毕业设计（论文）-基于ProE的发动机的实体建模及运动仿真.doc

基于Pro/E的发动机实体建模及运动仿真摘 要发动机是一种应用广泛的传递动力，把能量转化为机械能的装置。目前的传统的发动机都是将燃料的化学能转变为热能，再由热能转变为机械动力，并通过底盘的传动系和行驶系驱动汽车行驶。有其广泛的空间，但由于发动机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测试困难等问题，本文将仿真技术引入发动机开发领域，完成以下工作： 1介绍了发动机的发展历史及前景，发动机的种类，介绍了仿真技术产生的背景、在国内的发展状况以及仿真技术的实际意义。 2.简述了Pro/E软件在工程设计中的应用，利用Pro/E构建发动机的三维实体模型，并对其进行装配，在Pro/E环境下进行了装配干涉检验。 3在Pro/ENIEER MECHANISM环境下进行运动仿真,得出发动机工作的性能曲线。关键字：发动机 仿真技术 三维建模The Papers about engine that based on Pro / E solid modeling and SimulationAbstractThe engine is a widely used transmission power, the energy into mechanical energy of the device. The current engine is the fuel of traditional chemical energy into heat, then heat energy into mechanical power transmission through the chassis and drive line drive the vehicle. With its wide space, but there is the engine of the traditional development model long development cycle, the process of complex, high development cost, performance testing difficulties, this paper will develop the field of simulation technology into the engine, do the following:1. The development foreground,the category and engines history is introduced,also the background of simulation technology come into being,developing status in local and the significance of virtual prototype technology is introduced.2.To brief introduce the Pro/E software which application in the field of engineering,the 3D modeling is used by Pro/E software,which is built and interferential test of assembly in Pro/E environment is completed.3.The simulated motion in Pro/E invironment is completed,and the capability curve is reached.Keywords: engine , Simulation technology, 3D modeling.