基于Solid Edge的液压油缸参数化设计系统的研究

陈锋;周自强;戴国洪

【摘 要】为提高液压油缸设计效率，运用Visual Basic对三维设计软件Solid Edge（SE）进行二次开发，实现了液压油缸三维参数化建模、装配，并通过Excel导出液压油缸的计算说明书。%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 Excellexport calculation of hydraulic cylinders specifications.

【期刊名称】《常熟理工学院学报》 【年(卷),期】2014(000)004 【总页数】4页(P108-111)

【关键词】Solid Edge;参数化设计;液压缸 【作 者】陈锋;周自强;戴国洪

【作者单位】常熟理工学院 机械工程学院，江苏 常熟 215500; 中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州 221116;常熟理工学院 机械工程学院，江苏 常熟 215500; 苏州市汽车绿色拆解智能装备技术重点实验室，江苏 常熟 215500;常熟理工学院 机械工程学院，江苏 常熟 215500; 苏州市汽车绿色拆解智能装备技术重点实验室，江苏 常熟 215500

【正文语种】中 文 【中图分类】TP271.7

近年来市场对液压油缸需求趋于多样化，而传统液压油缸设计方法中的人工计算和人工制图工作量较大、耗时较多，已不能适应市场的快速发展.为了缩短研发周期、降低工作强度，同时提高设计质量、节约成本，设计人员需要一种参数化[1]设计系统.设计者只需输入油缸的关键参数，例如：工作压强，缸筒材料、输出推力、油缸行程等，三维设计软件就可以生成相应的三维实体产品，而不需要以往的手工计算、二维绘图等环节.这样既提高了设计效率，减轻了设计人员的负担，而且还可以编写后续程序对零件进行分析优化，比如根据输入的参数值进行优化设计、有限元分析、应力分析等.下面以液压油缸为研究对象，介绍SE液压油缸参数化设计系统的工作原理、工作步骤和油缸参数化生成技术.

基于Solid Edge的液压油缸参数化设计系统完全使用程序语言描述零件实体特征并对零件进行建模.这种方法编程简单，但是可以满足复杂轮廓零件的建模要求.首先设计者通过程序界面输入液压油缸的设计要求，程序计算出液压油缸各零件建模需要的重要参数，例如：缸筒内径、活塞杆杆径、壁厚、速度比等.然后将计算出的重要参数导入到Solid Edge草图环境中，结合程序语言生成零件二维草图，并施加必要的约束，在此基础上通过拉伸、旋转、放样等方式生成零件的三维实体造型.最后将生成的零件依次导入到装配环境中进行装配、保存并生成液压油缸的计算说明书.其程序流程图见图1. 2.1 油缸的参数计算

油缸零件的参数主要有：缸筒内径、活塞杆杆径、壁厚、行程、速度比等，由这些参数就可以通过油缸选

型设计系统对油缸进行三维实体建模.设计人员只要将油缸设计要求输入系统，如：

工作压强、输出推力、行程，系统就会计算出油缸的主要参数，并通过这些计算结果进行油缸零件的建模工作.下面以油缸内径D和油缸壁厚δ的计算方法为例，介绍油缸参数的计算过程.

首先计算油缸内径D，油缸输出推力F和工作压强P已知，由公式 求出油缸缸筒内径D，式中φ液压缸的负载率，一般取φ=0.5～0.7； η为液压缸的总效率，一般取η=0.7～0.9；

下面计算油缸缸筒壁厚δ.油缸缸筒壁厚的计算分薄、厚壁两种情况： （1）当δ/D≤0.08时，属于薄壁缸筒，用实用公式计算

式中：Pmax——缸筒度验压力，当额定压力P＞16 MPa时，Pmax=1.25 P；当额定压力P＜16 MPa时，Pmax= 1.5 P. [σ]—许用应力，[σ]=σb. n

（2）当δ/D＞0.08时，属于厚壁缸筒，根据液压油缸负载情况和材料强度要求，利用第四强度理论[2]计算 2.2 创建油缸各零件二维图

首先运行VB6.0，新建一个“标准EXE”工程项，引用Solid Edge类库，添加相应的控件.VB提供了两个函数调用Solid Edge[3]软件：Create Object和Get Object.Create Object方法用以新建应用对象的实例，Get Object方法则既可以新建一个对象实例，又可以连接到一个已存在的实例.通过

objapp.Documents.Add（“solidedge.partdocument”命令可以打开Solid Edge零件应用环境；如果把objapp.Documents．Add

（solidedge．partment）命令改成：objapp.Documents．open（文件名）就可以在启动时打开已有文件.

