Пильов В.О., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників. Том 4. Основи САПР ДВЗ

Подождите немного. Документ загружается.

ДВИГУНИ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

В.О. ПИЛЬОВ

А.Ф. ШЕХОВЦОВ

СЕРІЯ ПІДРУЧНИКІВ У 6 ТОМАХ

ТОМ 4

За редакцією

проф. А.П. Марченка, заслуженого діяча науки

України проф. А.Ф. Шеховцова

Затверджено Міністерством освіти і науки України як

підручник для студентів вищих навчальних закладів, що

навчаються за напрямом “Інженерна механіка” за

спеціальністю “Двигуни внутрішнього згоряння”

Видавничий центр НТУ “ХПІ”

2004

ББК 31.365

П94

УДК 621.432.3

Рецензенти: А.П. Кудряш, д-р техн. наук, проф.,

Інститут проблем машинобудування НАН України;

В.І. Мороз, д-р техн. наук, проф.,

Українська державна академія залізничного транспорту

Автори: В.О. Пильов, А.Ф. Шеховцов

Гриф наданий Міністерством освіти і науки України,

лист № 1/11 – 4682 від 06.11.2003

П94

Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників. Т. 4. Основи САПР ДВЗ.

/ За ред. проф. А.П. Марченка, засл. діяча науки України проф. А.Ф. Шехов-

цова – Харків: Видавн. центр НТУ “ХПІ”, 2004. – 428 с.

ISBN

У підручнику викладено теоретичні основи будови інтегрованої САПР та її підсис-

тем. Надано докладну інформацію щодо складу і використання методичного, програмного,

лінгвістичного, інформаційного, технічного та математичного забезпечення САПР ДВЗ.

Наведено умови і шляхи підвищення ефективності проектування двигунів і їх елементів.

Обґрунтовано використання сукупності методів оптимізації конструкцій в САПР ДВЗ. По-

дано

приклади виконання робіт в різноманітних підсистемах автоматизованого проекту-

вання двигунів внутрішнього згоряння.

Підручник призначений для студентів спеціальності “Двигуни внутрішнього зго-

ряння”. Він може бути корисним викладачам, аспірантам, інженерам-розробникам перспе-

ктивних ДВЗ.

Theoretical fundamentals of an integrated CAD system structure are its subsystems are

given. The detailed information concerning the structure and use methodical, program, linguistic,

information and a software CAD system of internal combustion engines is presented. Conditions

and ways to increase engines and their elements designing efficiency are described. Structures

optimization methods set application in ICE CAD system are described. Operations performance

examples in various subsystems of internal combustion engines atomized designing are submit-

ted.

The text-book is intended for the students of “Internal Combustion Engines” speciality

students. It may be useful for instructors, post-graduates, development engineers of long-range

internal combustion engines.

Іл. 207. Табл. 22. Бібліогр. 15 назв.

ББК 31.365

ISBN © В.О. Пильов, А.Ф. Шеховцов, 2004 р.

