基于PROE的四缸內(nèi)燃機凸輪配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動仿真分析

1、湖北文理學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)正文題 目基于PRO/E的四缸內(nèi)燃機凸輪配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動仿真分析專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班 級機制0812班姓 名學(xué) 號指導(dǎo)教師職 稱2012年 5 月23日基于PRO/E的四缸內(nèi)燃機凸輪配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動仿真分析摘要：配氣機構(gòu)作為內(nèi)燃機的重要組成部分，其設(shè)計合理與否直接關(guān)系到內(nèi)燃機的動力性能、經(jīng)濟性能、排放性能及工作的可靠性、耐久性。隨著內(nèi)燃機高功率、高速化，人們對其性能指標的要求越來越高，要求其在高速運行的條件下仍然能夠平穩(wěn)、可靠地工作，因而對其配氣機構(gòu)提出了更高的要求。配氣凸輪型線是配氣機構(gòu)的核心部分，配氣凸輪型線設(shè)計是配氣機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要

2、途徑之一。模擬計算和實驗研究是內(nèi)燃機配氣機構(gòu)研究兩種重要手段。運用多體力學(xué)的方法對配氣機構(gòu)進行了動態(tài)仿真分析，采用數(shù)字多體程序的方法，建立了配氣系統(tǒng)的理論模型，進行配氣機構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)分析，除了得到氣門的升程、速度、加速度外，還考慮了搖臂與氣門之間的碰撞，以及搖臂支座的柔性。因此得到氣門與搖臂之間的碰撞力，搖臂支座的柔性襯套的受力，氣門彈簧力，凸輪軸支座反力，氣門座反力及凸輪與搖臂之間的壓力角等。為凸輪型線、搖臂形狀和整個配氣機構(gòu)的設(shè)計改進提供了重要依據(jù)。利用pro/e強大的分析仿真功能, 對凸輪式配氣機構(gòu)的運動特性以及彈簧剛度對系統(tǒng)運動的影響進行了仿真分析, 得出彈簧剛度與氣門振動的關(guān)系

3、圖, 為改善系統(tǒng)動力學(xué)性能和關(guān)鍵零部件設(shè)計提供了依據(jù)。利用計算機軟件仿真, 有利于降低研發(fā)成本并縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機；配氣機構(gòu)；凸輪型線；優(yōu)化設(shè)計;汽車；發(fā)動機；配氣系統(tǒng)；頂置凸輪；動態(tài)仿真Based on the PRO / E four cylinder internal combustion engine cam mechanism design and motion simulation analysisAbstract:The valve train is one of the most important mechanisms in a internal combus

4、tion engine, whether the performances are good or bad, that affecting the power performance, economic performance, emissions performance of the engine, as well as affecting the reliability and wear performances of the whole engine. Along with the requests of the engines high power, super-speed, peop

5、le demand a higher index. That is, when the engine runs under a high speed, it can still work steadily and dependably, which demand that the valve train system should have a high performance. Cam profile is the hard core of the valve train, which design is one of the important ways to carry out valv

6、e train optimal design. Simulation calculation and experimentation research are two important ways to carry out research and development on valve train of internal-combustion engine.Valve-train has been dynamically simulated by the multi-body method.A theory model has been built for the valve train

7、by using the digital multi-body program.Not only the lift height,speed and acceleration of valve but also the collision between valve and rocker and the flexibility of rocker support are taken into account.Therefore, the collision force between valve and rocker ,loading on the flexible bearing of ro

8、cker support, valve spring force, can support counter - force, valve ring counter - force and direction angle of acting force between cam and rocker have been carried out. The important basis on design improvement for cam profile, rocker form and valve form and valve train have been provided.This pa

9、per analyzed the dynamic characteristics of a cam-type valve t rain and the influence o f the spring stiffness on the systematic mot ion by using Pr o / E .The relationship between stiffness of spring and vibration of valve was got ten. The work ha s provided a basis for improving the systems dynami

