发动机类复杂曲面零件数字化设计关键技术的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要发动机是一种由多种系统和结构组成的复杂机器。它整体结构复杂，包含曲面特征多，开发成本高。目前国内生产厂商对气缸盖、凸轮轴等复杂零件的开发过程还存在一些问题，本文以某款轿车发动机为例，研究了发动机类复杂曲面零件数字化设计关键技术，主要的研究内容如下：本文研究了三坐标测量机的自动跟踪测量技术，提出了一种基于圆弧插值的自适应测量方法，改变了以往三坐标测量机手动测量方式。通过Matlab编程对自动测量路径进行仿真，使探头能够沿着被测曲面轮廓自动跟踪测量，并且在曲率大的地方采集点密集，曲率小的地方采集点稀疏，实现了三坐标测量机对未知曲线的自适应测

2、量。将该方法应用于凸轮轴开发，使测量效率和测量精度都得到了显著提高。本文提出了发动机缸盖的模块化网络并行设计方法。首先建立顶层基本骨架（TopBasicSkeleton，TBS）模型，然后综合缸盖内部的物理意义、功能特点等，将其分解为多个独立模块，设计师在不同的地点通过网络数据共享，在统一基准下并行设计，得到模块化的三维数字模型，为后续不同功能模块仿真分析提供了便利。最后将所有模块布尔运算组合获得完整的缸盖数字模型。模块化网络并行设计方法适合用于缸盖、机体等大型型腔类复杂模型设计，不仅大大节省了设计时间，而且便于项目的执行和管理。根据流体力学、有限元等理论使用华中

3、科技大学自主知识产权软件华铸CAE系统对发动机铝缸盖模型进行了数字化铸造过程仿真分析。模拟工厂现有条件和铸造工艺，验证了缸盖最小壁厚为4mm的合理性，预测了铸造缺陷的位置，在改进浇注系统的设计后，减小了缩松缩孔的体积，为企业改进铸造工艺指明了方向。铸造分析仿真的应用提高了企业生产效率，降低了复杂产品的开发成本。应用本文方法对发动机类复杂曲面零件进行数字化设计，产品开发周期短，产品质量高且修改方便。由于发动机是复杂型腔类零件的典型代表，所以本文研究的成果，还可以推广到新能源、工程机械、航空航天等领域型腔类复杂曲面零件的数字化设计中。关键词：数字化设计精密检测凸轮轴发

4、动机缸盖模块化并行建模铸造分析I华中科技大学硕士学位论文AbstractTheengineisacomplexmachinecomposedofvarioussystemsandstructures.Asthecorepartoftheautomobile,theenginewithmanycurvedsurfaceparts,complicatedstructureandhighdevelopmentcostisalwaysavitalimportancetomanufacturers.Especiallythedesigncycleofcomplexparts

5、islong,suchascylinderheadandcamshaft,andtheprocessofdomesticdevelopmentalsoexistssomedifficultiesandlimitations.Takingcertainrecentautoenginedevelopedforenterprisesasexample,thispaperresearchesthekeytechnologiesandmethodsoftheengine’scomplexcurvedsurfacepartsdigitaldesign,andthemainre

6、searchcontentsareasfollows:Thispaperstudiestheautomatictrackingmeasurementtechnologywithcoordinatemeasuringmachine(CMM).AnadaptivemeasuringmethodbasedoncircularinterpolationisproposedthroughMatlabProgrammingsimulationandpathoptimization,whichhaschangedthepastmanualmeasuringmethodofthr

7、eecoordinatemeasuringmachines.Probecanautomaticallytrackandmeasurealonethemeasuredsurfaceprofile:inthepartwithbiggercurvaturethespotsareintensive,whileinthepartwithsmallercurvaturethespotsaresparse,whichrealizethethreecoordinatemeasuringmachine’sadaptivemeasuringtounknowncurvedsurface

8、.Thea