YGQ-B系列液压油缸三维数字样机的构建与应用

YGQ-B系列液压油缸三维数字样机的构建与应用

摘要随着科技的进步与发展，人们对于工作效率的要求越来越高，从设计到生产，其中能减少工作时间及成本的地方太多，而本课题主要从设计着手，通过对设计阶段的优化，来达到提高效率的目的。本课题的主要研究对象为在机械行业中十分常见，应用十分广泛的液压油缸。为了提高液压油缸在设计过程中的效率，节约成本，节约时间，以及更加直观的反映出各零部件之间的关系，利用UG的三维制图和装配能力，Excel的图表功能，选取了YGQ-B系列的液压油缸，对其进行三维建模装配，以及零部件之间的参数化设计和相关联的有限元分析。首先进行了初步的分析与三维数字样机的构建，接着将其参数进行相关联，最后进行有限元分析与改进，使其更符合实际生产。结果表明，此课题的研究确实能够降低油缸设计时改进参数带来的工作量，节约了时间，同时也提高了设计效率，使油缸的参数设计能够灵活多变，达到不同的设计要求。

关键词：UG软件；三维建模与应用；液压油缸；YGQ-B系列；

第一章绪论 1

1.1 课题研究的主要意义 1

1.2 课题研究的主要内容 1

1.3 课题研究的主要成果 2

第二章 YGQ-B系列液压缸的工艺分析及工程图 3

2.1 YGQ-B系列液压缸的结构分析 3

2.2 YGQ-B系列液压缸的概念草图 3

第三章基于UG软件的液压缸构建 7

3.1 缸筒的三维数字模型构建 7

3.2 前端盖的三维数字模型构建 8

3.3 后端盖的三维数字模型构建 11

3.4 活塞的三维数字模型构建 11

3.5 活塞杆的三维数字模型构建 12

3.6 导向套的三维数字模型构建 14

第四章基于UG软件的液压缸装配 15

4.1 YGQ-B系列液压油缸的装配过程 15

4.2 基于UG的液压缸装配的应用 16

第五章装配图与零件图的生成 19

5.1 缸筒二维零件图的生成 19

5.2 前端盖二维零件图的生成 20

5.3 后端盖二维零件图的生成 20

5.4 导向套二维零件图的生成 21

5.5 活塞二维零件图的生成 22

5.6 活塞杆二维零件图的生成 22

5.7 固定装置二维零件图的生成 23

5.8 YGQ-B系列油缸装配图的生成 24

第六章基于UG软件的应用与设计修改 25

6.1 液压缸各零部件间的参数关联 25

6.2 基于UG的有限元分析 26

结论 29

致谢 30

参考文献： 31

第一章绪论

1.1 课题研究的主要意义

随着科技技术的日益进步，不仅仅是制造业，大部分的企业都希望能够赢得更多的市场和利润，而想要将利润扩大，必须追求更高的工作效率，降低生产时间，降低人力物力成本，提供更好的质量与服务。三维数字样机技术的出现正好满足了各大企业的要求，可以说三维数字样机技术的出现是必然的。随着社会的发展，人们认识到人权的重要性，开始注重自身利益与生活，导致了劳动力成本也越来越贵，这是社会进步的表现，但随之也带来了新的问题，该如何降低成本正式各个企业所考虑的。成本不仅仅指的是劳动力成本，从设计到生产，每一步都是要计算成本的。在生产方面，自动化产线已经解决了人力生产所带来的种种不便，而在设计方面，三维数字样机技术的出现，使产品从设计到生产，全面实现了数字化。现如今的三维数字样机技术还不够成熟，但三维数字样机技术拥有广阔的前景，发展的速度是大家有目共睹的，尤其是在制造业行业。在制造业行业，液压缸技术也是一项十分重要的技术，液压缸应用于各行各业，根据工作环境，结构要求，液压缸也衍生出了很多的种类，而随着科技的进步，液压缸的种类只会越来越多。液压技术领域是制造业一个重要而基础的领域，95%的自动化生产线，95%的机械工程，90%的加工中心都采用了液压传动技术，面对如此巨大的市场，要想设计出优秀的液压缸，就需要更加注重于高新技术的发展与应用，而三维数字样机技术正是这样一项能够满足液压缸设计需求，拥有巨大潜力和广阔前景的技术。现如今的三维数字样机技术还不成熟，有很长的路需要走，将这两项拥有巨大潜力的技术结合在一起需要不断的探索，但相信在不久的将来，三维数字样机技术必定能改变整个机械行业的发展方向。

