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

張少鵬

摘 要：任何一款軟件對(duì)于不同的人使用都有它的不足之處，對(duì)于軟件的二次開(kāi)發(fā)就是為了彌補(bǔ)這些缺陷。SolidWorks二次開(kāi)發(fā)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單理解是對(duì)應(yīng)用軟件的優(yōu)化和開(kāi)發(fā)新功能，參數(shù)化的理念就是這個(gè)優(yōu)化的點(diǎn)。針對(duì)目前在設(shè)計(jì)液壓缸所面臨的許多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和模型修改繁瑣問(wèn)題，利用二次開(kāi)發(fā)可以將這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化，使得在設(shè)計(jì)不同回油壓力和修改尺寸的時(shí)候能夠更簡(jiǎn)單。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(gè)部分[1]。其中在設(shè)計(jì)缸筒時(shí)要對(duì)其強(qiáng)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(yùn)動(dòng)時(shí)克服負(fù)載進(jìn)行做功，而流量則是形成一定的運(yùn)動(dòng)速度，推動(dòng)活塞桿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。充入油壓時(shí)缸體需要承受負(fù)載的強(qiáng)度，這就需要根據(jù)負(fù)載情況、運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)、活塞桿運(yùn)動(dòng)范圍等確定其工作的尺寸結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖驗(yàn)算。

1.1 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

液壓缸在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)τ诨钊麠U所能承受的最大負(fù)載，要根據(jù)活塞桿所要返回的路程進(jìn)行分析計(jì)算，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)活塞桿的橫向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性是否正常、液壓缸在行程末端的制動(dòng)缸內(nèi)的排氣問(wèn)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(wú)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(jìn)油壓力和回油壓力，v為活塞的運(yùn)動(dòng)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(gè)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(qiáng)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(duì)螺栓的直徑分析，因?yàn)樾：耸切：俗钗ｋU(xiǎn)的情況下是否滿(mǎn)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(cè)出在這個(gè)強(qiáng)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(shí)候?qū)τ跀?shù)據(jù)的處理是要分兩種情況進(jìn)行校核驗(yàn)證的，當(dāng)缸筒內(nèi)徑和壁厚比大于等于10的時(shí)候?yàn)楸”冢诤竦男：斯綖椋害?=PyD/2[?]（D為缸筒的內(nèi)徑；Py為缸筒的實(shí)驗(yàn)壓力；?缸筒材料的許用應(yīng)力），當(dāng)缸的額定壓力Pn<=16MPa時(shí)，Py=1.5pn，當(dāng)Pn>=16MPa時(shí)，Py=1.25pn。當(dāng)缸筒內(nèi)徑和壁厚比大于等于10的時(shí)候?yàn)楹癖冢害?=D/2{√（[?]+0.4Py）/（[?]-1.3Py）-1}。

1.2.2 穩(wěn)定性的校核

活塞是做軸向運(yùn)動(dòng)的，在軸向壓縮液體的時(shí)候受到力的作用，使用時(shí)這個(gè)力不能超過(guò)活塞保持穩(wěn)定性工作所允許的負(fù)載，否則就會(huì)使活塞桿桿反生縱向曲折，使得液壓系統(tǒng)遭到破壞，無(wú)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(zhǎng)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(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比l/rk>Ψ1√Ψ2時(shí)，

Fk=（Ψ2π2EJ）/l2 （4）

當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比l/rk<=Ψ1√Ψ2時(shí)，且Ψ1√Ψ2=20～120時(shí)，

Fk=fA/（1+αl2/Ψ2r2k） （5）

式中l(wèi)為安裝長(zhǎng)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(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值；α為常數(shù)。

2 SolidWorks二次開(kāi)發(fā)的基本知識(shí)

VB開(kāi)發(fā)SolidWorks的參數(shù)化程序編程是利用VB對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。首先要用VB對(duì)已經(jīng)安裝的SolidWorks庫(kù)進(jìn)行加載，然后通過(guò)VB建立文檔，這個(gè)文檔是用來(lái)編輯要用的數(shù)據(jù)，編寫(xiě)程序直接輸出，可以方便許多。在編寫(xiě)程序時(shí)要自己去查找代碼，清楚了代碼以后，利用VB來(lái)編輯一個(gè)界面，這個(gè)界面含有自己想要得到模型的數(shù)值。

首先要?jiǎng)?chuàng)造SolidWorks的研究應(yīng)用對(duì)象，然后以SolidWorks為研究對(duì)象，通過(guò)宏調(diào)用其他對(duì)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(duì)象，包括“零件對(duì)象”“裝配環(huán)境”“工程圖環(huán)境”以及“非工作環(huán)境”幾個(gè)狀態(tài)。一旦上述兩個(gè)對(duì)象被調(diào)用之后才可以調(diào)用對(duì)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(duì)應(yīng)用的權(quán)限，然后才能和應(yīng)用進(jìn)行對(duì)接，數(shù)據(jù)庫(kù)才能就行植入。

3 液壓缸的參數(shù)化設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)是用參數(shù)化背后的邏輯或思維方式來(lái)構(gòu)思和設(shè)計(jì)心得、思維方式的方法論。參數(shù)化設(shè)計(jì)并不等于對(duì)模型的曲面設(shè)計(jì)，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(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，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(jì)主要核心在于數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)。

設(shè)計(jì)參數(shù)在數(shù)據(jù)的嵌入體現(xiàn)了產(chǎn)品的性能是否滿(mǎn)足材料的力學(xué)性能對(duì)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(jìn)行配合。因?yàn)橐簤焊椎慕M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(dāng)于這兩個(gè)組件之間的一個(gè)密封約束，在設(shè)計(jì)組件的時(shí)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(zhǎng)度與活塞的寬度、缸的行程、缸蓋和缸體的長(zhǎng)度存在著物理關(guān)系。活塞的有效面積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(jì)的尺寸也會(huì)隨著主參數(shù)的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，也可以說(shuō)隨著主參數(shù)的確定而確定。在利用SolidWorks軟件進(jìn)行液壓缸的三維建模時(shí)，需要先自己建立草圖進(jìn)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(guò)接口編寫(xiě)，滿(mǎn)足用戶(hù)自己的需求），通過(guò)給這些參數(shù)進(jìn)行賦值，然后通過(guò)其中的函數(shù)關(guān)系確定，再通過(guò)VB中的語(yǔ)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(yǔ)

二次開(kāi)發(fā)是個(gè)很廣泛的概念，不僅僅是在SolidWorks軟件的二次開(kāi)發(fā)，參數(shù)化的設(shè)計(jì)使得相關(guān)人員從一些繁瑣的計(jì)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(hù)接受大眾化價(jià)格，讓市場(chǎng)得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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