機(jī)械工業(yè)在認(rèn)真消化、推廣國外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時，大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對一些性能差而且不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得進(jìn)一步發(fā)展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。國內(nèi)的壓力加工行業(yè)對數(shù)控壓力機(jī)有著很大的需求量。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在“八五”期間國內(nèi)數(shù)控壓力機(jī)的年需求量將不斷上升。但是引進(jìn)外國設(shè)備不僅價格高，而且還受到外匯使用上的限制。只有大型企業(yè)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力很雄厚的企業(yè)才有能力購買，而許多中、小型廠家則無法購買到所需的數(shù)控壓力機(jī)。由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高科技成果，如：自控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、可靠性及新工藝新材料等，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使產(chǎn)品的質(zhì)量、水平有一定的提高。盡量如此，走向21世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。其主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾方面。減少損耗，充分利用能量液壓技術(shù)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換過程中，總存在能量損耗。為減少能量的損失，必須解決下面幾個問題：減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失；減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要的溢流量；采用靜壓技術(shù)和新型密封材料，減少摩擦損失；改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)、二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。我國電液伺服技術(shù)始于六十年代，到七十年代有了實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品，目前約有年產(chǎn)能力2000臺；電液比例技術(shù)到七十年代中期開始發(fā)展，現(xiàn)有幾十種品種、規(guī)格的產(chǎn)品，約形成有年產(chǎn)能力5000臺。總的看，我國電液伺服比例技術(shù)與國際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導(dǎo)系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗(yàn)研究，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次配套件的問題等，都有礙于該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用，急待盡快提高。在流體產(chǎn)品領(lǐng)域內(nèi)，目前世界上最大的流體產(chǎn)品（主要是液壓件、密封件及液壓附件等）制造企業(yè)，美國的派克（Parket）公司，成立于1918年，也有近100年歷史，可以提供品種齊全的、高技術(shù)水平的液壓件、密封件及所有的液壓附件。目前世界上最大的用于靜液壓系統(tǒng)的變量液壓元件制造企業(yè)，德國的博士--力士樂公司，已有200多年的歷史，從1953年開始全面制造液壓元件，也有50年以上歷史。其最具特色的產(chǎn)品是用于靜液壓傳動的變量系統(tǒng)液壓元件，無論是斜盤式或斜軸式，閉式（泵控）或開式（閥控）系統(tǒng)液壓元件品種都非常齊全，能為各種需要靜液壓系統(tǒng)元件的工程機(jī)械整個系統(tǒng)成套配套。還有世界上最大的傳動部件制造企業(yè)，德國的ZF公司，成立于1915年，也有近100年歷史，能為各種工程機(jī)械提供品種齊全的傳動部件。在電氣配套件方面，世界最大的德國西門子電氣公司，以及日本的東芝公司、川崎公司、德國的博士（Bose）公司等，都有50年以上，甚至100年以上的悠久歷史，能滿足工程機(jī)械各種高技術(shù)水平的電氣系統(tǒng)和電氣元件的要求。在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代化信息技術(shù)正對人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生著前所未有的影響。這些信息技術(shù)的進(jìn)步，為今后制造業(yè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)方法與制造技術(shù)模式的改變指明了方向，為數(shù)字化設(shè)計(jì)資源與制造資源的遠(yuǎn)程共享，進(jìn)一步提高產(chǎn)品開發(fā)效率奠定了基礎(chǔ)。這一點(diǎn)已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并且有很多科研學(xué)者已經(jīng)投入到了這方面的研究。目前在液壓領(lǐng)域中，特別是中小企業(yè)在進(jìn)行液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時，存在著零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復(fù)雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)服務(wù)可以解決這些問題。為減輕液壓設(shè)計(jì)人員的工作負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變以及設(shè)計(jì)資源、技術(shù)資源和產(chǎn)品信息的共享。哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）沖壓設(shè)備發(fā)展概況及發(fā)展趨勢沖壓設(shè)備概述沖壓技術(shù)是目前被廣泛應(yīng)用的金屬壓力加工方法之一，它具有效率高、質(zhì)量好、能量省、成本低的特點(diǎn)，所以工業(yè)先進(jìn)的國家越來越多的采用沖壓技術(shù)來代替切削技術(shù)和其他加工技術(shù)。