目录1 前言11.1发动机的简介11.1.1发动机的发展历史及前景11.1.2发动机的种类21.1.3 本章小结31.2 运动仿真技术简介41.2.1运动仿真技术产生的背景41.2.2运动仿真技术41.2.3运动仿真技术在国内外的发展概况41.2.4 发展运动仿真技术的重要意义51.2.5 总结52 Pro/E软件简介62.1 Pro/E软件的基本功能及作用62.2本章小结73.发动机主要零件三维实体建模83.1零件建模83.1.1曲轴的生成83.1.2上下曲轴箱体的生成93.1.3 机油盘的生成103.1.4 气缸盖的生成113.1.5 连杆的生成113.1.6 活塞的生成123.1.7活塞销的生成123.1.8螺栓与螺母的生成133.1.9汽缸垫的生成133.2零件装配模型建模143.2.1 上曲轴箱与曲轴模型装配163.2.2 曲轴与连杆模型装配163.2.3 活塞与连杆和活塞销模型装配173.2.4 活塞体模型与活塞缸的装配连接183.2.5 上曲轴箱与下曲轴箱的装配连接183.2.6 上曲轴箱与气缸垫模型装配连接193.2.7 气缸垫和气缸盖模型装配连接203.2.8 下曲轴箱机油盘模型装配213.2.9 螺栓模型的连接213.2.10本章小结224 发动机活塞运动仿真234.1 概述234.2 创建发动机活塞的机械运动仿真234.2.1 定义伺服电动机234.2.2运动分析定义264.2.3 结果回放动态干涉检查与制作播放文件274.2.4 测量295结论32主要参考文献33谢辞34IV1 前言随着机械行业的迅速发展和市场竞争的日益激烈，如何提高产品品质，增强产品的市场竞争能力，缩短产品开发周期，降低成本已成为企业十分重视的问题。现代化的开发手段是提高企业竞争力的重要保证。企业应用ProE后，可改变传统的设计方法，显著缩短了新产品的设计周期，为新产品占领市场创造了有利的条件。现结合ProE软件的实际，阐述该软件对提高产品设计能力的重要作用和应用效果。在产品零部件的计过程中，运动机构的空间干涉问题历来都是令械设计工程师深感头疼的事。按传统设计模式，计人员在一些细节问题上耗费了很大精力，降低设计效率。而有些错误又往往具有很强的隐蔽，给生产造成不应有的损失。因此，利用计算机三维设计工具合理地解决这些问题无疑具有一定的实意义。当今流行比较广的三维设计软件主要有MechanicalDesktop(简称MDT),AutoCAD,Pro/ENGINEER(简称Pro/E)等。无论从零件设计作中的整体结构设计，还是工程图三视图的生成，以及3D装配图的形成方式和仿真模拟加工记录参数完善改进，Pro/E软件都有操作容易、使用方便、修改方便的特点，因此在机械三维实体造型设计中得到了广泛的应用。1.1发动机的简介发动机（Engine），又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。（把电能转化为机器能的称谓电动机）有时它既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器，比如汽油发动机,航空发动机。发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。1.1.1发动机的发展历史及前景发动机是汽车的“心脏”。汽车的发展与发动机的进步有着直接的联系。18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。法国的居纽是第一个将蒸汽机装到车子上的人。1770年，居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。这辆车全长7.23米，时速为3.5公里,是世界上第一辆蒸汽机车。1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。1867年，德国人奥托（August Otto）受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机，并取得了制造这种发动机的专利权。1957年，德国人汪克尔发明了转子活塞发动机，这是汽油发动机发展的一个重要分支。