油箱刻度的CAD求解方法

【摘 要】本文阐述了采用Pro/Engineer对油箱进行刻度求解的思路和方法，并对设计软件和实施方法进行了简要地介绍。通过对油箱刻度求解的探索，找到了CAD技术在企业实际生产中的应用方法，对生产实践中类似问题提供了可参考的方法。

【关键词】计算机辅助设计；油箱刻度；Pro/Engineer

在竞争日益激烈的市场竞争环境下，能够根据市场的变化和客户需求的改变而迅速变更产品设计和市场策略是十分重要的。随着竞争的加剧，产品的设计周期大大缩短，产品的设计越来越复杂，这就需要企业能够在短时间内设计出美观、实用和高质量的产品，来满足市场和客户的要求。

客户对产品外观和实用性的要求，越来越多的产品和零件都不再是简单的满足使用要求，而是被设计的更加美观并符合用户的使用习惯，因此出现了越来越多的曲面零件。但曲面零件在设计和制造中会面临众多的难题，例如零件的重量、体积、强度、刚度等等都很难计算，原来的经验设计法在新的环境下趋于疲惫，这就需要找到一种更加快捷准确的方法来完成曲面零件的设计和制造，使企业在新的市场环境下得到发展。

某小型内燃机油箱的形状如图1所示。油箱用半透明塑料制成，为了直观地观察油箱内所剩燃料的多少，需要在油箱表面上标明刻度。但摆在面前的技术难题是：由于油箱的形状复杂，油面高度并不和油的体积成比例，因此标示的刻度也不是均匀的，找到刻度的规律成为设计人员的难题。若分段进行手工计算，既复杂又不精确，因此借助计算机来完成此任务是明智的选择。

图1 油箱外形

计算机辅助设计（Computer Aided Design），简称CAD。它是把计算机技术引人设计过程.利用计算机来完成汁算、选型、绘图及其他作业的一种现代设计方法。CAD是设计中应用计算机进行设计信息处理的总称。它应包括产品分折计算和自动绘图两部分功能，甚至扩展到具有理辑能力的智能CAD。CAD是产品或工程的设计系统，所以CAD系统应能支持包括：分析、计算、综合、创新、模拟及绘图等各项基本设计活动。CAD的基础工作是建立产品设计数据库、图形库、应用程序库。

Pro/ENGINEER是美国PTC公司的标志性CAD软件产品，是一套由设计至生产的机械自动化软件。自90年代中期，国内许多大型企业开始选用Pro/ENGINEER，发展至今，已拥有相当大的用户群。

Pro/ENGINEER采用了单一数据库、参数化、基于特征及工程数据再利用等概念。Pro/ENGINEER采用了模块方式，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。目前共有20多个模块，涉及工业设计、机械设计、模具设计、功能仿真、加工制造等方面，为用户提供全套解决方案。

分析特征是Pro/ENGINEER中的一种基准特征，其建立的目的在于设计优化或参数分析。分析特征可作为可行性/优化设计和多目标设计研究的设计目标。使用分析特征可以分析模型的物理特性、曲面特性、曲面特性、自定义特性以及Pro/MECHANICA特征等。

在邮箱刻度的求解中，关键问题在于找到油面高度与油量的对应关系，可利用模型分析的单侧体积来创建体积参数，然后利用敏感度分析来找到高度和体积的对应关系。具体实施步骤如下：

1 三维建模并创建用来表示油面的基准平面

因为油面的最高位为68mm，因此需要在此处建立一个基准面用于表示油面的高度，此面以下的实心油箱的体积减去空心油箱的体积就是装满油时的容积。如图2所示。

2 创建抽壳后的单侧体积分析

单侧体积分析计算的是平面单侧的实体体积，抽壳前的单侧体积分析得到了实心油箱的实体体积，抽壳后的单侧体积分析得到了空心油箱的实体体积，用前者减后者得到的值即为油箱空心部分的体积，即油箱的容量。如图3所示。

图2 三维模型和基准平面 图3 单侧体积分析

3 创建敏感度分析

因油箱的壁厚为1mm，所以油箱内的油面高度变化范围为1～68。设置步数为68，就是将变量的变化范围平均分为68段进行计算，这样能保证计算时高度以整数1递增，这样得出的结果可参考性高。

图4 实体油箱体积与高度关系

图5 空心油箱体积与高度关系

4 创建结果数据

通过对数据的导出，可以将数据进行进一步的分析，并在EXCEL表格中制作出油箱容积和液面高度的关系，如图6所示。

图6 油箱容量和高度之间的关系

有了高度和容积的对应关系并获得了精确的对应数据，就可以利用这些数据制作刻度了，也可以根据油的容量计算出各个刻度点所剩燃料的工作时间并附加在刻度上。将制作好的刻度雕刻在油箱的模具上或印刷在油箱外壳上，用户可以直观地观察燃料的多少和所剩燃料的工作时间。

在没有实施CAD之前，企业在解决此类问题的时候，一般都是先制作出塑料样品，然后再用量筒测出不同液面高度的容积，最后再把刻度设计在模具上，这样不仅消耗了宝贵的时间，花费了大量的样品试制成本，而且精度不高，只能提供有限的几个刻度。这样使得企业在激烈的市场竞争中处于被动地位。

通过本文介绍的方法，成功为企业实施了CAD技术，并在虚拟环境下求解了此油箱的刻度，是企业的设计效率和产品质量都大大提高了。开发周期的缩短和产品质量的提高，最终都转化为本企业及其客户效率的提高，用更少的成本更快完成更有价值的工作。

[责任编辑：周娜]

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