沖壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、家用電器、電子儀表、國防工業(yè)及日用品等生產(chǎn)部門。先進(jìn)的沖壓設(shè)備是沖壓技術(shù)發(fā)展的先決條件，當(dāng)今國內(nèi)外的沖壓設(shè)備其沖壓系統(tǒng)主要由機(jī)械式和液壓式兩種［3］。隨著電子技術(shù)和液壓技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種液壓式數(shù)控壓力機(jī)。液壓式壓力機(jī)采用液壓傳動系統(tǒng)來代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。沖壓設(shè)備發(fā)展趨勢近年來，沖壓液壓機(jī)在提高行程次數(shù)的快速性技術(shù)、提高工作精度的主動抗偏技術(shù)、改善工作特性和降低工作噪聲的沖裁減震技術(shù)、降低安裝功率的節(jié)能混合傳動技術(shù)以及多壓力點(diǎn)同步技術(shù)和滑塊位置與傳送的數(shù)控調(diào)節(jié)技術(shù)等方面進(jìn)步很快，過去液壓機(jī)與機(jī)械壓力機(jī)對比中的缺點(diǎn)已經(jīng)接近消失［1］。傳統(tǒng)的沖壓加工設(shè)備，在技術(shù)性能、加工質(zhì)量保證和可靠性以及運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性方面越來越不適應(yīng)現(xiàn)代汽車工業(yè)大規(guī)模、大批量自動化生產(chǎn)的需求⑵。為提高工作效率，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，國外生產(chǎn)廠家制造出先進(jìn)的數(shù)控告訴沖壓設(shè)備，其基本特點(diǎn)為：（1）滑塊行程次數(shù)高，滑塊行程次數(shù)一般高于200次/min；（2）精度要求高，尤其是對壓力機(jī)的動態(tài)精度要求很高；（3）震動和噪聲要求小，設(shè)備的動平衡要求高；（4）制動性能好；（5）檢測控制系統(tǒng)完善，一般采用PCL控制器和數(shù)控技術(shù)隊(duì)沖壓設(shè)備各元件和參數(shù)進(jìn)行檢測和設(shè)定來實(shí)現(xiàn)工作過程自動化。（6）其輔助設(shè)備齊全，應(yīng)配備自動送料及廢料剪切等機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)代先進(jìn)的沖壓設(shè)備發(fā)展趨勢：哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）①高速化、高效化、低消耗。提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本；②機(jī)電液一體化。充分利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個液壓系統(tǒng)的完善；③自動化、智能化；④液壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。課題的來源及研究的目的和意義課題來源于沈陽中之杰流體傳動控制有限公司沖床就是一臺沖壓式壓力機(jī)。在國民生產(chǎn)中，沖壓工藝對于比較傳統(tǒng)機(jī)械加工來說有節(jié)約材料和能源，效率高，對操作者技術(shù)要求不高及通過各種模具應(yīng)用可以做出機(jī)械加工所無法達(dá)到的產(chǎn)品這些優(yōu)點(diǎn)，因而它的用途越來越廣泛。因此通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要學(xué)習(xí)掌握綜合運(yùn)用液壓傳動、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程系統(tǒng)等課程中所學(xué)理論知識的能力；著重突出液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的獨(dú)立性和實(shí)用性，培養(yǎng)和提高獨(dú)立分析問題和解決實(shí)際問題的能力，為今后適應(yīng)工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課題的研究內(nèi)容對現(xiàn)有的沖床液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研和分析，明確沖床液壓系統(tǒng)的工作機(jī)理和分類，設(shè)計(jì)沖床液壓系統(tǒng)中的相關(guān)部分，并對其進(jìn)行總結(jié)。其中包括：（1）分析現(xiàn)有液壓沖床液壓系統(tǒng)的組成和工作原理；（2）設(shè)計(jì)沖床液壓系統(tǒng)原理圖；（3）設(shè)計(jì)沖床液壓油源；（4）設(shè)計(jì)液壓缸的裝配圖；（5）設(shè)計(jì)液壓缸的部分零件圖；（6）設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的閥塊裝配圖；（7）設(shè)計(jì)閥塊的零件圖；（8）撰寫畢業(yè)論文。哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章沖床液壓系統(tǒng)分析高速沖床液壓系統(tǒng)分析高速沖床既可對工件進(jìn)行沖孔又可進(jìn)行沖壓成形。不同的加工方式對系統(tǒng)的壓力，沖頭的速度都有不同的要求，沖孔時，要求沖頭以最大的速度下降加工工件，并且快速上升返回。而成形過程要求滑塊以較快的速度下降，遇到負(fù)載時沖頭速度降低且系統(tǒng)壓力升高，確保對鋼板的準(zhǔn)確沖壓成形，沖壓完畢沖頭以較快的速度上升。該系統(tǒng)主要工作特點(diǎn)是高頻、高速、高苗4］。沖床液壓系統(tǒng)圖系統(tǒng)最大壓力為夕=25MPa，頻率為f=300次/min沖床系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。