活塞的初步優(yōu)化設計

活塞的初步優(yōu)化設計周永情(河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院機電系，河南平頂山467000)摘要:活塞是發(fā)動(dòng)機的主要零部件，利用SolidWorks的COSMOSXpress插件，在設計中對共進(jìn)行有限元分析.找出強度設計的不足。然后再利用SolidWorks自身功能修改參數，完成對活塞的初步優(yōu)化。關(guān)鍵詞:活塞; COSMOSXpress; SolidWorksThe Preliminary Optimized Design of PistonZHOU Yongqing( Elctrical Engineering Department of Henan Quality Polytechnic, Pingdingshan Henan 467000, China)Abstract:; The piston is the main parts of engine, use of COSMOSXpress plugin in SolidW orks, the finite analysis was carried out in de-sign. The disigurement of the part could be found, The scriate parts design lable could help to modify the model conveniently. Then the pre-liminary optimization of the parts was completed.Keywords: Piston; COSMOSXpress; SolidWorks0引言“COSMOSXpress”對話(huà)框后，點(diǎn)擊“歡迎"菜單，在“選項"在三維設計環(huán)境中對零件完成初步優(yōu)化，能使零件首先滿(mǎn)下選取“單位體系"為"SI",選定“結果位置”所在的文件足剛度或強度的要求，然后再利用專(zhuān)門(mén)的分析軟件對零件進(jìn)行夾，選中“應力圖解顯示最大值和最小值"。優(yōu)化分析和設計，將會(huì )大大降低產(chǎn)品的設計成本，縮短開(kāi)發(fā)周(2)點(diǎn)擊“COSMOSXpes" 對話(huà)框中的“材質(zhì)”選項，期選擇活塞的材料為2024鋁合金(硬質(zhì)鋁合金),并單擊“"確SolidWorks 中的COSMOSXpress是用于零件應力有限元分定”按鈕。析的插件，筆者利用COSM0SXpress對發(fā)動(dòng)機的典型零件一(3)點(diǎn)擊“COSMOSXpress" 對話(huà)框的“約束"選項，活塞的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行了強度優(yōu)化分析，從中可以總結出利用這擇活塞銷(xiāo)兩個(gè)座孔面為約束面。-分 析工具進(jìn)行初步優(yōu)化的方法步驟。(4) 點(diǎn)擊“COSMOSXpres" 對話(huà)框的“載荷”選項，為活塞增加載荷。1零件 模型的建立(5)點(diǎn)擊“COSMOSXpress"對話(huà)框的“分析”選項，對以462型發(fā)動(dòng)機活塞為例，建立零件簡(jiǎn)化模型。首先創(chuàng )建活塞進(jìn)行有限元分析。網(wǎng)格的劃分可以根據實(shí)際情況確定其粗活塞基本輪廓，然后旋轉切除出活塞環(huán)槽，再利用拉伸命令增細程度;單擊“運行”進(jìn)行分析，此過(guò)程要進(jìn)行幾分鐘的時(shí)加銷(xiāo)座厚度，最后拉伸切除出活塞銷(xiāo)孔，完成模型(圖1)。間。在分析過(guò)程中，如果網(wǎng)格劃分太粗，系統會(huì )自動(dòng)出現提示，要返回上一步，把網(wǎng)格劃分的細一些。本例中采用的是默認的網(wǎng)格劃分。(6) 分析運行結束，自動(dòng)輸出結果(圖2)。應力分布如圖3所示。CoSOStprear口白區時(shí)COSMOSXpesCOMSTpresE 酒歡迎⑥樹(shù)質(zhì)@的柬e載裝|分析結果權您。分析克機。領(lǐng)粥所有定的步眼。在黨設計中所我到的量低安全系數(rS)約要量示盟中安全不熟低于此為的關(guān)德區準心):圖1活塞簡(jiǎn)化模型C顯示機例中國煤化工2 COSMOSXpress 有限元分析(1)進(jìn)入Solidwork 2006環(huán)境，打開(kāi)活塞的三維圖形。單MHCNMH(擊“工具”下拉菜單，選中"COSMO5KXpress"選項。出現圖2最后運行結果Automobile Pat 2011.05研究與開(kāi)發(fā).078成了對活塞結構設計的初步優(yōu)化。如果要進(jìn)一步降低安全系一mDer數，減輕質(zhì)量，還可以通過(guò)改變設計表中的參數進(jìn)行優(yōu)化。4結論利用SolidWorks的COSMOSXpress軟件進(jìn)行有限元分析計算，使設計人員在設計中能清晰地了解到零件每-點(diǎn)的應力-應變趨勢，得出相應的安全系數，可方便地修改相關(guān)的數據，對零件進(jìn)行初步的優(yōu)化，然后用COSMOSWorks對零件進(jìn)-步分析，完成零件的整個(gè)優(yōu)化過(guò)程。