柴油机螺旋进气道三维造型

柴油机螺旋进气道三维造型 孑/ 第5期(总第117期) 1998年10月 车用发动机 VEHICLEENq帆 /,, N.?. Oct,1998 ? CAD技术? 柴油机螺旋进气道三维造型 3DModelingofDieselHe]icalIntakePort O~6~.t3q-. (/~72 L型查兰(华中理工大学交通学院武汉430074) 摘要分析了螺旋进气遘三雏形状特征,在~cmetatlon下,刮蒙皮技术,实现了螺旋进 气遮 虻 型淘搴札关键词:,望兰壁童型-/副干',嘲=,jL 进气道是发动机的关键部件之一,其优 劣直接影响发动机的功率,油耗,排放和噪声 等主要技术指标,但柴油机的进气道,特别是 螺旋进气道,存在形状复杂,分型面特殊等问 题,制造难度大.进气道外形属于自由型曲 面,难于用传统的画法几何的方法来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达.长 期以来,进气道的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 都是先用手工塑造一 个气道模型,经反复气动实验合格后.再根据 模型绘耐出一组剖画面,然后根据这些二维 图形造出气道轮廊,显然,传统的用二维图形 表示三维立体的方法既难以保证精度又费工 费时. 近年来,由于计算机科学的迅速发展,特 别是计算机辅助设计(CAD)以及计算机辅助 几何设计(CAGD)的不断成熟,国内外都出现 了把CAD/CAM技术引人柴油机进气道研制 过程的趋势,提出了许多造型方法,例如:美 国西南研究院(SouthwestResearchInstitute)通 过对基本体素进行布尔运算,在Pro/E软件 上实现了进气道的三维实体造型.国内大多 数单位如:华中理工大学,江苏理工大学都曾 利用散乱的数据点进行曲面片的拼接.实现 进气道的三维曲面造型.通过对进气道形状 特点的研究,本文提出蒙皮技术是较适合进 气道的造型方法,并在Micr~.ation下,通过编 写Basic宏程序自动生成进气道三维外形. 收稿B期:199g-oga33 1数学模型的建立 8o年代后期.非均匀有理B样条方法 (NuRBs)成为用于曲线曲面描述的广为流行 的技术.NURRS继承It样条的优点,同时 它既为解析曲面.又为{型曲面豹精确表 示提供了一个公共的数学形式.NURBS的 这种优点,为利用蒙皮造型技术,旋转曲面造 型技术和扫掠曲面造型技术生成NURBS曲 面奠定了基础.利用r,,qJRBS方法造型.,在 CAD/CAM领域已成为一个热点,大多数CAD 软件都声称具有I~IURBS三维造型功能. r,,qJRBS曲面方程: m ??.』.("),()i=0i=D 式中:止.——控制顶点; ,——权因子; . (u)——u向k次规范B样条基; . ()——向次的规范B样条基. 通过对发动机进气道外形的分析可知, 它的形状可以由一系列的截面轮廊线按一定 的走向来定义.同时,根据进气道外形特征, 把进气道分为导向部分和螺旋室部分.蒙皮 法实际上就是通过一组有序的截面轮廊线的 空间曲线拟合生成一张曲面,用蒙皮法生戚 车用发动机1998年第5期 进气道的优点之一就是便于修改.在进气道 的设计中,设计人员可根据构思出的气道的 轮廊(各截面的形状)就能生成气道的三维形 体.修改时,也可以通过对某一截面的修改 达到修改气道三维形状的目的. 2Microstation介绍 从造型的方法看,除了线框造型由于比 较简单,由开发者自己编程实现外,其他各种 造型都是在某种CAD软件的基础上进行二 次开发完成的.它的好处是: ? 使开发者不必把精力放在一些底层的 程序编写和算法实现上,而是集中精力于和 专业相关的某些功能的实现上.例如:B样 条曲线曲面的自动生成算法等. ? 充分利用CAD软件强大的功能,例 如:渲染,动画和光照等等. 由于计算机技术的飞速发展,以前只能 在工作站上利用大型CAD软件(PIo,En. neer,I—DEAS,CADDS,Euclid等)进行的三维 造型工作,而现在在高档微机上就可以实现 了,这为进气道的三维造型提供了强大的物 质基础. Microstafion是美国Bend竹公司的CAD 产品.