陳鋒，周自強(qiáng)，戴國洪

（1.常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500；

2.蘇州市汽車綠色拆解智能裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常熟 215500；3.中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

基于Solid Edge的液壓油缸參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究

陳鋒1，3，周自強(qiáng)1，2，戴國洪1，2

（1.常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500；

2.蘇州市汽車綠色拆解智能裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常熟 215500；3.中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

為提高液壓油缸設(shè)計(jì)效率，運(yùn)用Visual Basic對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件Solid Edge（SE）進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了液壓油缸三維參數(shù)化建模、裝配，并通過Excel導(dǎo)出液壓油缸的計(jì)算說明書.

Solid Edge；參數(shù)化設(shè)計(jì)；液壓缸

近年來市場(chǎng)對(duì)液壓油缸需求趨于多樣化，而傳統(tǒng)液壓油缸設(shè)計(jì)方法中的人工計(jì)算和人工制圖工作量較大、耗時(shí)較多，已不能適應(yīng)市場(chǎng)的快速發(fā)展.為了縮短研發(fā)周期、降低工作強(qiáng)度，同時(shí)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、節(jié)約成本，設(shè)計(jì)人員需要一種參數(shù)化[1]設(shè)計(jì)系統(tǒng).設(shè)計(jì)者只需輸入油缸的關(guān)鍵參數(shù)，例如：工作壓強(qiáng)，缸筒材料、輸出推力、油缸行程等，三維設(shè)計(jì)軟件就可以生成相應(yīng)的三維實(shí)體產(chǎn)品，而不需要以往的手工計(jì)算、二維繪圖等環(huán)節(jié).這樣既提高了設(shè)計(jì)效率，減輕了設(shè)計(jì)人員的負(fù)擔(dān)，而且還可以編寫后續(xù)程序?qū)α慵M(jìn)行分析優(yōu)化，比如根據(jù)輸入的參數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、應(yīng)力分析等.下面以液壓油缸為研究對(duì)象，介紹SE液壓油缸參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作原理、工作步驟和油缸參數(shù)化生成技術(shù).

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于Solid Edge的液壓油缸參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)完全使用程序語言描述零件實(shí)體特征并對(duì)零件進(jìn)行建模.這種方法編程簡(jiǎn)單，但是可以滿足復(fù)雜輪廓零件的建模要求.首先設(shè)計(jì)者通過程序界面輸入液壓油缸的設(shè)計(jì)要求，程序計(jì)算出液壓油缸各零件建模需要的重要參數(shù)，例如：缸筒內(nèi)徑、活塞桿桿徑、壁厚、速度比等.然后將計(jì)算出的重要參數(shù)導(dǎo)入到Solid Edge草圖環(huán)境中，結(jié)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(chǔ)上通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣等方式生成零件的三維實(shí)體造型.最后將生成的零件依次導(dǎo)入到裝配環(huán)境中進(jìn)行裝配、保存并生成液壓油缸的計(jì)算說明書.其程序流程圖見圖1.

2 液壓缸參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 油缸的參數(shù)計(jì)算

油缸零件的參數(shù)主要有：缸筒內(nèi)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(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)油缸進(jìn)行三維實(shí)體建模.設(shè)計(jì)人員只要將油缸設(shè)計(jì)要求輸入系統(tǒng)，如：工作壓強(qiáng)、輸出推力、行程，系統(tǒng)就會(huì)計(jì)算出油缸的主要參數(shù)，并通過這些計(jì)算結(jié)果進(jìn)行油缸零件的建模工作.下面以油缸內(nèi)徑D和油缸壁厚δ的計(jì)算方法為例，介紹油缸參數(shù)的計(jì)算過程.