1-過濾器；2-電機(jī)；3-泵；4-冷卻器；5-壓力表；6-單向閥；7-電磁換向閥；8-溢流閥；9-電液換向閥；10-蓄能器；11-比例伺服閥；12-液壓缸圖2-1沖床液壓系統(tǒng)原理圖10哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）高速沖床液壓系統(tǒng)工作過程比例伺服閥的比例電磁鐵輸入電壓為正時，其右位工作，來自泵的液壓油通過比例伺服閥進(jìn)入油缸的上腔，油缸的下腔排出的液壓油經(jīng)過液控?fù)Q向閥和比例伺服閥進(jìn)入油缸的上腔，組成差動快速回路，活塞桿帶動沖頭快速向下運(yùn)動，當(dāng)沖頭遇到工件受阻時，系統(tǒng)壓力升高，達(dá)到液控?fù)Q向閥的壓力，液控?fù)Q向閥的左位接通，差動連接被切斷，由泵自己本身出來的液壓油向上腔供油，活塞緩慢向下運(yùn)動，沖壓工件，下腔的油通過液控?fù)Q向閥流回油箱，沖壓完畢后沖頭到達(dá)下位極限，接近開關(guān)SQ2向控制系統(tǒng)發(fā)信號，使比例伺服閥輸入電壓信號為負(fù)，控制比例伺服閥左位工作，同事負(fù)載消失，液控?fù)Q向閥右位接通，泵向下腔供油，同時上腔的油通過比例伺服閥流回油箱，活塞向上運(yùn)動，完成了一個工作循環(huán)。系統(tǒng)基本工作參數(shù)最大沖載孔徑和沖載板厚的確定要求系統(tǒng)最大工作載荷F=200kN沖載力的計(jì)算公式：F=1.3LtT （2-1）式中：L 沖載周長（mm）t 板材厚度（mm）工——材料抗剪強(qiáng)度（MPa）。材料抗剪強(qiáng)度不僅與材料的性質(zhì)有關(guān)還與材料硬化強(qiáng)度，材料相對厚度，凹凸模相對間隙（勿）以及沖載速度有關(guān)。為簡化計(jì)算，可按表2-1選用工值表2-1材料抗剪強(qiáng)度值選用 ""孔徑Z=0.151I Z=oE=11哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）D<(5?2.5)to b (1.5?1.8)obD<(2?1.5)t(1.2?1.4)ob(2.0?2.6)obD=t1.8o b 3.6o b 該系統(tǒng)中Z=0.15%，由表可以看出沖孔直徑相對于板材厚度越大時，其抗剪強(qiáng)度越小，對于沖床，板材厚度一般相對于沖孔直徑來說很小，所以在該系統(tǒng)中選用。=。b。所以沖孔時沖載力計(jì)算公式為：F=1.3兀Dto （2-2）式中：o——材料抗拉強(qiáng)度（MPa），為計(jì)算方便取剛才的抗拉強(qiáng)度o=550MPa。由公式（2-2）可得出針對不同的板料厚度本沖床所能沖載的最大孔徑不同，見表2-2表2-2一定厚度時改沖床所能沖載的最大孔徑板厚t（mm）0.512345孔徑D（mm）1759045302218圖中看代表板厚，s代表滑塊行程。當(dāng)空行程運(yùn)動時，若忽略摩擦力的影響系統(tǒng)負(fù)載為零，在沖頭沖壓工作的過程中，負(fù)載逐漸增大，當(dāng)沖頭到達(dá)板厚的1/3處時，沖壓力最大，隨著沖載的進(jìn)行，壓力又逐漸減小。系統(tǒng)壓力選定壓力選定過程中系統(tǒng)壓力越高液壓缸尺寸越小，所以壓力應(yīng)選擇盡量高，該系統(tǒng)采用高壓泵31.5MPa柱塞泵，所以溢流閥調(diào)定壓力定位p=31.5x0.8=25MPa。周期和行程要求該高速沖床最大行程s=40mm，不同的工作行程，系統(tǒng)的沖壓頻率（周期）也不同，當(dāng)工作行程為12mm時，沖載頻率f=300次/min，此時周期：t=60f=0.2s12哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章確定執(zhí)行元件液壓缸基本參數(shù)確定液壓缸是該系統(tǒng)的主要元件，它能直接帶動沖頭進(jìn)行沖壓工作。按照工作要求和工作特點(diǎn)，自行設(shè)計(jì)了沖壓缸。缸筒的設(shè)計(jì)計(jì)算缸筒是液壓缸的主體零件，它與缸蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉容腔，形成內(nèi)壓，推動活塞桿運(yùn)動。設(shè)計(jì)缸筒時，不僅要保證液壓缸的作用力、速度和行程，而且必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，以便抵抗液壓力和其他外力的作用。另外缸筒與活塞之間的相對運(yùn)動，既要能滑動自如，又要能夠保持密封，所以必須具有一定的幾何精度、表面光潔度和配合精度［5］。（1）內(nèi)徑D計(jì)算高壓時系統(tǒng)最大壓力為p=25MPa，最大負(fù)載Fmax=200kN，初定系統(tǒng)阻力片25kN。工作時，活塞受力公式為：F+f=pA=p兀D2/4式中：D 液壓缸內(nèi)徑（mm）；F——沖壓力（kN）；f——系統(tǒng)阻力（kN）；p——系統(tǒng)壓力（MPa）；A 液壓缸活塞桿面積（mm2）；液壓缸內(nèi)徑計(jì)算公式：max+f) 1?? =107.1mm13哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）810121620253240506380100110125140160180200按照表3-1缸筒內(nèi)徑系列（GB/T2348-1993）（2）缸筒材料缸筒的材料一般要求有做夠的沖擊韌性和強(qiáng)度，目前，普遍采用缸筒材料是熱軋或冷拔無縫鋼管。近幾年來由專業(yè)廠提供內(nèi)圓已經(jīng)研磨和外圓精加工的高精度冷拔無縫鋼管，按所需長度切割材料。本次材料選用45號鋼冷拔無縫鋼管。內(nèi)徑110mm壁厚15mm。（3）缸筒厚度8校核在中低壓液壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，一般不要求校核，但在高壓系統(tǒng)中按照下列情況進(jìn)行校核：當(dāng)8/D<0.08時為薄壁，8可按下式校核：2op（3-1）式中：Pmax——最高允許壓力，

pma'=1.5p=37.5MPa一般規(guī)定p =1.5p，°p一缸筒材料許用應(yīng)力，當(dāng)8/D〉0.08時為厚壁，按下式進(jìn)行校核:(1 z-尸。+0人\i0—1.3pIYp max（3-2）缸筒采用45號無縫鋼管，壁厚8=15mm，8/D=15/110=0.13〉0.08，所以用公式（3-2）進(jìn)行厚度校核：Df°+0.4P]— 7 max-12[、％-1.3P\p maxJ=6.6mm<15mm,所以8=15mm滿足強(qiáng)度要求。14哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.1.2活塞桿活塞桿為實(shí)心結(jié)構(gòu)，材料為45號鋼。先按照壓縮拉伸強(qiáng)度來計(jì)算活塞桿直徑d：d>:￡]=26.4mm式中：L]——活塞桿材料許用應(yīng)力，LL。b/1.4=414MPa計(jì)算出活塞桿直徑后見表3-2進(jìn)行圓整。表3-2液壓缸活塞桿直徑推薦值活塞桿受力情況受拉伸受壓縮，工作壓力Pi（MPa）P1<55<P1<7P1>7活塞桿直徑（0.3?0.5）D（0.50.55）D（0.6?0.7）D0.7D該系統(tǒng)最大工作壓力為25MPa，所以活塞桿直徑:d>0.7D=77mm沖床液壓系統(tǒng)中，活塞有較高的運(yùn)動速度，可以降低沖壓周期，所以活塞桿應(yīng)盡量選擇的大些，以提高液壓缸回程速度，但因?yàn)榭爝M(jìn)過程采用了差動連接，若活塞桿直徑太大，其快速下降的速度便會降低，所以應(yīng)選擇合適的活塞桿直徑。