液压缸的数字化设计

液压缸的数字化设计*王亮申!李刚!田忠民!赵万顺!周建勋"鲁东大学!山东烟台264025#摘要!为了解决液压缸设计系统存在的实用性不强功能不完善问题建立了液压缸设计数据模型分析了液压缸设计中的难点基于液压传动技术结合SoiidWorksAccess数据库和VB高级程序语言开发出自上而下的液压缸数字设计系统改变了传统设计方法关键词!液压缸数字化CAD/CAE机械设计中图分类号!TP319文献标识码!B文章编号!1001-3881"2006#12-200-2DigitalDesignsystemforhydrauliccylinderWANGLiangshenLIGangTIANZhongminZHAOWanshunZHOUjianxunLudongUniversityYantaiShangdong264025ChinaAbstractInordertosoivetheprobiemsofimpracticabiiityandimperfectforhydrauiiccyiinderCADsystemsadigitaimodeiwasbuiittodesignhydrauiiccyiinderthepossibieprobiemsinthedesignwasdiscussedandatop-downdigitaisystembasedonfiuiddrivetechnigue3-DCADsoftwareSoiidworksadvancedprogramianguageVBanddatabaseAccesswasdeveiopedwhichmaychangethetraditionaidesignmethod.KeywordsHydrauiiccyiinderDigitaiiizationCAD/CAEMechanicaidesign0引言设计是产品开发过程中极为重要的一环据估计设计本身所花的费用仅占产品总成本的5%左右但是产品的成本中却有75%左右是在设计过程中决定的由此可见设计是影响产品经济性和技术指标的关键液压缸是液压系统中重要的执行元件之一分为标准液压缸和非标准液压缸工程实际中用户往往会根据具体设备结构提出液压缸的类型行程进出口压力以及液压缸与设备的联接形式尺寸等要求由生产厂家进行液压缸的设计这就必然要在设计上花费大量的时间实际上现在生产的液压缸有很大一部分是非标准的要求厂家参照国家标准有关公式和设计者个人经验进行设计设计出的产品一般需要进行多次试验和修改才能最后定型因此根据液压技术发展的现状开发出一个完整实用具有参数优化的液压缸数字设计系统以便缩短产品设计的周期使产品性能更可靠形状更直观整体结构更优化虽然国内外的液压缸设计软件很多但是能够广泛应用于实际的不多1-3传统的液压缸设计多是采用二维设计如基于AutoCAD平台设计编程工作量大柔性差不利于实现数字装配干涉检查不利于实现工程分析不利于CAD/CAPP/CAM系统集成本文利用Soiid-Work2005提供的二维三维设计功能运动分析功能以及VB高级程序语言和Access数据库开发出了液压缸的数字设计系统1液压缸数字设计模型液压缸的基本结构可以分为缸筒组件活塞组件活塞杆组件密封组件缓冲组件和排气装置几个部分液压缸的设计是在对整个液压系统进行了工况分析编制了负载图选定了工作压力的基础上进行的因此首先要根据使用要求在参照国家标准的基础上确定液压缸结构类型按照负载情况运动要求最大行程以及工作要求等确定工作尺寸最后进行结构设计确定缸筒壁厚验算活塞杆强度和稳定性验算螺栓强度等液压缸数字系统结构如图1所示设计时首先进行液压缸的选型然后根据液压传动理论进行组成液压缸各零件的结构设计强度计算建立标准和非标准件数据库进行数字设计和虚拟装配运动模拟干涉检查判断设计是否达到预期设想或实际要求系统经过分析和检验自动或人机交互后生成液压缸产品信息库供用户使用图1液压缸数字系统结构*基金项目!