• <tr id="yyy80"></tr>
  • <sup id="yyy80"></sup>
  • <tfoot id="yyy80"><noscript id="yyy80"></noscript></tfoot>
  • 99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

    活塞異形曲面造型技術(shù)研究

    2014-08-29 06:45:14劉明暉廖君慧陽超華
    內(nèi)燃機(jī)與配件 2014年5期
    關(guān)鍵詞:型面外圓曲面

    劉明暉 廖君慧 陽超華

    (湖南江濱機(jī)器集團(tuán)有限公司)

    0 引言

    活塞是內(nèi)燃機(jī)中關(guān)鍵的運(yùn)動件,同時承受熱機(jī)載荷,工作環(huán)境十分惡劣?;钊鈭A具有導(dǎo)向、支撐和散熱等作用,是活塞的一個重要部位,無論是設(shè)計分析,還是制造檢測,都代表著一個技術(shù)水平的指標(biāo)。隨著活塞設(shè)計技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,外圓已經(jīng)由最初的圓柱演變成為中凸鼓形類橢圓狀。在橫向各個截面由高次類橢圓、橢圓和圓等組成;在縱向剖面由中凸鼓形段、直線段和錐段等組成;并且有時縱向各個截面的橢圓度是變化的,因而構(gòu)成了一個復(fù)雜的自由曲面活塞外圓。

    當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展,在現(xiàn)代工業(yè)中扮演了重要角色,CAD/CAE/CAM技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。然而,由于活塞外圓的復(fù)雜性,目前沒有一款三維建模軟件能直接對其進(jìn)行仿真建模。因此,在實(shí)際設(shè)計和分析中只是以圓柱替代實(shí)際外圓型面進(jìn)行活塞建模,如圖1所示。簡化的模型給后續(xù)的CAE和CAM等工作的開展有時帶來了一定影響,本文的研究工作就是如何利用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)建立高精度的活塞外圓仿真模型。

    1 活塞外圓型面造型

    1.1 活塞外圓結(jié)構(gòu)分析

    圖2是某活塞的外圓型線圖,其在縱向由6段不同規(guī)律曲線組成,分別是裙部中凸鼓形段、Ⅱ環(huán)岸圓柱段、Ⅰ環(huán)岸錐形橢圓段、下側(cè)鑲?cè)A柱段、上側(cè)鑲?cè)A柱段和火力岸錐形橢圓段;橫向所有橢圓段都為一次橢圓;一次橢圓度在縱向各段呈直線變化。

    圖1 活塞三維模型

    圖2 活塞外圓型線圖

    如表1所示,是活塞外圓各高度處的設(shè)計數(shù)據(jù),其包括活塞運(yùn)行方向的直徑減量和各段的橢圓度值。

    表1 活塞外圓數(shù)據(jù)

    活塞外圓橫截面設(shè)計時,由于其工作時既發(fā)生受力變形,也發(fā)生熱變形,以及缸套的匹配性變形和合理的間隙量,通常設(shè)計成非圓截面,二次橢圓截面目前應(yīng)用最廣,其徑向直徑減量如式 (1)所示:

    式中,E為橢圓截面的橢圓度;φ為橢圓截面角度值;λ為二次橢圓度豐滿系數(shù);△r為橢圓截面角度φ處的半徑縮減量。本活塞橫截面都為一次橢圓,既二次橢圓度豐滿系數(shù)為0時的情況。

    1.2 型面精密造型思路

    造型技術(shù)主要用于三維動畫造型、工程曲面造型和其它。三維動畫造型著重于模型光順性,希望得到一個良好的視覺效果,軟件如Lightwave、Maya、PRMan、Animation、Truespace等,因此其不適合活塞外圓型面的造型。工程曲面造型要求模型具有較高的幾何精度以及連續(xù)性等內(nèi)在質(zhì)量,常通過插值和逼近等手段來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)曲面。常用軟件如:Pro/E、AutoCAD、CATIA、UG、Solidwoks等都能實(shí)現(xiàn)線面體模型功能,滿足絕大多數(shù)的工程曲面造型需要〔1〕。

    由于活塞外圓型面的復(fù)雜性,在上述的軟件環(huán)境下直接進(jìn)行建模,難度較大,不具備可操作性。因此,在已知型值點(diǎn)有限的前提下,需要借助于一種專業(yè)的數(shù)值計算軟件根據(jù)外圓縱向和橫向變化規(guī)律公式,把型值點(diǎn)計算出來,生成點(diǎn)矩陣文件。然后把點(diǎn)連成曲線,再導(dǎo)入造型軟件環(huán)境下,建立外圓仿真曲面,最后完成精密造型工作〔2〕。具體造型思路如圖3所示:

