基于ProE的路宝车发动机配气机构的三维建模设计

摘 要本文介绍了基于的微型乘用车发动机配气机构的建模与述了国内外目前微型乘用车发动机配气机构的装配与分析的发展趋势。通过对发动机配气机构的使用性能、工作条件、结构、技术要求的了解，利用绘出配气机构的三维图，并进行发动机配气机构的模拟装配，在有限元分析过程中，应用到了当今流行过的三维建模，将此模型导入到年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，对于工程实际具有重要的应用价值。基于以上的说明，我们可以知道本设计从理论上可以提高制造效率，节省劳动力，节约生产资源，加快了解汽车企业生产工艺设计、制造及应用的过程，与传统高生产制造水平。关键词：配气机构；建模；限元分析of of of of of of of of of of of of it to of of in it an of it an in on we in it up of of to ；摘 要. 选题背景. 国内外发动机配气机构的发展趋势.内外发动机配气机构的发展趋势.及.的现状及功能特点. 课题研究的主要内容. 课题研究的主要方法. 概述. 气门的建模.气门的建模.气门的建模.其他零件的建模.本章小结. 概述. 气门传动组设计中需注意的问题. 凸轮轴的建模. 摇臂的建模.气摇臂的建模.气摇臂的建模. 摇臂轴的建模.气摇臂轴的建模.气摇臂轴的建模. 其他零件的建模. 本章小结. 概述. 装配过程. 本章小结. 概述. 排气门的有限元分析.加载荷和约束条件. 本章小结.题背景我国从二十世纪八十年代初引进微型车，20余年经历了三代产品，目前，本上具备了迎接国际挑战的能力。微型车在我国占有很大的市场。据统计，2006年我国汽车保有量为3880万辆，已达1228万辆1。在我国汽车发展史上，微型车近20年的历程走出了具有自己鲜明特色的发展道路。微型车已经稳稳地成为中国汽车市场中的主力车型。是目前最先进的计算机辅助设计、制造和分析的软件，广泛应用于机械、电子、建筑、汽车等领域，利用可以轻松地完成大多数的机械类设计、制造和分析任务。发动机是汽车结构中最重要的部分，如果说发动机是汽车的心脏，那么配气机构就是它的心房。配气机构作为发动机两大机构的重要部件之一，它的平稳性是保证配气机构正常工作的关键，它的功用是根据每一气缸内进行的工作循环顺序，定时的开启和关闭各缸的进、排气门，以保证新鲜的可燃混合气得以及时进入气缸并把燃烧后的废气及时排除气缸。最大限度的降低有害气体的排放量。通过运用进行发动机配气机构的三维建模、及基于拟技术在系统动力学仿真中的成功应用，这些不仅可以提高仿真精度，而且可以缩短产品设计周期，对于工程实际具有重要的应用价值。从而达到对配气机构的装配工艺进一步更深了解；这样可以从本质上提高制造效率，节省劳动力，节约生产资源；加快了解汽车企业生产工艺设计、制造及应用的过程，该毕业设计可以加强国内外流行三维软件以及前在发达国家的汽车行业中，软件以及取得了巨大的经济效益，新的轿车产品的开发周期已缩短至2年。的三维建模与传统们也可以提高生产制造水平。内外发动机配气机构的发展趋势配气机构是发动机的主要组成部分，它的平稳性是保证配气机构正常工作的关键，因此研究配气机构动力学具有十分重要意义。发动机配气机构是一个弹性系统，工作时的弹性变形引起机构弹性振动，严重时机构无法正常工作。目前除试验方法观察机构动态性能和研究机构动力学之外，运用力学方法建立配气机构的力学模型，用计算机进行动态模拟研究已显示出非常突出的优越性。随着发动机高效率、高速化的发展，人们对其性能指标的要求更高，这给配气机构的设计以及制造工艺增加了难度。目前，广泛采用的是气门、凸轮式配气机构，它具有保证气缸密封性的优点。配气机构系统研究内容主要有两方面：一方面是零部件的设计，包括凸轮型线、气门摇臂机构的设计，气门弹簧及气门等零部件的设计；另一方面是机构的动力学问题， 而对于机构动力性能的研究， 又主要集中在气门的运动规律上。