活塞异形曲面造型技术研究.pdf

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1、刘明晖廖君慧阳超华：活塞异形曲面造型技术研究21活塞异形曲面造型技术研究ResearchonMoldingofPiston’SCurvedSurface刘明晖廖君慧阳超华(湖南江滨机器集团有限公司)[摘要]活塞对于发动机非常重要，随着CAE／CAM技术的发展，建立完整而精确的活塞数字模型很有必要。活塞外圆为自由曲面，形状复杂，现有的CAD软件不能实现其建模。本文在Matlab环境中，编写了M文件，生成活塞外圆三维空间型值点矩阵，然后把点矩阵分成180条自由曲线导入Pro／e中，利用曲面造型生成活塞外圆高仿真自由曲面。然后对完成的外圆型面进行精度分析，结果表

2、明其精度达到±0．001，完全满足CAE分析和数控加工所需的要求。[关键词]活塞型线造型曲面仿真Abstract：Pistonplayaninportantroleintheengine，withthedevelopmentofCAE／CAMtechnolo—gY，itisnecessarytoestablishingacompleteandaccuratedigitalmodelofpiston．Theprofileofpistoniscurvedsurface，andtheshapeiscomplex，SOtheprexisionmodelingcan

3、notdrawusingtheexistingCADsoftware．ThepaperprogrammeaMfilebythesoftwareMatlabtointerpolationthepiston’ssurfacedot，thenit’Sresultdividedinto180parts，finally，adigitalmodelofpiston’Scurvedsurfacewasesta—bilshedbythe3DsoftwarePro／E．Theresultsforaccuracyanalysisofcurvedsurfaceshowthati

4、tis±0．001mm，meettheneedsofCAEanalysisandCNCmachiningfully．Keywords：PistonProfileModelingCurvedsurfaceSimulation0引言款三维建模软件能直接对其进行仿真建模。因此，活塞是内燃机中关键的运动件，同时承受热机在实际设计和分析中只是以圆柱替代实际外圆型面载荷，工作环境十分恶劣。活塞外圆具有导向、支进行活塞建模，如图1所示。简化的模型给后续的CAE和CAM等工作的开展有时带来了一定影响，撑和散热等作用，是活塞的一个重要部位，无论是设计分析，还是制造检测，都代

5、表着一个技术水平本文的研究工作就是如何利用现代计算机技术建立的指标。随着活塞设计技术的不断发展和完善，外高精度的活塞外圆仿真模型。圆已经由最初的圆柱演变成为中凸鼓形类椭圆状。1活塞外圆型面造型在横向各个截面由高次类椭圆、椭圆和圆等组成；1．1活塞外圆结构分析在纵向剖面由中凸鼓形段、直线段和锥段等组成；图2是某活塞的外圆型线图，其在纵向由6段并且有时纵向各个截面的椭圆度是变化的，因而构不同规律曲线组成，分别是裙部中凸鼓形段、Ⅱ环成了一个复杂的自由曲面活塞外圆。岸圆柱段、I环岸锥形椭圆段、下侧镶圈圆柱段、当今计算机技术高速发展，在现代工业中扮演上侧镶圈圆柱段和

6、火力岸锥形椭圆段；横向所有椭了重要角色，CAD／CAE／CAM技术得到了广泛的圆段都为一次椭圆；一次椭圆度在纵向各段呈直线应用。然而，由于活塞外圆的复杂性，目前没有一变化。内燃机与配件2014年第5期活塞外圆横截面设计时，由于其工作时既发生受力变形，也发生热变形，以及缸套的匹配性变形和合理的间隙量，通常设计成非圆截面，二次椭圆截面目前应用最广，其径向直径减量如式(1)所示：F．△r=[sin一Asin(2)](1)式中，E为椭圆截面的椭圆度；为椭圆截面角度值；A为二次椭圆度丰满系数；Ar为椭圆截面角度处的半径缩减量。本活塞横截面都为一次椭圆，图1活塞三维模

7、型既二次椭圆度丰满系数为0时的情况。＼＼叫1．2型面精密造型思路●造型技术主要用于三维动画造型、工程曲面造，＼＼p}’型和其它。三维动画造型着重于模型光顺性，希望v／／得到一个良好的视觉效果，软件如Lightwave、Ma—一ya、PRMan、Animation、Truespace等，因此其不适合活塞外圆型面的造型。工程曲面造型要求模型J丝具有较高的几何精度以及连续性等内在质量，常通过插值和逼近等手段来实现目标曲面。常用软件图2活塞外圆型线图如：Pro／E、AutoCAD、CATIA、UG、Solidwoks等如表1所示，是活塞外圆各高度处的设计数据，都能

8、实现线面体模型功能，满足绝大多数的工程曲其包括活塞运行方向的直径减