【毕业学位论文】（Word原稿）某种发动机的配气机构的零部件——摇臂进行三维建模及其整个小组所设计的配气机构和活塞连杆机构进行装配仿真运动-机械工程

设计（论文）专用纸 I 目录 摘要 . I . 言 . 1 第一章 绪论 . 2 发动机摇臂的功用及形状 . 2 发动机摇臂的工作条件及性能要求 . 2 配气机构与摇臂之间的工作关系 . 4 发动机配气机构动力学特性 . 4 发动机摇臂的功用及对配气机构的影响： . 5 术现状及其发展 . 6 技术特点 : . 6 课题的提出和研究内容 . 7 题的提出 . 7 本文研究内容 . 8 第二章 基于 的摇臂设计 . 9 动机 摇臂的设计 . 9 臂设计技术的发展 . 9 臂的研究现状 . 12 发动机 摇臂 的设计原则 . 12 摇臂的三维建模 . 13 E 建模的一般过程： . 14 设计（论文）专用纸 特征 的定义与分类 . 14 摇臂的建模的方法 . 15 摇臂的建模过程 . 16 进气门的建模过程： . 21 第三章 配气机构的模拟装配 . 25 装配特点 . 25 气门组及摇臂的装配 . 26 配气机构的装配过程 . 27 第四章 发动机运动仿真分析 . 30 仿真技术的特点及作用 . 30 仿真技术的特点 . 30 仿真技术的作用 . 31 动机仿真过程： . 31 零件的装配 . 31 基于 的仿真过程： . 32 机构运动仿真的特点 . 32 E 机构运动仿真的流程 . 33 运动仿真与分析 . 36 结论 . 38 总结与体会 . 39 谢辞 . 40 参考文献 . 41 设计（论文）专用纸 表一： 英文原文 . 43 附表二： 英文译文 . 56 设计（论文）专用纸 I 摘要 在配气机构中，摇臂是一个对发动机整体性能影响较大的重要零件。由于摇臂的工作条件恶劣，综合性能要求复杂，因而其在设计过程中必须注意其在力学性能和装配过程中的精度要求，本文就某种发动机的配气机构的零部件 摇臂进行三维建模及其整个小组所设计的配气机构和活塞连杆机构进行装配仿真运动。 配气机构控制发 动机进排气过程，直接影响这发动机的性能，随着发动机的性能要求的不断提高，因此，其中对零部件的要求就相对与较高。 论文对四气门发动机进行测量及其利用 进行建模及仿真运动分析，通过计算和试验的方法确定发动机摇臂 建模 模型的主要参数，在利用 软件的仿真功能建立了顶置配气机构发动机：凸轮轴 摇臂 气门系统 活塞 活塞连杆 曲轴 缸体之间的仿真运动。对其进行了仿真和评价，得出所设计的发动机摇臂是否符合装配精度和个方面的力学要求。 通过对整个装配过程的静态特性和仿真运动的动态特性进行试验和校验，验证了发动 机：凸轮轴 摇臂 气门系统 活塞 活塞连杆 曲轴 缸体仿真过程中动力模型及分析方法的正确性。表明动力分析方法能更加准确地分析摇臂在配气机构中的动力学特性，同时，通过柔性体的模态综合建立方法，能准确的计算出刚性体的动态应力变化曲线，为预测零部件的疲劳性能和结构参数优化提供理论依据。 关键词 ： 配气机构 建模 装配 仿真运动 设计（论文）专用纸 n is a on of s As a of of in to of of on of a on of of of of on to E of by to of of in E to of of to of is a of of a of in of at to of 设计（论文）专用纸 of a of In in to of in of to of of to In E of to of 设计（论文）专用纸 1 前言 E 能够有效的提高 三维实体 设计效率，但由于 E 具有广而博的通用性，使它在具体应用时不能直接处理特定的产品。