它不仅有强大的三维造型功能,支持 NURBS曲面造型,还提供了MDL(MI. CROSTATIONDevelopmentIan目1a),Basic程 序等2次开发语言.其主要特点是: ? 用户界面友好,具有非常流行的Win. dows窗口设计,提供了8个可移动的图形设 计窗口. ? 它含有多种造型工具,可以以多种方 法构造B样条曲面,造型工具可构造2—15 阶,不大于101x101个顶点的任意曲面.并 且三维造型功能强大,可以用多种方式进行 渲染,还有比3DS更强的动画功能. ? 支持2次开发.其2次开发语言 MI)L,以 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 C语言为基础,提供了多达 1750种函数,可任意调用.可以使开发者开 发出类似Micmstation风格的专用CAD软件. 其宏程序以Basic语言为基础,可以使开发者 使用各种Microstation命令.宏程序以文本格 式存储,利用内置的Basic编译器编译及运 行. 3气道三维造型的实现 3.1气道外形描述 柴油机进气道由自由型曲面构成,外形 非常复杂,而且不同机型的气道形状也不尽 相同,因此对气道进行外形描述十分困难. 通过对进气道外形的分析,可以把进气道看 作是由一系列有向的截面组成的.在工作 中,把进气道分成了导向部分和螺旋室部分. 其中导向部分由15个截面组成,每个截面由 13个点确定;螺旋室部分由9个截面组成, 每个截面由32个点确定,如图1所示.设计 人员可以方便的对各个截面进行修改,从而 改变进气道外形.气道外形数据根据程序的 要求输入,例如: (一15.0,一7.0,一3.4)(一16.0,一4.0, 一 3.4)(一17.0,一1.0,一3.4)(一17.0,2.5, 一 3.4)(一16.8,6.1,一3.4)(一16.2,9.5, 一 3.4)…… 圈1进气道截面 对于不同的进气道外形,可以采用不同 1998年l0月韩晓等:柴油机螺旋进气道三维造型?4l 的截面划分方法.例如,可以把进气道看成 一 个整体,由若干个截面和1个有向的轨迹 线组成. 3.2气遒外形的程序实现 3.2.1宏程序? Micr~tation提供了CreateMacros和Mac. ros两个菜单命令,利用前一个命令建立一个 简单的宏程序,再利用后一个命令对程序进 行编辑,运行,调用Microstation提供的各种命 令,输入点的三维坐标,从而自动生成进气道 的外形,如图2和图3所示的进气道外形的 线框图和色彩图. 图2进气道线框图 图3进气道色彩图 3.2.2动画显示 为了对进气道进行动态的观察,便于设 计人员对设计进行直观的分析,利用MI- CROSTATION提供的动画功能,制作了50桢 的动画.步骤如下: ? 选取UfilifiesMenu>Render>Anirnati? 菜单项; ? 创立关键桢(c止el(eyhIne),选定进 气道; ? 记录桢(Recoz,dScript); ? 对进气道进行旋转等处理,反复进行 第2和第3步骤,即可创建动画. 3.2.3切片显示 在螺旋进气道模具的制造中,往往需要 知道任意截面的形状尺寸,这时可以利用 Micrcstatlon提供的切片功能Microstatlon提 供了8种切片的方式,包括根据已知元素,设 定的区域,3点定义的平面,工程元素,线簇, 视图的水平方向,垂直方向,纵深方向等进行 切片,然后把切片存放在不同的文件中. 4结束语 随着计算机技术的进一步发展,在微机 上进行进气道三维造型有着比较广阔的前 景,而NURBS方法的出现,又为造型提供了 方便实用的数学模型.本文分析了螺旋进气 道的形状特征,把气道分成了若干个截面,在 Microstatiion下通过编写Basic程序实现了进 气道三维造型.为进气道CAD/CAM的实现 提供了重要的技术基础. 参考文献 1常思勤.汽车发动机气道的CAD与CAM.车用发 动机,1995(5):38—40 2精曼平.柴油机气道结构计算机三堆造型.内燃 机1程.1995(5) 3StanleyK.W妇.Pammeaicdesign0fhdicali】1take pore.SAEpaper.95~18,1995 4王德海.柴油机螺旋进气道计算机三堆造型.江 苏理1走学,1997(5) 5施法中.计算机辅助几何谴计与非均匀有理B样 奈.北京:北京航空航天大学出版社,1994 (骗辑赵成伟)