转子发动机的特点是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构，无曲轴连杆和配气机构，可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它的零件数比往复活塞式汽油少40%，质量轻、体积小、转速高、功率大。1958年汪克尔将外转子改为固定转子为行星运动，制成功率为22.79千瓦、转速为5500转/分的新型旋转活塞发动机1.1.2发动机的种类发动机的种类很多，工作原理和用途也不一样。大多数发动机都是以输出有效轴功率为目的的，即驱动一根或几根轴转动。这样的发动机主要包括：1.活塞式。2.涡轮式。3.活塞+涡轮式活塞式发动机包括：内燃机、热气机（斯特林发动机）、旋转活塞发动机（包括三角转子发动机）、蒸汽机等。还有一些特殊的比如用在鱼雷中的活塞式发动机。涡轮式包括：燃气轮机、蒸汽轮机，风力发动机、水轮机也可以看作是涡轮式发动机。还有一些用在特殊地方的涡轮式发动机，比如用在鱼雷中的涡轮发动机，其本质与蒸汽轮机类似，但工作工质是燃气和蒸汽的混合物。活塞+涡轮式的，有一种“自由活塞发动机”，是使用气缸得到高温高压燃气，在涡轮中做功输出有效功率的发动机。另外涡轮增压内燃机、涡轮复合内燃机也可以看作是活塞+涡轮式的。实际上上述各种工作原理不同的发动机，还可以根据其它方面不同，细分成很多种类型。比如，内燃机可以分成汽油机、柴油机、煤气机（以煤气为燃料的内燃机。使用天然气的叫做燃气内燃机，也包含在这里吧）、多种燃料发动机等等。燃气轮机和以分成单转子、双转子、三转子的，也可以根据热力循环的不同分成回热式、压气中间冷却式、再热式，以及多种循环组成的复合循环燃气轮机。热气机可以分成单作用式、双作用式，以及菱形传动、斜盘传动、自由活塞式等等。总之按照每一种原理工作发动机都可以有很多的不同分支。飞机发动机和火箭发动机，利用喷出高速气流的反作用力获得推力。喷气发动机包括依赖空气的和不依赖空气的。依赖空气的一般俗称航空发动机，包括涡轮喷气式发动机、涡轮风扇式发动机（可以分成混合排气小涵道比涡轮风扇发动机，和大涵道比分开排气涡轮风扇发动机）、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、冲压式发动机等。不依赖空气的一般俗称火箭发动机，以使用的燃料是固态的还是液态的，分成液体火箭发动机和固体火箭发动机、使用核能的核火箭发动机、使用电场加速离子的电火箭发动机等等。1.1.3 本章小结 本章主要讨论了发动机的发展状况及发展趋势，介绍了发动机的种类，为课题研究的实际意义提供了依据。1.2 运动仿真技术简介1.2.1运动仿真技术产生的背景进入21世纪，科学技术突飞猛进，社会发展日新月异。人们对个性化产品的需求越来越迫切，对产品性能的要求越来越高，全球化经济已明显的呈现出买方市场的特点。由于这一变化，导致市场竞争日益激烈，而竞争的核心则主要体现在产品创新上，体现在对客户的影响速度和相应品质上。传统的物理样机在产品的创新开发中，在开发中期、开发成本、产品品质等方面已越来越不能满足市场需求，运动仿真技术正是在这一市场需求的驱动下产生的1.2.2运动仿真技术运动仿真技术是一种崭新的产品开发方法，是多个相关学科领域交叉、集成的产物，是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。其涉及机械、电子、计算机图形学、仿真建模、虚拟现实等多个领域、多项技术，以计算机仿真和产品生命周期建模为基础，以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，借助成熟的三维计算机图形技术、图形用户界面技术、信息技术、集成技术、多媒体技术、并行处理技术等，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，使得与产品相关的所有人员能在产品研制的早期直观形象地对虚拟的产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真以及使用仿真等。