大部分汽车零件都已经标准化，在设计零件时，如果没有特别的要求，绝大部分零件都可以选择标准件。但是使用标准件时，如果零件的型号不同，就要重新建模。这些零件相似，差别只在于尺寸不同 ，这就给使用计算机处理这些尺寸数据带来了可能性。利用 E 自带的 C+ 模零件库，对同一种零件只要改变可变参数就可对其更新生成不同型号的标准件，必将提高产品的开发效率。利用 E 三维机械设计软件，通过旋转特征、拉伸特征、装配、定位特征，以及参数化建模等方法实现轴类零件的实体建模，不同的建模方法能得到相同的指导生产加工使用的二维工程图，这样为不同场合选择配件和零件建模提供方便，同时为三维实体建模学习者熟练使用特征提供指导作用 1。 本文通过对 E 软件的学习和 使用，对发动机摇臂及其组件的建模，配 气 机构，发动机的装配和仿真运动进行效果分析和数据分析。从而获得在整个设计建模，装配，仿真运动的可行性与否。 在进一步推广和使用 E 软件的同时，这些先进的设计技术也将引 人到工业产品造型设计中， 与其他三维造型设计软件相比， E 在结构设计上具有特殊的优势，将 E 运用到产品造型设计和结构设计的各个环节必将全面推动产品设计的发展和进步， 与世界先进计算机辅助设计技术接轨。 设计（论文）专用纸 2 第一章 绪论 随着经济的高速发展和社会的不断进步，作为人类最主要的交通运载工 具的汽车正向着科技化，高速 化，节能化，低成本 ，长寿命，多功能，低环境污染，易装配，易维修等方向发展。发动机是汽车的心脏，而气门摇臂是发动机配气机构智能光重要的零件之一。由于气门摇臂的性能对发动机的整体性能发挥着重要的影响，因此，在其设计理论，方法，制造中的应用对汽车工业的发展具有积极的作用。 发动机摇臂的功用及形状 2、 3 下面我们就以气门顶置式配气机构为例，对发动机摇臂进行特征的定义和分类，对形状特征的约束，分析形状特征组合关系，形状特征的编辑。 气门顶置式配气机构进气门和排气门都倒挂在气缸盖 上气门组包括气门、气门导管、气门座、弹簧座、气门弹簧、锁片等零件；气门传动组一般由摇臂、摇臂轴、推杆、挺柱、凸轮轴和正时齿轮组成。 摇臂的功用是将推杆或凸轮传来的运动和作用力，改变方向传给气门使其开启。 摇臂在摆动过程中承受着很大的弯矩，因此应有足够的强度和刚度及较小的质量。所以，在设计制造过程中，我应该计算好各种参数及做好各种应力分析。摇臂一般由锻钢，可锻铸铁，球墨铸铁或者是铝合金制造。 1、 2 摇臂是一个双臂杠杆，以摇臂轴为支点，量比不等长。短臂短加工有螺纹孔，用来拧入气门间隙调整螺钉。长臂端加工成圆 弧面。由于摇臂工作面与气门杆尾端面的接触应力很大，且有相对滑移，因此磨损较为严重，通常圆弧面需要在淬火后磨光。为了使摇臂在尽可能小的质量下承受较大的刚度和强度，特将摇臂制成 T字形或者是 工 字型断面。 发动机摇臂的工作条件及性能要求 气门摇臂的功能是将配气凸轮型线所设计的运动规律准确的传递给气门，从而有 设计（论文）专用纸 3 效的控制发动机的进气和排气过程。