10、c char act eristics and designing the key components. T hereby , computer simulation can cut down the pro duct cost and shorten the development cycle.Key words: Internal combustion engine; Valve train; Cam profile; Optimal design;Automobile Engine Valve -train system Overhead camshaft Dynamic simula

11、tion 目 錄1緒論61.1 本課題研究的目的和意義61.2 配氣機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的及意義62 基于PRO/E的配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計72.1 配氣機構(gòu)總體骨架設(shè)計82.2 凸輪軸設(shè)計92.3 凸輪的設(shè)計92.4 挺桿的設(shè)計92.5 推桿的設(shè)計92.6 氣門桿的設(shè)計102.7 彈簧的設(shè)計102.8 使用PRO/E創(chuàng)建配氣機構(gòu)的相關(guān)元件113 配氣機構(gòu)的裝配153.1 首先裝配凸輪軸并準確定位 153.2 裝配平底從動件163.3 裝配彈簧173.4 裝配汽門挺桿184 四缸內(nèi)燃機凸輪配汽機構(gòu)動態(tài)仿真分析204.1 內(nèi)燃機凸輪配汽機構(gòu)運動仿真準備工作204.2 內(nèi)燃機凸輪配汽機構(gòu)運動仿真分析215

12、 本文總結(jié)28參考文獻29致 謝301緒論1.1 本課題研究的目的和意義 現(xiàn)代內(nèi)燃機不斷向高速高強度方向發(fā)展. 作為內(nèi)燃機三大機構(gòu)之一的配氣機構(gòu), 如果設(shè)計不當(dāng), 勢必產(chǎn)生很大的沖擊、振動、噪音, 嚴重時, 氣門會產(chǎn)生反跳與飛脫, 這將嚴重影響到內(nèi)燃機的動力性與經(jīng)濟性. 同時, 由于速度的提高, 凸輪機構(gòu)的潤滑與磨損也成為一個不可忽視的問題. 現(xiàn)代大功率柴油機普遍采用下置凸輪軸式配氣機構(gòu),配氣機構(gòu)的好壞又對柴油機的性能指標、可靠性及壽命有著很大的影響，其設(shè)計是否優(yōu)良直接影響柴油機的性能指標。通過對配氣機構(gòu)的動態(tài)模擬可以知道各零件的真實運動情況和載荷變化規(guī)律， 可以知道配氣機構(gòu)出現(xiàn)飛脫、氣門反跳

13、等不正?，F(xiàn)象的條件， 判斷機構(gòu)設(shè)計是否合理， 工作是否安全可靠。因此， 進行配氣機構(gòu)動力學(xué)分析與研究是一項十分必要的工作。作為發(fā)動機的重要組成部件，配氣機構(gòu)的研究內(nèi)容從最初單純的凸輪經(jīng)驗設(shè)計，發(fā)展到常將配氣機構(gòu)傳動鏈當(dāng)作完全剛性物體只進行運動學(xué)計算，再發(fā)展到了整個配氣機構(gòu)的運動學(xué)與動力學(xué)的綜合研究。國外自20世紀初就有許多學(xué)者開始進行這方面的深入研究；相比而言，國內(nèi)則起步較遲，20 世紀 70 年代起才開始全面研究凸輪設(shè)計與動力學(xué)分析，研究的重點放在凸輪型線設(shè)計、多質(zhì)量動力學(xué)研究方面。電子計算機的采用和測試技術(shù)的發(fā)展為配氣機構(gòu)動力學(xué)的研究開辟了新途徑。利用電子計算機進行多方案的選擇, 并預(yù)測配

14、氣機構(gòu)動力學(xué)的性能已經(jīng)成為有效而節(jié)省的手段。目前，國際上已有各種配氣凸輪設(shè)計軟件，國內(nèi)也出現(xiàn)了一些類似的軟件，這些軟件在速度與計算精度上都有所提高。1.2 配氣機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的及意義目前，隨著人們生活水平的提高，汽車、摩托車日益成為人們生活當(dāng)中重要交通工具，對機械產(chǎn)品的需求量是越來越大，產(chǎn)品質(zhì)量要求是越來越高。同時，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品與設(shè)備也日益向高速、高效、精密、輕量化和自動化方向發(fā)展。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，對其工作性能的要求也越來越高，為使產(chǎn)品能夠安全可靠地工作，其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)必須具有良好的靜動態(tài)特性。同時，設(shè)備在工作時產(chǎn)生的振動和噪聲，會損害操作者的身心健康，污染環(huán)境。因此必須對

