基于PRO/E的发动机活塞参数化实体建模

程美

摘 要：为了准确、快速设计发动机活塞实体模型，减少设计时间，缩短生产周期，在Pro/E环境下，利用参数化设计方法对其进行了设计。以活塞顶部圆直径pd为基本参数，运用参数化公式设定相关参数并建立约束，然后利用实体技术生成模型。该设计实现了准确、快速、可靠地创建实体模型，并且能够通过修改几何参数实现快捷变更设计，对生产实际有一定的参考价值。

关键词：发动机活塞;参数化;PRO/E;实体建模

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.29.111

1 引言

随着内燃机强化指标的不断提高，活塞作为发动机的核心部件，五年内其需求将迎来爆发性增长。然而，我国在活塞及其配合件的开发、设计和制造的总体水平还有待提高，市场竞争不具备明显优势。因此，活塞制造相关企业必须缩短产品设计周期，增强产品创新能力，提高产品的用户化程度，逐步提高产品核心竞争力。本文以PRO/E API函数为接口，开展活塞、活塞环、活塞销及缸体的参数化建模，不仅提高活塞曲柄机构的设计精度和效率，缩短产品开发周期，为模型相关应用打下基础。

2 PRO/E参数化设计对象和原理

2.1 PRO/E API对象

PRO/E是Pro/Engineer的简称，是美国参数技术公司（PTC）旗下的一款CAD/CAM/CAE一体化的三维软件，能实现参数化造型、产品设计、造型与装配、机构功能模拟、加工制造功能等。PRO/E API是PRO/E为用户二次开发提供的应用程序编程接口，涵盖了全部的PRO/E数据模型，通过对这些对象属性的设置和方法的调用，实现自动化和自定义操作。PRO/E API有两种：一种是J-Link工具包中的Java语言API函数;另一种是Pro/Toolkit工具包中的C语言API函数。本文主要调用Pro/Toolkit工具包中的C语言API函数，实现活塞、活塞环、活塞销等关键零件关键尺寸的设置与修改，最终完成发动机活塞实体模型的建立与自动更新。

2.2 PRO/E参数化设计原理

参数化设计有完全程序化参数设计和参数修改法设计两种。完全程序化参数建模过程完全是由程序控制，不需要模型库的支持，用户是通过需要调用程序生成模型，如果要修改图形，重新运行一遍应用程序即可，应用非常灵活，但是计算量大，适合模型简单、参数关联性强的情况。参数修改法是事先建好参数化模型，应用程序调用打开模型，如需修改图形，则通过修改指定参数尺寸完成重建。

发动机活塞的形状复杂、尺寸多，产品开发初期，有一定的模糊性，为了提高建模速度和模型精确度，采用参数修改法设计，具体流程如图1所示。

3 发动机活塞主要结构参数

查阅汽车发动机设计手册，对活塞组各部分参数进行初步设定。图2所示为活塞的结构示意图及各部分的参数符号，表1为活塞各部分几何尺寸及参数值。在设计时，以活塞顶部圆直径pd为基本参数，设计取值其他几何参数。

活塞各组成部分、活塞环、活塞销等的几何尺寸及参数取值分别如表2所示。

如图3和图4所示为活塞环（气环与油环）的结构示意图及参数符号，其中为了简化绘图过程，油环采用整体式油环，查阅内燃机设计手册，活塞环各部分几何尺寸及参数取值如表3所示。

图5所示为活塞销的结构示意图及其参数符号，查阅内燃机设计手册，对活塞销各部分几何尺寸及参数取值，如表4所示。

4 活塞组三维实体模型生成

利用Pro/E进行三维建模时，需要根据零件的各几何尺寸的比例，设定相关参数并建立约束，当修改了几何参数取值时，Pro/E会自动生成新的模型。活塞各参数分别表达如下：

pr——活塞半径;

phd——销座孔直径;

pin_d1——活塞销外圆直径;

vat_d0——气缸外壁直径;

vat_d1——气缸缸内壁直径;

为了简化建模过程，对各参数关系如下假设：

（1）活塞销外圆直径等于销座孔直径（pin_d1=phd，）;

（2）气缸壁直径的1/2等于活塞半径（vat_d1/2=pr）。

各个参数的初始取值见表5。

用Pro/E软件对活塞组进行三维实体建模，在草绘图中设置约束关系，设置零件参数，得到如图6所示的实体模型，根据三维模型生成二维视图（如图7所示），活塞各几何参数见图中标注。

5 结论

通过使用Pro/E三维建模軟件对活塞组的三维建模发现，建模过程可采用参数化设计，系统可以根据给定的参数自动生成三维模型，方便快捷，直观明了。若要对已生成的三维模型进行调整，只需修改参数便可实现自动对三维模型的同步调整与修改，同时Pro/E能由三维模型生成二维视图，极大的提高了设计效率，具有很好的应用推广价值。

参考文献

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