为了提高其动力特性，现代高速发动机一般都采用了同步齿形带或者链传动的顶置凸轮轴（ 配气机构（如图 1这种结构形式的配气机构是未来发展的主流，因 而也是本文所研究和设计的重点，在 臂的综合使用性能要求可归纳为以下四个方面： 图 1顶置凸轮轴（ 配气机构 1、耐磨性要求 发动机中功率损耗得罪主要原因是凸轮副中的摩擦损失，在额定工况下，它占全部的损失的 58%，在发动机启动时。或者在怠速状态中，如果不计汽缸内燃气压力阻抗，这时在发动机凸轮上功率损失增加到 ，为了保证发动机的配气精度，控制发动机配气机构的震动和噪声，摇臂轴孔及其凸轮接触的圆弧工作面部位一般要求具有良好的耐磨性，特别是圆弧工作面部位。否则，摇臂与 凸轮之间的严重磨损将会加大气门间隙，减小了气门升程，引起了不良的后果：配气机构的运动规律将严重偏离驱动凸轮所规定的数值，气门升程曲线发生畸变；使发动机配气机构的工作平稳性和震动状况恶化，噪声增大，配气机构所成所的惯性力急剧增加；破坏了配气相位，使气门开启的 时间 断面 值减小，造成排气不彻底，进气不充分；使换气损失增大，发动机功率下降；使充气效率和有效功率随转速的变化不符合发动机动力性的要求； 设计（论文）专用纸 4 减小了气门重叠角的开角，使必要的燃烧室扫气作用明显减弱。 9 2、低惯量要求 在 摇臂的转动惯量换算后一般会占到整个机构等效质量的 1/3左右，成为运动时惯性载荷的重要来源，另外，由于配气机构中留有气门间隙，导致了发动机工作时配气机构各零件之间产生冲击和噪声，尤其在发动机尚未热启动之前，此间隙是最大的。冲击和噪声最为严重。而摇臂的转动惯量越大，冲击载荷也越大。所以摇臂的转动惯量与配气机构的动特性关系密切，是限制发动机转速和巩俐提高的因素之一。 3、 刚度要求 摇臂是一个双臂杠杆，两臂承受较大的弯曲应力，设计时应该保证有一定的抗弯强度。在 臂及其支撑的柔度常常占气门驱动机 构柔度的一半以上，可以说摇臂的刚度决定了整个机构的刚度。如果摇臂的刚度不足，会严重影响整个机构的动力性。 4、 疲劳寿命要求 摇臂工作时承受较高频率的规律性非稳定弯曲变应力的作用，其基体的破坏一般为弯曲疲劳破坏。由此可见，摇臂虽然只是发动机配气机构中的一个小零件，但是它是发动机的动特性，震动，噪声，燃油消耗和排放水平等一系列经济技术指标均有直接的关系。 配气机构与摇臂之间的工作关系 发动机是一种技术密集型产品，人们对主要运动件期望很高，而 像 摇臂这样的零件往往未能得到足够重视。殊不知，摇臂的结构、精 度对发动机配气系统的运动有着不可忽视的影响。本文对此进行了分析、研究。 发动机配气机构动力学特性 配气机构是柴油机中的一个重要部件 ，其性能的好坏将直接影响到整机的工作 设计（论文）专用纸 5 性能，因此配气机构动力学模型的研究是当前柴油机研究的主要方向之一。柴油机配气机构特别是摇臂，经常处在高温 、高速下工作 ，因此摇臂机构是发动机最容易发生故障的零部件之一。其中，摇臂与气门之间的间隙异常是最常见的一种故障，其后果将影响气缸内的换气质量，严重时会导致燃烧恶化。因此 ，对其间隙异常的早期发现和诊断是非常必要的。曲轴作 为柴油机最大的部件 ，它的扭转振动特性对整机的可靠性、经济性、动力特性及噪声都有十分重要的影响。本章主要以柴油机配气机构和轴系系统为研究对象 ，研究配气机构的动力学特性采用理论分析和数值模拟的研究模式，重点对柴油机配气机构的动力学特性进行了研究。 