换句话说“运动仿真”设计方法就是在建造第一台（件）物理样机之前，利用软件技术建立产品系统计算机模型，通过基于实体可视化的仿真分析，模拟系统在真实工作环境条件下的运动和动力特性，以便反复修改设计方案，最终得到最优设计方案。1.2.3运动仿真技术在国内外的发展概况 国外已在各个领域广泛地应用仿真设计。所涉及到的产品从庞大的卡车到微小的照相机的快门，从火箭到轮船的锚机。在工程矿山机械行业，如约翰迪尔公司利用仿真技术成功地解决了工程机械在高速行驶时出现蛇行现象的问题及在重载下的自激振动这个一直困扰着设计师及用户的难题，大大提高了工程矿山机械高速行驶性能与重载作业性能。卡特彼勒公司利用虚拟样机在切削任何一片金属之前就可快速试验数千种设计方案，不但降低了产品设计成本，缩短了开发周期，而且还制造出性能更为优异的产品。 运动仿真技术在国外已有很多应用实例，我国也正极急投身于该项技术的研究中。在传统上，我国引进物理样机，开发人员往往停留在零件照抄的水平上，对于样机缺乏系统水平上的理解和研究，结果虽然投入了大量的人力物力，却收效甚微。但如果采用虚拟样机技术，技术人员便可对引进样机进行深入的研究，可以追踪样机的设计思想，从而真正提高设计人员的水平，开发出能满足市场需求的产品来。1.2.4 发展运动仿真技术的重要意义运动仿真设计方法将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供一种更全面地了解设备性能的方法。他利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式地探索虚拟物体的功能，对设备进行几何、功能及制造等方面交互的建模和分析。在概念设计和方案论证中，便于设计师将自己的经验与想象融于计算机的虚拟样机设计中，充分发挥想象力和创造力，并代替虚拟样机进行性能模拟实验。设计师可在计算机上方便的确定、修改设计进程，逐步优化设计方案。通过运动仿真机实验，还可节省建立试验台、安装测试设备和测试仪表等有关的费用，更快的确定影响设计方案性能的敏感参数，达到最优化设计目的。这样，可大大缩短设备研发周期，降低研发成本，提高设计质量和效率，为产品赢得竞争优势。1.2.5 总结基于运动仿真的设计方法将成为21世纪产品开发、研究的主流。对成本高，系统复杂、工况恶劣，而又不可能制造多台物理样机的设备其应用前景更为广阔，以及那些事关国际名声的骨干行业，如汽车工业、军事工业等，仿真技术在这些行业的应用，在带来可观经济效益的同时，亦可提高其产品的设计水平和市场竞争力，有着广阔的发展前景。因此，仿真技术的各项关键技术必将为经济发展、国防建设、科技发展及社会进步做出重大贡献。2 Pro/E软件简介Pro/E是美国PTC（参数）公司开发的一款三维软件。Pro/E以其基于特征的参化造型、单一数据库下的全相关性等新概念而闻名于世，具有很强的实体造型和虚拟装配能力。功能界面清楚明确，让使用者视觉和心理都有一种轻松感。该软件是一款全方位的3D产品开发工具，机床的参数式设计给传统的模具设计带来了许多新观念，强调实体模型架结构优于传统的面模型架构和线模型架构。Pro/E还具有良好的数据接口，他可以将图纸输出为多种格式，可以方面的和AutoCAD、SolidWorks等软件进行数据交换。 Pro/E作为高端三维软件的代表，功能强大、使用简单、易学易用，目前已经成为机械设计、家电设计、模具设计等行业所普遍采用的三维软件。同以往国内使用最多的AutoCAD等通用绘图软件相比，该软件直接采用了统一数据库和关联性处理、三维建模与二维工程图相关联等技术。应用最新的Pro/ENGINEER Wildfire4.0技术可以迅速的提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期以及加强设计的标准化。使工作效率、方便程度大为提高。2.1 Pro/E软件的基本功能及作用Pro/E软件的基本功能及作用有:1.直接画出机械零件的3D(三维)图形这一方法在画出二维截面草图后，该软件可以将二维截面图进行拉伸、旋转、放样、倒角、布尔运算等操作，成所需的零件三维实体模。