差動快速下降時活塞速度:活塞退回時速度:4q?；钊嘶貢r速度:4q兀d24q兀（D2—d2）（3-3）（3-4）要降低運(yùn)動時間,則應(yīng)對V二「一息+菰「求最大值,；2求得4二^D二77.8mm,即\二七時活塞運(yùn)動時間最少。參照表3-3活塞桿直徑系列選區(qū)d=80mm。15哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）表3-3活塞桿直徑10121416182022252832364045505663708090110110125140160180200液壓缸基本參數(shù)為：液壓缸內(nèi)徑D=110mm，活塞桿直徑d=80mm，缸筒厚度5=15mm，活塞行程s=40mm。液壓缸進(jìn)油口尺寸通過上面計(jì)算，液壓缸進(jìn)油口尺寸見表3-4表3-425MPa系列單桿液壓缸螺紋連接油口安裝尺寸（ISO8137-1986）缸徑D（mm）ECEE(mm)50M22x1.51263，80M27x216100，125M33x220160，200M42x225250，320M50x232400，500M50x238液壓缸應(yīng)設(shè)在兩端的極限位置，一般布置在缸筒或前后端蓋上。選擇油口尺寸的主要參數(shù)是油管直徑。油管的有效通油直徑應(yīng)保證油液流速在2——4.5m/s一下，這樣可以減少壓力損失，提高效率，減輕震動和噪音，油口的連接方式有螺紋連接，法蘭連接等，本液壓缸油口選用螺紋連接。該液壓缸是最高工作壓力為25MPa的單活塞桿液壓缸，有經(jīng)查表2-6選用連接螺紋尺寸為M33x2。液壓缸的密封液壓缸依靠密封油容積的變化傳動力和速度，液壓油在系統(tǒng)及元件的容腔內(nèi)流動或暫存時，由于壓力、間隙、粘度等因素的變化，而導(dǎo)致少量工作介質(zhì)越過容腔邊界，由高壓腔向低壓腔或外界流出，造成泄漏。密封元件可以防止液壓缸的泄漏及外界塵埃和異物的侵入⑹。密封裝置的優(yōu)劣勢將直接16哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）影響液壓缸的工作性能。密封不好的液壓缸，不僅會污染環(huán)境、降低容積效率、增加功率損失，有時還會影響液壓缸的正常工作［7］。液壓缸密封件選用取決于壓力速度溫度和工作介質(zhì)等因素。密封件的合理選用對液壓缸有重要的意義。密封效果決定了液壓缸的容積效率；密封摩擦力的大小，決定了液壓缸的機(jī)械效率；密封材料的耐熱性能，影響液壓缸的加工溫度；液壓缸的工作速度，也受密封件的限制；密封件的材料和系統(tǒng)采用的工作溫度；液壓缸的工作速度，也受密封件的限制；密封件的材料和系統(tǒng)采用工作介質(zhì)要有相容性；動密封件的摩擦阻力要小，即摩擦系數(shù)要小而穩(wěn)定，特別是靜、動摩擦系數(shù)差值要小網(wǎng)。密封件的耐磨性要好，磨損后應(yīng)有一定程度的自動補(bǔ)償，制造簡單、裝拆方便、成本低廉。（1）活塞的密封選用DICHTOMATIK公司的K03組合式孔用密封圈，其最高工作壓力為40MPa。溫度-30?100℃，運(yùn)動速度0.5m/s。按照缸筒內(nèi)徑選擇的型號為：K03-110-00117。（2）活塞桿的密封活塞桿與蓋處的密封采用DICHTOMATIK公司的MA39雙唇軸用Y形圈，該形圈最高工作壓力可達(dá)40MPa,溫度-40?100℃，運(yùn)動速度小于0.5/S,根據(jù)活塞桿直徑選擇其型號為：MA39-80/22965。（3）活塞桿的防塵活塞桿在伸縮過程中直接與外界接觸，常有灰塵、砂粒、鐵屑等污物落在活塞桿上。若將污物帶勁液壓缸。不僅會加劇零件的磨損、產(chǎn)生劃痕，而且會影響液壓系統(tǒng)的正常工作，因此要安裝防塵裝置?；钊缐m圈選用DICHTOMATIK公司AD48雙唇防塵圈，它是雙向作用的防塵圈，其使用壽命特別長，使用溫度-40?100℃，運(yùn)動速度最高為1.0m/s。按活塞桿基本參數(shù)選用AD48-80/88981。液壓缸摩擦力的計(jì)算液壓缸的密封裝置設(shè)置在活塞與缸筒之間，活塞桿與缸蓋之間，因此液壓缸總的密封摩擦阻力為：「f「fm2 （3-5）式中：fm 缸總的密封摩擦力（kN）；f：——活塞與缸筒間的密封摩擦力（kN）；17哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）fm3 ——活塞桿與端蓋間的密封摩擦力（kN）。（1）活塞與缸筒間采用組合密封圈，此處摩擦力計(jì)算公式為：f=fp兀db （3-6）式中：f1——摩擦系數(shù)，組合密封圈各組成部分材料不同，此處取f1=0.05；P1——密封處工作壓力（Pa），p=2.5x107Pad 密封處直徑（mm），此處d=0.11mm；b 密封件的寬度（mm），由樣本b=0.0224mm。由于密封摩擦力隨系統(tǒng)壓力變化，所以活塞與缸筒間摩擦力：fm1=3.87x10一4Plfm1 =9.68x103N=9.68kN（2）活塞桿與端蓋間采用Y型唇密封，摩擦力計(jì)算公式為：f=fP兀db （3-7）式中：f2——摩擦系數(shù)，Y形密封圈的材料為聚氨酯AU92,此處*=0.08；P2——密封處工作壓力（Pa），P2 =2.5x107Pa；d 密封處直徑（mm），此處d=0.08mm；b 密封件的寬度（mm），由樣本b=0.012mm則活塞桿與缸蓋間的摩擦力： 2fm2=2.41x10-4p2fm2 =6.03x103N=6.03kN液壓缸基本結(jié)構(gòu)液壓缸分為通用型液壓缸和專用型液壓缸兩種，專用型液壓缸是專為某一用途設(shè)計(jì)的液壓缸，以滿足該用途的特殊要求，在結(jié)構(gòu)、材料、加工精度等方面都有特殊要求；而通用液壓缸無特殊的使用要求，結(jié)構(gòu)簡單，零部件符合標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的要求，因此用途較廣泛。18哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通用型液壓缸又分為三種典型結(jié)構(gòu)形式：拉桿型、焊接型、法蘭型液壓缸。法蘭型液壓缸，其工作特點(diǎn)是額定壓力高，通常額定壓力Pn<35MPa，外形尺寸大［9］。適用于較嚴(yán)酷的沖擊負(fù)載和外界工作條件，也叫重載型液壓缸，選用法蘭缸［10］。泵的選擇泵的排量排量為液壓泵主軸旋轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積?；钊谐蘳=12mm時，沖壓頻率f=300次/min，則一周期內(nèi)，泵向液壓缸的排油量應(yīng)于液壓缸向油箱的排油量相等，所以系統(tǒng)需要的總流量：Q=—D2?S?f=34.2L/min4泵的選用根據(jù)排量和壓力要求，選用GFZB組合泵。電機(jī)的選擇泵的輸出功率為：16.2kW須選用額定功率為18.5kW的電機(jī)。