1.2 课题研究的主要内容

在现实中液压油缸有很多种类，本课题主要对YGQ-B系列的液压油缸进行三维数字样机的构建与应用，YGQ系列是一款最新型、最轻型的液压缸，是一种双作用液压缸，两端都装有缓冲装置，并且有四个单向阀，因此动作灵敏轻巧，安装方便，主要适用于额定压力Pn≤6.3MPa，周围介质温度-10℃~+80℃的各种机械设备和中小型加工机床。而名称中的B代表的是安装方式为中部摆轴固定式。由于液压油缸用到的地方很多，不同大小的机械设备所用的液压油缸也不同，为了满足客户需求的同时，也为了节约时间和成本，本课题的内容是通过西门子的UG软件平台将YGQ-B系列液压油缸的各个部件先进行三维建模和组装，然后对各个部件之间的尺寸进行相关联，用Excel表来驱动整个液压油缸的三维数字样机，来达到更改某个初始设计参数能够自动生成与此参数相对应的液压油缸的全套零部件三维模型、二维图纸。主要对液压油缸各个初始设计参数之间的关系进行研究。

1.3 课题研究的主要成果

1.与课题内容相关的开题报告一份。

2.与课题内容相关的外文翻译一篇。

3.运用西门子的UG软件完成YGQ-B系列液压油缸相关联的零件三维模型。

4.通过UG软件实现了所有零部件间参数的相关联，并通过UG软件生成了相应的二维零件图。这些零部件及总装配的三维模型和图纸之间已经进行了关联，更改一项参数，所有的零部件模型，还包括所有的图纸尺寸参数都会相应改变。

5.运用UG软件完成YGQ-B系列液压油缸全套零部件的二维工程图，其中包括前端盖，后端盖2部分，缸筒，活塞，活塞杆，导向套，固定装置2部分的二维工程图各一张。

6.运用UG和Excel软件对YGQ-B系列液压油缸进行参数化设计及相关联的有限元分析。

7.完成一份不少于10000字的毕业设计说明书。

第二章 YGQ-B系列液压缸的工艺分析及工程图

2.1 YGQ-B系列液压缸的结构分析

液压缸主要由前端盖，后端盖，活塞，活塞杆，缸筒，导向套，密封圈，防尘圈以及缓冲装置。其中，前端盖，后端盖，活塞，活塞杆和缸筒构成了液压缸的主体，一般采用35或45号钢材料。缸筒十分重要，材料硬度，工艺要求都需要达到标准，能够承受内部压力。活塞杆通常是由高强度的钢经过线切割制作而成，并经过淬火，渗碳，刮平，打磨，镀硬铬来增加耐磨损度，同时用适当的扭矩预应力进行处理。

液压缸中的导向套起到的作用是支撑以及保持活塞杆和缸筒之间的同轴度，也避免了活塞杆和缸筒的直接接触，降低摩擦，降低液压缸的损耗。导向套的材料一般采用HT250，锡青铜以及45钢。

密封圈在液压缸中起到了密封作用，防止液体泄漏，拥有较小的摩擦阻力，较长的使用寿命，良好的相容性，能够耐热，耐寒，耐磨，耐压，以及低廉的制作成本，根据工作温度的不同多采用丁腈橡胶，氟橡胶或者聚四氟乙烯作为材料。根据密封圈的外形分为唇形，V形，U形以及Y形等。防尘圈的性能与密封圈类似，只是作用不同，起到了防止灰尘及颗粒进入，防止液压缸受到磨损的作用。

大部分的液压缸都装有缓冲装置，尤其是高速液压缸，大部分的缓冲装置都装在端盖，当活塞运动到终端时，缓冲装置可以承受活塞带来的冲击压力，使活塞的减速过程趋于平缓，降低活塞对端盖带来的冲击，保护液压缸，降低液压缸的损耗。缓冲装置的种类有很多，用得较多的为溢流阀，弹簧式以及行程开关，在实际中具体采用哪种缓冲装置，要根据液压缸的使用情况和环境来决定。

本课题所研究的YGQ-B系列液压缸，YGQ代表的是轻型液压缸，而B代表的则是固定方式为中部摆轴固定方式，这种固定方式的设计是为了吸收中心线上的力，可用来进行拉伸和压缩，当机械构件在单一平面内沿曲线路径运动时一般都采用中部摆轴式。