    圖3 造型思路圖

    1.3 確定造型參數(shù)

    活塞外圓型面造型時,已知型值點(diǎn)越多,模型精度越高,然而產(chǎn)品圖所提供的型值點(diǎn)數(shù)量有限,因此應(yīng)根據(jù)活塞外圓設(shè)計原理對型值點(diǎn)進(jìn)行插值計算求解,在縱向確定插值步長,在橫向確定角度增量。

    (1)縱向步長t

    活塞縱向型線設(shè)計時,中凸鼓形段在宏觀上一般每5mm設(shè)計一個型值點(diǎn),微觀上設(shè)計成瓦楞型或者波紋狀結(jié)構(gòu),整個型面具有粗糙度要求,綜合上述因素,按式 (2)對縱向步長t進(jìn)行確定。

    其中Z為型面波峰或波谷的長度;?r為粗糙度評定長度;活塞外圓型面粗糙度值Ra3.2 ~Ra4.8,取中差值0.004mm;h為型面波峰到波谷的距離;r為瓦楞或波紋圓弧半徑值,r取值1.0mm,得到縱向步長t值為0.35mm。

    (2)橫向角度增量△α

    活塞橫截面為標(biāo)準(zhǔn)橢圓、高次類橢圓形或者偏心圓,下面以標(biāo)準(zhǔn)橢圓為例分析活塞型面精度與橫向角度增量△α的關(guān)系,然后再確定△α值。

    圖4 橫截面橢圓輪廓

    如圖4所示,A為橢圓上任意一點(diǎn),α為其離心角,在增加△α后對應(yīng)B點(diǎn),其離心角為(α+θ),m為橢圓的長半軸長度,n為橢圓的短半軸長度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓公式式(3)可知,A點(diǎn)坐標(biāo)值為(mcosα,nsinα);B 點(diǎn)坐標(biāo)值為(mcos(α + θ),nsin(α + θ)),這樣可以確定直線AB的方程式。

    在AB所夾橢圓弧上任取一點(diǎn)C,令其離心角為β,求出點(diǎn)C到直線AB的距離d,d值大小如式(4)所示〔3〕,綜合活塞長半軸與短半軸長度差值,得出:

    其中 δ0為活塞外圓型面輪廓精度,取值0.01mm;k值等于活塞長半軸長度m,該活塞缸徑110mm,取值55mm;根據(jù)式(5)可計算出橫向角度增量△α值為不大于2.2°,考慮到模型計算問題,△α取值2.0°。

    1.4 Matlab環(huán)境下型值點(diǎn)求解

    在工程界著名的數(shù)學(xué)軟件主要有四個,分別是Maple、MathCAD、MATLAB和 Mathematica。MATLAB以矩陣為基本數(shù)據(jù)單位,是數(shù)值計算的先鋒,在其環(huán)境下求解型值點(diǎn),具有下列優(yōu)點(diǎn):

    (1)矩陣計算能力強(qiáng);

    (2)圖形處理功能強(qiáng);

    (3)輸入方面方便。

    因此,根據(jù)上述的初始型值點(diǎn)、半徑減量變化規(guī)律以及相關(guān)參數(shù)在MATLAB 7.11.0中編制M文件〔4〕〔5〕,其部分代碼如下:

    圖5 活塞外圓型線驗(yàn)證圖

    運(yùn)行M文件,生成圖5所示的活塞外圓型線驗(yàn)證圖,與圖2進(jìn)行對照,如果兩者相符,輸出點(diǎn)矩陣文件“Hs110.txt”,否則進(jìn)行修改并調(diào)試。

    1.5 Pro/e環(huán)境下活塞外圓型面造型

    MATLAB輸出文件“Hs110.txt”是型值點(diǎn)的x、y、z坐標(biāo)值,其三維仿真圖如圖6所示,共計63541個點(diǎn)構(gòu)成活塞外圓型面。面對如此龐大的數(shù)據(jù),在Pro/E環(huán)境中以經(jīng)過點(diǎn)創(chuàng)建曲線,然后再構(gòu)成曲面是不現(xiàn)實(shí)的〔6〕。因此,首先應(yīng)對型值點(diǎn)進(jìn)行編輯,以文件的形式創(chuàng)建曲線,然后再根據(jù)曲線建立型面,編輯和創(chuàng)建方式如下:

    圖6 型值點(diǎn)三維仿真圖

    (1)以記事本打開文件“Hs110.txt”;

    (2)增加如下命令,建立180條曲線;

    (3)文件另存為“Hs110.ibl”;

    (4)把“Hs110.ibl”導(dǎo)入Pro/E建立曲線;

    (5)根據(jù)曲線建立混合曲面;