发动机摇臂的功用及对配气机构的影响： 下面我们就以气门顶置式配气机构为例，对发动机摇臂进行特征的定义和分类，对形状特征的约束，分析形状特征组合关系，形状特征的编辑。 气门顶置式配气机构进气门和排气门都倒挂在气缸盖上气门组包括气门、气门导管、气门座、弹 簧座、气门弹簧、锁片等零件；气门传动组一般由摇臂、摇臂轴、推杆、挺柱、凸轮轴和正时齿轮组成。 摇臂的功用是将推杆或凸轮传来的运动和作用力，改变方向传给气门使其开启。 摇臂在摆动过程中承受着很大的弯矩，因此应有足够的强度和刚度及较小的质量。所以，在设计制造过程中，我应该计算好各种参数及做好各种应力分析。 （ 1）摇臂两端臂长的影响：摇臂比越大，则误差被放大得越多。当 两端臂长 偏离理论设计值时，摇臂比 配气运动精度影响大，因此设计摇臂比时应予以较严格的控制，同时对圆弧半径 。否则，无论怎样努力提高凸轮精度，配气运动精度也不可能提高很多。 （ 2）一般发动机的摇臂比总是大于 l，这使凸轮升程误差 了减小气门端运动误差，在配气系统整体结构允许的情况下，应尽量减小摇臂比 （ 3）摇臂误差对气门运动的影响。对于对称凸轮，其升程曲线以及对应气门的升程曲线近似高斯正态分布曲线。摇臂误差会对气门升程、线速度和加速度造成误差，但不会影响其基本运动规律 。 设计（论文）专用纸 6 目前 (1) 标准化。 个异构的工作平台之上 ,只有依靠标准化技术才能解决 前除了 面向应用的标准零部件库、标准化设计方法已成为 且向合理化工程设计的应用方向发展。 (2) 开放性。 000 /N 为最终用户提供二次开发环境 ,甚至这类环境可开发其内核源码 ,使用户可定制自己的 (3) 集成化。 其一是广义 成为企业一体化解决方案。 (4) 智能化。设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域 ,智能 人类认识和思维的模型来看 ,现有的人工智能技术模拟人类的思维活动明显不足。因此 ,智能 更重要的是深入研究人类设计的思维模型 ,最终用信息技术来表达和模拟它 ,才会产生高效的 为人工智能领域提供新的理论和方法。 将对信息科学的发展 产生深刻的影响。 目前在汽车发动机设计中应用较多的三维软件主要有 们都有各自不同的特点、应用范围和发展趋势 4。 5: 基于特征的建模方式 特征造型被公认为是目前几何造型的发展趋势。基于特征是指用户可以通过定义特征来创建零件 ,零件模型的构造是由各种特征生成的 ,零件的设计过程就是特征的累积过程。 设计（论文）专用纸 7 参数化设计 参数化是指零件和装配件的物理形状由特征属性值 (指特征的几何形状与尺寸 ) 来驱动 ,用户可随时修改特征尺寸和其它的属性。特征及特征 参数决定了零件的形状 ,一旦修改了特征参数 ,零件的形状就会发生改变。 全相关性 型是建立在一个真正统一的数据结构上 ,各模块之间是全相关的。该系统在处理三维实体、二维工程图、截面图、总装配以及在分析、仿真加工零件的工艺规程等各类数据时是严格一体化的 ,设计人员可以在任意一个环节对不满意的模型尺寸进行修改 ,同时修改后的尺寸都会反映到从设计到加工的个人过程 ,以确保所有零件和多个环节的数据一致性。 实体造型 与传统的计算机辅助设计相比 ,非传统的、孤立的二维点、线、面。在 模型是由一些工程特征雕砌( ,而非绘制 (而成的。可以在完成实体造型后再按照严格的投影关系产生三视图和其它需要的几何视图 ,生成的二维工程图在几何上无错误。 