基于ProE的路宝车发动机配气机构的三维建模设计【全套CAD图纸和毕业答辩论文】

买文档就送 纸全套 Q 号交流 414951605 最新最全机械毕业资料 答辩优秀 本科学生毕业设计 基于 的路宝 车发动机配气机构的三维建模设计 系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 07 学生姓名： 刘一麟 指导教师： 张德生 职 称： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六月 买文档就送 纸全套 Q 号交流 414951605 最新最全机械毕业资料 答辩优秀 s of of ： ： 011 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 相关知识。综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 限元分析软件，通过 的三维建模，将此模型导入到 件中进行分析 ， 近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 紧密结合，比传统计更能够缩短开发周期，提高生产制造水平。 关键词： 配气机构； ；建模 ； 限元分析 黑龙江工程学院本科生毕业设计 of of of of of of of of of of of it of it to of of in it an of it an in on we in it up of of to ； 龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘 要 . I . 1 章 绪 论 . 1 题背景 . 1 内外发动机配气机构的发展趋势 . 1 内外发动机配气机构的发展趋势 . 1 及 简介 . 2 的现状及功能特点 . 2 现状及功能特点 . 3 题研究的主要内容 . 3 题研究的主要方法 . 4 第 2 章 气门组零件的建模 . 5 述 . 5 门的建模 . 5 气门的建模 . 5 气门的建模 . 8 他零件的建模 . 10 章小结 . 19 第 3 章 气门传动组零件的建模 . 20 述 . 20 门传动组设计中需注意的问题 . 20 轮轴的建模 . 20 臂的建模 . 25 气摇臂的建模 . 25 气摇臂的建模 . 30 臂轴的建模 . 32 气摇臂轴的建模 . 32 黑龙江工程学院本科生毕业设计 气摇臂轴的建模 . 36 他零件的建模 . 37 章小结 . 47 第 4 章 配气机构的装配 . 48 述 . 48 配过程 . 48 章小结 . 55 第 5 章 气门的有限元分析 . 56 述 . 56 . 57 气门的有限元分析 . 60 置参数 . 61 加载荷和约束条件 . 67 看结果 . 71 章小结 . 74 结 论 . 75 参考文献 . 76 致 谢 . 78 附录 A 外文文献 . 79 附录 B 中文翻译 . 82 黑龙江工程学院本科生毕业设计 黑龙江工程学院本科生毕业设计 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 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，已经形成以五大生产基地为主体的年产 辆能力的微型车行业，基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，微型车的比重已增加到 ，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 限元分析。虚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 件的使用与掌握。目前在发达国家的汽车行业中， 软件以及 件的应用已得到普遍应用，并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 有限元分析紧密结合，比传统 计更能够缩短开发周期，这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 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，用计算黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 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。 及 简介 的现状及功能特点 由美国 公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， 3 的各种能用零件设计的程序化方法等）。 （ 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。 现状及 功能特点 一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件，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， 件在工程上应用相当广泛，在机械、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： 。以 代表的工程数值模拟软件，是一个多用途的有限元法分析软件，它从 1971 年的 本与今天的 本已有很大的不同，起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。 为有限元分析的主流软件，在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 直接建模不仅操作不便而且时间长。因此，提供了同大多数软件的接口如（ 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 件产品中建立的三维参数化模型导入后很难保持参数化的特征，给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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 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 件中对其受载和约束情况进行有限元分析，对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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 第 2 章 气门组的建模 述 配气机构的功用是按照发动机每一缸的工作顺序和工作循环的要求，定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。 气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每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。 门的建模 气门的建模 （ 1） 运行 。单击“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，如图 示。 图 新建 ” 窗口 图 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”黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 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，如图 示。 （ 1）点击确定，进入草绘属性界面，如图 示。 图 “草绘属性”窗口 （ 2）根据已给的 件，绘制进气门的草绘图，绘图时注意要选取旋转轴，否则不能生成三维模型，如图 示。 图 “草绘”窗口 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 （ 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，如图 示。 图 “三维图”窗口 （ 1）在点击图 右下角 图标，完成三维图形，如图 示。 图 气门三维图 1 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 （ 2）在对进气门进行倒角，点击右侧工具栏里的 图标，输入倒角的数值 图 示。 图 气门三维图 2 （ 3）最后画出了进气门的三维视图，对其进行保存，如图 示。 图 气门三维图 3 气门的建模 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 （ 1）运行 。单击 “ 文件 ” 工具栏中的新建工具，弹出 “ 新建 ” 对话框，如图 示 。 