国外对配气机构的振动模型、摩擦及配气相位和可变气门正时等的研究有一些报道。国内也在致力于研究更精确的气门振动模型、凸轮挺柱副的动力润滑、非对称凸轮型线以及凸轮型线的拟合等问题主要有：一是设计了许多性能优良的凸轮型线；二是配气机构由性设计发展为弹性设计；三是由孤立研究凸轮设计发展到配气机构系统设计。内燃机配气凸轮的研究已经涉及到配气机构性能的各个方面，包括型线、挺柱的运动规律、气门振动模型、挺柱与凸轮的接触应力、摩擦应力等。在研究更精确的气门振动模型、凸轮挺柱副的动力润滑、非对称凸轮型线以及凸轮型线的拟合等方面，国内外都有很大的发展。的现状及功能特点司开发研制的三维数字化设计、分析及制造软件。目前，全球有超过四万家公司的五百多万名工程师和设计师在使用2。它建立在极大的性能优势之上，把创造性的新技术带到了每一位工程师和设计师的手中。它集零件设计、大型组件设计、运动分析、造型设计、数据库管理等功能于一体，具有参数化设计，特征驱动，单一数据库等特点，大大加快了产品的开发速度，这些技术超越了纯粹的参数化系统和那些已经过时的所谓混合建模系统。是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活，功能如下：（1）特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）。（2）参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）。（3）通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。（4）支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，（5）贯穿所有应用的完全相关性（任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动）。其它辅助模块将进一步提高扩展 的基本功能。谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的负载也相当多，理论分析往往无法进行。想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。由于计算机行业的发展，相应的软件也应运而生，机械、电机、土木、电子及航空等领域的使用，都能达到某种程度的可信度，颇获各界好评。使用该软件，能够降低设计成本，缩短设计时间。到80年代初期，国际上较大型的面向工程的有限元通用软件主要有：一个多用途的有限元法分析软件，初它仅提供结构线性分析和热分析，现在可用来求结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了前置处理、解题程序以及后置处理，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为现代工程学问题必不可少的有力工具。工程中的应用日益成熟和广泛。多数使用者认为对于复杂的几何模型在 此，提供了同大多数软件的接口如（G），并可将模型通过图形数据格式导入，以减少建模的周期，提供建模效率。但在外部数据导入的同时，由于数据的兼容性等问题，有时并不是很理想，容易造成以下问题：（1）对细微结构的忽略，而这却是分析局部应力及应力集中的关键部位。（2）对于装配件导入后，各零件间位置关系并不能符合要求，容易造成分属不同零件的点线的合并而改变各零件装配关系。（3）在三维有限元优化设计带来困难3。（4）模型的建立只是有限元分析的一个步骤，还必须考虑单元划分，加载和后处理等系列问题导入的模型由于各实体元素的编号不能控制，给后继问题的处理带来很大不便。题研究的主要内容1设计的主要内容（1）通过给定的二维图形结合着软件转化为三维图形。（2）再建立起配气机构各个零部件的三维实体模型。（3）在零部件的实体模型的基础上,定义各个零部件之间的装配配合关系。