    圖7 活塞外圓型面

    其中,步驟 (2)建立180條曲線的時候,應(yīng)該注意點(diǎn)矩陣縱向排列的起始點(diǎn);步驟 (4)所生成的曲線如圖7左圖所示;步驟 (5)所建立的曲面如圖7右圖所示。

    1.6 模型精度分析

    對于完成的活塞外圓型面,首先進(jìn)行斑馬分析和高斯分析,以確定造型時失真最大的地方,然后對該處進(jìn)行精度分析,從而得出整個模型的精度。

    斑馬分析也稱反射分析,其利用一組平行光投影到分析曲面,陰影順化質(zhì)量代表曲目質(zhì)量。高斯分析也叫著色曲率分析,根據(jù)色標(biāo)顯示的其顏色范圍內(nèi)的高斯值來判斷曲面的質(zhì)量。圖8中左圖所示為斑馬分析結(jié)果,其表明在活塞型面頭部溝槽處陰影邊界呈鋸齒狀,右圖為高斯分析結(jié)果,同樣表明該處曲面片之間存在跳色,其余部位質(zhì)量良好。

    圖8 型面分析圖

    根據(jù)分析結(jié)果,取頭部81mm處做精度分析。在該高度處的型面上通過活塞中心線建立兩兩對應(yīng)的測量點(diǎn),各點(diǎn)在截面圓周上相隔10°,如圖9所示,測量各對應(yīng)點(diǎn)的距離如表2所列。

    圖9 81mm高度處

    表2 81mm高度處數(shù)據(jù)分析 (單位:mm)

    表中偏差值結(jié)果顯示,在0°和10°處理論值和測量值相差0.001,其余全部吻合,證明所建模型精度完全達(dá)到要求。

    2 結(jié)束語

    為了建立活塞外圓型面的精確模型,以適應(yīng)設(shè)計分析及制造的需要,本文以某一活塞為實(shí)例逐步介紹了生成高仿真活塞外圓模型的整個原理和過程。首先確立造型的方法和參數(shù),然后在Matlab環(huán)境下求解活塞外圓型值點(diǎn),其三對型值點(diǎn)矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和編輯,再導(dǎo)入Pro/e環(huán)境下生成自由曲線并建立模型,最后對建立好的模型進(jìn)行了分析,分析結(jié)果表明其精度完全符合要求。

    〔1〕朱心雄.自由曲面造型技術(shù)〔M〕.北京:清華大學(xué)出版社,2000.

    〔2〕高奇,李成英.活塞裙部中凸變橢圓型面虛擬設(shè)計〔J〕.遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011,31(6):361-363.

    〔3〕劉加孝.宏程序銑削橢圓輪廓離心角增量值的計算方法〔J〕.機(jī)械制造與研究,2009,38(6):33-34.

    〔4〕史立新,陳云富,王超群.基于Matlab的中凸橢圓活塞裙部曲線擬合〔J〕.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù),2007(7):24-25,29.

    〔5〕劉明暉.柴油機(jī)活塞外圓型面設(shè)計及參數(shù)建模研究〔D〕.長沙:湖南大學(xué),2013,34-40.

    〔6〕申勝男,張繼春.基于Pro/e的內(nèi)燃機(jī)活塞裙部精確造型〔J〕.機(jī)械工程師,2006(4):35.

    猜你喜歡
    型面外圓曲面
    高精度專用數(shù)控外圓磨床研制
    基于數(shù)值分析的汽車A柱加強(qiáng)板模具型面改進(jìn)
    模具型面數(shù)控加工自動化編程系統(tǒng)開發(fā)
    相交移動超曲面的亞純映射的唯一性
    圓環(huán)上的覆蓋曲面不等式及其應(yīng)用
    基于鋁擠壓模具倒扣型面的三軸加工應(yīng)用
    基于曲面展開的自由曲面網(wǎng)格劃分
    外圓車削過程的解析建模與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    華東師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)(2014年1期)2014-04-16 02:54:52
    高精度外圓磨床磨削測力儀的研制
    河南科技(2014年16期)2014-02-27 14:13:17
    邵阳县| 北川| 全州县| 惠水县| 昌黎县| 丰城市| 苍溪县| 阳原县| 莱州市| 定陶县| 锡林郭勒盟| 菏泽市| 年辖:市辖区| 海口市| 江阴市| 柳州市| 华蓥市| 襄樊市| 含山县| 翼城县| 白水县| 江西省| 乐东| 衡水市| 即墨市| 镇巴县| 杭州市| 苍梧县| 平原县| 民乐县| 柏乡县| 乡城县| 铜山县| 宜丰县| 德化县| 施甸县| 通山县| 平乐县| 松潘县| 盱眙县| 镇坪县|