山东省教育厅实验项目资助2液压缸数字设计现有液压缸的数字设计系统大都以AutoCAD为开发平台,二维设计为主0这种做法的缺点有很多,如各个二维视图间很难保持尺寸一致性,所生成的模型几何数据不能直接用于数控加工中心加工零件,也不能直接用于各种物质分析(如有限元计算>,造成CAD与CAM~CAE~CAT脱节0近年来工程上常用的计算机辅助设计软件有很多,如Pro/E~UG~SoiidWorks~MDT~CAXA等,他们本身具有较强的CAD/CAM功能,同时又可以根据需要进行二次开发(如利用VC/C++或VB等面向对象的高级编程语言>0其中SoiidWorks软件界面友好,提供了与其它系统接口,便于数据信息传递0本文的液压缸数字设计系统就是将SoiidWorks作为支撑平台,利用VB进行开发的0利用SoiidWorks软件,可以进行液压缸的参数化设计0传统的CAD系统不具备参数化功能,因此只能采用编程绘制的方法进行0这种做法工作量大~程序复杂,存在计算误差0而且对一台已经存在的成熟液压缸进行修改时,不论改动多小,都要一切从头开始,无法充分利用现有的设计资源0实际生产的液压缸的结构可能各不相同,这就要求数字设计系统具有良好的鲁棒性,能够允许用户根据具体情况修改系统原有的方案0本文的液压缸数字设计系统以Soiid-Works为设计平台,给用户提供了标准模板图形,既允许他们选用满足国标要求的液压缸,也可以通过对标准模板的修改设计出所需的液压缸,新液压缸的设计可以充分利用数据库内的数据0液压缸设计可以分为三种类型,按照国标进行设计~在现有产品基础上的改进设计和全新设计(后两类可归为非标准设计>0对于第一种情况,系统已经给定了缸径从40~200mm的数据模型,在此基础上,系统允许用户进行数据模型修改,得到满足用户要求的液压缸,即进行改进设计0至于全新设计仍然可以在现有数据模型的基础上进行0尽管液压缸的结构千差万别,但是其基本结构相差不多0因此以现有结构为基础,根据用户要求,系统提供了基本模块供设计人员选择并修改0图2为系统设计出来的车用液压缸三维爆炸视图,图3~4为液压缸的导向套草图和三维零件图0图2车用液压缸的爆炸视图图3车用液压缸导向套草图图4车用液压缸导向套三维视图在编制液压缸数字设计系统时,充分考虑了它的实用性,如系统的用户界面友好,容错性强0当用户不正确使用程序时,系统应及时给出提示,并引导用户继续操作或终止程序,系统绘制的图纸应符合我国国家标准,如零件图~装配图画法及尺寸标注~公差标注~标题栏~技术要求等都应该满足国家标准要求03结论液压缸数字设计系统可以更加直观~准确地设计出满足要求的液压缸,避免工程上手工设计可能存在的失误,解决二维CAD设计系统直观性不强问题0液压缸仿真运动可以检查零部件之间是否存在干涉现象0将设计出来的液压缸以部件方式引入到使用该液压缸的系统中,检查液压缸的行程~结构是否合理,满足整个系统要求0若存在问题可以及时进行修改,从而可以在设计阶段避免设计上的失误,降低设计和生产成本,缩短生产周期0参考文献H1H晏良俊,陈晓明.液压缸变结构CAD系统的研究UjU.机床与液压,1998(1>:32-33.H2H冯瑞成,芮执元,王宏伟,等.基于CATIA的数字化预装配技术在虚拟设计中的应用研究UjU.机床与液压,2005(2>:37-40.H3H王传礼,丁凡,李其朋,等.对称四通阀控非对称液压缸伺服系统动态特性研究UjU.中国机械工程,2004,15(6>:471-474.作者简介!王亮申,工学博士,教授0多年来一直从事机械CAD/CAM技术研究工作0电话E-maii:wiiangshen@0朱玉才,工学博士,教授0多年来一直从事机械设计及理论研究工作0收稿日期$保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保保衣衣衣衣2005-12-26订杂志免费刊登广告订阅全年<机床与液压>杂志可获赠介绍单位基本信息广告一次;若另加30元(即150元>可获赠60mm>80mm单色广告一次;另加600元可获赠全年12期60mm>80mm单色广告0液压缸的数字化设计作者:王亮申,李刚,田忠民,赵万顺,周建勋,WANGLiangshen,LIGang,TIANZhongmin,ZHAOWanshun,ZHOUJianxun作者单位:鲁东大学,山东烟台,264025刊名:机床与液压英文刊名:MACHINETOOL&HYDRAUL