毫無(wú)疑問(wèn)，這種方法提高了零件的設計水平，有效地節約了試制時(shí)間和成本，具有實(shí)際應用價(jià)值。圖3活塞應力分布示意圖參考文獻:經(jīng)COSMOSXpress計算得到該活塞的最小安全系數為[1]林翔,謝永奇。Solidwork2004基礎教程[ M].北京:清華大學(xué)出18.0838 (圖2)，說(shuō)明該活塞強度是絕對符合要求的，但該設版社,2004.計過(guò)于保守，還有很大的改進(jìn)設計的余地，特別是可以根據應[2]黃震,張繼春,徐斌。李興虎基于有限元的活塞優(yōu)化設計分析力分布情況，適當減少應力較低部分的材料用量，以降低成[3] 黃陽(yáng)，羅湘燕基于SolidWorks的機械零件的CAE技術(shù)研究[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報2006(6):76 -80.本，使結構輕量化。[].機電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng )新2006(9):1)01 - 102.[4]劉小斌基于COSMOSXpress的應力分析[]。蘭州工業(yè)高等專(zhuān)3優(yōu)化設計科學(xué)校學(xué)報2004(6):17 -18.SolidWorks 的一大優(yōu)點(diǎn)是支持對設計方案的動(dòng)態(tài)修改，對[5]屈少敏,楊智慧SolidWorks組合軟件在油脂機械零件設計中的于參數較多的零件，如果反復修改相關(guān)數據會(huì )很麻煩，還容易應用[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006(8):83 -85.出錯。在此，為了驅動(dòng)需要修改的相關(guān)尺寸，利用SolidWorks[6]趙國性,張鎖懷基于Slidworks的零件設計系列化[J].機械設的零件設計表配置功能，生成系列零件設計表如圖4所示。在計與制造2005(10):67 -69.該設計表中，只需修改各相關(guān)參數值，就可得到不同尺寸的模型。再利用COSMOSXpress對不同配置的模型進(jìn)行分析，結果作者簡(jiǎn)介:間永情(1980-). 男，漢，河南平頂山人，碩士如表1所示。研究生，研究方向:機械CAD/CAM。電話(huà): 15238273866.E-mail: zlxy2009@ 126. com。C 1系列零件設計表是為，恬塞2收稿日期: 2011-03 -25(上接第77頁(yè))川徐立我國汽車(chē)電磁兼容技術(shù)發(fā)展概況[7].中國汽車(chē)技術(shù)研究中心專(zhuān)題研究.3方案1常規常規常規常規[2] 鄭?？?李偉權.汽車(chē)電磁兼容綜述[J].工業(yè)技術(shù),2010(30)..4方案2常規常規常規常規[3]李煒.關(guān)于汽車(chē)電磁兼容性的研究[J].科技創(chuàng )新導報.20095方3常規常規常規常規(2).方5常規。常規常規常規[4] Dr. Claus Schmidt , Robent Bosch GmbH. Automotive Electronie-網(wǎng)HISrt1/Enabling the fuure of individ ualmobility[J小]. D-72703 Reulingen,Germany.圖4活塞系列零件設計表[5]劉青松.丁良旭.許響林.李彬.國內外汽車(chē)電磁兼容標準簡(jiǎn)介表1不同方案活塞分析結果[J].交通標準化,2008(2/3).最小安全系數質(zhì)量/g[6] 陳建國,韓亞平.汽車(chē)電磁兼容技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢[J].汽車(chē)維修,2008(10);1 -3.方案118. 0838281. 68[7]張戟,孫澤昌.現代汽車(chē)電磁兼容理論與設計基礎[ M].北京:方案25. 175154. 09清華大學(xué)出版社2009.方案34. 485 66121. 97[8] 藍波,孫誼,張琦.汽車(chē)電磁兼容研究發(fā)展現狀[J].信息技術(shù)，方案43.732 95118. 952010,34(8).方案52. Ss0 02115. 62作者簡(jiǎn)介:方成(1987-).男，湖北十堰人，碩士研究生。從表1可以看到，方案5中最小安全系數為2.55002,符主要研究方向。由動(dòng)汽車(chē)及仿直技術(shù)。汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)。電話(huà):合活塞的強度要求，而質(zhì)量?jì)H有115.62g. 與方案1中最小安13429中國煤化工3. com。全系數18.0838，質(zhì)量281. 68 g相比較有很大的提高，從而完TYHCNMHG稿日期: 2011-04-192011.05 Automoble Parts. 研究與開(kāi)發(fā)079