（4）最后把每个部件都结合到一起进行模拟装配，从而建立起该装配体的实体模型。（5）选取排气门并导入气门承受的强度进行计算校核。题研究的主要方法收集有关微型乘用车发动机配气机构的相关资料。对配气机构的零部件进行建模，以气门组的气门为研究对象，在参数化建模的基础上，将其三维模型导入时开启和关闭各缸的进、排气门，是新鲜的气体进入气缸，废气从气缸排出。所谓新鲜气体，对于汽油机就是汽油与空气的混合气，对于柴油机则为纯净的空气。配气机构应使发动机在各种工况下工作是厚的最佳的进气量，以保证发动机在各种工况下工作时具有最佳的性能。组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。本次设计的配气机构是凸轮轴上置式，由凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂在驱动气门，这种方式是配气机构的刚度大，驱动气门的能量损失小4。）运行。单击“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，新建”窗口 择“单位类型”（2）点选“类型”选项中的“零件”单选按钮，点选子类型选项组中的“实体”单选钮，并在名称文本框中输入新建文件的名称，取消勾选“使用默认模板”复选框，单击“确定”弹出新文件选项对话框。（3）选择“板，表示零件模型为实体，单击“确定”完成，）点击确定，进入草绘属性界面，草绘属性”窗口（2）根据已给的制进气门的草绘图，绘图时注意要选取旋转轴，否则不能生成三维模型，草绘”窗口（3）绘制完草图后点击右下角的 图标，并对其进行旋转，点击工具栏里的图标，三维图”）标，完成三维图形，）在对进气门进行倒角，点击右侧工具栏里的 图标，）最后画出了进气门的三维视图，对其进行保存，）运行。单击“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，新建”窗口 位类型”（2）点选“类型”选项中的“零件”单选按钮，点选子类型选项组中的“实体”单选钮，并在名称文本框中输入新建文件的名称，取消勾选“使用默认模板”复选框，单击“确定”弹出新文件选项对话框。（3）选择“板，表示零件模型为实体，单击“确定”完成，）整体的建模过程与进气门的建模过程类似，大致有以下几步，首先绘制排气门的草绘图，草绘”窗口（2）其次在点击右侧的 图标，在点击工具栏里的 图标，）完成了旋转，点击 图标，在点击 图标进行倒角，这就不做仔细的描述，对其进行旋转，）运行。单击“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，建”窗口 位类型”（2）点选“类型”选项中的“零件”单选按钮，点选子类型选项组中的“实体”单选钮，并在名称文本框中输入新建文件的名称，取消勾选“使用默认模板”复选框，单击“确定”弹出新文件选项对话框。（3）选择“板，表示零件模型为实体，单击“确定”完成，）在对其进行螺纹扫描，在主菜单上依次单击“插入”“螺旋扫描”“切口”命令，系统弹出“属性”菜单管理器，a）（b）所示。(a) (b)）在“属性”菜单管理器中依次单击“常数”“穿过轴”“右手定则”“完成”命令，系统弹出“设置草绘平面”菜单管理器，单管理器 ）在绘图区单击选取“作为草绘平面，系统弹出“方向”菜单管理器，4）在“方向”菜单管理器中单击“正向”命令，系统弹出“草绘视图”菜单管理器，单击“缺省”命令，进入草绘环境。（5）意绘制螺旋扫描的中心线。在工具栏内单击 按钮完成草图的绘制。）系统提示“输入节距值”输入节距值“单击 按钮完成。）系统弹出“方向”菜单管理器，指示切口的生成方向，单击“正向”命令，）切：螺旋扫描”对话框中单击【确定】按钮，完成螺纹的创建。（9）螺纹收尾，在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单内单击“插入”“拉伸”命令，弹出“拉伸”操纵面板，在操纵面板内单击【放置】按钮，然后单击【定义】按钮，弹出“草绘”定义对话框。