NX的高压断路器压气缸工作站压床的设计与仿真分析
NX的高压断路器压气缸工作站压床的设计与仿真分析[20200123164625]
【摘要】
高压断路器压气缸工作站压床是完成压气缸的过盈配合的专用设备。本文根据企业对压气缸压床的进一步设计的需要，针对传统装配时铆接工作站和压床在生产过程中出现的问题，运用UG NX 8.0 三维设计软件，对压气缸工作站压床进行了设计，并对压床的工作过程进行仿真分析，计算出压床对压套的挤压变形，旨在有效的解决压套在使用过程中的寿命减少问题，对较好地实现高压断路器压气缸铆接工作站整机的设计和制造至关重要。
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关键字:】压气缸,工作站,压床,设计,仿真
一、 引言 1
二、压床的工作原理和设计性能指标 1
（一）压床的工作原理 1
（二）压床的设计性能指标 1
三、 压床的总体设计 2
（一）床身机架总体设计 2
（二) 支撑板和液压缸的设计 2
（三） 泵的设计与安装 4
（四） 压套的设计 4
（五） 定位块的设计 4
（六） 液压提升装置的设计 5
（七）总体成型 6
四、压床的运动仿真和分析 6
（一） 运动仿真的含义 6
（二） 运动仿真的运动方式 6
（三）压床的工作运动仿真步骤 6
（四） 运动仿真结果 9
五、压床的高级仿真和分析 9
(一）有限元的分析 9
（二) CAD三维模型 9
（三）网格划分 10
（四）模型解算 11
六、总结 13
参考文献 14
谢辞 15
一、 引言
压气缸是当今应用于电力行业的高压断路器中的一个核心部件，在二十一世纪初引入中国，是苏州阿尔斯通公司的第一个产品。随着国内和国际上高压电网的全面发展，高压断路器的市场竞争非常激烈。研发生产性价比高、精度准确、操作方便、价格低廉，能够满足需求的压气缸铆接机（又称压气缸铆接工作站）至关重要。压床的使用是为了完成压气缸的过盈配合，其工作原理是通过液压泵将机械能转化成动能传递给液压缸，液压缸往复运动来完成对零件的压紧、配合。本文针对国外压气缸铆接工艺的优缺点及传统装配时铆接机和压床在生产过程中出现的问题，保留传统压床、铆接机的优点，改进缺点，并运用UG NX 8.0 三维设计软件对压气缸工作站压床进行设计，通过对压气缸压床的工作过程进行仿真分析，计算出压床对压套的挤压变形，为较好地实现高压断路器压气缸铆接的专用铆接工作站整机的设计和制造打下了的基础。
二、压床的工作原理和设计性能指标
（一）压床的工作原理
液压泵将机械能转化为压力能为压床提供动力，将力传递给液压缸带动压套上部分向下压紧压气缸使得压气缸得以压紧。
（二）压床的设计性能指标
根据压气缸的压紧要求设计H型压床、压床的工作能力10吨至89吨，最大压板间距1384mm宽度：压床的工作原理是通过液压泵将机械能转化成动能传递给液压缸，液压缸往复运动来完成对零件的压紧、配合。 最大工作压力：700bar 采用单作用液压缸弹簧回程 液压缸承载能力5吨至95吨 行程 500 mm 最大工作压力700bar采用PU系列经济型电动泵 油箱容量1.9-3.8L 额定压力下流量0.32L/min 电动机功率：0.37KW
三、压床的总体设计
（一）床身机架总体设计
由于机床需要有较好的稳定性，所以采用高质焊接机架。高质焊接机架不仅可以保证良好的稳定性还可以提供最大强度与耐用性。床身需打孔以便装夹支撑板和泵。压床机架设成龙门式。龙门式压床对横梁的要求很高，横梁的好坏直接影响压床的使用性能和制造成本。龙门式压床具有跨距大，效率高等特点。在模具制造行业得到广泛运用。如图3-1所示为压床的机架设计图。
图3-1压床的机架三维设计图
（二) 支撑板和液压缸的设计
1、支撑板的设计
支撑板是为了压床工作放置模具而设计的，支撑板要有足够的承载力来承载模具，因此要选择较好的材料来做支撑板，一般选择45钢。如图为支撑板的三维设计图。
图3-2-1 支撑板的三维设计图
上方的两个孔是为了安装液压缸而设计的，左右两个孔则是为了使支撑板安装在机架上而设计的。
2、液压缸的设计
液压油缸采用美国恩派克公司研制生产的液压油缸，该油缸流量可达700kg/cm2，最大压力值为10t，液压冲头直径为4寸，其优点是导向性好，可靠性较强，能充分满足压床压紧压气缸的工作要求。
液压缸安装架用于将液压缸装进压床架，同时准许液压缸左右调节。体现出龙门式压床的灵活性。液压缸安装在安装架上，上下用两块压板通过螺栓固定。如图为液压缸的设计图。
图3-2-2液压缸的三维设计图
（三）泵的设计与安装