15、機械產(chǎn)品進行動態(tài)分析和動態(tài)設(shè)計，以滿足機械結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)特性與低振動、低噪聲的要求。這一切都要求工程師在設(shè)計階段就能精確的預(yù)測出產(chǎn)品或工程的技術(shù)性能，需要對結(jié)構(gòu)的靜、動力強度以及溫度場等技術(shù)參數(shù)進行分析計算。為了在工程應(yīng)用中節(jié)約成本、提高設(shè)計效率、縮短設(shè)計周期，很多廠家已經(jīng)把前期的軟件模擬作為檢驗設(shè)計成敗的一個關(guān)鍵步驟。發(fā)動機在車輛中是動力部件，其性能直接影響車輛在使用中的工作狀況和可靠性。發(fā)動機的發(fā)展向著大功率輕重量的方向發(fā)展，使得其剛度不斷減少，從而加劇了發(fā)動機的振動和結(jié)構(gòu)噪聲，這類振動將直接影響發(fā)動機的壽命。因此對發(fā)動機必須進行動態(tài)設(shè)計與分析，把動態(tài)特性作為設(shè)計的重要目標。配氣機構(gòu)是發(fā)動機

16、的重要組成部分，發(fā)動機配氣機構(gòu)，經(jīng)常處在高溫、高壓下工作，因此氣門機構(gòu)是發(fā)動機最容易發(fā)生故障的零部件之一。而配氣機構(gòu)性能的好壞, 直接影響到發(fā)動機的經(jīng)濟性、可靠性, 并對發(fā)動機噪聲與振動產(chǎn)生直接影響。 而配氣機構(gòu)的主要零件氣門既是燃燒室的組成部分，又是氣體進、出燃燒室的通道，工作時需承受很高的機械負荷和熱負荷，尤其是排氣門，由于經(jīng)常受到高溫燃氣的沖刷，從而更加容易產(chǎn)生漏氣、腐蝕與燒損等現(xiàn)象，工作條件也就更為嚴酷。其后果將影響氣缸內(nèi)的換氣質(zhì)量，嚴重時會導(dǎo)致燃燒惡化，從而降低了發(fā)動機的經(jīng)濟性、動力性和可靠性。因此，對發(fā)動機的配氣機構(gòu)特別是氣門進行深入研究是非常有必要的。隨著發(fā)動機強化程度的不斷提高

17、, 配氣機構(gòu)已經(jīng)成為發(fā)動機發(fā)展過程中的一個重要而且困難的環(huán)節(jié)。這不只是由于內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的急劇增長, 使機構(gòu)零件慣性力和振動迅速提高,而且還由于內(nèi)燃機平均有效壓力的增加。因此配氣機構(gòu)動力學(xué)的研究已經(jīng)成為研究小型高速內(nèi)燃機的重要課題。此外隨著發(fā)動機低排放、高速化的發(fā)展趨勢，對其性能指標要求越來越高，要求其在高速運行的條件下仍然能夠平穩(wěn)、可靠地工作，因此對配氣機構(gòu)設(shè)計的要求也越來越高。 2 基于Pro /E 的配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 1 配氣機構(gòu)總體骨架設(shè)計骨架在大型產(chǎn)品的裝配設(shè)計建模中是非常重要的。它是一種典型的自頂而下組件設(shè)計。建立的骨架模型可以在多個組件中使用，這對于團隊標準化設(shè)計十分適合。骨架

