基于SolidWorks二次開發(fā)液壓缸的參數(shù)化設(shè)計

張少鵬

摘 要：任何一款軟件對于不同的人使用都有它的不足之處，對于軟件的二次開發(fā)就是為了彌補這些缺陷。SolidWorks二次開發(fā)的參數(shù)化設(shè)計，簡單理解是對應(yīng)用軟件的優(yōu)化和開發(fā)新功能，參數(shù)化的理念就是這個優(yōu)化的點。針對目前在設(shè)計液壓缸所面臨的許多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和模型修改繁瑣問題，利用二次開發(fā)可以將這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)進行參數(shù)化，使得在設(shè)計不同回油壓力和修改尺寸的時候能夠更簡單。

關(guān)鍵詞：液壓缸結(jié)構(gòu)確定 參數(shù)化設(shè)計 SolidWorks二次開發(fā)

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（b）-0069-02

1 液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

液壓缸的組成基本上可以分為：缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置5個部分[1]。其中在設(shè)計缸筒時要對其強度做出一定預(yù)算，輸入液壓缸的油需要有一定的壓力和流量，輸入的油壓可以在運動時克服負載進行做功，而流量則是形成一定的運動速度，推動活塞桿進行運動。充入油壓時缸體需要承受負載的強度，這就需要根據(jù)負載情況、運動結(jié)構(gòu)、活塞桿運動范圍等確定其工作的尺寸結(jié)構(gòu)，并進行強度、穩(wěn)定性和緩沖驗算。

1.1 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

液壓缸在設(shè)計的時候?qū)τ诨钊麠U所能承受的最大負載，要根據(jù)活塞桿所要返回的路程進行分析計算，并且對運動時活塞桿的橫向運動穩(wěn)定性是否正常、液壓缸在行程末端的制動缸內(nèi)的排氣問題都需要具有相應(yīng)的措施。一般情況下液壓缸的定位都是某一端。

液壓缸的參數(shù)確定（單活塞缸）中，無桿活塞的有效面積A1=πD2/4，有桿活塞的有效面積A2=π（D2-d2）/4，P1、P2分別為進油壓力和回油壓力，v為活塞的運動速度，A為活塞的有效面積，D為缸筒內(nèi)徑，d為活塞桿直徑，η工作效率，δ材料的許用應(yīng)力。

液壓缸的總作用力：

P=（P1×A1-P2×A2）×η=（π/4）×[D2×P1-（D2-d2）×P2]×η （1）

Φ=D2/（D2-d2） （2）

F=Pπd2/4 （3）

根據(jù)上面3個方程，可以得到下面的等式：

缸筒內(nèi)徑：D=√4Fmax/πPη

活塞桿直徑：d=D×√（Φ-1）/Φ

缸筒壁厚：壁厚=Pmax×D/（2×δ）

缸筒底部厚度：h>=0.433×D√（P1/δ）

1.2 缸體的強度校核

液壓缸的組成部分中有部分組件在工作室需要承受很大的壓力作用，比如缸筒的內(nèi)徑和厚度、活塞桿的直徑參數(shù)以及對螺栓的直徑分析，因為校核是校核最危險的情況下是否滿足材料的性質(zhì)，這就涉及到材料力學(xué)的性能，而在低壓的情況不需要校核，能夠大致推測出在這個強度下材料可以正常使用。

1.2.1 缸筒壁厚

缸筒壁厚在校核的時候?qū)τ跀?shù)據(jù)的處理是要分兩種情況進行校核驗證的，當缸筒內(nèi)徑和壁厚比大于等于10的時候為薄壁，壁厚的校核公式為：δ>=PyD/2[?]（D為缸筒的內(nèi)徑；Py為缸筒的實驗壓力；?缸筒材料的許用應(yīng)力），當缸的額定壓力Pn<=16MPa時，Py=1.5pn，當Pn>=16MPa時，Py=1.25pn。當缸筒內(nèi)徑和壁厚比大于等于10的時候為厚壁：δ>=D/2{√（[?]+0.4Py）/（[?]-1.3Py）-1}。

1.2.2 穩(wěn)定性的校核

活塞是做軸向運動的，在軸向壓縮液體的時候受到力的作用，使用時這個力不能超過活塞保持穩(wěn)定性工作所允許的負載，否則就會使活塞桿桿反生縱向曲折，使得液壓系統(tǒng)遭到破壞，無法正常工作。保持穩(wěn)定性不僅僅和材料的性能有關(guān)，還與活塞桿的界面形狀、直徑長度以及安裝方式等都有著關(guān)系。