液压泵是液压系统的动力元件，它可以讲机械能转化为压力能，为液压系统提供一定流量和压力的液体。要想安装好液压泵首先得设计好泵安装托架，泵安装托架选择重载钢质托架。托架固定安装在压床机架上，泵安装在托架上，这样很好的协调使泵能够为压床提供动力。泵上带有压力测试工具压力表，压力表可以很好的测量出压床工作时的负载压力，更加快捷的完成分析测量工作。如图为泵的安装示意图。
图3-3泵的设计与安装示意图
（四）压套的设计
根据压气缸的压紧部位不同可将压套分为3种类型，它们分别为图所示。
图3-4-1（ 压套一 ） 图3-4-2（压套二） 图3-4-3（压套三）
压套的上方还有和连接杆连接的部分压套二和压套三仅仅在上面与连接杆连接的地方不同而已，主要是由于压床压紧压气缸的部位不同造成的。
（五）定位块的设计
定位是压床必不可收的一个组成部分，有了定位块压床才能够定位好模具，才能进行模具的压紧。有的压床需要压紧不规则形状那就需要V-型块，V-型块主要可以定位固定圆形物体。但是压气缸的固定没有采用V-型块定位而是采用了定位块，V-型块的定位不利于压气缸的竖直定位，而定位块则可以做到这点。定位块中心设计了一个圆形卡槽正好与压套相配合，稳固了压套从而有利于模具的压紧。定位块四周还有孔方便将定位块安装在压床承载架上。定位块如图所示 。
图3-5 定位块的三维图
（六）液压提升装置的设计
液压提升装置可用于替换现存单元，对多数H型压床为标准件。液压提升装置的特点是重量轻、体积小、操作简便、使用灵活。液压提升装置如图所示。
图3-6液压提升装置示意图
（七）总体成型
图3-7 压床总体结构
四、压床的运动仿真和分析
（一）运动仿真的含义
运动仿真模块（Motion Simulation）是ＣＡＥ应用软件，用于建立运动机构模型，分析其运动规律。运动仿真模块自动复制主模型的装配文件，并建立一系列不同的运动仿真，每个运动仿真均可独立修改，而不影响装配主模型，一旦完成优化设计方案，便可直接更新主模型以反映优化的设计结构，还可以与著名运动分析软件ADAMS连接。
（二）运动仿真的运动方式
运动仿真模块可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力、力矩等。运动仿真模块的分析机构可以知道修改零件的结构设计（减轻或加重、增加硬度等）。设计的更改可以反映在装配主模型的复制品上，即在运动仿真中再重新分析，一旦确定优化的设计方案，设计更改即可反映到装配主模型中。
【摘要】
高压断路器压气缸工作站压床是完成压气缸的过盈配合的专用设备。本文根据企业对压气缸压床的进一步设计的需要，针对传统装配时铆接工作站和压床在生产过程中出现的问题，运用UG NX 8.0 三维设计软件，对压气缸工作站压床进行了设计，并对压床的工作过程进行仿真分析，计算出压床对压套的挤压变形，旨在有效的解决压套在使用过程中的寿命减少问题，对较好地实现高压断路器压气缸铆接工作站整机的设计和制造至关重要。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】压气缸,工作站,压床,设计,仿真
一、 引言 1
二、压床的工作原理和设计性能指标 1
（一）压床的工作原理 1
（二）压床的设计性能指标 1
三、 压床的总体设计 2
（一）床身机架总体设计 2
（二) 支撑板和液压缸的设计 2
（三） 泵的设计与安装 4
（四） 压套的设计 4
（五） 定位块的设计 4
（六） 液压提升装置的设计 5
（七）总体成型 6
四、压床的运动仿真和分析 6
（一） 运动仿真的含义 6
（二） 运动仿真的运动方式 6
（三）压床的工作运动仿真步骤 6
（四） 运动仿真结果 9
五、压床的高级仿真和分析 9
(一）有限元的分析 9
（二) CAD三维模型 9
（三）网格划分 10
（四）模型解算 11
六、总结 13
参考文献 14
谢辞 15
一、 引言
压气缸是当今应用于电力行业的高压断路器中的一个核心部件，在二十一世纪初引入中国，是苏州阿尔斯通公司的第一个产品。随着国内和国际上高压电网的全面发展，高压断路器的市场竞争非常激烈。研发生产性价比高、精度准确、操作方便、价格低廉，能够满足需求的压气缸铆接机（又称压气缸铆接工作站）至关重要。压床的使用是为了完成压气缸的过盈配合，其工作原理是通过液压泵将机械能转化成动能传递给液压缸，液压缸往复运动来完成对零件的压紧、配合。本文针对国外压气缸铆接工艺的优缺点及传统装配时铆接机和压床在生产过程中出现的问题，保留传统压床、铆接机的优点，改进缺点，并运用UG NX 8.0 三维设计软件对压气缸工作站压床进行设计，通过对压气缸压床的工作过程进行仿真分析，计算出压床对压套的挤压变形，为较好地实现高压断路器压气缸铆接的专用铆接工作站整机的设计和制造打下了的基础。
