发动机类复杂曲面零件数字化设计关键技术研究

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(Top Basic Skeleton,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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源与意义
• 1.2 国内外数字化设计概况
• 1.3 本文的主要内容
• 2 三坐标自适应精密测量
• 2.1 引言
• 2.2 三坐标自适应精密测量方法
• 2.3 基于圆弧插值的自适应测量法
• 2.4 自适应测量仿真及应用
• 2.5 小结
• 3 基于逆向工程的缸盖数字化设计
• 3.1 引言
• 3.2 点云数据处理
• 3.3 模块化并行设计
• 3.4 缸盖模块化分解
• 3.5 网络协同并行建模
• 3.6 小结
• 4 缸盖模型铸造分析
• 4.1 引言
• 4.2 铸造模拟的原理和方法
• 4.3 缸盖的铸造系统设计
• 4.4 铸造数值模拟仿真
• 4.5 小结
• 5 总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表学术论文
• 附录 攻读学位期间申请的专利