课题的提出和研究内容 题的提出 汽车工业是一个国家国民经济的重要组成部分，汽车发动机核心零部件的持续技术创新是维持汽车工业稳定发展的必要条件 0年代以来，日本等发达国家以市场需求作牵引，研制开发了多种结构形式的高性能气门摇臂 ，其中有些已经投入了大批量生产，提高了其发动机的性能指标，推动了汽车工业的发展。 我国从 八五 以来也在该领域进行了大量的研究工作，研制出了一些小惯量、耐磨损摇臂样品。但是由于其研究工作不是按照产品创新的一般过程深入展开进行的，而只限于对国外先进产品的简单仿造，所研制的摇臂未能在降低成本、提高制造工艺 设计（论文）专用纸 8 性和质量可靠性等方面有效结合国内材料工业和制造业水平的实际情况而取得突破性进展，不能满足批量化生产的要求，因而目前还都停留在试验研究的水平上。 工艺上有较大创新 :在提高摇臂使用性能和可靠性的同时，提高其可制造性 ，降低制造成本，提高生产效率和成品率。只有这样，才能得到汽车发动机生产厂家和用户的共同认可，才能具有广泛的应用市场。我国生产的发动机采用了 装配的气门摇臂属于第一代锻钢镀硬铬摇臂。这种摇臂耐磨性差、转动惯量大，是影响发动机性能和寿命的关键零件。本此设计的工作任务侧重于研究基于 论了基于 的摇臂结构优化设计以及精确装配和仿真运动的研究。 本文研究内容 本文研究的主要内容是通过回顾摇臂在发动机中的作用及工作性能要求，集合术现状及其发展以及 技术特点为本次设计做好准备工作和建模设计工作，在深入应用 运动仿真功能实现本次设计所要达到的效果。 同时 利用 E 三维机械设计软件，通过旋转特征、拉伸特征、装配、定位特征，以及参数化建模等方法实现 发动机各 零 部 件的实体建模，不同的建模方法能得到相同的指导生产加工使用的二维工程图，这样为不同场合选择配件和零件建模提供方便， 再 对零件进行装配后模拟机械运动，可以检查运动是否达到设计要求，检查各运动构件是否发生干涉。从而可以将整机设计中可能存在的问题消除在萌芽状态， 实现利用数字化形式代替传统的实物试验，简化机械产品设计开发过程，减少试制样机的费用，并大大缩短机械产品的更新周期，减少开发费用和成本，提高产品的系统级性能，获得最优化和创新的设计产品。 设计（论文）专用纸 9 第二章 基于 的摇臂设计 推出的三维造型设计系统 ， 其内容涵盖了产品从概念设计、 工业造型设计、 三维模型设计、 分析计算、 动态模拟与仿真、 工程图的输出以及生产加工成产品的全过程。 它以单一数据、 参数化、 基于特征、 全相关性、 装配管理以及工程数据再利用等特点改变了传统机械设计的概念， 现已成为最普及的 3 广泛应用于电子、 机械、 航空航天和汽车等行业。本章主要应用 的各种特征及约束来完成发动机摇臂的建模。 动机 摇臂的设计 臂设计技术的发展 6、 7、 8 当前摇臂的设计方法已由传统设计阶段过度为现代设计阶段。应用现代设计技术辅助设计人员对摇臂的主要结构和制造工艺方案进行创新；对待改进的气门摇臂的结构参数与性能参数进行反求；应 用 ,些技术的采用缩短了产品的研发周期，降低了成本。 目前，参数化设计已经成为 中最热门的应用技术之一，这是因为它更符合和贴近 概念设计以及并行设计思想。 本 文 将引入参数化设计思想，对摇臂的结构在 中进行参数化处理。