18、裝配的基本思想是: 用點、線、軸、面或?qū)嶓w繪制組件的基本骨架，再將零部件與骨架一一匹配來生成組件，或者直接參照骨架來生成組件。骨架模型能同時控制組件的大小和形狀。通過骨架裝配，簡化了零件的裝配，也避免了一些不必要的零件之間的父子關(guān)系，還可以通過改變骨架來改變組件的結(jié)構(gòu)和大小。配氣機構(gòu)總體骨架包括配氣機構(gòu)骨架，凸輪軸骨架。它們的設(shè)計不能違背整機的設(shè)計要求。整機骨架除了需要確定發(fā)動機結(jié)構(gòu)的基本布置形式，如發(fā)動機的氣門驅(qū)動形式，直列還是V 型，還需確定發(fā)動機整機的基本參數(shù)，如缸數(shù)、缸徑、行程、點火順序、沖程數(shù)、缸心距等。這些參數(shù)作為最高一級參數(shù)，它們將傳遞給配氣機構(gòu)骨架和凸輪軸骨架并作為他們的設(shè)計參

19、數(shù)。配氣機構(gòu)設(shè)計流程如圖2-1所示。 圖2-1 機構(gòu)設(shè)計流程圖配氣機構(gòu)設(shè)計總成整機骨架設(shè)計總成凸輪軸圖紙凸輪軸凸輪軸骨架配氣機構(gòu)骨架氣門/導(dǎo)管/座圈圖紙氣門/導(dǎo)管/座圈氣門彈簧圖紙氣門彈簧氣門彈簧上/下座氣門彈簧上/下座圖紙氣門鎖夾氣門鎖夾圖紙挺桿/挺柱圖紙挺桿/挺柱 裝配流 幾何流 參照流2 2 配氣機構(gòu)凸輪軸設(shè)計凸輪軸是直接安裝在凸輪軸軸承座孔內(nèi)，查找相關(guān)四缸內(nèi)燃機數(shù)據(jù)得到如下表2-1所示內(nèi)徑外徑寬度前端404727后端283526 表2-1 凸輪軸的最小尺寸可以按照下面的公式：Db=2Ro（24）（mm）上式中的Ro是凸輪的基圓半徑，由表可知：Ro=15Db=2Ro（24） =2x15（

20、24）=（2628）當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，支承軸頸間距離較大、凸輪上受力較大時取上限值。 凸輪軸支承軸頸與軸承孔德徑向間隙一般在0.020.03mm，范圍內(nèi)，軸向間隙為0.010.25mm。2.3 凸輪的設(shè)計雖然瞬時的打開和關(guān)閉氣門能夠獲得最大的時間截面，但是這樣做會使零件產(chǎn)生很大的慣性力。因此在設(shè)計配氣機構(gòu)時選用這樣的凸輪型線，使它保證可以有足夠的氣缸沖量的同時，同時也保證運動零件的慣性力數(shù)值在允許的范圍內(nèi)。1 凸輪型線從基圓開始繪制，從保證配氣機構(gòu)有足夠剛性的條件出發(fā)選擇它的基圓半徑R，其值在R=（1.52.5）x 范圍2 R=(1.52.5)x10=1525 對此內(nèi)燃機取50mm。2.4 挺柱的

21、設(shè)計挺柱的功能是按凸輪的運動規(guī)律推動傳動機構(gòu)，同時承受凸輪的側(cè)向壓力。特別是挺柱的底面，由于和凸輪表面接觸的面積很小，接觸應(yīng)力很大，表面磨損很大，甚至可能刮傷，因此挺柱側(cè)面以及底面要求耐磨。形狀是筒型，這種結(jié)構(gòu)可以減輕它的質(zhì)量，從而達到減小它的往復(fù)慣性力。它的這種結(jié)構(gòu)同時也保證凸輪軸在旋轉(zhuǎn)時，挺柱底面所受的偏心切向力使挺柱產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，保證工作表面的磨損時很均勻的挺柱的軸線相對于凸輪的軸線的偏移量為13。此內(nèi)燃機采用的是曲面挺柱，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕。挺柱導(dǎo)向面直徑 與長度按照下面的公式確定：=(0.150.20）D （mm） =（0.150.20）*95 =(14.2519) 取 16

