基于Solid Edge的液壓油缸參數(shù)化設計系統(tǒng)的研究

陳鋒，周自強，戴國洪

（1.常熟理工學院機械工程學院，江蘇 常熟 215500；

2.蘇州市汽車綠色拆解智能裝備技術重點實驗室，江蘇 常熟 215500；3.中國礦業(yè)大學機電工程學院，江蘇 徐州 221116）

基于Solid Edge的液壓油缸參數(shù)化設計系統(tǒng)的研究

陳鋒1，3，周自強1，2，戴國洪1，2

（1.常熟理工學院機械工程學院，江蘇 常熟 215500；

2.蘇州市汽車綠色拆解智能裝備技術重點實驗室，江蘇 常熟 215500；3.中國礦業(yè)大學機電工程學院，江蘇 徐州 221116）

為提高液壓油缸設計效率，運用Visual Basic對三維設計軟件Solid Edge（SE）進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了液壓油缸三維參數(shù)化建模、裝配，并通過Excel導出液壓油缸的計算說明書.

Solid Edge；參數(shù)化設計；液壓缸

近年來市場對液壓油缸需求趨于多樣化，而傳統(tǒng)液壓油缸設計方法中的人工計算和人工制圖工作量較大、耗時較多，已不能適應市場的快速發(fā)展.為了縮短研發(fā)周期、降低工作強度，同時提高設計質量、節(jié)約成本，設計人員需要一種參數(shù)化[1]設計系統(tǒng).設計者只需輸入油缸的關鍵參數(shù)，例如：工作壓強，缸筒材料、輸出推力、油缸行程等，三維設計軟件就可以生成相應的三維實體產(chǎn)品，而不需要以往的手工計算、二維繪圖等環(huán)節(jié).這樣既提高了設計效率，減輕了設計人員的負擔，而且還可以編寫后續(xù)程序對零件進行分析優(yōu)化，比如根據(jù)輸入的參數(shù)值進行優(yōu)化設計、有限元分析、應力分析等.下面以液壓油缸為研究對象，介紹SE液壓油缸參數(shù)化設計系統(tǒng)的工作原理、工作步驟和油缸參數(shù)化生成技術.

1 系統(tǒng)總體結構

基于Solid Edge的液壓油缸參數(shù)化設計系統(tǒng)完全使用程序語言描述零件實體特征并對零件進行建模.這種方法編程簡單，但是可以滿足復雜輪廓零件的建模要求.首先設計者通過程序界面輸入液壓油缸的設計要求，程序計算出液壓油缸各零件建模需要的重要參數(shù)，例如：缸筒內徑、活塞桿桿徑、壁厚、速度比等.然后將計算出的重要參數(shù)導入到Solid Edge草圖環(huán)境中，結合程序語言生成零件二維草圖，并施加必要的約束，在此基礎上通過拉伸、旋轉、放樣等方式生成零件的三維實體造型.最后將生成的零件依次導入到裝配環(huán)境中進行裝配、保存并生成液壓油缸的計算說明書.其程序流程圖見圖1.

2 液壓缸參數(shù)化設計系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 油缸的參數(shù)計算

油缸零件的參數(shù)主要有：缸筒內徑、活塞桿桿徑、壁厚、行程、速度比等，由這些參數(shù)就可以通過油缸選

型設計系統(tǒng)對油缸進行三維實體建模.設計人員只要將油缸設計要求輸入系統(tǒng)，如：工作壓強、輸出推力、行程，系統(tǒng)就會計算出油缸的主要參數(shù)，并通過這些計算結果進行油缸零件的建模工作.下面以油缸內徑D和油缸壁厚δ的計算方法為例，介紹油缸參數(shù)的計算過程.

首先計算油缸內徑D，油缸輸出推力F和工作壓強P已知，由公式

求出油缸缸筒內徑D，式中φ液壓缸的負載率，一般取φ=0.5～0.7；

η為液壓缸的總效率，一般取η=0.7～0.9；

下面計算油缸缸筒壁厚δ.油缸缸筒壁厚的計算分薄、厚壁兩種情況：

（1）當δ/D≤0.08時，屬于薄壁缸筒，用實用公式計算

式中：Pmax——缸筒度驗壓力，當額定壓力P＞16 MPa時，Pmax=1.25 P；當額定壓力P＜16 MPa時，Pmax= 1.5 P.

[σ]—許用應力，[σ]=σb. n

（2）當δ/D＞0.08時，屬于厚壁缸筒，根據(jù)液壓油缸負載情況和材料強度要求，利用第四強度理論[2]計算

2.2 創(chuàng)建油缸各零件二維圖

首先運行VB6.0，新建一個“標準EXE”工程項，引用Solid Edge類庫，添加相應的控件.VB提供了兩個函數(shù)調用Solid Edge[3]軟件：Create Object和Get Object.Create Object方法用以新建應用對象的實例，Get Object方法則既可以新建一個對象實例，又可以連接到一個已存在的實例.通過objapp.Documents.Add（“solidedge.partdocument”命令可以打開Solid Edge零件應用環(huán)境；如果把objapp.Documents．Add（solidedge．partment）命令改成：objapp.Documents．open（文件名）就可以在啟動時打開已有文件.