由于摇臂件的形状比较定型，用一组参数约束其形状尺寸，实行参数驱动，便可以利用以前的模型方便的从构新的模型，并可以在遵循原设计意图的情况下修改模型，进行系列产品设计，大大提高 了设计效率。 参数化设计的思想经过几十年的发展，一些先进的 ： ,渐被工业界各行所接受。目前，国内许多大型产品 设计（论文）专用纸 10 生产企业已经采用了 进行产品结构设计。根据 所具有的优点，其发展趋势已经逐渐取代了 的参数化设计对于传统的产品结构设计工作来说，有相当大的帮助 ，中的参数不只代表设计对象的外观相关尺寸，而且具有实质上的物理 义。我 们可以应用体积，面表积，重心等参数或者密度，厚度等用户自定义参 加入 设计构思中来表达设计思想。这项参数式设计的功能不但改变了设计的 念，并且将设计的便捷性推进了一大步。 的实体造型是 3D，而 3助于系统参数及用户自定义参数可以计算出产品的体积，面积，重心，转动惯量等，可以在产品投产之前进行比较深入的强度，应力等性能的分析，及时的发现问题。而在 之前，我们只能对所设计的产品结构作一些初步的强度分析，待产品生产出来以后在进行强度实验，如果发现问题，在进行补救，这样往往消耗很多财力及精力。 采用单一数据库，其所有的对象，都只存在于数据库中一次，并且这单一的数据库是唯一的，完整的。这样保证了在 中进行的任何设计都是关联的，这也是并行工程中最关键的基础，工程师可以依靠这一功能完全抛弃传统的工作方法，实现零件设计，模具设计，装配设计，加工设计等同时进行的理念。 可以随时由 3且自动标注工程图尺寸。不论在 3相关 2时装配，制造等相关设计也会自动修改，这样可确保数据的正确性。避免反复修改的耗时性 ，还可以达到设计修改工作的一致性，避免人为改图的疏漏。 因为是参数化的设计，用户可以应用强大的数学运算方式，建立各尺寸参数间的关系式，使得模型可自动计算出应有的外形，减少尺寸逐一修改的繁琐费时，并减少错误发生。 的参数化工作原理图如图 2 设计（论文）专用纸 11 图 2的参数化工作原理 在 供了 用 通常计算机程序设计不同，绝大部分程序是由 用者并不要从头到尾地编写整个程序，只需 要对程序进行部分编辑即可。针对摇臂这类参数比较多、形状复杂、结构变化不大的产品，使用 （ 1） 实现交互式设计，自定义参数输入对话窗口 ; （ 2） 建立特征中尺寸间的相互约束关系，实现尺寸驱动 ; （ 3）可以在 而用不同的输人参数值生成不同属性的特征。 E 在建模中采用其特有的参数管理机制，每一个尺寸都被赋予了一个参数名 ;软件也提供给用户自主定义参数的方法，即由设计者给某些尺寸命名。 支持的参数类型有： 整数 ; 字符串，使用户能够输入参数或模型名称 ; / N O 布尔型变量。 设计（论文）专用纸 12 参数间可以定义关系 (在 谓有效关系是指参数关系完整，无冲突，关系表达的语法正确。 建立摇臂模型后， 按照创建的先后顺序命名为 .于较复杂的模型，按顺序排列的尺寸往往达数百个甚至更多，因此无法知道每个内部标识尺寸所对应 的零件尺寸，这就需要找出两种对应关系 :内部标识尺寸与外部模型上各个数值之间的对应关系 ;内部标识尺寸与将要命名的外部参数之间的关系。这两种关系综合起来即可体现出外部参数与零件上被约束尺寸之间的关系在对这些参数命名时，参数名称应力求简单易懂，必要时可在职 臂的研究现状 铝合金基体陶瓷镶块摇臂是近年来国内外正在研制开发的第四代小惯量、耐磨损高性能摇臂。