活塞的初步优化设计

活塞的初步优化设计周永情(河南质量工程职业学院机电系，河南平顶山467000)摘要:活塞是发动机的主要零部件，利用SolidWorks的COSMOSXpress插件，在设计中对共进行有限元分析.找出强度设计的不足。然后再利用SolidWorks自身功能修改参数，完成对活塞的初步优化。关键词: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”对话框后，点击“欢迎"菜单，在“选项"在三维设计环境中对零件完成初步优化，能使零件首先满下选取“单位体系"为"SI",选定“结果位置”所在的文件足刚度或强度的要求，然后再利用专门的分析软件对零件进行夹，选中“应力图解显示最大值和最小值"。优化分析和设计，将会大大降低产品的设计成本，缩短开发周(2)点击“COSMOSXpes" 对话框中的“材质”选项，期选择活塞的材料为2024铝合金(硬质铝合金),并单击“"确SolidWorks 中的COSMOSXpress是用于零件应力有限元分定”按钮。析的插件，笔者利用COSM0SXpress对发动机的典型零件一(3)点击“COSMOSXpress" 对话框的“约束"选项，活塞的简化模型进行了强度优化分析，从中可以总结出利用这择活塞销两个座孔面为约束面。-分 析工具进行初步优化的方法步骤。(4) 点击“COSMOSXpres" 对话框的“载荷”选项，为活塞增加载荷。1零件 模型的建立(5)点击“COSMOSXpress"对话框的“分析”选项，对以462型发动机活塞为例，建立零件简化模型。首先创建活塞进行有限元分析。网格的划分可以根据实际情况确定其粗活塞基本轮廓，然后旋转切除出活塞环槽，再利用拉伸命令增细程度;单击“运行”进行分析，此过程要进行几分钟的时加销座厚度，最后拉伸切除出活塞销孔，完成模型(图1)。间。在分析过程中，如果网格划分太粗，系统会自动出现提示，要返回上一步，把网格划分的细一些。本例中采用的是默认的网格划分。(6) 分析运行结束，自动输出结果(图2)。应力分布如图3所示。CoSOStprear口白区时COSMOSXpesCOMSTpresE 酒欢迎⑥树质@的柬e载装|分析结果权您。分析克机。领粥所有定的步眼。在党设计中所我到的量低安全系数(rS)约要量示盟中安全不熟低于此为的关德区准心):图1活塞简化模型C显示机例中国煤化工2 COSMOSXpress 有限元分析(1)进入Solidwork 2006环境，打开活塞的三维图形。单MHCNMH(击“工具”下拉菜单，选中"COSMO5KXpress"选项。出现图2最后运行结果Automobile Pat 2011.05研究与开发.078成了对活塞结构设计的初步优化。如果要进一步降低安全系一mDer数，减轻质量，还可以通过改变设计表中的参数进行优化。4结论利用SolidWorks的COSMOSXpress软件进行有限元分析计算，使设计人员在设计中能清晰地了解到零件每-点的应力-应变趋势，得出相应的安全系数，可方便地修改相关的数据，对零件进行初步的优化，然后用COSMOSWorks对零件进-步分析，完成零件的整个优化过程。毫无疑问，这种方法提高了零件的设计水平，有效地节约了试制时间和成本，具有实际应用价值。图3活塞应力分布示意图参考文献:经COSMOSXpress计算得到该活塞的最小安全系数为[1]林翔,谢永奇。Solidwork2004基础教程[ M].北京:清华大学出18.0838 (图2)，说明该活塞强度是绝对符合要求的，但该设版社,2004.计过于保守，还有很大的改进设计的余地，特别是可以根据应[2]黄震,张继春,徐斌。李兴虎基于有限元的活塞优化设计分析力分布情况，适当减少应力较低部分的材料用量，以降低成[3] 黄阳，罗湘燕基于SolidWorks的机械零件的CAE技术研究[J].昆明理工大学学报2006(6):76 -80.本，使结构轻量化。[].机电产品开发与创新2006(9):1)01 - 102.[4]刘小斌基于COSMOSXpress的应力分析[]。兰州工业高等专3优化设计科学校学报2004(6):17 -18.SolidWorks 的一大优点是支持对设计方案的动态修改，对[5]屈少敏,杨智慧SolidWorks组合软件在油脂机械零件设计中的于参数较多的零件，如果反复修改相关数据会很麻烦，还容易应用[J].河南工业大学学报,2006(8):83 -85.出错。在此，为了驱动需要修改的相关尺寸，利用SolidWorks[6]赵国性,张锁怀基于Slidworks的零件设计系列化[J].机械设的零件设计表配置功能，生成系列零件设计表如图4所示。在计与制造2005(10):67 -69.该设计表中，只需修改各相关参数值，就可得到不同尺寸的模型。再利用COSMOSXpress对不同配置的模型进行分析，结果作者简介:間永情(1980-). 男，汉，河南平顶山人，硕士如表1所示。研究生，研究方向:机械CAD/CAM。电话: 15238273866.E-mail: zlxy2009@ 126. com。C 1系列零件设计表是为，恬塞2收稿日期: 2011-03 -25(上接第77页)川徐立我国汽车电磁兼容技术发展概况[7].中国汽车技术研究中心专题研究.3方案1常规常规常规常规[2] 郑希俊.李伟权.汽车电磁兼容综述[J].工业技术,2010(30)..4方案2常规常规常规常规[3]李炜.关于汽车电磁兼容性的研究[J].科技创新导报.20095方3常规常规常规常规(2).方5常规。常规常规常规[4] Dr. Claus Schmidt , Robent Bosch GmbH. Automotive Electronie-网HISrt1/Enabling the fuure of individ ualmobility[J小]. D-72703 Reulingen,Germany.图4活塞系列零件设计表[5]刘青松.丁良旭.许响林.李彬.国内外汽车电磁兼容标准简介表1不同方案活塞分析结果[J].交通标准化,2008(2/3).最小安全系数质量/g[6] 陈建国,韩亚平.汽车电磁兼容技术现状及发展趋势[J].汽车维修,2008(10);1 -3.方案118. 0838281. 68[7]张戟,孙泽昌.现代汽车电磁兼容理论与设计基础[ M].北京:方案25. 175154. 09清华大学出版社2009.方案34. 485 66121. 97[8] 蓝波,孙谊,张琦.汽车电磁兼容研究发展现状[J].信息技术，方案43.732 95118. 952010,34(8).方案52. Ss0 02115. 62作者简介:方成(1987-).男，湖北十堰人，硕士研究生。从表1可以看到，方案5中最小安全系数为2.55002,符主要研究方向。由动汽车及仿直技术。汽车底盘控制技术。电话:合活塞的强度要求，而质量仅有115.62g. 与方案1中最小安13429中国煤化工3. com。全系数18.0838，质量281. 68 g相比较有很大的提高，从而完TYHCNMHG稿日期: 2011-04-192011.05 Automoble Parts. 研究与开发079