速度驗(yàn)算空行時速度驗(yàn)算差動下行階段：當(dāng)行程為12mm時，周期為T=0.173s<0.2s,此時頻率19哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）六1/T=5.78Hz，即每分鐘沖壓346次。沖壓板厚為1mm時速度驗(yàn)算行程12mm時，差動下行階段4(q+q)V= 1 2—-13.09cm/s1 兀d2所需時間：沖壓階段：st=-ir-=1 V10.084s4qv=——2 兀D2-1.66cm/s所需時間：s s—t=-2= s-1-006s返回階段：2V V4(q+qV- 1 ：2)—1468cm/s3兀(D2—d2 . cmus2)所需時間：t=-s3 V3周期：T=0.084+0.06+0.082=0.226s—0.082s此時頻率六1/0.2335=4.25Hz，即每分鐘沖壓265次。沖壓板厚為1mm，行程10mm時，其沖壓頻率可以達(dá)到300次/min以上，但是行程等于12mm時，頻率未達(dá)到300次/min，所以系統(tǒng)回路中加入了蓄能器，它作為輔助動力源在必要時刻釋放儲存的油液，提高流量，從而可以提高活塞運(yùn)動速度。20哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）蓄能器蓄能器分類蓄能器有各種結(jié)構(gòu)形狀，根據(jù)加載方式可分為重錘式、彈簧式和充氣式三種。其中充氣式蓄能器是利用氣體的壓縮和膨脹來儲存和釋放能量，用途較廣，目前常用的是活塞式、氣囊式、隔膜式蓄能器［11］。氣囊式蓄能器氣液密封可靠，能使油氣完全隔離；氣囊慣性小，反應(yīng)靈敏；結(jié)構(gòu)緊湊［12］。蓄能器充氣壓力p的確定當(dāng)蓄能器作為輔助動力源、補(bǔ)償泄漏、緊急動力源時，應(yīng)使蓄能器總?cè)莘eV盡量小，而單位容積的儲能盡量大，膠囊壽命應(yīng)盡量長。對于氣囊式蓄能器其充氣壓力應(yīng)在系統(tǒng)最低工作壓力的90%和最高壓力的25%之間選擇，所以選用夕=6MPa，在系統(tǒng)最低工作壓力下蓄能器的皮囊仍未膨脹得與殼體內(nèi)壁完全接觸；而在系統(tǒng)最高壓力下，皮囊收縮后的體積仍大于充氣壓力的原始體積的四分之一。這樣限制了皮囊在系統(tǒng)工作時的變形范圍，可以保護(hù)皮囊，延長其使用壽命。蓄能器容量計(jì)算（1）有效排油量AV的計(jì)算蓄能器在作蓄能時，是與油泵一起供油的，則蓄能器一個工作循環(huán)內(nèi)的有效排油量應(yīng)按下式計(jì)算：AV=EVk1-EVm （3-8）式中AV一有效排油量（L）；EV——系統(tǒng)中各個工作點(diǎn)的耗油量總和（L）；21哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)k1——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般可選k1=1.2；ZV——泵總供油量(L)。m行程為12mm沖壓板厚1mm時，頻率要達(dá)到300次/min，假定快速下降時活塞速度為v1=17cm/s，快速返回時活塞速度為v「18cm/s，則一個周期內(nèi)，系統(tǒng)中所需耗油總量為： 3ZV=叱(s-5)+吧5+兀①2—d2)s=0.119L4 4 4泵在一個周期內(nèi)的總供油量為：ZV=V]+VJnt]+V1nt2+V1+V2)nt3=0.095L代入公式(2-13)得AV=ZVk1-ZVm=0.05L(2)總?cè)莘eV計(jì)算蓄能器的總?cè)莘e的是指氣腔與液控的容積之和，對于氣囊式蓄能器為充氣容積?？?cè)莘eV可由氣體定律計(jì)算：PVn=pV1n=pj2n式中pv——蓄能器的充氣壓和充氣容積；P7：—系統(tǒng)最低工作壓力和最低工作壓力下的氣體體積;p2V2——系統(tǒng)最高工作壓力和最高工作壓力下的氣體體積;n——多變指數(shù)。蓄能器在工作過程中大多屬于多變過程，在蓄油時，氣體壓縮為等溫過程，放油時氣體膨脹為絕熱過程所以其充氣容積按公式計(jì)算:AVPnIP1)推薦n=1.25.將已知數(shù)據(jù)代入上式得Va=0.09L,考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其他影響因素，選用NXQ1-L0.4/31.5-H,容積0.4L,公稱壓力為31.5MPa的蓄能器。22哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）管路的選擇管路在液壓系統(tǒng)中主要用來把各種元件及裝置連接起來傳輸能量，為保證系統(tǒng)工作可靠，管路及管接頭應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，良好的密封性，壓力損失要小，拆裝方便。管路按材料不同可分為無縫鋼管、耐油橡膠軟管、純銅管、尼龍管等幾種。選用強(qiáng)度好、耐壓高、變形小、抗腐蝕性的無縫鋼管適合沖床液壓系統(tǒng)。管路內(nèi)徑計(jì)算管路內(nèi)徑的大小取決于管路的種類及管內(nèi)流速的大小。在流量一定的情況下，內(nèi)徑小則流速高，壓力損失大，容易產(chǎn)生噪聲；內(nèi)徑大則難于安裝，所占空間大，重量大。管路內(nèi)徑一般由下式確定d>4,61--v式中：d 管路內(nèi)徑（mm）q 流量（L/min）；v ^流速（m/s）；對吸油管道取vS0.6?1.3m/s；對壓油管道丫<2.5~7.6m/s（壓力高時取大值）；對回油管v<1.7?4.5m/s?；赜凸艿溃簐=2.5m/s,q=39.45L/min,代入公式得d>18.3mm,取20mm。管道壁厚8按下式計(jì)算：8>的I式中：5 管子壁厚（mm）p 工作壓力（Pa）d- 管子內(nèi)徑（mm）IJ—油管材料的許用應(yīng)力（Pa）23哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）對鋼管：［。］=合，。卜為管材的抗拉強(qiáng)度：n為安全系數(shù)，當(dāng)p<7MPa時，nb取n=8；當(dāng)7MPa<p<17.5MPa時，取n=6；p>17.5MPa時，取n=4.由鋼管的力學(xué)性能表查得p=450MPa,將已知數(shù)據(jù)代入公式得，出油管道取1mm。3.7油箱設(shè)計(jì)油箱在液壓系統(tǒng)中主要作用是儲存液壓系統(tǒng)所需的足夠油液，散發(fā)油液中的熱量，分離油液中氣體及沉淀污物，為系統(tǒng)提供元件的安裝位置，使液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。油箱容積的估算經(jīng)驗(yàn)公式為：V=B式中：V一油箱的容積（L）q——液壓泵的總額定流量（L/min）；經(jīng)計(jì)算q=8min,q=40L/min代入公式得V=320L,選用油箱400L。為了保證油箱的散熱，在該系統(tǒng)中加入了冷卻器，同時降低了成本，節(jié)省了空間。冷卻器液壓系統(tǒng)工作時，各種能量損失全部轉(zhuǎn)化為熱量。