日本在发动机陶瓷零部件，特别是陶瓷挺柱和摇臂的研究方面一直处于世界领先水平， 80年代初，日本 大量严格的试验，对氧化铝、氧化锆和氮化硅等几种陶瓷材料用做摇臂镶块时的强度、耐磨性和制造工艺性等进行了对比。 化硅是最优异、最适合用做摇臂镶块的陶瓷材料。在合理选择镶块材料的基础上， 984年开发出了用于 后，该公司在装有 在这种新型氮化硅陶瓷镶块摇臂开发成功后， 0年代研制的粉末冶金镶块摇臂从各个方面进行了全面的性能比较。从试验数据看 ，氮化硅陶瓷镶块的采用不仅大幅度提高了摇臂与凸轮的耐磨损性能增强了它们对润滑油的适应能力，而且使发动机在低转速边界润滑条件下的扭矩损失减小，使配气机构的动力特性得到了明显的改善。 发动机 摇臂 的设计原则 11 目前的气门摇臂新产品开发一般是对现有摇臂的改进和创新，其设计特点是在己 设计（论文）专用纸 13 有设计的基础上进行改进设计，故应充分考虑原配气机构和摇臂的性能特点与要求，分析存在的许多约束条件。其设计过程应遵循以下原则： (1) 保证足够的弯曲疲劳强度 ;摇臂工作时承受较大的脉动弯曲应力，且交变载荷频率较高。要想 保证摇臂的基体具有足够的疲劳寿命，除了改善摇臂材料的性能和提高制造工艺水平外，主要是设计时应优化结构，缓解应力集中、减小应力幅值。 (2) 保持与原摇臂刚度等效 ;在下置凸轮轴发动机中，摇臂及其支座的柔度常常占气门驱动机构总柔度的一半左右 ;在 于省去了挺柱和推杆，这个比例加大，所以摇臂的刚度决定了整个配气机构的刚度，为了不破坏原配气机构的运动规律，摇臂的设计应该采用与原测量摇臂的刚度相等的原则。 (3)弥补摇臂扭转变形较大的缺陷； 发动机在设计时为了使结构布局紧凑，减小体积，其气门中心所处平 面与凸轮中心平面存在 3此摇臂上的气门螺钉孔中心与圆弧工作面中心也相应地偏移 3种摇臂在工作过程中承受弯曲联合的脉动载荷作用。为了减小摇臂工作圆弧面部位的扭曲变形，提高磨损寿命，摇臂的机体结构设计时除了要增大载荷作用方向的抗弯截面模量，还要适当增大圆弧工作面周围的抗扭截面模量。同时，要尽可能使所设计的摇臂的弯曲中心与载荷作用中心重合。 (4)不改变原摇臂中与装配和气门机构运动有关的行位尺寸参数及其制造公差；如摇臂轴孔的尺寸和公差，圆弧工作面的尺寸和公差，气门间隙调节螺钉孔的尺寸和公差，轴 孔端面的尺寸和公差以及它们之间的相对位置尺寸和公差。这些尺寸和公差关系到发动机的装配和气门的正确运动规律，在建模时候应该严格保留和遵循。 (5)尽量减小转动惯量设计时，在保证强度和抗弯，抗扭刚度的前提下，通过有限元计算优化结构，合理布局材料，使摇臂各部位应力尽量均匀，特别要减少与摇臂回转中心距离较大，受力较小部位的冗余材料用量。 摇臂的三维建模 零部件的设计是三维设计的基础， 软件在建立实体及表面方面简洁明快， 设计（论文）专用纸 14 方便快捷，通过拉伸、旋转、扫描等方法制造出实体，零件上的特征通过参数和几何约束关 系来相互关联。尺寸之间的关系分为两种：一种是自定义的各种外部参数和零件的被约束尺寸的关系；另一种是模型内部特征之间的内部约束关系，它是指零件的几何元素之间的约束关系。在创建模型时，这些几何约束关系同时创建，其最大优点是对零件的修改。它通过一个记录零件设计过程的模型树可随意的更改零件的形状和设计意图。这种灵活多变的设计方式大大增加了设计的灵活性。可以在暂时不考虑尺寸的情况下进行设计，待基本形体确定后再进行尺寸约束和几何约束，从而完成零件设计工作。