首先計(jì)算油缸內(nèi)徑D，油缸輸出推力F和工作壓強(qiáng)P已知，由公式

求出油缸缸筒內(nèi)徑D，式中φ液壓缸的負(fù)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(jì)算油缸缸筒壁厚δ.油缸缸筒壁厚的計(jì)算分薄、厚壁兩種情況：

（1）當(dāng)δ/D≤0.08時(shí)，屬于薄壁缸筒，用實(shí)用公式計(jì)算

式中：Pmax——缸筒度驗(yàn)壓力，當(dāng)額定壓力P＞16 MPa時(shí)，Pmax=1.25 P；當(dāng)額定壓力P＜16 MPa時(shí)，Pmax= 1.5 P.

[σ]—許用應(yīng)力，[σ]=σb. n

（2）當(dāng)δ/D＞0.08時(shí)，屬于厚壁缸筒，根據(jù)液壓油缸負(fù)載情況和材料強(qiáng)度要求，利用第四強(qiáng)度理論[2]計(jì)算

2.2 創(chuàng)建油缸各零件二維圖

首先運(yùn)行VB6.0，新建一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)EXE”工程項(xiàng)，引用Solid Edge類庫，添加相應(yīng)的控件.VB提供了兩個(gè)函數(shù)調(diào)用Solid Edge[3]軟件：Create Object和Get Object.Create Object方法用以新建應(yīng)用對(duì)象的實(shí)例，Get Object方法則既可以新建一個(gè)對(duì)象實(shí)例，又可以連接到一個(gè)已存在的實(shí)例.通過objapp.Documents.Add（“solidedge.partdocument”命令可以打開Solid Edge零件應(yīng)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(dòng)時(shí)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(qiáng)、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(jìn)行油缸內(nèi)徑、活塞桿徑、活塞寬度、油缸壁厚等參數(shù)的計(jì)算；②將計(jì)算出的重要參數(shù)導(dǎo)入SE草圖環(huán)境，繪制草圖輪廓；③對(duì)零件的草圖輪廓進(jìn)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(shè)置為參考平面，其中RefPlanes（n）當(dāng)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(duì)象集合繪制草圖，將末端點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)化，第一條線段的末端點(diǎn)又是第二條線段的起點(diǎn)，依次類推.通過AddKeypoint方法向Relations2d集合中加入一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)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(shè)計(jì)框圖.

2.3 對(duì)零件的二維草圖進(jìn)行特征編輯

完成零件的草圖輪廓，接著需要對(duì)零件進(jìn)行特征編輯，使二維草圖變?yōu)槿S實(shí)體零件.特征成型方法有：AddFiniteRevolvedProtrusion旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)成型方法生成零件三維實(shí)體.①繪制一條直線，通過參考軸命令RPRAxis將此直線設(shè)置為參考軸；②利用objdoc. Models.AddFiniteRevolvedProtrusion命令使草圖繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)生成實(shí)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(shè)計(jì)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(shí)體造型后對(duì)這些零件進(jìn)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(diào)入活塞桿，采用同樣方法調(diào)入活塞.運(yùn)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(gè)零件之間的裝配工作.然后依次調(diào)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(jì)算說明書

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

3 結(jié)束語

本文介紹了使用液壓油缸參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)液壓油缸的自動(dòng)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(shù).而且在實(shí)踐過程中，也驗(yàn)證了基于Solid Edge的液壓油缸參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以根據(jù)客戶的需求快速生成相應(yīng)型號(hào)的油缸.另外，設(shè)計(jì)者還可以編寫對(duì)零件進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、應(yīng)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(shè)計(jì)[D].無錫：江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2009：2-3.

[2]李正元.厚壁液壓缸缸體強(qiáng)度計(jì)算比較[J].液壓氣動(dòng)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(shè)計(jì)在換熱器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].制冷技術(shù)，2011（9）：47-52.

[4]潘秀石，倪俊芳.基于Solid Edge軸參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)，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(jì)劃支撐項(xiàng)目“報(bào)廢汽車材料回收工藝及裝備關(guān)鍵技術(shù)研究”（BE2013060）

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