這些熱量除部分通過油箱、管道等散發(fā)到周圍空間外，大部分熱量使得系統(tǒng)油液溫度升高，嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的正常工作。因此采用強(qiáng)制冷卻的辦法，通過冷卻器來控制油液的溫度。冷卻器按冷卻介質(zhì)不同可分為水冷和風(fēng)冷冷卻器，本文采用FL10空氣冷卻器，基本機(jī)構(gòu)為電動機(jī)帶動一風(fēng)扇，其性能參數(shù)為傳熱系數(shù)<55W/（m2?℃）,工作壓力1.6MPa,壓力損失0.1MPa,換熱面積10m2,風(fēng)量2210m3/h,風(fēng)機(jī)功率0.12kw。24哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)過濾器該液壓系統(tǒng)在回油路上設(shè)置過濾器，在系統(tǒng)油液流回油箱之前，過濾器外界侵入系統(tǒng)的和系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的污物濾除，為了系統(tǒng)提供清潔的油液，此次設(shè)計(jì)采用RF-6010會有過濾器，安裝在油箱的頂部。過濾器公稱流量為60L/min，過濾精度10中通徑20mm，最大壓力損失0.35MPa。閥的選用比例伺服閥的選擇比例控制閥是一種按輸入的電氣信號連續(xù)的按比例的對油流的壓力、流量和方向進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制的閥。隨著比例技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的比例閥——高性能比例閥，即比例伺服閥，它的性能介于一般的比例閥和伺服閥之間，精度高，頻率高，其響應(yīng)頻率一般在30?100Hz之間，無零位死區(qū)，并克服了伺服閥過濾精度高的缺點(diǎn)?，F(xiàn)在采用的比例伺服閥是在普通液壓閥的基礎(chǔ)上用電機(jī)械轉(zhuǎn)換器取代原有的控制部分發(fā)展而成，且可以與普通的閥互換。本次設(shè)計(jì)采用的比例伺服閥方向閥，在結(jié)構(gòu)形式上與傳統(tǒng)方向閥中的電磁換向閥、電液換向閥很相似，但在功能上有著本質(zhì)的不同，它根據(jù)輸入電壓或電流的大小和極性來改變輸出流量的大小和方向，如果與執(zhí)行元件相連接，那么可以根據(jù)輸入電壓或電流的大小和極性，按比例的控制液壓執(zhí)行元件的速度和方向。該液壓系統(tǒng)選用atos公司的DLHZOR-TE-14-L7141型高性能比例換向閥，響應(yīng)時間S10ms，滯環(huán)式.1%，輸入［-10丫?+10v］的電壓信號。其他閥的選擇(1)溢流閥25哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)溢流閥是系統(tǒng)中多余液體通過閥口溢出，從而維持其進(jìn)口壓力近于恒定的壓力控制閥。它具有保證液壓系統(tǒng)中壓力的基本穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓或限壓的作用。常用的有直動式和先導(dǎo)式兩種。本次設(shè)計(jì)研究的液壓系統(tǒng)壓力高流量大，所以選用先導(dǎo)式溢流閥，查看樣本，選用YF-L10K型溢流閥，其額定流量40L/min，通徑10mm，調(diào)壓范圍16?32MPa。系統(tǒng)選用的柱塞泵額定壓力為31.5MPa，則溢流閥的調(diào)定壓力確定為31.50.8=25MPa。(2)電磁換向閥根據(jù)樣本選用22EI-H10B-T(3)液控?fù)Q向閥液控?fù)Q向閥是利用控制油路中的壓力油推動閥芯，變換流體流動方向控制閥。本次設(shè)計(jì)選用WHNG10C2的液控?fù)Q向閥，最大工作壓力31.5MPa，最高控制壓力25MPa，其調(diào)定壓力在為20MPa。26哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第4章沖床液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閥塊的總裝結(jié)構(gòu)圖閥塊的總裝是由閥塊、閥和閥塊的底座等組成，閥塊在液壓系統(tǒng)中的作用是控制液壓油的流向，閥塊的總裝如圖4-1所示。圖4-1閥塊總裝圖閥塊結(jié)構(gòu)圖閥塊就是一個小型的回路，閥塊是將系統(tǒng)中各種應(yīng)用在油路中的閥通過閥塊上的油孔集合到一起。閥塊零件圖如圖4-2所示。27

哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖4-2閥塊零件圖沖床液壓站結(jié)構(gòu)圖液壓站是由驅(qū)動電動機(jī)、液壓泵、油箱、節(jié)流閥、溢流閥等構(gòu)件在一起的液壓裝置，按驅(qū)動要求流向、壓力和流量供油，適用于各個驅(qū)動裝置機(jī)械上，這種液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工作。它是在工業(yè)革命時代發(fā)明的，現(xiàn)在廣泛用于各個工業(yè)領(lǐng)域及汽車制動上。本系統(tǒng)中液壓站的主要作用是為沖床液壓系統(tǒng)提供和收集液壓油，同時控制壓力、流量和流向，從而實(shí)現(xiàn)液壓缸的高速運(yùn)動，達(dá)到?jīng)_床的高速運(yùn)動，沖床液壓站結(jié)構(gòu)圖如圖4-3所示。28哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）W=圖4-3油箱總裝圖4.4液壓缸結(jié)構(gòu)圖液壓缸結(jié)構(gòu)圖如圖4-4所示。29哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖4-4液壓缸總裝圖30哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第5章液壓缸缸筒缸桿的有限元分析有限元基本理論分析隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們正在建造更為快捷的交通工具、更大規(guī)模的建筑物、更大跨度的橋梁、更大功率的發(fā)電機(jī)組和更為精密的機(jī)械設(shè)備。這一切都要求工程師在設(shè)計(jì)階段就能夠精確地預(yù)測出產(chǎn)品或工程的技術(shù)性能，需要對結(jié)構(gòu)的靜、動力強(qiáng)度以及溫度場、流場、電磁場和滲流等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。例如分析高樓大廈和大跨度橋梁在地震時所受到的影響，看看是否會發(fā)生破壞性事故；分析計(jì)算核反應(yīng)堆的溫度場，確定傳熱和冷卻系統(tǒng)是否合理；分析葉片內(nèi)的流體動力學(xué)參數(shù)，以提高其運(yùn)轉(zhuǎn)效率等。