22、mm 式中 D氣缸直徑(mm） =（3.03.5） （mm） =（3.03.5)*16 =(4859)mm根據(jù)結(jié)構(gòu)取=58mm挺柱導(dǎo)向面直徑與挺柱孔間的徑向間隙一般在0.020.08mm的范圍內(nèi)。2.5 推桿的設(shè)計推桿與挺桿設(shè)計思路相同，參照2.4的設(shè)計過程2.6 氣門桿的設(shè)計增大進、排氣流通截面是減少進、排氣阻力，提高進氣量的途徑，同時氣門頭部直徑的選擇還要考慮到燃燒室的形狀，氣缸蓋進、排氣門的布置，氣道之間冷卻水套的設(shè)計以及氣門受熱和冷卻的均勻性等因素。綜上的條件四缸內(nèi)燃機的進、排氣門的直徑42和36mm。氣門桿長度L:氣門桿長度決定于氣缸蓋和氣門彈簧的設(shè)計，一般總希望短些，以便降低發(fā)動機

23、的總高度，減小氣門的質(zhì)量，通常L=（2.53.5）D，D是氣門的頭部直徑。內(nèi)燃機的L=（2.53.5）*42=（105147）mm2.7 氣門彈簧的設(shè)計氣門彈簧的設(shè)計要求：（1）要使氣門在氣門座上嚴密的配合和在挺柱沿著基圓運動的整個周期內(nèi)保持氣門關(guān)閉狀態(tài)密封；（2）在挺柱帶有負加速度時，在氣門、挺柱和凸輪要保證不變的運動學(xué)關(guān)系。彈簧的尺寸： A、彈簧鋼絲直徑 : B、彈簧的平均直徑： 然后，建立基準平面及坐標系。整機骨架如圖2-5 所示。圖2-5 整機骨架模型圖2-6 凸輪軸骨架2 8 使用PRO/E創(chuàng)建配氣機構(gòu)的相關(guān)元件將配氣機構(gòu)的骨架搭建好以后，就可以根據(jù)骨架創(chuàng)建各組件的三維模型了。如圖2

24、-7所示的箱體模型，圖2-8 所示的凸輪軸模型，圖2-9所示的氣門模型和圖2-10所示的平底從動件、圖2-11所示的彈簧。 圖2-7 箱體圖2-8 凸輪軸圖2-9 氣門圖2-10 平底從動件圖2-11 彈簧圖2-12所示為內(nèi)燃機凸輪配氣機構(gòu)的截面圖，凸輪1繞其作逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其凸起部分作用在平底從動件2上時，即驅(qū)動從動件向下運動，彈簧被壓縮；汽門挺桿是與從動件裝配固定在一起的，從動件和汽門挺桿的下一即可打開汽門近氣或排氣。當(dāng)凸輪輪廓的等半徑部分租用在從動件上時，從動件和汽門挺桿在彈簧的恢復(fù)力作用下向上運動，從而把汽門關(guān)閉。布置在凸輪軸上的若干個凸輪具有不同的方位，因此凸輪軸在旋轉(zhuǎn)的過程中就能夠

25、與活塞運動的各個沖程想匹配，從而完成配氣的功能。圖2-12 截面圖 3 配氣機構(gòu)的裝配3.1 首先裝配凸輪軸并準確定位 此前凸輪軸箱已經(jīng)作為基礎(chǔ)件裝配到裝配體中單擊裝配工具欄的裝配按鈕，在【打開】對話框中選擇凸輪軸CAM-AXIS.PRT文件，打開后如圖3-1所示，以自動方式選擇約束類型：首先選擇凸輪軸軸線與凸輪軸箱軸線對齊，然后選擇凸輪軸的基準面與凸輪軸箱上的基準面對齊，其實雖然系統(tǒng)提示完全約束“，但是凸輪軸繞自身中心軸線旋轉(zhuǎn)的自由度并未受到約束，為避免后續(xù)裝配平底從動件可能會影響凸輪軸的方位，需增加一個新的附加約束。圖3-1點擊“放置“上的”新建約束“，以自動方式選擇約束類型：選中凸輪軸上