在屏幕上可直接显示、修改设计尺寸，并可以检查结构等方面是否合理、规范。2.组建设备的3D装配视图该方法是将机械零件装配后，形成3D装配组件通过组合键我们可以从任何一个位置或角度去观察单个零件或组件的3D视图，如果设计结构不合理或比例失调，很容易就被发现，并对零件加以修改，既可以保证零件组合的协调性，又可以避免出现零件在构造上的相互干涉，如果出现零件的相互干涉，可以及时进行修改，且在修改中极为方便，只要将有尺寸结构错误的零件相应部分进行修改，就能达到目的要求，这比手工绘图节省人力、物力、财力，减少浪费。3.计算机器组件、零件重贵和表面积当我们设计完成机器的一个零件，一个组件后，在很多时候要确定它的外形尺寸、整体重量、外表面积等外观因素。Pro/E可以从相应的菜单中找出计算该机器组件或零件，很方便的得到零部件的外形尺寸、重量及表面积。4.生成工程图建立三维实体模型后，可以对其进行任意方向上的观察，看其是否满足设计与使用要求，满意后可利用该实体模型；，自动生成三视图，还可以生成任意位置剖视图，然后进行简单的修改及尺寸标注，即可生成二维的工程图。5.生成真实感极强的动画图象将所设计的三维实体模型与3DMAX等软件结合，同时可以调整灯光布置场景，赋以机器一定的材料等，可以生成具有光照效果的逼真的机器模型动画图象。此外，我们还可以对所设计的机械零部件进行运动学和动力学的分析，得出各个点的运动学和动力学参数，对机械零部件的应力挠度振动以及屈曲等加以分析，使所设计的机械结构得以优化Pro/E软件结合技术人员的设计思想和习惯，还建立了统一的数据库并具有完整的数据模型。它以其强大的参数式设计和统一数据库管理等特点，实现了特征的尺寸驱动和3D实体与2D工程图的双向关联驱动、实体特征建模、标准件库的建立、零部件装配、动态仿真、有限元分析、干涉检查、NC加工和产品快速变型等功能，克服了二维图形不能包含产品所有设计信息的缺点。Pro/E中的族表(FamilyTable)功能允许设计人员把一个设计模型扩展到一个产品家族，由此可以减少高达90%的工作量大大地提高了生产自动化程度，提高了生产效率2.2本章小结本章主要讨论了运动仿真技术产生的背景、状况及发展趋势，介绍了运动仿真应用的领域和实现的过程，指出了课题研究的背景和实际意义，确定了论文所要完成的主要任务和预期目的。介绍了Pro/ENGINEE软件在工程设计中的应用。3.发动机主要零件三维实体建模3.1零件建模在传统的工程设计中，设计人员首先在头脑中形成产品的三位轮廓，然后在图纸上利用二维工程图表示，其他设计人员以及工艺、生产等不同的部门的人员在通过二维图纸将产品还原成二维影像由于图纸的错误和理解的偏差，设计人员的意图并不总能完全实现，因而设计制造的周期较长，产品的质量也受到影响。在产品的形状和结构较为复杂的时候尤为如此。因此三维化设计是发展趋势。 基本特征是建模时创立的第一个特征，是零件结构的基本要素。基本特征以后的其他特征依赖于基本特征。基本特征可以是实体特征，也可以是基准特征，正交基准平面就常常被用作基本特征。 在pro/E中进行零件设计的步骤是先创建基本特征，然后添加结构特征。开始做零件之前，应做好充分的准备工作，明确设计意图。认认真考虑设计的关键尺寸，可以变动尺寸与尺寸之间的关系，在装配时与其他零件的装配关系等。由于在Pro/E中实体模型可以有多种不同的生成方法，采取何种方法更为合理、高效，需要有一个经验积累的过程。一般来说，要根据图形的形状选择生成模型的方式。草图绘制尽量简化，最好不要绘制过渡圆角、倒角等非关键性信息。3.1.1曲轴的生成 曲轴的建模主要采用拉伸，首先选定草绘平面进入草绘模式，会出曲轴二维草图，然后进行拉伸生成曲轴三维实体，其中还运用了扫描特征，再在其上打键槽，应注意保证主要尺寸的的准确性，为了曲轴的快速生成还采用了镜像工具，镜像属于复制方法的一种，最后再添加一些细节。对于复杂的零件，选择合理的生成方法就显得尤为重要。因为选择不正确的生成方法不但效率低，而且有些情况根本就不能生成实体模型。因此设计人员在设计实体模型之前，必须要考虑好模型的生成方法和步骤。