（10）最后得到调整螺钉的三维视图，）单击 按钮，在“新建”对话框中输入文件名“然后单击“确定”按钮。（2）在主菜单中单击“插入”“螺旋扫描” “伸出项”命令，性”菜单管理器。（3）性”菜单管理器中，单击“可变的”“穿过轴”“右手定责”“完成”命令，置草绘平面”菜单管理器。（4）在绘图区内单击选取“作为草绘平面，系统弹出“方向”菜单管理器，5）在“方向”菜单管理器中单击“正向”命令，系统弹出“草绘视图”菜单管理器，6）在“草绘视图”菜单管理器中单击“缺省”命令，进入草绘环境。如果要选择其他绘图平面，可以单击其他命令。（7）主菜单中单击“草绘”“点”命令，或者在“草绘”工具栏中单击【分割点】按钮添加点，击 按钮完成扫描轨迹。单管理器 ）系统提示“在轨迹起始输入节距值”，输入起始节距值为“3”，击中 按钮完成。 ）系统再次提示“在轨迹末端输入节距值”，同样输入节距值为“3”，）击先前增加的控制点，系统提示“为弹簧增加螺距值”）在信息提示区输入螺距值为“3”，单击 按钮完成。（5）再用同样的方法为其他控制点输入螺距值，）在“控制曲线”菜单管理器中单击“完成”“返回”“完成”命令。工具栏内单击 按钮确定。制草图 出项：螺旋扫描”对话框中单击【预览】按钮预览完成后的模型，单击【确定】按钮完成弹簧的创建。章小结本章介绍了进气门和排气门的绘图过程，并对后期的有限元分析做了铺垫。臂、摇臂轴、滚轴、等组成。各零部件之间的建立对整体的装配起到决定性的作用4。门传动组设计中需注意的问题气门传动组中的每一个零件都对配气机构起到十分重要的作用，因此在画每一个图形的时候都仔细核对尺寸，以免在进行装配的时候产生约束，并对每一个零件进行实体模型的比对，以免出现不必要的错误。）运行。单击“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，新建”窗口 择“单位类型”（2）点选“类型”选项中的“零件”单选按钮，点选子类型选项组中的“实体”单选钮，并在名称文本框中输入新建文件的名称，取消勾选“使用默认模板”复选框，单击“确定”弹出新文件选项对话框。（3）选择“板，表示零件模型为实体，单击“确定”完成，）根据所给定的二维图形按照从零尺寸出开始建模，具体的操作方法如下所述，首先先画一侧的圆，对其进行拉伸点击 图标，）按照从一侧开始的顺序一步一步的画出草图，在对其进行拉伸点击 图标，需要旋转的部位也要先进行草绘，一定要选取中心线，然后对其进行旋转点击 图标。还要结合着凸轮的角度进行画草图，因为每个进排气门的配气正时角度不一样，要严格按照图纸上的剖面图进行建模，得到如图3.4(a)(b)(c)组所示。（a）（b）（c）整体凸轮轴的大体样子已经画出来了，下面接着对凸轮轴两侧进行打孔，选择 图标进行打孔，点击 图标，进行草绘孔，按照二维图画出草绘图，意放置曲面的位置和选取的参照面，要把选取参照面的偏移量均设置为零，以使两者在同一条轴线上。）在对其内部的深孔进行加工，同样也是选择打孔 图标，打开后选择标准孔 图标，选择螺钉尺寸，并输入空的深度，击 完成。）同样做法再把另一侧的孔做出来，先画出孔的草绘图，后选取放置的平面，）运行。单击“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，新建”窗口 择“单位类型”（2）点选“类型”选项中的“零件”单选按钮，点选子类型选项组中的“实体”单选钮，并在名称文本框中输入新建文件的名称，取消勾选“使用默认模板”复选框，单击“确定”弹出新文件选项对话框。（3）选择“板，表示零件模型为实体，单击“确定”完成，）先选择制出轴孔的图形，）完成草绘图形，点击右下角的图标 ，）接下来画的是滚轴的一侧，也是先画出草绘图形在对其进行拉伸，）在对上级拉伸的图形进行处理，把滚轮的位置画出来，此时画完草图时拉伸时要选择去除材料 ，）在画顶气门的一侧，具体的过程按照以一个为基准的原则，在其基础上一步一步的画出草图在进行拉伸、旋转或去除材料，每一步都要结合着尺寸耐心的去画，a）（b）（c）（d）（e）组所示的效果。