26、鍵槽的底面，接著選中凸輪軸箱的基準面TOP，在偏移欄中選擇“定向”約束關(guān)系，設(shè)定鍵槽底面與TOP面平行。此時，凸輪軸被準確定位在凸輪箱上，如下圖3-2所示。圖3-23.2 裝配平底從動件在原有凸輪軸及凸輪軸箱的裝配工作區(qū)里，新加入“plant.prt文件。打開后如圖3-3所示，以自動方式選擇約束類型：首先是從動件軸線與凸輪軸箱基準軸對齊，然后選中從動件頂面與凸輪軸上第一個凸輪的圓柱面”相切“。另外七個裝配方法基本相同圖3-3最終裝配為下圖3-4：圖3-43.3 裝配彈簧由于彈簧需要做些預(yù)處理，故首先打開創(chuàng)建的彈簧零件，選取主菜單上的【工具】【關(guān)系】命令，彈出“關(guān)系”對話框。在此對話框中設(shè)置固定

27、不變的參數(shù)coils（圈數(shù)）=6，然后分別點擊參數(shù)d2和d1，用關(guān)系式d2=d1coils來綁定它們之間的關(guān)系。再設(shè)定減料拉伸截面高度d11與掃引線長度d1相等。完成參數(shù)設(shè)定后確定，重新存盤，準備裝配。裝配開始時，隱藏箱體零件，然后將彈簧加載到裝配工作區(qū)，按照長隊的“軸對齊”，“面匹配”的方法進行彈簧裝配，如圖3-5所示圖3-5另外7個類同。裝配完只有如下圖3-6：圖3-63.4 裝配汽門挺桿在裝配工作區(qū)中打開汽門挺桿，首先選擇軸對齊，然后選中汽門挺桿的圓柱頂面，與從動件上的內(nèi)圓柱端面，形成“配對”約束關(guān)系?？傻玫饺鐖D3-7所示圖3-7另外7個汽門挺桿裝配方法完全相同，最終得到的圖像3-8為圖

28、3-8汽門挺桿全部裝配完畢之后，內(nèi)燃機凸輪配汽機構(gòu)總成就全部裝配成功?？梢酝ㄟ^右擊模型樹上的凸輪箱體box.prt，選取“取消隱藏”，把剛才隱藏的凸輪箱體重新顯示出來，形成一個完整的裝配體，如圖3-9所示。圖3-94 四缸內(nèi)燃機凸輪配汽機構(gòu)動態(tài)仿真分析4.1 內(nèi)燃機凸輪配汽機構(gòu)運動仿真準備工作（1） 啟動pro/e，打開cam-box.prt文件，將凸輪配汽機構(gòu)裝配體導(dǎo)入裝配環(huán)境。（2） 在裝配模型樹上同時選中8個“flat.prt零件，按下鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“刪除”鍵，即刪去原裝配模型中的8個彈簧。（3） 轉(zhuǎn)換凸輪軸與凸輪箱之間的“約束”關(guān)系為“銷軸”連接關(guān)系1） 右擊裝配模型

29、上的cam-axis.prt元件，在快捷菜單中選取“編輯定義”命令，在彈出的“元件放置”操控板上選取連續(xù)關(guān)系為“剛性”。2） 打開“放置”下拉菜單，單擊“新建約束”3） 回到“元件放置”操控板，單擊連接類型欄，將剛才的剛性連接修訂為“銷釘”。再重新點選凸輪軸上的中心軸和凸輪箱上的軸線對齊。機構(gòu)上各元件之間的相對位置不發(fā)生改變。4） 選擇面“配對”，即分別點選凸輪軸上的基準面和凸輪箱上的基準面為“重合”關(guān)系。確定后即完成”銷軸連接。 （4）采用類似的方法將平底從動件與凸輪箱體的約束關(guān)系轉(zhuǎn)換為“滑動桿”連接。 （5）仍然采用上述轉(zhuǎn)換方法把汽門挺桿與從動件的約束關(guān)系轉(zhuǎn)換為“剛性”連接關(guān)系。至此，四缸