活塞桿穩(wěn)定性校核公式為：F<=Fk/nk，式中nk是安全系數(shù)，nk一般取2～4。

當活塞桿的細長比l/rk>Ψ1√Ψ2時，

Fk=（Ψ2π2EJ）/l2 （4）

當活塞桿的細長比l/rk<=Ψ1√Ψ2時，且Ψ1√Ψ2=20～120時，

Fk=fA/（1+αl2/Ψ2r2k） （5）

式中l(wèi)為安裝長度，l的值是與活塞桿的安裝方式有關(guān)；rk為活塞桿的最小回轉(zhuǎn)半徑；Ψ1為柔性系數(shù)；Ψ2為液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)；E為活塞桿材料的彈性模量；J為活塞桿橫截面慣性矩；A為活塞桿橫截面面積；f為由材料強度決定的實驗值；α為常數(shù)。

2 SolidWorks二次開發(fā)的基本知識

VB開發(fā)SolidWorks的參數(shù)化程序編程是利用VB對SolidWorks進行二次開發(fā)。首先要用VB對已經(jīng)安裝的SolidWorks庫進行加載，然后通過VB建立文檔，這個文檔是用來編輯要用的數(shù)據(jù)，編寫程序直接輸出，可以方便許多。在編寫程序時要自己去查找代碼，清楚了代碼以后，利用VB來編輯一個界面，這個界面含有自己想要得到模型的數(shù)值。

首先要創(chuàng)造SolidWorks的研究應(yīng)用對象，然后以SolidWorks為研究對象，通過宏調(diào)用其他對象的入口，要想調(diào)用SolidWorks API的其他功能，就必須先先調(diào)用它。然后就是它的文檔對象，包括“零件對象”“裝配環(huán)境”“工程圖環(huán)境”以及“非工作環(huán)境”幾個狀態(tài)。一旦上述兩個對象被調(diào)用之后才可以調(diào)用對象的屬性、應(yīng)用腳本以及相關(guān)函數(shù)。可以理解為先取得對應(yīng)用的權(quán)限，然后才能和應(yīng)用進行對接，數(shù)據(jù)庫才能就行植入。

3 液壓缸的參數(shù)化設(shè)計

參數(shù)化設(shè)計是用參數(shù)化背后的邏輯或思維方式來構(gòu)思和設(shè)計心得、思維方式的方法論。參數(shù)化設(shè)計并不等于對模型的曲面設(shè)計，它們只是一組組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間具有一定的關(guān)系，當數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，模型的尺寸結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，但是數(shù)據(jù)之間的固有關(guān)系還是不變的，所以參數(shù)化設(shè)計主要核心在于數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)。

設(shè)計參數(shù)在數(shù)據(jù)的嵌入體現(xiàn)了產(chǎn)品的性能是否滿足材料的力學(xué)性能對該數(shù)據(jù)的要求，而且能夠控制組建之間的結(jié)構(gòu)，直接進行配合。因為液壓缸的組件之間有著明確的函數(shù)關(guān)系以及約束關(guān)系，例如缸筒的內(nèi)部直徑大小是和活塞的外部直徑相等，相當于這兩個組件之間的一個密封約束，在設(shè)計組件的時候，活塞桿的直徑和缸筒的內(nèi)徑之間有函數(shù)關(guān)系d=D×√（Φ-1）/Φ，缸筒的長度與活塞的寬度、缸的行程、缸蓋和缸體的長度存在著物理關(guān)系?；钊挠行娣e與活塞桿的直徑和桿的連接方式、密封結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)存在著函數(shù)關(guān)系，這些函數(shù)關(guān)系的確定，使得設(shè)計的尺寸也會隨著主參數(shù)的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，也可以說隨著主參數(shù)的確定而確定。在利用SolidWorks軟件進行液壓缸的三維建模時，需要先自己建立草圖進行拉伸等操作。在SolidWorks宏錄制中提取自己想要的編碼（這些編碼也可以自己通過接口編寫，滿足用戶自己的需求），通過給這些參數(shù)進行賦值，然后通過其中的函數(shù)關(guān)系確定，再通過VB中的語句反饋發(fā)到三維模型上，得到的模型就是自己想要的結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

二次開發(fā)是個很廣泛的概念，不僅僅是在SolidWorks軟件的二次開發(fā)，參數(shù)化的設(shè)計使得相關(guān)人員從一些繁瑣的計算中走出，并且能夠快速建模，提高了生產(chǎn)效率，減少了人力資源，也就可以讓更多的用戶接受大眾化價格，讓市場得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

[1] 張利平.液壓傳動設(shè)計指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：112-113.