a） （b）（c）（d）（e）在对进气摇臂进行倒角。是排气摇臂是两个顶气门的接触点，注意画图时的按照二维图形的尺寸，结合着角度去画，a)(b)所示。a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）组所示。(a) (b)a) (b)(c) (d)(e) (f)(g) (h)(i)）运行。单击“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，新建”窗口 选择“单位类型”（2）确定尺寸后先画出摇臂轴的主轴，画出草图后在对其进行拉伸，）对轴的内部打通孔，目的是进行润滑作用，）把轴上的五个固定孔画出来，点击右侧的 图标，选定放置的曲面，并确定他们的偏移量，）输入尺寸后点击右侧的 图标，完成孔的处理，以此类推，画出其余的四个孔，）在每个孔的上面画出一个凹的平台，步骤是先在轴上画草图，然后进行拉伸去除材料，）然后再在轴上画出带有沉孔的油道孔，依次点击 ，选择标准孔 ，输入尺寸，择 增加埋头孔。）整体的步骤和进气摇臂的过程相类似，a)(b)组所示，a)(b)(c)(d)(e)(f)组所示。(a) (b)a) (b)(c) (d)(e) (f)）程见图中左侧的步骤。对其进行旋转，）运行。单击“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，建”窗口 型”（2）点选“类型”选项中的“零件”单选按钮，点选子类型选项组中的“实体”单选钮，并在名称文本框中输入新建文件的名称，取消勾选“使用默认模板”复选框，单击“确定”弹出新文件选项对话框。（3）选择“板，表示零件模型为实体，单击“确定”完成，伸去材料，伸去材料，伸去材料，伸去材料后阵列，）运行。单击“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，建”窗口 型”（2）点选“类型”选项中的“零件”单选按钮，点选子类型选项组中的“实体”单选钮，并在名称文本框中输入新建文件的名称，取消勾选“使用默认模板”复选框，单击“确定”弹出新文件选项对话框。（3）选择“板，表示零件模型为实体，单击“确定”完成，伸去材料，转去材料后拉伸去材料，伸去材料，伸去材料后阵列，）运行。单击“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，建”窗口 型”（2）点选“类型”选项中的“零件”单选按钮，点选子类型选项组中的“实体”单选钮，并在名称文本框中输入新建文件的名称，取消勾选“使用默认模板”复选框，单击“确定”弹出新文件选项对话框。（3）选择“板，表示零件模型为实体，单击“确定”完成，描轨迹，伸去材料后阵列，门传动组的作用是使气门按发动机配气相位规定的时刻开、闭，并保证有足够的开启高度。其中的零件多而复杂，要求的精度也很高，所以就要求在画图时注意尺寸的偏差，注意零件的配合间隙，在画进气摇臂和排气摇臂时要注意其中的约束，保证画出的零件能够符合标准。述配气机构的组成是由气门组和气门传动组组成的,在对其进行装配时的注意事项由以下几点：首先在安装凸轮轴时要注意气门正时的位置要按照发动机做功的顺序进行装配，其次在对摇臂往摇臂轴上安装时注意摇臂在摇臂轴上的位置，尽量避免不必要的误差产生，最后在安装气门时要注意气门的角度以适应气门座，达到良好的密封效果，有些地方没进行结合性的组装，类似于爆炸图，这样可以更加直观的，如有什么不妥之处还请多多提出意见，好加以改进。）在工具栏内单击新建按钮，弹出新建对话框。在“类型”选项组中选择”组件”按钮，并清除“使用缺省模板”复选框，击“确定”按钮弹出“新文件选项”对话框，在“模板”选项组中选择建”窗口 位类型”（2）点击确定后在菜单上面点击“插入”命令，接着在点击“元件”命令，弹出“装配”，然后打开自己所保存的