程美

摘 要：為了準確、快速設(shè)計發(fā)動機活塞實體模型，減少設(shè)計時間，縮短生產(chǎn)周期，在Pro/E環(huán)境下，利用參數(shù)化設(shè)計方法對其進行了設(shè)計。以活塞頂部圓直徑pd為基本參數(shù)，運用參數(shù)化公式設(shè)定相關(guān)參數(shù)并建立約束，然后利用實體技術(shù)生成模型。該設(shè)計實現(xiàn)了準確、快速、可靠地創(chuàng)建實體模型，并且能夠通過修改幾何參數(shù)實現(xiàn)快捷變更設(shè)計，對生產(chǎn)實際有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機活塞;參數(shù)化;PRO/E;實體建模

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.29.111

1 引言

隨著內(nèi)燃機強化指標的不斷提高，活塞作為發(fā)動機的核心部件，五年內(nèi)其需求將迎來爆發(fā)性增長。然而，我國在活塞及其配合件的開發(fā)、設(shè)計和制造的總體水平還有待提高，市場競爭不具備明顯優(yōu)勢。因此，活塞制造相關(guān)企業(yè)必須縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，增強產(chǎn)品創(chuàng)新能力，提高產(chǎn)品的用戶化程度，逐步提高產(chǎn)品核心競爭力。本文以PRO/E API函數(shù)為接口，開展活塞、活塞環(huán)、活塞銷及缸體的參數(shù)化建模，不僅提高活塞曲柄機構(gòu)的設(shè)計精度和效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，為模型相關(guān)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

2 PRO/E參數(shù)化設(shè)計對象和原理

2.1 PRO/E API對象

PRO/E是Pro/Engineer的簡稱，是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC）旗下的一款CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件，能實現(xiàn)參數(shù)化造型、產(chǎn)品設(shè)計、造型與裝配、機構(gòu)功能模擬、加工制造功能等。PRO/E API是PRO/E為用戶二次開發(fā)提供的應(yīng)用程序編程接口，涵蓋了全部的PRO/E數(shù)據(jù)模型，通過對這些對象屬性的設(shè)置和方法的調(diào)用，實現(xiàn)自動化和自定義操作。PRO/E API有兩種：一種是J-Link工具包中的Java語言API函數(shù);另一種是Pro/Toolkit工具包中的C語言API函數(shù)。本文主要調(diào)用Pro/Toolkit工具包中的C語言API函數(shù)，實現(xiàn)活塞、活塞環(huán)、活塞銷等關(guān)鍵零件關(guān)鍵尺寸的設(shè)置與修改，最終完成發(fā)動機活塞實體模型的建立與自動更新。

2.2 PRO/E參數(shù)化設(shè)計原理

參數(shù)化設(shè)計有完全程序化參數(shù)設(shè)計和參數(shù)修改法設(shè)計兩種。完全程序化參數(shù)建模過程完全是由程序控制，不需要模型庫的支持，用戶是通過需要調(diào)用程序生成模型，如果要修改圖形，重新運行一遍應(yīng)用程序即可，應(yīng)用非常靈活，但是計算量大，適合模型簡單、參數(shù)關(guān)聯(lián)性強的情況。參數(shù)修改法是事先建好參數(shù)化模型，應(yīng)用程序調(diào)用打開模型，如需修改圖形，則通過修改指定參數(shù)尺寸完成重建。

發(fā)動機活塞的形狀復雜、尺寸多，產(chǎn)品開發(fā)初期，有一定的模糊性，為了提高建模速度和模型精確度，采用參數(shù)修改法設(shè)計，具體流程如圖1所示。

3 發(fā)動機活塞主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

查閱汽車發(fā)動機設(shè)計手冊，對活塞組各部分參數(shù)進行初步設(shè)定。圖2所示為活塞的結(jié)構(gòu)示意圖及各部分的參數(shù)符號，表1為活塞各部分幾何尺寸及參數(shù)值。在設(shè)計時，以活塞頂部圓直徑pd為基本參數(shù)，設(shè)計取值其他幾何參數(shù)。

活塞各組成部分、活塞環(huán)、活塞銷等的幾何尺寸及參數(shù)取值分別如表2所示。

如圖3和圖4所示為活塞環(huán)（氣環(huán)與油環(huán)）的結(jié)構(gòu)示意圖及參數(shù)符號，其中為了簡化繪圖過程，油環(huán)采用整體式油環(huán)，查閱內(nèi)燃機設(shè)計手冊，活塞環(huán)各部分幾何尺寸及參數(shù)取值如表3所示。

圖5所示為活塞銷的結(jié)構(gòu)示意圖及其參數(shù)符號，查閱內(nèi)燃機設(shè)計手冊，對活塞銷各部分幾何尺寸及參數(shù)取值，如表4所示。

4 活塞組三維實體模型生成

利用Pro/E進行三維建模時，需要根據(jù)零件的各幾何尺寸的比例，設(shè)定相關(guān)參數(shù)并建立約束，當修改了幾何參數(shù)取值時，Pro/E會自動生成新的模型。活塞各參數(shù)分別表達如下：

pr——活塞半徑;

phd——銷座孔直徑;

pin_d1——活塞銷外圓直徑;

vat_d0——氣缸外壁直徑;

vat_d1——氣缸缸內(nèi)壁直徑;

為了簡化建模過程，對各參數(shù)關(guān)系如下假設(shè)：

（1）活塞銷外圓直徑等于銷座孔直徑（pin_d1=phd，）;

（2）氣缸壁直徑的1/2等于活塞半徑（vat_d1/2=pr）。

各個參數(shù)的初始取值見表5。

用Pro/E軟件對活塞組進行三維實體建模，在草繪圖中設(shè)置約束關(guān)系，設(shè)置零件參數(shù)，得到如圖6所示的實體模型，根據(jù)三維模型生成二維視圖（如圖7所示），活塞各幾何參數(shù)見圖中標注。

5 結(jié)論

通過使用Pro/E三維建模軟件對活塞組的三維建模發(fā)現(xiàn)，建模過程可采用參數(shù)化設(shè)計，系統(tǒng)可以根據(jù)給定的參數(shù)自動生成三維模型，方便快捷，直觀明了。若要對已生成的三維模型進行調(diào)整，只需修改參數(shù)便可實現(xiàn)自動對三維模型的同步調(diào)整與修改，同時Pro/E能由三維模型生成二維視圖，極大的提高了設(shè)計效率，具有很好的應(yīng)用推廣價值。

參考文獻

[1]黃霞.五年后中國活塞需求將增大[EB/OL].http：//www.cnautonews.com/qclbj/l_hy/201605/t20160505_463925.htm，2016-5-5.

[2]劉明，郝博，劉滕.基于CATIA二次開發(fā)的發(fā)動機活塞參數(shù)化設(shè)計[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2016，33（02）：6-10+53.

[3]袁兆成.內(nèi)燃機設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016：32-56.

[4]郝立紅.柴油機活塞實體三維建模方法的研究[J].機械制造，2015，53（11）：34-36+40.