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发动机类复杂曲面零件数字化设计关键技术研究

作 者: 顾承扬
导 师: 熊有伦;李文龙
学 校: 华中科技大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 数字化设计 精密检测 凸轮轴 发动机缸盖 模块化 并行建模 铸造分析
分类号: TK402
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 14次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题的来源与意义  9-10
  1.2 国内外数字化设计概况  10-13
  1.3 本文的主要内容  13-15
2 三坐标自适应精密测量  15-26
  2.1 引言  15-16
  2.2 三坐标自适应精密测量方法  16-18
  2.3 基于圆弧插值的自适应测量法  18-21
  2.4 自适应测量仿真及应用  21-25
  2.5 小结  25-26
3 基于逆向工程的缸盖数字化设计  26-40
  3.1 引言  26
  3.2 点云数据处理  26-28
  3.3 模块化并行设计  28-31
  3.4 缸盖模块化分解  31-34
  3.5 网络协同并行建模  34-39
  3.6 小结  39-40
4 缸盖模型铸造分析  40-54
  4.1 引言  40
  4.2 铸造模拟的原理和方法  40-45
  4.3 缸盖的铸造系统设计  45-48
  4.4 铸造数值模拟仿真  48-53
  4.5 小结  53-54
5 总结和展望  54-56
  5.1 全文总结  54-55
  5.2 研究展望  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-60
附录 攻读学位期间发表学术论文  60-61
附录 攻读学位期间申请的专利  61

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 一般性问题 > 设计、计算
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