图 新建 ” 窗口 图 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 “ 模板，表示零件模型为实体，单击 “ 确定 ” 完成，如图 示。 （ 1）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，如图 示。 图 草绘 ” 窗口 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 （ 2）其次在点击右侧的 图标，在点击工具栏里的 图标，如图 示。 图 绘旋转 （ 3）完成了旋转，点击 图标，在点击 图标进行倒角，如图 图 气门三维图 他零件建模 圈的建模 画图的过程比较简单，在这就不做仔细的描述，画完的图形如图 示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 图 圈 门导管 的建模 先画出草绘图，在对其进行旋转，得到图 示。 图 门导管 整螺钉的建模 （ 1）运行 。单击 “ 文件 ” 工具栏中的新建工具，弹出 “ 新建 ” 对话框，如黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 图 示。 图 新建 ” 窗口 图 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 “ 模板，表示零件模型为实体，单击 “ 确定 ” 完成，如图 示。 调整螺钉的草图并进行拉伸 画出圆柱的草绘图，得到图 示。 图 伸 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 （ 1）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，如图 a）（ b）所示。 (a) (b) 图 旋扫描 （ 2）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，如图 示 。 图 单管理器 图 单管理器 （ 3）在绘图区单击选取 “ 面作为草绘平面，系统弹出 “ 方向 ” 菜单管理器，如图 示。 （ 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）绘制如图 思的扫描轨迹，注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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 图 绘 （ 6）系统提示 “ 输入节 距值 ” 输入节距值 “ ，单击 按钮完成。如图 图 7）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，如图 示。 图 单管理器 图 剪 （ 8）在如图 示的 “ 剪切：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，如图 示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 图 整螺钉 门弹簧的建模 （ 1）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，弹出如图 示的 “属性 ”菜单管理器。 （ 3）在如图 示的 “属性 ”菜单管理器中，单击 “可变的 ”“ 穿过轴 ”“ 右手定责 ” “ 完成 ”命令，系统弹出 如图 示的 “设置草绘平面 ”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，如图 示。 （ 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，如图 示。 （ 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）绘制如图 示的扫描轨迹线。在主菜单中单击 “草绘 ”“ 点 ”命令，或者在 “草绘 ”工具栏中单击【分割点】按钮添加点，最终效果如图 示，单击 按钮完成扫描轨迹。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 图 单管理器 图 置平面 图 取方向 图 取 图 迹 （ 1）系统提示 “在轨迹起始输入节距值 ”，输入起始节距值为 “3”，如图 示，单击中 按钮完成。 图 入起始节距值 （ 2）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” ，示 图 入末端节距值 （ 3）系统弹出如图 示的定义螺距的对话框。单击先前增加的控制点，系统 提示 “ 为弹簧增加螺距值 ” 如图 示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 图 义螺距对话框 图 加螺距值 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 （ 4）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，最终生成的螺距曲线如图 示 。 图 加控制点螺距值 （ 6）在 “ 控制曲线 ” 菜单管理器中单击 “ 完成 ”“ 返回 ” “ 完成 ” 命令。绘制用于螺旋扫描的截面，完成后的草图如图 示，在工具栏内单击 按钮确定。 图 制草图 图 出项 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 在如图 示的 “ 伸出项：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。最终如图 示。 图 门弹簧 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 第 3 章 气门传动组的建模 述 气门传动组的零件由凸轮轴、摇臂、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。 轮轴的建模 （ 1）运行 。单击 “ 文件 ” 工具栏中的新建工具，弹出 “ 新建 ” 对话框，如图 示。 图 新建 ” 窗口 图 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 “ 模板，表示零件模型为实体，单击 “ 确定 ” 完成，如图 示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 （ 1）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，得到图 示。 图 绘图 （ 2）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） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 （ b） （ c） 图 轮轴三维图组 （ 1）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，如图 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。如图 示。最后的到图 示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 图 绘孔 图 取放置 图 取偏照 图 1 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 （ 2）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，如图 示。点击 完成。如图 图 准孔 图 2 （ 3）同样做法再把另一侧的孔做出来，先画出孔的草绘图，如图 示，最后选取放置的平面，完成后的视图如 示 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 图 草绘 图 轮轴三维图 臂的建模 气摇臂的建模 （ 1）运行 。单击 “文件 ”工具栏中的新建工具，弹出 “新建 ”对话框，如图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 图 新建 ” 窗口 图 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，示。 （ 1）先选择 草绘平面，绘制出轴孔的图形，如图 示。 图 孔草绘 黑龙江工程学院本科生毕业设计 27 （ 2）完成草绘图形，点击右下角的图标 ，如图 示。 图 孔拉伸 （ 1）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，如图 图 伸 （ 2）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 ，