基于COSMOS的液压缸CAE方法

　　0　引言

　　液压传动技术在制造业占有重要位置,设计过程烦琐、复杂、需要大量复杂公式的计算和工程手册查询。传统的手工设计效率低下,设计周期长,质量和精度得不到保证。

　　随着计算机技术的快速发展, CAD/CAM技术使制造业产生了新的革命,并向集成化、智能化、标准化、网络化发展。出现了I-DEAS、Solidworks、UG、Pro-engineer等优秀的机械设计软件。机械产品从二维到三维,从传统手工设计到CAD/CAM产生了设计理念的变革。

　　作者针对液压系统中动力元件液压缸设计进行了CAE分析,在Solidworks环境下进行液压缸零件的三维特征建模、装配,采用无缝集成的有限元分析软件COSMOS对液压缸装配体和零件进行有限元网格划分、载荷分析、应力、应变分析及安全分析,并进行干涉检查与运动仿真。解决了传统设计的手册查询、计算、二维工程图绘制的复杂工作。提高了产品的可靠性、安全性,优化了产品功能,缩短了设计周期,降低了设计成本,实现了数字信息化和绿色设计。

　　1　三维特征建模和CAE平台

　　三维设计有自下而上设计和自上而下设计,设计软件有UG、PRO-E、Solidworks等。本方案采用当今主流三维设计软件Solidworks。

　　1·1　Solidworks方案

　　Solidworks适合于通用机械的三维设计,非常适合液压缸这样的通用机械产品设计,具有与其他CAE、CAM软件的良好接口。集成了COSMOS有限元分析软件,避免了转换格式所造成的信息丢失和模型缺损。在Solidworks环境下实现液压缸零件的特征造型,液压缸装配。

　　1·2　COSMOS方案

　　COSMOS产品包括COSMOSWorks有限元分析软件、COSMOSMotion (tm)运动模拟软件以及COSMO-SFloWorks流体动力学分析软件。COSMOS与Solid-Works机械设计软件的紧密结合使用户可以在无需导出数据或离开SolidWorks界面的情况下即可完成其设计方案的分析工作,非常适合液压缸的CAE分析。系统流程如图1所示。

　　2　液压缸三维特征建模方案

　　以机床液压滑台为例,在Solidworks环境下完成零件的三维建模、装配、干涉分析,完成总装。三维模型的建立,可以直观表达零件和装配体的结构、装配关系;可以进行物性分析、干涉分析;为后续工程PDM建立零件BOM表;为有限元分析、CAPP、CAM提供几何模型(图2)。

　　3　液压缸的CAE

　　在COSMOS环境下可以直接打开Solidworks的液压缸装配体,无需零件重组和特征识别,零件表和特征设计树与Solidworks完全相同。本例针对YY_ G_80-100-0型车辆液压缸进行CAE分析(图3)。

　　3·1　约束与受力设定