这就要求设计人员要有较好的空间想象力和抽象思维能力，这也是三维建模同二维图形绘制最大的不同之处。3.1.2上下曲轴箱体的生成采用拉伸方法建立上曲轴箱基本体，用抽壳功能形成基本壳体。在基本体上添加加厚板以及肋板特征，下壳体的形成运用了旋转驱除材料命令 。添加耳特征时只需要建立耳特征的一个面，然后采用镜像复制命令就可以完成肋板的设计。采用拉伸命令形成两侧加厚板，加厚板上的螺纹孔用孔命令生成。下曲轴箱实体图也使用拉伸命令形成基本体，再采用抽壳功能形成基本壳体。在基本壳体上运用拉伸命令拉出轴承座、箱底孔等，再用孔命令形成螺纹孔，其中也运用了镜像命令还有基准面的平移功能。3.1.3 机油盘的生成机油盘的生成首先运用拉伸命令形成基本体，再采用抽壳功能形成基本壳体。在基本壳体上运用拉伸命令拉出加厚边，外部修饰运用了倒圆角命令，再用孔命令形成螺纹孔，其中也运用了镜像命令还有基准面的平移功能。3.1.4 气缸盖的生成气缸盖的生成使用拉伸命令形成基本体，采用抽壳功能形成基本壳体，再有拉伸命令拉伸下底和拉伸去除材料出一侧的孔，利用镜像命令生成另一侧的阶梯孔。利用基准面工具形成新的基准面，是有旋转命令，去除材料形成活塞顶部形状，并运用孔命令生成进气和排气孔，再用镜像命令生成其余活塞顶部形状。3.1.5 连杆的生成上图运用了拉伸、孔工具命令。草绘连杆的封闭曲线，利用两侧拉伸生成连杆基本体和按螺栓的两个凸台，以及与曲轴连接的圆面，基准生成工具再生新的基准面。活塞的生成3.1.6 活塞的生成活塞结构和尺寸参看发动机主要零件参数表，生成此零件主要用旋转生成和旋转去除材料命令，还应用了拉伸、镜像命令。旋转命令应用，先绘制一条旋转轴，接着草绘截面，在绕旋转轴旋转360度就可以生成基本体了。3.1.7活塞销的生成 活塞销是一个比较简单的零件，主要用了拉伸命令生成。3.1.8螺栓与螺母的生成螺栓是标准件，具体的参数查阅机械设计手册得到。主要用了拉伸/旋转命令和螺纹修饰命令，定义螺纹生成的所需参数。 螺母同样是标准件，具体的参数也查阅机械设计手册得到，螺母的生成主要使用“螺旋扫描-切口”创建，其中还用旋转命令对螺母基本体进行修饰。3.1.9汽缸垫的生成运用拉伸命令实现上图3.2零件装配模型建模零件设计完成后，往往需要根据设计要求对零件进行装配。在Pro/ENGINEE的装配模块中，通过定义零件之间的位置约束关系，可以把子零件装配成一个装配件，并检查零件之间是否有干涉以及装配体的运动情况是否合乎设计要求。同时在生成装配体过程中，用户可以根据需要添加生成新的零件和特征。使用Pro/E 进行装配设计有两种基本方法，示意图如下所示。 零件设计示意图 零件 零件 零件 零件 部件装配件 部件装配件装配体设计示意图 装配件 (a) 有底向上的设计方法装配体设计示意图 装配件部件装配件 部件装配件零件设计示意图 零件 零件 零件 零件 （b）由顶向下的设计方法在上面两种方法中，第一种方法相对第二种方法是比较低端的方法。因为在真正的概念设计中，很少利用一个零件来控制整个装配体的设计，往往都是在拿出产品的外在概念和功能概念后，逐步对产品进行设计上的细化，直到细化到单个零件。比如设计一种新型号的汽车，先由设计师拿出汽车外观的概念图，然后有地盘工程师和车身工程师一起进行汽车的布局协调，根据协调的结果，得到各自部分布局的概念图，在这个布局概念的基础上进行零件的细化设计。由此可以看出，对产品总体设计上，以由顶向下的设计方法更为贴近实际些。但是有底向上的设计方法并不是一无是处，对于一些已经比较成熟的产品设计过程，采用这种设计方法效率反而高一些。在实际的装配过程中通常混合使用这两种设计方法，以发挥各自的优点。由于发动机的设计在技术上已经比较成熟，所以采用第一种方法比较合适。前面已经生成了发动机各种底层零件的三维模型，然后采用有底向上的装配设计方法对这些零件进行空间定位来生成装配件。在装配设计时，可以根据需要对装配件中的零件进行修改，比如修改零件尺寸，移动零件在装配件中的位置，生成新的特征等。对一个装配件，当其中所有的零件都被完全约束时，这种装配件就称为参数化装配件，否则就是非参数化的装配件。