30、內(nèi)燃機凸輪配汽機構(gòu)各構(gòu)件之間的約束關(guān)系如圖4-1所示已全部轉(zhuǎn)換為“連接”關(guān)系?？梢赃M入下一步進行機構(gòu)運動仿真分析。圖4-14.2內(nèi)燃機凸輪配汽機構(gòu)運動仿真分析（1） 選取主菜單上的【應(yīng)用程序】【機構(gòu)】命令，進入機構(gòu)仿真分析環(huán)境。（2） 定義凸輪副。1） 單擊右工具條上的凸輪按鈕，彈出“凸輪從動機構(gòu)連接定義”對話框，如圖4-2所示，勾選對話框中的“自動選取”選項，然后用鼠標左鍵選中凸輪輪廓面的某一部分，系統(tǒng)自動選取整個凸輪輪廓面并使之紅色高亮顯。并且有黑色矢量箭頭指向輪廓面的外側(cè)。點擊選取框上的“確定”按鈕予以確認。 圖4-22） 點擊“凸輪從動機構(gòu)連接定義”對話框中的“凸輪2”，對從動件進行定

31、義。 設(shè)置過濾器為“曲面”，選中平底從動件的頂面為“凸輪2”的輪廓面。然后分別選擇PNT1和PNT2，確定其深度。確定之后即完成凸輪連接的定義。得到如圖4-3所示標示。 圖4-3最終得到的圖像為如下圖4-4所示圖4-4（3） 定義彈簧。 彈簧安放的確切位置是在平底從動件內(nèi)孔頂面與凸輪箱體的彈簧基座之間，為了準確地指明彈簧上下兩端的位置，需要事先在平底從動件內(nèi)孔頂面設(shè)置中心“點”PNT0及箱體彈簧基座的8個位置上設(shè)置相應(yīng)的“點”PNT0PNT7。1） 單擊右工具條上的彈簧按鈕，彈出“彈簧定義”操控板。接受操控板上“點對點”的定義方式，按下Ctrl鍵，先后選中從動件上的點PNT0及箱體上的點PNT

32、0，確定彈簧兩端位置。2） 在操控板的彈簧剛度欄目K中輸入剛度值10Nmm。3） 打開操控板上的“選項”下拉面板，勾選其中的“調(diào)整圖標直徑”，在直徑欄內(nèi)輸入25mm。這樣就完成了一個彈簧的定義，得到如圖4-5所示的圖形。其他7個虛擬彈簧的設(shè)置方法與上述過程完全相同。最終圖像為圖4-6圖4-5圖4-6（4） 定義伺服電動機。 該機構(gòu)只需要在凸輪軸上設(shè)置一個伺服電動機，用以驅(qū)動凸輪軸繞其與凸輪箱共有的運動軸作旋轉(zhuǎn)運動；安裝在凸輪軸上的8個凸輪分別通過“凸輪”運動服與8個平底從動件連接。在凸輪的變半徑輪廓驅(qū)動下，8個平底從動件分別在不通的時段鄉(xiāng)下作滑移運動，同事彈簧收到壓縮。汽門挺桿與從動件為剛性固

33、結(jié)，隨從動件向下移動打開汽門；當(dāng)凸輪的等半徑輪廓部分與從動件接觸時，被壓縮的彈簧在彈簧恢復(fù)力的作用下推動從動件并帶動汽門挺桿向上滑移，在不同的時段關(guān)閉汽門。如此周而復(fù)始的運動，完成為內(nèi)燃機汽缸配汽的使命。單擊右工具條的彈簧按鈕，打開伺服電動機定義對話框，接受“類型”選項卡上的“運動軸”類型選項，在圖形區(qū)內(nèi)點選凸輪軸與凸輪箱的運動軸。打開對話框的“輪廓”選項，設(shè)定轉(zhuǎn)速A=200degs。設(shè)置完畢后即完成伺服電動機的定義。得到如圖4-7所示圖像。圖4-7通過以上操作，四缸內(nèi)燃機凸輪配氣機構(gòu)運動仿真分析所需要的全部運動副及虛擬彈簧和主要運動參數(shù)都已定義齊備。（5） 設(shè)置運動參數(shù)和控制參數(shù)1） 單擊右