此時傳統(tǒng)的解決方法往往不可行，需要尋求新的計(jì)算方法，為此一大批國內(nèi)外科技工作者致力于這方面的研究。近年來，在計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析方法支持下發(fā)展起來的有限元分析（FEA,FiniteElementAnalysis）方法則為解決這些復(fù)雜的工程分析計(jì)算問題提供了有效的途徑。有限元的發(fā)展介紹有限元法的起源可以追溯到20世紀(jì)初，當(dāng)時有一些研究人員利用等價彈性桿來近似模擬連續(xù)的彈性體。然而，人們公認(rèn)Courant（1943）是有限元法的奠基人。在20世紀(jì)40年代，Courant發(fā)表了一篇論文，他第一次嘗試用定義在三角形區(qū)域上的分片連續(xù)函數(shù)和最小位能原理想結(jié)合的方法來研究扭轉(zhuǎn)問題。在20世紀(jì)50年代，Boeing及后來學(xué)者采用了三角形應(yīng)力單元來建立飛機(jī)機(jī)翼的模型，極大地推動了有限元法的發(fā)展。之后，一些應(yīng)用數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和工程師由于各種原因都涉足過有限元的概念。然而，直到1960年美國的飛機(jī)結(jié)構(gòu)工程師CloughRW才在一篇名為“平面應(yīng)力分析的有限元法”的論文中首先使用“有限元法”。它是結(jié)構(gòu)分析的一種數(shù)值計(jì)算方法，是矩陣方法在結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)等領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用。由于當(dāng)時理論尚處于初級31哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）階段，計(jì)算機(jī)的硬件及軟件也無法滿足需求，有限元法和有限元程序無法在工程上普及。直到1963年MeloshRJ在論文中提出有限元法的基礎(chǔ)是變分基礎(chǔ)，它是基于變分原理的一種新型Ritz法（采用分區(qū)插值方案的新型Ritz法）。這樣就使數(shù)學(xué)界與工程界得到了溝通，獲得了共識，從而使有限元法被公認(rèn)為既有嚴(yán)密論基礎(chǔ)又有普通應(yīng)用價值的一種數(shù)值方法。到20世紀(jì)60年代末70年代初，出現(xiàn)了大型通用有限元程序，它們以功能強(qiáng)、用戶使用方便、計(jì)算結(jié)果可靠和效率高而逐漸形成新的技術(shù)商品，成為結(jié)構(gòu)工程強(qiáng)有里的分析工具。40多年來，有限元法的應(yīng)用已經(jīng)由彈性力學(xué)平面問題拓展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴(kuò)展到穩(wěn)定問題、動力問題和波動問題，分析對象從彈性材料擴(kuò)展到塑性、粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料等，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域。迄今為止，有限元法除了發(fā)展其自身的理論和發(fā)放外，還外延到其他領(lǐng)域，如隨即有限元法等。由于計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，使得有限元法在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，有限元法在國外已廣泛應(yīng)用于鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、汽車交通、造船、輕工、日用家電等工業(yè)和科學(xué)領(lǐng)域。在汽車設(shè)計(jì)行業(yè)，國外著名汽車公司在豪華轎車的設(shè)計(jì)中，以前通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，需要制造200多輛樣車才能完成汽車的安全碰撞設(shè)計(jì)，現(xiàn)在有80多輛就足夠了，大部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容都是通過有限元分析軟件在電腦中模擬實(shí)現(xiàn)的，這樣可以節(jié)約2/3的資金和大量研制時間。在飛機(jī)制造行業(yè)，以前通過做風(fēng)洞試驗(yàn)檢驗(yàn)飛機(jī)的各項(xiàng)性能，如今許多試驗(yàn)都是通過電腦仿真實(shí)現(xiàn)的。在國外的日用消費(fèi)品設(shè)計(jì)中，此類軟件應(yīng)用也很廣泛，著名體育用品廠商耐克公司，在高級旅游鞋的受力結(jié)構(gòu)研究設(shè)計(jì)中，也采用了有限元分析技術(shù)，在保證鞋體受力均衡的前提下，取得了鞋的最理想重量，成為體育用品設(shè)計(jì)的典范。有限元法應(yīng)用前景十分廣闊，它不僅在工業(yè)界各個領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中占有重要的地位，近來在日用消費(fèi)品設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢也已顯著。2000年11月中國科學(xué)院數(shù)學(xué)系統(tǒng)科學(xué)研究所和北京飛箭軟件有限公司聯(lián)合成功開發(fā)了世界上第一個可通過互聯(lián)網(wǎng)使用的有限元軟件，使我國在有限元法及應(yīng)用研究方面獲得了突破性進(jìn)展，該系統(tǒng)突破了國內(nèi)外的通用有限元只適用于特定領(lǐng)域和特定有限元問題的限制，把廣大工程師和科學(xué)家從繁瑣、重復(fù)的編程工作中徹底解放出來，采用這一系統(tǒng)可以在數(shù)天甚至數(shù)小時內(nèi)完成人們需要數(shù)月才能完成的編程工作。最可貴的是該系統(tǒng)已放到了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上，世界各地的用戶可以在任何時候，任何地方，采用一臺計(jì)算機(jī)使用這一軟件。用戶只需給出他所要求解的有限元問題，就可得到全部的有限元程序，并且在其計(jì)算機(jī)32哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）上自動編譯運(yùn)行，直至獲得他所要的計(jì)算結(jié)果。該系統(tǒng)已為美國、德國、加拿大等國家和地區(qū)及國內(nèi)40多個單位應(yīng)用，并取得了巨大成果。