СПИСОК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

АБД – автоматизований банк даних

АІЗ – інтеграція інженерного забезпечення

АІС – автоматизована інформаційна система

АП – автоматизоване проектування

АРМ – автоматизоване робоче місце

АС – автоматизована система

АСК – автоматизована система конструювання

АСКВД – автоматизована система керування випробуваннями, доробки та

доведення конструкції

АСКП – автоматизована система керування підприємством

АСКПП – автоматизована система керування процесом проектування

АСКТП – автоматизована система керування технологічними процесами

на підприємстві

АСНД – автоматизована система науково-дослідних робіт

АСП – автоматизована система проектування

АССД – автоматизована система статистичних досліджень

АСТПВ – автоматизована система технологічної підготовки виробництва

БД – база даних

БПЗ – базове програмне забезпечення

ВН – водяний насос

ГВС – гнучка виробнича система

ГОМ – глобальна обчислювальна мережа

ГУ – граничні умови

ДВЗ

– двигун внутрішнього згоряння

ЕОМ – електронно-обчислювальна машина

ЖЦК – життєвий цикл конструкції

ЗЗП – зовнішній запам’ятовуючий пристрій

ЗОТ – засоби обчислювальної техніки

ІЗ – інформаційне забезпечення

ІПТ – інтегрований проектно-технологічний комплекс

ІС – інформаційна система

ІТ – інформаційна технологія

КВ – колінчастий вал

КЗ – камера згоряння

КІВ – комп’ютерно-інтегроване виробництво

КТЗ – комплекс технічних засобів

КШМ – кривошипно-шатунний механізм

ЛЗ – лінгвістичне забезпечення

ЛОМ – локальна

обчислювальна мережа

МЗ – методичне забезпечення

ММ – математична модель

МСЕ – метод скінченних елементів

НДР – науково-дослідна робота

ОО ПЗ – об’єктно-орієнтоване програмне забезпечення

ООТ – об’єктно-орієнтована технологія

ОС – операційна система

ОТ – обчислювальна техніка

ПД – програмна документація

ПЗ – програмне забезпечення

ПК – персональний комп’ютер

ПКВ – поворот колінчастого вала

ПО ПЗ –

проблемно-орієнтоване програмне забезпечення

ППЗ – прикладне програмне забезпечення

ППП – пакет прикладних програм

РМ – розподілена мережа

РОМ – регіональна обчислювальна мережа

САПР – система автоматизованого проектування

СКБД – система керування базами даних

СПП – система промислового проектування

СТС – складна технічна система

ТЗ – технічне завдання

ЦОК – центральний обчислювальний комплекс

ЦП – центральний процесор

ЦС – цільова система

ЧПК – числове програмне керування

C-3 – інтегрований проектно-технологічний комплекс

CAD – система автоматизації креслярсько-графічних робіт

CAE – автоматизована система виконання інженерних розрахунків

CAID – система промислового проектування

CAM – автоматизована система технологічної підготовки виробництва

PDM – автоматизована система керування даними про об’єкти

проектування

TDM –

автоматизована система керування технічною документацією

VC – віртуальна компанія

VDE – інтеграція інженерного забезпечення

ПЕРЕДМОВА

Розв’язання комплексу задач по створенню високоекономічних, ма-

лотоксичних, надійних в експлуатації двигунів внутрішнього згоряння

(ДВЗ) з високими ресурсними показниками постійно залишається голо-

вним завданням моторобудівної галузі. Водночас світові закономірності

розвитку двигунів, темпи їх проникнення на ринки збуту та досвід розроб-

ки свідчать, що поряд з невпинним підвищенням вимог до

показників яко-

сті конструкцій обов’язковими виступають потреби суттєвого зменшення

проектних витрат та часу розробки проектів. При цьому як основна вису-

вається задача віртуального проектування, коли передбачається практично

повне моделювання деталей, вузлів, агрегатів, систем, процесів і двигуна в

цілому на основі цілеспрямованого використання методів і засобів автома-

тизованого виконання проектно-конструкторських

робіт.

Підручник узагальнює світовий і вітчизняний досвід з теорії і прак-

тики комп’ютерних технологій проектування ДВЗ. У ньому розкрито про-

гресивні, перш за все комплексні підходи, що базуються на всебічному за-

стосуванні сучасних математичних моделей функціонування двигунів та

методів системного підходу щодо використання систем автоматизованого

їх проектування (САПР). Засвоєння

студентами вказаного підходу є голо-

вною метою підручника. Вперше у навчальній літературі висвітлено теоре-

тичні, методичні, програмно-лінгвістичні, інформаційні, технічні та мате-

матичні основи забезпечення САПР ДВЗ.

При розробці автоматизованих систем необхідно враховувати суттє-

во високу складність двигуна як технічної системи. У зв’язку з цим питан-

ня впровадження інтегрованої САПР

ДВЗ розкрито як напрям, якого слід

дотримуватись під час побудови та використання окремих її підсистем.

Останні реалізують логічно завершені етапи проектування та виступають

як самостійні одноетапні та багатоетапні системи. Структурне поєднання

цих систем подано в світлі взаємодії відповідного методичного, програм-

ного, лінгвістичного, інформаційного, технічного і математичного забез-

печення процесу автоматизованого проектування (АП).

При розгляді питань конструктивної оптимізації деталей ДВЗ основ-

ну увагу зосереджено на необхідності урахування широкого набору крите-

ріїв їх якості та впровадженні

комплексів еквівалентних математичних мо-

делей різних рівнів складності. Практичну задачу оптимізації конструкції

розглянуто на прикладі забезпечення заданого рівня тривалої міцності по-

ршня. Подано цикл пілотного проходження проекту в багатоетапній

САПР.