然后创建油缸零件的参数化二维草图，基本做法：①将油缸的输出力、行程、工作压强、无缝钢管材料输入二次开发程序界面，通过二次开发程序进行油缸内径、活

塞杆径、活塞宽度、油缸壁厚等参数的计算；②将计算出的重要参数导入SE草图环境，绘制草图轮廓；③对零件的草图轮廓进行必要的约束，完成二维草图的绘制工作.具体二维草图的绘制：通过objdoc.ProfileSets.Add（pRefplaneDisp：=objdoc.RefPlanes（1））代码将XOY面设置为参考平面，其中RefPlanes（n）当n=1，表示是XOY平面，n=2为YOZ平面，n=3为XOZ面[4].在参考平面上通过AddBy2Points（lines2d）对象集合绘制草图，将末端点的坐标参数化，第一条线段的末端点又是第二条线段的起点，依次类推.通过AddKeypoint方法向Relations2d集合中加入一个关键点关系，这样就可以检查和确定草图的封闭性，通过上述方法就可以将零件的二维草图轮廓确定下来.图2为系统的设计框图. 2.3 对零件的二维草图进行特征编辑

完成零件的草图轮廓，接着需要对零件进行特征编辑，使二维草图变为三维实体零件.特征成型方法有：AddFiniteRevolvedProtrusion旋转成型、

AddFiniteExtrudedProtrusion拉伸成型、ExtrudedCutouts拉伸切除等.草图已在XOY面绘制完毕，通过旋转成型方法生成零件三维实体.①绘制一条直线，通过参考轴命令RPRAxis将此直线设置为参考轴；②利用objdoc.

Models.AddFiniteRevolvedProtrusion命令使草图绕旋转轴旋转生成实体，完成零件的成型.以此方法可以生成油缸的缸体、活塞、密封装置、缓冲装置、防尘圈等部件.液压油缸参数化设计系统界面如图3所示. 2.4 液压油缸的装配

完成油缸的各部分零件的三维实体造型后对这些零件进行装配.VB连接到Solid Edge装配模块的语句：CreateObject（“SolidEdge.Application”），objApp.Documents.Add（“SolidEdge.AssemblyDocument”）.通过objoccurrences.AddByFilename调入活塞杆，采用同样方法调入活塞.运用Set objAxial=objDoc.Ralations3d.AddAxial（Axis1：=，Axis2：=，

NormalsAligned：=true）使活塞杆和活塞同轴配合，其中Axis1，Axis2为活塞杆和活塞的轴线，NormalsAligned：=true为法线重合.再使用Set objPlanar= objDoc.Relations3d.AddPlannar代码使活塞杆和活塞完成面面配合，从而完成两个零件之间的装配工作.然后依次调入其他零件，通过上述的装配方法完成油缸的装配.

2.5 生成计算说明书

完成油缸的参数化造型和装配后，设计人员一般需要手动完成液压油缸的产品计算说明书，由于不同液压油缸的设计计算所用到的数据都不同，每次都要重新计算和填写数据是十分繁琐和耗时的.油缸参数化设计系统的“生成说明书”功能就可以将设计中VB计算出的重要参数调入到Excel文件中去，生成油缸的计算说明书（见图5），而且自动以当前时间为文件名保存，方便今后的查找使用.这样就可以减轻设计人员的负担，提高产品的设计效率.

本文介绍了使用液压油缸参数化设计系统实现液压油缸的自动建模成型过程、系统的工作原理、工作流程和参数化零件成型技术.而且在实践过程中，也验证了基于Solid Edge的液压油缸参数化设计系统可以根据客户的需求快速生成相应型号的油缸.另外，设计者还可以编写对零件进行分析优化的后续程序，比如根据输入的参数值进行优化设计、有限元分析、应力分析等，为企业后续完善产品提供了途径. [1]陈周，何明雪.基于UG的油缸参数化设计[D].无锡：江南大学机械工程学院，2009：2-3.

[2]李正元.厚壁液压缸缸体强度计算比较[J].液压气动与密封，1985（1）：54-57. [3]叶斌，刘向农，江斌.基于VB的Solid Edge变量化设计在换热器设计中的应用[J].制冷技术，2011（9）：47-52.

[4]潘秀石，倪俊芳.基于Solid Edge轴参数化设计系统研究[J].苏州大学学报，2012（6）：21-22.