34、工具欄上的彈簧按鈕，彈出“分析定義”對話框。在“類型”選項中選擇“運動學(xué)”，接受“首選項”選項中的“長度和幀頻”方式，設(shè)定終止時間為30秒，幀數(shù)為25.接受“電動機”選項上的默認從開始時即驅(qū)動凸輪軸旋轉(zhuǎn)。2） 完成以上設(shè)置后，單擊“運行”按鈕，系統(tǒng)進入運動分析解算過程。經(jīng)過一次運動循環(huán)完成之后，系統(tǒng)把解算結(jié)果記錄下來，可供“回放”之用。（6） 回放和導(dǎo)出視頻文件1） 單擊有工具欄的播放按鈕，彈出“回放”對話框。系統(tǒng)自動導(dǎo)入AnalysisDefinitionl結(jié)果集。點擊操作框中的有關(guān)按鈕，可以播放光看內(nèi)燃機凸輪配氣機構(gòu)運動的動畫。2） 導(dǎo)出視頻文件。 單擊“動畫”控制框中的“捕獲”按鈕，彈出

35、“捕獲”對話框，接受系統(tǒng)命名。即可導(dǎo)出視頻文件。（7） 測量。1） 單擊右工具條的按鈕，彈出“測量結(jié)果”對話框，單擊按鈕，導(dǎo)入結(jié)果集AnalysisDefinitionl。2） 單擊“測量”欄內(nèi)的按鈕，創(chuàng)建一個測量對象。彈出“測量定義”對話框，將過濾器設(shè)置為“旋轉(zhuǎn)軸”，然后再圖形區(qū)選擇光標指向的從動件和凸輪箱體之間由“滑動桿”連接關(guān)系定義的連接軸：connection-2.axis-1，在圖形區(qū)出現(xiàn)一個雙箭頭圖標指向該連接軸的軸線。3） 在“評估方法”欄中選擇“每個時間步長”選項，單擊“確定”按鈕，返回到“測量結(jié)果”對話框。此時，該對話框上方的被激活，單擊該按鈕，即輸入如圖4-8所示汽門挺桿上

36、下滑動的位置時間軌跡曲線圖，4-9 所示的速度時間圖像和4-10所示的加速度時間圖像。圖4-8 圖 4-9圖4-10從上述曲線可以看出，該凸輪配氣機構(gòu)符合設(shè)計要求。汽門挺桿的運動軌跡可以滿足汽門完全打開和關(guān)閉的技術(shù)要求。通過以上操作，完成了凸輪配氣機構(gòu)動態(tài)仿真分析的全過程，選取主菜單上的【文件】【保存】命令，將該仿真分析組件存放在制定的文件目錄中，以備后用。 5 本文總結(jié) 本文從最初的背景介紹，課題分析拓展出基于PRO/E的四缸內(nèi)燃機凸輪配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動仿真分析。在文中，詳細介紹了四缸內(nèi)燃機凸輪配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖、裝配情況以及它的運動仿真分析。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，參閱 了pro/e各種設(shè)計范例，利用PRO/E軟件對其各零件進行三維造型并裝配，同時實現(xiàn)該機構(gòu)的運動仿真。認真做了這些工作后，我總結(jié)了以下四點。1)通過Pro /E 的機構(gòu)運動仿真輸出的圖形可以看出, 平底的位移、速度及加速度的仿真結(jié)果與預(yù)期要求完全相符, 本文的方法驗證了配氣機構(gòu)凸輪設(shè)計的正確性。2)本文的方法同樣適用于對從動件的運動規(guī)律有不同要求的配氣機構(gòu)凸輪設(shè)計。3)從以上的分析可知, 運用Pro /E 的機構(gòu)運動仿真, 具有很大的優(yōu)越性, 它不但使機構(gòu)的造型形象化、可視化, 而且也使得整個仿真過程在精確、高效地基礎(chǔ)上更加形象、生動?？梢詭椭O(shè)計人員快速、高效地設(shè)計出理想的配氣凸輪的型線。4)基