然后創(chuàng)建油缸零件的參數(shù)化二維草圖，基本做法：①將油缸的輸出力、行程、工作壓強、無縫鋼管材料輸入二次開發(fā)程序界面，通過二次開發(fā)程序進行油缸內徑、活塞桿徑、活塞寬度、油缸壁厚等參數(shù)的計算；②將計算出的重要參數(shù)導入SE草圖環(huán)境，繪制草圖輪廓；③對零件的草圖輪廓進行必要的約束，完成二維草圖的繪制工作.具體二維草圖的繪制：通過objdoc.ProfileSets.Add（pRefplaneDisp：=objdoc.RefPlanes（1））代碼將XOY面設置為參考平面，其中RefPlanes（n）當n=1，表示是XOY平面，n=2為YOZ平面，n=3為XOZ面[4].在參考平面上通過AddBy2Points（lines2d）對象集合繪制草圖，將末端點的坐標參數(shù)化，第一條線段的末端點又是第二條線段的起點，依次類推.通過AddKeypoint方法向Relations2d集合中加入一個關鍵點關系，這樣就可以檢查和確定草圖的封閉性，通過上述方法就可以將零件的二維草圖輪廓確定下來.圖2為系統(tǒng)的設計框圖.

2.3 對零件的二維草圖進行特征編輯

完成零件的草圖輪廓，接著需要對零件進行特征編輯，使二維草圖變?yōu)槿S實體零件.特征成型方法有：AddFiniteRevolvedProtrusion旋轉成型、AddFiniteExtrudedProtrusion拉伸成型、ExtrudedCutouts拉伸切除等.草圖已在XOY面繪制完畢，通過旋轉成型方法生成零件三維實體.①繪制一條直線，通過參考軸命令RPRAxis將此直線設置為參考軸；②利用objdoc. Models.AddFiniteRevolvedProtrusion命令使草圖繞旋轉軸旋轉生成實體，完成零件的成型.以此方法可以生成油缸的缸體、活塞、密封裝置、緩沖裝置、防塵圈等部件.液壓油缸參數(shù)化設計系統(tǒng)界面如圖3所示.

2.4 液壓油缸的裝配

完成油缸的各部分零件的三維實體造型后對這些零件進行裝配.VB連接到Solid Edge裝配模塊的語句：CreateObject（“SolidEdge.Application”），objApp.Documents.Add（“SolidEdge.AssemblyDocument”）.通過objoccurrences.AddByFilename調入活塞桿，采用同樣方法調入活塞.運用Set objAxial=objDoc.Ralations3d.AddAxial（Axis1：=，Axis2：=，NormalsAligned：=true）使活塞桿和活塞同軸配合，其中Axis1，Axis2為活塞桿和活塞的軸線，NormalsAligned：=true為法線重合.再使用Set objPlanar= objDoc.Relations3d.AddPlannar代碼使活塞桿和活塞完成面面配合，從而完成兩個零件之間的裝配工作.然后依次調入其他零件，通過上述的裝配方法完成油缸的裝配.

2.5 生成計算說明書

完成油缸的參數(shù)化造型和裝配后，設計人員一般需要手動完成液壓油缸的產(chǎn)品計算說明書，由于不同液壓油缸的設計計算所用到的數(shù)據(jù)都不同，每次都要重新計算和填寫數(shù)據(jù)是十分繁瑣和耗時的.油缸參數(shù)化設計系統(tǒng)的“生成說明書”功能就可以將設計中VB計算出的重要參數(shù)調入到Excel文件中去，生成油缸的計算說明書（見圖5），而且自動以當前時間為文件名保存，方便今后的查找使用.這樣就可以減輕設計人員的負擔，提高產(chǎn)品的設計效率.

3 結束語

本文介紹了使用液壓油缸參數(shù)化設計系統(tǒng)實現(xiàn)液壓油缸的自動建模成型過程、系統(tǒng)的工作原理、工作流程和參數(shù)化零件成型技術.而且在實踐過程中，也驗證了基于Solid Edge的液壓油缸參數(shù)化設計系統(tǒng)可以根據(jù)客戶的需求快速生成相應型號的油缸.另外，設計者還可以編寫對零件進行分析優(yōu)化的后續(xù)程序，比如根據(jù)輸入的參數(shù)值進行優(yōu)化設計、有限元分析、應力分析等，為企業(yè)后續(xù)完善產(chǎn)品提供了途徑.

[1]陳周，何明雪.基于UG的油缸參數(shù)化設計[D].無錫：江南大學機械工程學院，2009：2-3.

[2]李正元.厚壁液壓缸缸體強度計算比較[J].液壓氣動與密封，1985（1）：54-57.

[3]葉斌，劉向農(nóng)，江斌.基于VB的Solid Edge變量化設計在換熱器設計中的應用[J].制冷技術，2011（9）：47-52.

[4]潘秀石，倪俊芳.基于Solid Edge軸參數(shù)化設計系統(tǒng)研究[J].蘇州大學學報，2012（6）：21-22.

A Research of Parametric Design System for Hydraulic Cylinder Based on Solid Edge

CHEN Feng1,3,ZHOU Zi-qiang1,2,DAIGuo-hong1,2
(1.School of Mechanical Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China;
2.Key Laboratory of Intelligent Equipment for ELV Recycling Technology,Changshu 215500,China;
3.School of Mechatronic Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008,China)

To improve the efficiency of design of hydraulic cylinder,this paper realizes the three dimensional parametric modeling and assembly of hydraulic cylinder through the use of Visual Basic for three dimensional design software Solid Edge(SE)for secondary development,and Excel export calculation of hydraulic cylinders specifications.

solid edge;parametric design;hydraulic cylinder

TP271.7

A

1008-2794（2014）04-0108-04

2014-01-15

江蘇省科技計劃支撐項目“報廢汽車材料回收工藝及裝備關鍵技術研究”（BE2013060）

戴國洪，教授，工學博士，碩士生導師，研究方向：數(shù)字化制造工藝、機械產(chǎn)品循環(huán)利用與裝備技術，E-mail∶dgh@cslg.cn.