有限元分析的基本思想有限元法師數(shù)學(xué)、力學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)相互滲透、綜合利用的邊緣科學(xué)，是現(xiàn)代科學(xué)和工程計(jì)算方面最令人鼓舞的重大成就之一。其基本思想是將一個連續(xù)的實(shí)際結(jié)構(gòu)（彈性連續(xù)體）劃分為一組有限個、且按一定的方式相互連接在一起的單元的組合體進(jìn)行研究。這些單元僅在節(jié)點(diǎn)處連接，單元之間的載荷也僅由節(jié)點(diǎn)傳送。這個把連續(xù)體劃分為離散結(jié)構(gòu)的過程成為有限元的離散化，也叫單元劃分。有限個的單元稱為有限單元，簡稱單元。利用離散而成的有限元集合體代替原來的彈性連續(xù)體，建立近似的力學(xué)模型，對該模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，通過對這些單元分別進(jìn)行分析，建立其位移與內(nèi)力之間的關(guān)系，以變分原理為工具，將微分方程化為代數(shù)方程，再將單元組裝成結(jié)構(gòu)，形成整體結(jié)構(gòu)的剛度方程。離散后單元節(jié)點(diǎn)的設(shè)置、性質(zhì)和數(shù)目應(yīng)根據(jù)問題的性質(zhì)、描述變形形態(tài)的需要和計(jì)算精度而定（一般情況下，單元劃分越細(xì)則描述變形情況越精確，即越接近實(shí)際變形，但計(jì)算量也越大）。所以有限元法中分析的結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是原有的物體或結(jié)構(gòu)物，而是同樣材料的眾多單元以一定方式連接成的離散物體。這樣做的結(jié)果造成用有限元分析計(jì)算所獲得的結(jié)果只能是近似的。離散化是有限元法的基礎(chǔ)，必須依據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，決定單元的類型、數(shù)目、形狀、大小以及排列方式，這樣做的目的是：將結(jié)構(gòu)分割成足夠小的單元，使得簡單位移模型能足夠近似地表示精確解，同時又不能太小，否則計(jì)算量很大。分析過程中首先從單元分析入手，確定單元內(nèi)的位移、應(yīng)變、應(yīng)力模式，并確定單元節(jié)點(diǎn)力與單元節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，建立單元剛度矩陣。根據(jù)離散化結(jié)構(gòu)的連接方式，將各個單元剛度矩陣進(jìn)行組集，得到反應(yīng)整體結(jié)構(gòu)位移與載荷關(guān)系的總體剛度方程。通過求解該剛度方程可以得出各個單元的位移，再利用單元分析得到的關(guān)系可以求出單元應(yīng)力及其應(yīng)變。可見，有限元分析的主要內(nèi)容是：單元離散化、單元分析、整體分析。有限元法與傳統(tǒng)的力學(xué)方法有很大差別，正是這種差別，使得它能夠把許多難以求解的問題變的容易處理：33哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（1）由于可任選單元體的形狀和尺寸，故可以：“組拼”出形狀復(fù)雜的機(jī)械零件。在做應(yīng)力分析時，無需對零件的幾何形狀作過多的簡化，從而提高了解題精度，擴(kuò)大了可解的范圍；（2）對于應(yīng)力集中區(qū)可以減小單元體尺寸來細(xì)加考慮；（3）對于各種復(fù)雜類型的外載荷都可以采取適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵浞峙渲凉?jié)點(diǎn)處來計(jì)算；（4）易于解決有初應(yīng)力、熱應(yīng)力的問題；（5）易于處理材料的不均勻性，對各向異性材料也可求解；（6）可以解決材料的非線性和結(jié)構(gòu)的非線性問題；（7）采用大型的通用有限元程序，可一次計(jì)算大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移、震動和穩(wěn)定性。由于計(jì)算機(jī)求解方程組的能力非常強(qiáng)大，構(gòu)造模型又非常準(zhǔn)確，因而有限元法在計(jì)算機(jī)上使用極為普遍。有限元方法計(jì)算精度高，速度快，可縮短設(shè)計(jì)試制周期和降低成本。目前，優(yōu)秀的繪圖系統(tǒng)軟件都配有有限元分析程序窗口。當(dāng)圖形繪制完畢，可立即進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。通過不斷修改圖形和反復(fù)計(jì)算，能夠使設(shè)計(jì)質(zhì)量大幅度提高。有限元法可用于各種模擬和分析方法中，在固體力學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械工程、土木工程、電器工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于其所涉及問題和算法基本上都是來源于工程實(shí)際，應(yīng)用于工程中，其解決工程實(shí)際問題的能力愈來愈強(qiáng)。在汽車領(lǐng)域，有限元法可用于建立汽車結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的震動模型，還可以用于設(shè)計(jì)的剛度與變形分析、設(shè)計(jì)的應(yīng)力與疲勞分析、碰撞模擬和塑性變形分析等。5.1.3有限元分析基本過程應(yīng)用有限元法求解彈塑性問題的分析過程，概括起來可以分為以下幾個步驟：（1）結(jié)構(gòu)離散化結(jié)構(gòu)離散化就是將結(jié)構(gòu)分成有限個小的單位體，單元與單元、單元與邊界之間通過節(jié)點(diǎn)聯(lián)接。結(jié)構(gòu)的離散化關(guān)系到計(jì)算精度與計(jì)算效率，結(jié)構(gòu)離散化處理主要包括3個方面內(nèi)容：單元類型選擇、單元劃分、節(jié)點(diǎn)編碼。（2）單元特性分析分析得到單元節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的力學(xué)關(guān)系，建立計(jì)算單元剛度矩34哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）陣。實(shí)體單元的剛度矩陣需要先假設(shè)單元內(nèi)部的位移差值模式，由變分原理（最小勢能原理）導(dǎo)出。（3）結(jié)構(gòu)分析有限元法的基本原則之一就是滿足相鄰單元在公共節(jié)點(diǎn)上的位移協(xié)調(diào)條件，于是，相鄰單元在公共節(jié)點(diǎn)對應(yīng)位移自由度上的剛度系數(shù)被疊加到一起，共同抵抗公共節(jié)點(diǎn)的變位。其具體處理形式為：在一個機(jī)構(gòu)總體剛度矩陣中單元剛度矩陣元素之間的分塊疊加