二、压床的工作原理和设计性能指标
（一）压床的工作原理
液压泵将机械能转化为压力能为压床提供动力，将力传递给液压缸带动压套上部分向下压紧压气缸使得压气缸得以压紧。
（二）压床的设计性能指标
根据压气缸的压紧要求设计H型压床、压床的工作能力10吨至89吨，最大压板间距1384mm宽度：压床的工作原理是通过液压泵将机械能转化成动能传递给液压缸，液压缸往复运动来完成对零件的压紧、配合。 最大工作压力：700bar 采用单作用液压缸弹簧回程 液压缸承载能力5吨至95吨 行程 500 mm 最大工作压力700bar采用PU系列经济型电动泵 油箱容量1.9-3.8L 额定压力下流量0.32L/min 电动机功率：0.37KW
三、压床的总体设计
（一）床身机架总体设计
由于机床需要有较好的稳定性，所以采用高质焊接机架。高质焊接机架不仅可以保证良好的稳定性还可以提供最大强度与耐用性。床身需打孔以便装夹支撑板和泵。压床机架设成龙门式。龙门式压床对横梁的要求很高，横梁的好坏直接影响压床的使用性能和制造成本。龙门式压床具有跨距大，效率高等特点。在模具制造行业得到广泛运用。如图3-1所示为压床的机架设计图。
图3-1压床的机架三维设计图
（二) 支撑板和液压缸的设计
1、支撑板的设计
支撑板是为了压床工作放置模具而设计的，支撑板要有足够的承载力来承载模具，因此要选择较好的材料来做支撑板，一般选择45钢。如图为支撑板的三维设计图。
图3-2-1 支撑板的三维设计图
上方的两个孔是为了安装液压缸而设计的，左右两个孔则是为了使支撑板安装在机架上而设计的。
2、液压缸的设计
液压油缸采用美国恩派克公司研制生产的液压油缸，该油缸流量可达700kg/cm2，最大压力值为10t，液压冲头直径为4寸，其优点是导向性好，可靠性较强，能充分满足压床压紧压气缸的工作要求。
液压缸安装架用于将液压缸装进压床架，同时准许液压缸左右调节。体现出龙门式压床的灵活性。液压缸安装在安装架上，上下用两块压板通过螺栓固定。如图为液压缸的设计图。
图3-2-2液压缸的三维设计图
（三）泵的设计与安装
液压泵是液压系统的动力元件，它可以讲机械能转化为压力能，为液压系统提供一定流量和压力的液体。要想安装好液压泵首先得设计好泵安装托架，泵安装托架选择重载钢质托架。托架固定安装在压床机架上，泵安装在托架上，这样很好的协调使泵能够为压床提供动力。泵上带有压力测试工具压力表，压力表可以很好的测量出压床工作时的负载压力，更加快捷的完成分析测量工作。如图为泵的安装示意图。
图3-3泵的设计与安装示意图
（四）压套的设计
根据压气缸的压紧部位不同可将压套分为3种类型，它们分别为图所示。
图3-4-1（ 压套一 ） 图3-4-2（压套二） 图3-4-3（压套三）
压套的上方还有和连接杆连接的部分压套二和压套三仅仅在上面与连接杆连接的地方不同而已，主要是由于压床压紧压气缸的部位不同造成的。
（五）定位块的设计
定位是压床必不可收的一个组成部分，有了定位块压床才能够定位好模具，才能进行模具的压紧。有的压床需要压紧不规则形状那就需要V-型块，V-型块主要可以定位固定圆形物体。但是压气缸的固定没有采用V-型块定位而是采用了定位块，V-型块的定位不利于压气缸的竖直定位，而定位块则可以做到这点。定位块中心设计了一个圆形卡槽正好与压套相配合，稳固了压套从而有利于模具的压紧。定位块四周还有孔方便将定位块安装在压床承载架上。定位块如图所示 。
图3-5 定位块的三维图
（六）液压提升装置的设计
液压提升装置可用于替换现存单元，对多数H型压床为标准件。液压提升装置的特点是重量轻、体积小、操作简便、使用灵活。液压提升装置如图所示。
图3-6液压提升装置示意图
（七）总体成型
图3-7 压床总体结构
四、压床的运动仿真和分析
（一）运动仿真的含义
运动仿真模块（Motion Simulation）是ＣＡＥ应用软件，用于建立运动机构模型，分析其运动规律。运动仿真模块自动复制主模型的装配文件，并建立一系列不同的运动仿真，每个运动仿真均可独立修改，而不影响装配主模型，一旦完成优化设计方案，便可直接更新主模型以反映优化的设计结构，还可以与著名运动分析软件ADAMS连接。
（二）运动仿真的运动方式
运动仿真模块可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力、力矩等。运动仿真模块的分析机构可以知道修改零件的结构设计（减轻或加重、增加硬度等）。设计的更改可以反映在装配主模型的复制品上，即在运动仿真中再重新分析，一旦确定优化的设计方案，设计更改即可反映到装配主模型中。
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