2.2 YGQ-B系列液压缸的概念草图

一般的三维数字样机建模都是先有二维图纸，再根据二维图纸内容进行各个零部件的建模，是一个从平面二维到立体三维的过程，而UG软件拥有先进的三维建模技术，可以根据工程师自身的想法，直接通过该软件进行三维模型设计，等三维模型成型后再转换为二维工程图纸，是一个从三维到二维的过程。根据本课题所研究的内容，为了能够将各个零部件的参数相关联起来，因此是以上两种过程的相结合，设计方法是从二维草图到三维模型再到二维工程图纸。首先画出整个液压缸的概念草图，通过这个草图将所有的零部件关联起来，然后分别进行单个部件的建模，最后进行装配，并生成完整的二维工程图纸。

第三章基于UG软件的液压缸构建

3.1 缸筒的三维数字模型构建

在之前已经新建完成的带有草图的图纸中，如图3-1所示，单击工具条中的【旋转】选项，在草图中选取属于缸筒的部分，再选择过程中，可以根据需要选择单条曲线，相连曲线等，同时也可以使用【在相交处停止】按钮来选取所需要的曲线。

第四章基于UG软件的液压缸装配

4.1 YGQ-B系列液压油缸的装配过程

到现在，已经将所有零部件的三维建模完成，接下来就是零部件的装配，首先打开UG10.0软件，单击【新建】按钮，模板选择为装配模板，输入名称和选择好文件目录，如果没有装配工具栏，可以左击【文件】，在【启动】项中选中【装配】，开启装配功能(如图4-1)。

图4-1装配功能

在装配工具栏中，选择【添加】按钮，然后打开文件，把需要装配的零部件选中，一般的装配过程是通过约束来进行装配的，但本课题的研究目的是为了节约设计成本，其中也包括了设计时间，因此，为了节约时间，也为了使设计更加简洁明了，在之前做了充分的准备工作，所有的零部件都是通过草图来进行三维建模的，它们所要装配的位置都已经按照草图的要求固定了，所以在这里我们定位需要选择为绝对原点，以保证每个部件都在它们该在的地方，这样就省去了一个个约束的麻烦，节省了时间，也提高了容错率，以免约束时出现错误，导致过约束或者约束不到位，如果后续发现了约束错误，再回头寻找不仅费时费力，还有可能导致整个装配奔溃，引起不必要的麻烦。

第五章装配图与零件图的生成

5.1 缸筒二维零件图的生成

虽然三维模型能让人一目了然的看懂产品的结构设计，但是实际生产中仍需要用到二维的零件图，所以在完成了所有的三维建模和装配之后，我们需要将三维的零部件及装配转换为二维的图纸，而功能强大的UG10.0软件能够帮我们完成二维零件图和装配图的生成。

首先打开UG10.0软件，单击【新建】，选择【图纸】选项，过滤器中选择【引用现有部件】，然后选择相应的图纸及需要创建图纸的零部件，进入到图纸模式后，单击工具栏的【视图创建向导】，根据需要选择相应的视图，通过工具栏中的尺寸工具栏及注释工具栏可以对图纸进行尺寸和注释的标注。在功能栏中视图功能栏中，有半剖，全剖，局部剖视图等视图功能，可以根据需要生成相应的视图。关于粗糙度的标注，由于缸筒内壁合活塞由于会相互摩擦，而为了提高液压缸的工作效率，便要求活塞与缸筒内壁之间的摩擦越小越好，所以对缸筒内壁和活塞的粗糙度要求也高，需要进行特殊的精加工，粗糙度要求为Ra1.6，一般的零部件之间的连接部分粗糙度要求没有那么高，为Ra3.2便可以，外表面的粗糙度无关紧要，一般为Ra6.4,外形美观并不在考虑范围之内。（图纸中的尺寸参数是缸径D为40mm,L为162mm时的参数值，由于防尘圈和密封圈采用厂家生产的固定型号，所以就不进行建模和图纸的生成了。

第六章基于UG软件的应用与设计修改

6.1 液压缸各零部件间的参数关联

为了直观的表达参数间的关联，首先为各个参数设置了不同的表达式，如图6-1所示，为每个表达式在整个三维模型中代表的含义。其中缸径D和长度为可变的参数，而其它参数都是随着这两个参数改变而改变（图中缸筒的内径D与筒壁厚度e没有标注上去）

参考文献：

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