下面对本次发动机主要零件模型的装配设计过程作简要叙述：3.2.1 上曲轴箱与曲轴模型装配进入装配界面添加上曲轴箱实体模型，并设置其为缺省状态。点击添加组件按钮，添加曲轴实体零件，在元件放置对话框中设置约束如下图所示，直到完全约束，并且装配位置正确后点击确定按钮。3.2.2 曲轴与连杆模型装配 调入连杆的实体模型，连杆与曲轴的链接属于销钉连接，分别选取曲轴和连杆模型需要对齐的轴，然后选择匹配平移面，操作方法同上一样。 3.2.3 活塞与连杆和活塞销模型装配 将上曲轴箱和曲轴隐藏，活塞与连杆和活塞销的连接属于销钉连接。 取消隐藏如下图3.2.4 活塞体模型与活塞缸的装配连接 点击鼠标右键，选择添加集，设置新约束（圆柱约束）如下图所示。 3.2.5 上曲轴箱与下曲轴箱的装配连接其装配约束如下图所示3.2.6 上曲轴箱与气缸垫模型装配连接其装配约束如下图所示3.2.7 气缸垫和气缸盖模型装配连接 其装配约束如下图所示3.2.8 下曲轴箱机油盘模型装配其装配约束如下图所示3.2.9 螺栓模型的连接螺栓连接后，整个装配将结束，生成图形如下3.2.10本章小结本章主要介绍了本次所设计的发动机的主要零件的三维实体建模方法和模型的装配设计过程。需要提出的是在建模过程中，对于不同生成方法的选择应尽可能采用简单方法，采取能简则简的原则，这样能大大提高设计效率。对于细节问题一般放在设计最后统一进行。如倒角、渲染效果等。在装配设计中需要注意的是各模型之间连接类型和约束的选择，正确的选择连接类型和约束，能够确保后续动态仿真的实现。4 发动机活塞运动仿真4.1 概述完成了发动机主要零件的装配模型设计后，就要开始进行本次设计的核心内容-发动机的运动仿真。但开始几次都没实现，可能因为初次设计，缺乏经验的原因，但也能看出正确装配方法是确保运动仿真能够实现的关键。在Pro/ENGINEER的“机械(Mechanism)”模块中，可进行一个机械装置的机械运动仿真，并将其结果输入到Pro/MECHANICA中，以便于进一步进行力学分析，也可以将“机械”模型带入到“设计动画”中来创建一个动画序列。4.2 创建发动机活塞的机械运动仿真先进入机构仿真界面，操作如下图4.2.1 定义伺服电动机伺服电动机是以单一自由度在两个主体之间强加的特殊运动。向模型中添加伺服电动机，是为运动运行做准备。伺服电动机通过将位置、速度或加速度指定为时间的函数来形成运动轮廓，主要有以下函数：常量：y=A，A=常量；该类型用于定义恒定运动。斜插入：Y=A+B*t，其中A=常量，B=斜率；该类型用于定义恒定运动或随时间呈线性变化的运动。余弦：Y=A*cos（2*Pi*t/T+B）+C,A=振幅，B=相位，C=偏移量，T=周期；该类型用于定义震荡往复运动。摆线：y=L*t/TL*sin（2*Pi*t/T）/2*Pi，L=总上升数，T=周期；该类型用于模拟一个凸轮轮廓输出。表：通过输入一个表来定义位置、速度或加速度与时间的关系表文件的扩展名为.tab，可以在任何文本编辑器创建或打开。文件采用两栏格式，第一栏是时间，该栏中的时间值必须从第一行到最后一行按升序排列；第二栏是速度、加速度或位置。可以在连接轴或几何图元上放置伺服电动机。对于一个图元，可以定义任意多个伺服电动机。本次设计的发动机模型中只定义了一个伺服电动机，主要用来控制曲轴的运转。定义伺服电动机的具体操如下图上图为“伺服电动机定义“对话框，在该对话框中进行下列操作。（1）键入伺服电动机名称：在该对话框中的名字对话框中键入伺服电动机名或采用系统默认值。（2）选择连接轴：单击对话框中的“类型”标签在该界面下进行下列操作。a.单击“从动实体”区域中的图标，从弹出的下拉表中选择“连接轴”。b.在装配模型上选中所要定义伺服电动机的连接轴。（3）模型中出现一个洋红色箭头，表明连接轴中从动图元将相对于参照图元动的方向，可以单击“反向”按钮来改变方向。（4）定义运动函数：单击对话框中的“轮廓”标签，系统显示如上图所示界面，在界面中进行下列操作。a选取“速度”作为规范：单击“规范”区域中的打钩符号，从弹出的下拉列表中选择“速度”。b.选取运动函数：单击“模”区域中的打钩图标，从弹出的下拉列表中选择“常数”在A的文本框中键入数值。