У процесі викладення питань побудови і використання САПР ДВЗ в

усіх підрозділах підручника наводяться посилання на зв’язну інформацію з

інших підрозділів і розділів. З урахуванням загальних принципів будови

САПР це сприяє розумінню сукупності положень автоматизованого проек-

тування двигунів як невід’ємного цілого. Розгляд поданих питань широко

ілюструється прикладами з реального проектування двигунів внутрішнього

згоряння українських і закордонних фірм.

Зручним допоміжним засобом засвоєння матеріалу є використання

електронної версії підручника, що надається

на CD-диску. Більшість ілюс-

трацій на згаданому диску кольорові. Останнє підсилює уявлення щодо ре-

альних умов функціонування різноманітних підсистем проектування ДВЗ.

Викладення змісту підручника базується на знаннях, що отримані

студентами в курсах з інформатики та базових загальноосвітніх і спеціаль-

них дисциплін. Кожний розділ завершується блоком контрольних запитань

і завдань. У

додатках подані відомості та тексти програм, які рекоменду-

ються до використання під час проведення практичних і лабораторних ро-

біт з курсу, в процесі функціонування учбової та промислових САПР. На-

ведені приклади програм призначені для полегшення засвоєння методоло-

гії автоматизованого синтезу проектних документів у двигунобудуванні.

Усі використані в підручнику назви програмних продуктів

э зареєст-

рованими торгівельними марками відповідних фірм.

Розділи 1,7 написані В.О. Пильовим і А.Ф. Шеховцовим; розділи 2–6

– В.О. Пильовим.

Автори висловлюють вдячність за допомогу при написанні підруч-

ника співробітникам кафедри “Двигуни внутрішнього згоряння” НТУ

“ХПІ”, а також спеціалістам конструкторських бюро і науково-дослідних

центрів моторобудівної галузі, в першу чергу ХКБД, КБСД, ГСКБД,

ІПМаш НАН України, АВТРАМАТ, “Мотор-Січ”.

Автори вдячні шановним рецензентам рукопису підручника профе-

сорам, докторам технічних наук

А.П. Кудряву та В.І. Морозу за важливі

рекомендації щодо поліпшення його якості.

Особливу подяку автори висловлюють Л.Т. Жиліній та І.В. Риковій

за велику роботу по комп’ютерному набору підручника.

Усі зауваження та пропозиції щодо покращення змісту підручника

просимо надсилати за адресою: 61002, Харків, вул. Фрунзе, 21, НТУ

“ХПІ”,

кафедра “Двигуни внутрішнього згоряння”; E-mail:

dvs@kpi.kharkov.ua.

Глава 1. ОСНОВИ СИСТЕМНОГО ПІДХОДУ ДО

БУДОВИ І ВИКОРИСТАННЯ САПР ДВЗ

1.1. Місце і роль автоматизованого проектування

в життєвому циклі ДВЗ

Створення нового двигуна внутрішнього згоряння є вкрай складним

та довготривалим процесом, в якому задіяні колективи вчених, конструк-

торів, спеціалістів в області випробувань, виробництва, експлуатації ДВЗ.

Інтегрованою метою їх спільної праці

є отримання конструкції з найкра-

щим сполученням значень комплексу критеріїв якості об’єкта проектуван-

ня. До цього комплексу відносять ефективну потужність двигуна, його

економічність по паливу та маслу, токсичність викидів, рівень вібрації та

шуму, вагові та габаритні показники, безвідказність та ресурс, ремонто-

придатність, собівартість тощо.

Для розробки двигуна з урахуванням складного

комплексу критеріїв

його якості слід розуміти специфіку всіх стадій життєвого циклу констру-

кції (ЖЦК) та вагомість впливу останніх на результат ефективного викори-

стання технічного об’єкта в експлуатації.

Життєвий цикл технічного об’єкта – це сукупність взаємо-

зв’язаних процесів створення машини і послідовної зміни її

стану в часі – від формування вхідних вимог до неї, через

проектування і виробництво до експлуатації і завершення

експлуатації.

Життєвий цикл ДВЗ традиційно складається з наступних стадій:

створення, виробництва, спрямування, експлуатації. Кожну стадію можна

поділити на окремі основні етапи які, в свою чергу, також складаються з

певного набору етапів, процедур та операцій. Стадії та основні етапи ЖЦК

ДВЗ подано на рис.1.1. Розглянемо їх.