[發(fā)明專利]一種大橢圓度活塞外圓型面曲線設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611225551.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108240269B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟鵬;林風(fēng)華;王春陽(yáng);馬學(xué)軍;劉淼;秦磊;龍強(qiáng);韓宇珍;尚自河;楊潤(rùn)青;張國(guó)華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué);山東濱州渤海活塞股份有限公司
• 主分類號(hào): F02F3/00
• 分類號(hào): F02F3/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發(fā)明公開(kāi)一種大橢圓度活塞外圓型面曲線設(shè)計(jì)方法，即“橢圓+擺線”組合曲線和“橢圓+漸變橢圓”組合曲線，本發(fā)明能夠使曲線的位移更加平滑，速度、加速度連續(xù)，沒(méi)有突變；將偏心圓部分重新設(shè)計(jì)為橢圓度增量呈二次正弦規(guī)律變化的漸變橢圓，解決了橢圓與偏心圓組合型線交點(diǎn)處位移存在尖點(diǎn)、加速度不連續(xù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了橢圓與偏心圓交點(diǎn)處加速度平滑過(guò)渡，可有效避免加工過(guò)程中的加速度突變，減少刀具沖擊，提高加工精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及重型發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種大橢圓度活塞外圓型面曲線設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

對(duì)于重型發(fā)動(dòng)機(jī)，為了避免活塞在高速?gòu)?qiáng)載運(yùn)行狀態(tài)下“拉缸”，需要增大其裙部外圓橫截面橢圓度，常用的方法是：在橢圓基礎(chǔ)上疊加偏心圓。為了避免橢圓+偏心圓交點(diǎn)處徑向收縮量的非圓滑連接，也有用余弦曲線進(jìn)行圓滑過(guò)渡。

在橢圓基礎(chǔ)上疊加偏心圓，通過(guò)偏心圓增大短軸收縮量。徑向收縮量Δ為某一角度處，橢圓相對(duì)于以橢圓長(zhǎng)軸為直徑的正圓的半徑差。偏心圓部分的徑向收縮量由下式確定：

其中，D_z為橢圓長(zhǎng)軸直徑，D為偏心圓直徑。

例如：某活塞外圓截面曲線為橢圓度0.30mm，偏心圓相對(duì)橢圓收縮量h＝0.40mm，主軸800r/min時(shí)，可得到位移-速度-加速度及加速度率仿真曲線。

“橢圓+偏心圓”組合曲線實(shí)現(xiàn)了位移曲線連續(xù)，但在橢圓與偏心圓交點(diǎn)處速度不連續(xù)。速度突變?cè)斐杉铀俣人矔r(shí)突變，引起加速度率曲線陡降，造成加工過(guò)程中刀具剛性沖擊，影響被加工曲線輪廓精度。

在橢圓基礎(chǔ)上疊加橢圓，通過(guò)疊加橢圓增大短軸收縮量。對(duì)于“橢圓+橢圓”組合型線，其加速度特征有如下規(guī)律：

0-θ橢圓加速度表達(dá)式：Δ″＝Gω²cos(2ωt) (4)

θ-90°橢圓加速度表達(dá)式：

“橢圓+橢圓”組合曲線實(shí)現(xiàn)了活塞截面曲線切削加工中速度的連續(xù)；但在橢圓與偏心圓交點(diǎn)處加速度不連續(xù)，存在有限值突變，引起柔性沖擊，仍對(duì)被加工曲線形狀精度造成不良影響。因此，過(guò)渡曲線形式是決定大橢圓度型線加工過(guò)程中有無(wú)加速度沖擊的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大橢圓度活塞外圓型面曲線設(shè)計(jì)方法，使曲線的位移更加平滑，速度、加速度連續(xù)，沒(méi)有突變。將偏心圓部分重新設(shè)計(jì)為擺線(正弦加速度曲線)和橢圓度增量呈二次正弦規(guī)律變化的漸變橢圓，可有效地解決橢圓與偏心圓組合型線交點(diǎn)處位移存在尖點(diǎn)、加速度不連續(xù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)橢圓與偏心圓交點(diǎn)處加速度平滑過(guò)渡，避免加工過(guò)程中的加速度突變，減少刀具沖擊，提高加工精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

(一)一種大橢圓度活塞外圓型面曲線設(shè)計(jì)方法，采用橢圓疊加擺線組合曲線，擺線也稱為正弦加速度曲線，該曲線的加速度特征是一條正弦曲線。橢圓疊加擺線組合曲線可避免交點(diǎn)θ處加速度的瞬時(shí)突變，降低加工過(guò)程的沖擊。包括以下步驟：

步驟1以活塞裙部截面中心為橢圓圓心，以活塞裙部長(zhǎng)軸直徑D為橢圓長(zhǎng)軸，由活塞裙部橢圓度G確定橢圓短軸；

步驟2在活塞裙部短軸部分作偏心圓，橢圓與偏心圓的交點(diǎn)形成的角度為θ，偏心圓相對(duì)于橢圓短半軸的偏移量為h，則偏心圓的偏心距為e，半徑為R；

步驟3以活塞裙部橢圓與偏心圓的交點(diǎn)為擺線的起點(diǎn)，活塞裙部短軸處為擺線的終點(diǎn)，偏心圓相對(duì)于橢圓的短半軸偏移量h為擺線行程；活塞裙部截面0-θ范圍內(nèi)的徑向收縮量Δ為橢圓的徑向收縮量，θ-90°范圍內(nèi)的徑向收縮量Δ₃為橢圓徑向收縮量與擺線位移之和；

步驟4以橢圓的長(zhǎng)軸作為長(zhǎng)軸，以擺線作為短軸，構(gòu)成活塞裙部外圓型面曲線。