c.绘制连接轴的速度、加速度与时间的函数图形：选择图形区域中的“速度”“加速度”复选框，再单击图形工具图标，系统就会弹出连接轴的“速度”、“加速度”与“时间”的函数图形窗口。如下图所示：4.2.2运动分析定义单击工作界面中工具栏的“分析定义”按钮，弹出分析定义对话框，在该对话框中进行下列操作。（1）输入分析名称：在该对话框中的名字文本框中键入伺服电动机名称，或采用系统的默认名。（2）选择分析类型：选取分析类型为“运动学”。（3）时间周期和运动增量：在“分析定义”对话框的“图形显示”区域进行下列操作。a.键入开始时间0（单位为秒）。b.选择测量时间域的方式：单击区域中的打钩图标，从下拉列表中选择“长度和帧频”。c.键入结束时间29.9（单位为秒）。d.键入帧频300。e.键入最小时间间隔0.1（单位为秒）。（4）单击“分析定义”对话框中的“确定”按钮后，再在“分析”对话框中，单击“运行”按钮。完成运动定义：单击“分析定义”对话框中的“确定”按钮；单击“分析”对话框“关闭”按钮。4.2.3 结果回放动态干涉检查与制作播放文件 使用“回放”命令可以查看前面已经运行的工作装置运动定义。对每一个运行的运动定义，将单独保存一组结果，其结果可以保存在一个文件中，此文件可以在另一个进程中运行。也可以使用该命令来删除恢复或输出这些结果。在回放中还可以进行动态干涉检查和制作播放文件。下面说明本次设计的操作过程。Step1.单击桌面的“回放”图标。Step2.系统弹出如图所示的“回放”对话框，在该对话框中进行下列操作。（1） 选取运动名称：从“结果集”下拉列表中，选取前边定义的运动名称。（2） 定义回放中的动态干涉检查。a 选取在回放期间要检查的干涉类型：在“模式”区域中，选择“全局干涉”命令。b 为干涉类型检测提供可用选项：在“选项”区域中选择“停止回放”。（3） 开始回放演示:在如图所示的“回放”对话框中，单击“演示”图标，系统便开始回放演示，如果检测到元件干涉时，系统将加亮干涉区域，并停止回放。（4） 制作播放文件：回放结束后，系统弹出如图的“动画”对话框，单击该对话框中的“捕获”按钮，再在弹出如下图所示的“动画”对话框，单击该对话框中的“捕获”按钮，再单击“确定”按钮，即可生成一个*.mpg文件，该文件可以在其他软件（如，windows Media Playe（5） 观测完运动后，单击“动画”对话框中的“关闭”按钮。 Step3. 单击图中“回放”对话框中的“关闭”按钮。此外，在Pro/E中还可以制作出发动机的整个装配动画视频，装配动画是在“应用程序”的“动画”程序中完成的，他要求装配体没有特殊约束。各个零件都是一个“body”。4.2.4 测量使用“结果”菜单中的“测量”命令，可创建一个或多个分析测量特征，这类特征是用一个图形表示某个运动分析运行的结果。我们可以选择创建一个图形，对于一组运动分析结果显示多条测量曲线，或者也可观测某一测量如何随不同的运动运行结果而改变。测量有助于理解和分析运动装置产生的结果，并提供可以用来改进机械设计的信息。图中纵坐标为“速度”，横坐标为“时间”。生成图示曲线的操作过程如下：Step1.选择“Mechanism”中的“测量”命令。Step2.系统弹出如图所示“测量结果”对话框，在该对话框进行下列操作。（1）选取图形类型：单击“图形类型”区域中的打钩图标，从弹出的下拉列表中选择“测量与时间”。（2）创建一个测量：单击创建测量图标，系统弹出“测量定义”对话框，在该对话框中进行下列操作。 a.键入测量名字：在该对话框中的名字文本框中键入测量名字。b.选择测量类型：单击类型区域中的打钩图标，从弹出的下拉列表中选择“速度”或“加速度”。c.选取测量点：选取模型中活塞的顶部一点。d.选取评估方法：单击“评估方法”区域中的打钩图标，从弹出的下拉列表中选择“每一时间步距”。e.单击“确定”按钮系统立即将新建测量添加到“测量结果”对话框中。（3）进行动态测量：a.选取测量名：选择“侧量结果”对话框列表中要测量的文件名。b.选取运动名。c.单击测量启动命令图标：在“侧量结果”对话框上部，单击测量启动命令图标。d.系