一般说来 ,一个零件的实体建模过程可以由以下 4 个具体步骤组成 : 分析零件特征 ,并确定特征创建顺序 ; 进入零件设计模式 ; 创建与修改零件特征。先创建与修改基本特征 ,然后依创建顺序创建与修改其他构造特征。创建特征时候先草绘 ,然后设置特征属性 ,最后生成特征 ; 所有特征创建完成后 ,存储零件模型。 （ 1） 建立或选取基准特征作为模型空间定位的基准：如基准面、基准轴和基准坐标系等。建立每个实体特征时，都要利用基准特征作为参照； ( 2 ) 建立基础实体特征：拉伸、旋转、扫描 、混合等； ( 3 ) 建立工程特征：孔 、 倒角、肋 、拔模等； ( 4 ) 特征的修改：特征阵列、特征复制等编辑操作； ( 5 ) 添加材质和渲染处理。 特征的定义与分类 许多学者和研究机构对特征技术进行了研究，分别从不同的应用角度对特征进行了定义和分类。如 在工件的表面、棱边或转角上形成的特定几何轮廓，用来修饰工件外貌或者有助于取得工件的给定功能 :为特征是一个零件的表 设计（论文）专用纸 15 面上有意义的区域，并将特征分为通道特征 (凹特征 (凸特征(、过渡特征 (、区域特征 (、变形特征 ( 对一个或多个设计或制造活动有意义的几何形状或几何实体，与具体的制造该几何形状的方法相联系 ;能在设计、制造或其他工程任务之间传递产品信息的载体， 度特征、技术特征、材料特征、装配特征、有限元特征和加工特征形状特征是产品信息模型中最 主要的特征，它用来描述某个具有一定工程意义的几何形状信息。它是材料特征、精度特征等的信息载体。装配特征用来表达产品中各零件间的装配关系以及在装配过程中所需要的信息。精度特征用来描述几何形状和尺寸的许可变动量或误差。材料特征用来描述零件材料的类型、性能等信息。基于特征的陶瓷摇臂的设计参数研究，就是在设计领域里确定形状特征、装配特征、精度特征、材料特征的对象。 由于在摇臂的设计中是应用了 软件，为了给后续参数化设计以及模具设计带来方便，对摇臂的形状特征按照 能够识别的方式进行了分类， 的 特征设计单元，如孔、开槽、做圆角、倒角等导入了实际的制造思想，均被视为零件设计的基本特征。以特征作为设计的单元可使我们方便地对特征做合理、不违反几何顺序的调整、插入、删除、重新定义等。 摇臂的建模的方法 1. 采用旋转特征建模 : 打开 入绘制草图模板，进行摇臂主特征的草图绘制，结束草图进入零件模板，采用特征生成摇臂的三维实体。利用螺纹特征生成螺纹孔，利用工作平面和切削拉伸特征完成三维模型创建的操作 . 2. 采用拉伸特征建模； 3. 采用装配方法建模：打开 别进行曲面段、圆柱段、螺纹轴段等零件的创建；打开 以上零件按照面与面的配合、中心轴线的配合进行装配约束，即可生成所需零件的三维实体。 4. 采用参数化建模：参数化建模是指用几何约束来表达零件模型的几何形状定 设计（论文）专用纸 16 义一组参数以控制设计结果，通过调整参数来修改设计模型，从而方便的创建在形状和功能上相似的设计方案。 5. 其他建模方法：对具有结构对称零部件可采用镜像的方法来创建。对于某些局部特征可由多个方法实现，例如对于圆柱段轴，可采用旋转、拉伸、镜像、放样等方法来实 现。在实际应用中可根据自己的操作习惯选择相应的特征命令来完成，即用不同的方法实现同一种效果。 摇臂的建模过程 （ 1）打开 的操作界，点击新建 零件 实体按钮，进入三维实体