【正文】 1 第 1 章 緒 論 選題背景 我國從二十世紀八十年代初引進微型車， 20 余年經歷了三代產品，目前，已經形成以五大生產基地為主體的年產 萬輛能力的微型車行業(yè)，基本上具備了迎接國際挑戰(zhàn)的能力。微型車已經穩(wěn)穩(wěn)地成為中國汽車市場中的主力車型。最大限度的降低有害氣體的 排放量。目前在發(fā)達國家的汽車行業(yè)中， Pro/E軟件以及 ANSYS 軟件的應用已得到普遍應用，并取得了巨大的經濟效益，新的轎車產品的開發(fā)周期已縮短至 2 年。目前除試驗方法觀察機構動態(tài)性能和研究機構動力學之外，運用力學方法建立配氣機 構的力學模型，用計算 2 機進行動態(tài)模擬研究已顯示出非常突出的優(yōu)越性。國外對配氣機構的振動模型、摩擦及配氣相位和可變氣門正時等的研究有一些報道。 Pro/E 及 ANSYS 的簡介 Pro/E 的現(xiàn)狀及功能特點 Pro/Engineer 是由美國 PTC（ Parametric Technology Corporation） 公司開發(fā)研制的三維數(shù)字化設計、分析及制造軟件。 Pro/E 是采用參數(shù)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。 （ 4）支持大型、復雜組合件的設計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列， Pro/Program 3 的各種能用零件設計的程序化方法等）。所謂工程分析軟件，主要是在機械結構系統(tǒng)受到外力負載所出現(xiàn)的反應，例如應力、位移、溫度等，根據(jù)該反應可知道機械結構系統(tǒng)受到外力負載后的狀態(tài)，進而判斷是否符合設計要求。使用該軟件，能夠降低設計成本，縮短設計時間。 ANSYS 作為有限元分析的主流軟件，在工程中的應用日益成熟和廣泛。 （ 2）對于裝配件導入后，各零件間位置關系并不能 符合要求，容易造成分屬不同零件的點線的合并而改變各零件裝配關系。 （ 2）再建立起配氣機構各個零部件的三維實體模型。 課題研究的主要方法 收集有關微型乘用車發(fā)動機配氣機構的相關資料。配氣機構應使發(fā)動機在各種工況下工作是厚的最佳的進氣量，以保證發(fā)動機在各種工況下工作時具有最佳的性能。單擊“文件”工具欄中的新建工具，彈出“新建”對話框，如圖 所示。 圖 “草繪屬性”窗口 （ 2）根據(jù)已給的 PDF 文件，繪制進氣門的草繪圖，繪圖時注意要選取旋轉軸，否則不能生成三維模型，如圖 所示。 圖 進氣門三維圖 2 （ 3）最后畫出了進氣門的三維視圖，對其進行保存，如圖 所示。 （ 3）選擇 “ mmns_part_solid” 模板，表示零件模型為實體，單擊 “ 確定 ” 完成，如圖 所示。 圖 排氣門三維圖 其他零件建模 墊圈的建模 畫圖的過程比較簡單，在這就不做仔細的描述，畫完的圖形如圖 所示。 圖 “ 新建 ” 窗口 圖 選擇“單位類型 ” （ 2）點選 “ 類型 ” 選項中的 “ 零件 ” 單選按鈕，點選子類型選項組中的 “ 實體 ”單選鈕，并在名稱文本框中輸入新建文件的名稱，取消勾選 “ 使用默認模板 ” 復選框，單擊 “ 確定 ” 彈出新文件選項對話框。 (a) (b) 圖 螺旋掃描 （ 2）在 “ 屬性 ” 菜單管理器中依次單擊 “ 常數(shù) ”→“ 穿過軸 ” →“ 右手定則 ” →“ 完成 ” 命令，系統(tǒng)彈出 “ 設置草繪平面 ” 菜單管理器，如圖 所示 。在工具欄內單擊 按鈕完成草圖的繪制。 圖 菜單管理器 圖 切剪 （ 8）在如圖 所示的 “ 剪切：螺旋掃描 ” 對話框中單擊【確定】按鈕，完成螺紋的創(chuàng)建。 （ 2）在主菜單中單擊 “插入 ”→“ 螺旋掃描 ” →“ 伸出項 ”命令，彈出如圖 所示的 “屬性 ”菜單管理器。 （ 6）在 “草繪視圖 ”菜單管理器中單擊 “缺省 ”命令，進入草繪環(huán)境。 16 圖 菜單管理器 圖 設置平面 圖 選取方向 圖 選取 圖 軌跡 （ 1）系統(tǒng)提示 “在軌跡起始輸入節(jié)距值 ”，輸入起始節(jié)距值為 “3”，如圖 所示，單擊中 按鈕完成。 （ 5）再用同樣的方法為其他控制點輸入螺距值，最終生成的螺距曲線如圖 所示 。最終如圖 所示。 氣門傳動組設計中需注意的問題 氣門 傳動組中的每一個零件都對配氣機構起到十分重要的作用，因此在畫每一個圖形的時候都仔細核對尺寸，以免在進行裝配的時候產生約束，并對每一個零件進行實體模型的比對，以免出現(xiàn)不必要的錯誤。 （ 3）選擇 “ mmns_part_solid” 模板，表示零件模型為實體，單擊 “ 確定 ” 完成，如圖 所示。 （ a） 22 （ b） （ c） 圖 凸輪軸三維圖組 （ 1）整體凸輪軸的大體樣子已經畫出來了，下面接著對凸輪軸兩側進行打孔，選擇 圖標進行打孔，點擊 圖標，進行草繪孔，按照二維圖畫出草繪圖，如圖 所示。 23 圖 草繪孔 圖 選取放置 圖 選取偏照 圖 孔 1 24 （ 2）在對其內部的深孔進行加工，同樣也是選擇打孔 圖標，打開后選擇標準孔 圖標，選擇螺釘尺寸，并輸入空的深度，如圖 所示。 25 圖 孔草繪 圖 凸輪軸 三維圖 搖臂的建模 進氣搖臂的建模 （ 1）運行 Pro/E。 （ 1）先選擇 FRONT 為草繪平面，繪制出軸孔的圖形，如圖 所示。 28 圖 （ 1）在畫頂氣門的一側，具體的過程按照以一個為基準的原則，在其基礎上一步一步的畫出草圖在進行拉伸、旋轉或去除材料，每一步都要結合著尺寸耐心的去畫，以達到如圖 （ a）（ b）（ c）（ d）（ e）組所示的效果。畫圖的主要過程圖如圖 （ a）（ b）（ c）（ d）（ e）（ f）（ g）（ h）（ i）組所示。 圖 拉伸 （ 2）對軸的內部打通孔，目的是進行潤滑作用，如圖 所示 。 35 圖 搖臂軸 （ 1）然后再在軸上畫出帶有沉孔的油道孔，依次點擊 ，選擇標準孔 ，輸入尺寸，如圖 所示。 (a) (b) 圖 排氣搖臂步驟組 (a) (b) (c) (d) 37 (e) (f) 圖 排氣搖臂圖組 （ 2） 按上述步驟完成排氣搖臂軸的建模 其他零件建模 滾輪建模 如圖 所示，過程見 圖中 左側的步驟。 39 圖 “新建”窗口 圖 選擇“類型” （ 2）點選 “ 類型 ” 選項中的 “ 零件 ” 單選按鈕，點選子類型選項組中的 “ 實體 ”單選鈕，并在名稱文本框中輸入新建文件的名稱，取消勾選 “ 使用默認模板 ” 復選框，單擊 “ 確定 ” 彈出新文件選項對話框。 圖 驅動齒輪的軸孔草繪圖 畫出 鍵槽 的草繪圖， 拉伸去材料， 得到圖 所示。單擊 “ 文件 ” 工具欄中的新建工具，彈出 “ 新建 ” 對話框，如圖 所示。 圖 從動齒輪圓柱的草繪圖 43 畫出 軸孔的 草繪圖， 拉伸去材料， 得到圖 所示。 45 圖 從動齒輪輪齒的草繪圖 齒帶的建模 （ 1）運行 Pro/E。 畫出 齒帶 的草繪圖， 掃描軌跡， 得到圖 所示。 48 第 4 章 配氣機構的裝配 概述 配氣機構的組成是由氣門組和氣門傳動組組成的 ,在對其進行裝配時的注意事項由以下幾點：首先在安裝凸輪軸時要注意氣門正時的位置要按照發(fā)動機做功 的順序進行裝配，其次在對搖臂往搖臂軸上安裝時注意搖臂在搖臂軸上的位置，盡量避免不必要的誤差產生，最后在安裝氣門時要注意氣門的角度以適應氣門座，達到良好的密封效果，有些地方沒進行結合性的組裝，類似于爆炸圖，這樣可以更加直觀的，如有什么不妥之處還請多多提出意見，好加以改進。 圖 “ 新建 ” 窗口 圖 選擇“單位類型 ” （ 2）點擊確定后在菜單上面點擊 “ 插入 ” 命令，接著在點擊 “ 元件 ” 命令，彈出“ 裝配 ” ，然后打開自己所保存的零件圖，如圖 所示。 圖 兩者重合 （ 6）在按照搖臂軸上的進氣搖臂的位置進行尺寸上的約束，即點擊 “ 放置 ” 按鈕，增加 “ 新建約束 ” ，調整約束類型為 “ 對齊 ” 選擇兩個零件的平面驚醒約束，再點擊按鈕，選擇 按鈕，修改尺寸，如圖 所示。 圖 加入滾軸 （ 10）接下來再把進氣門組裝到進氣搖臂上，過程也和上面類似，得到圖 所示。 圖 整體組裝組 (a) 55 圖 整體組裝組 (b) 圖 整體組裝組 (c) 本章小結 本章主要介紹了 Pro/E 的配氣機構裝配模式及裝配基礎，如何進入裝配（組件）模式；如何將元件添加到組件中；如何進行裝配等。由于有限元法計算精度高、適應性強、計算格式規(guī)范統(tǒng)一，有限元的計算結果已經成為各類工業(yè)產品設計和性能分析的可靠依據(jù)。 ANSYS 軟件是國際流行的融結構、流體、電磁場、聲場和耦合場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，具有強大處理、求解和后處理功能。它是第一個通過了 ISO9001 質量認證的大型分析設計軟件，是美國機械工程師協(xié)會（ ASME）、美國核安全局 (NQA)及近 20 種專業(yè)技術協(xié)會認證的標準分析軟件，在我國， ANSYS 軟件第一個通過了中國壓力容器標準化技術委員的認證，并在國務院 17 個部委推廣使用。 在啟動 ANSYS 后，就可以打開 ANSYS 的圖形用戶界面（ GUI）。 （ 4） ANSYS Toolbar（工具條窗口）允許用戶自定義一些按鈕來執(zhí)行一些 ANSYS命令或者函數(shù)，安裝時 ANSYS 已經默認定義了一些按鈕執(zhí)行相 應的功能。 （ 8） Output Window（輸出窗口）輸出窗口接收 ANSYS 程序運行時所有的文本輸出，比如命令 的響應、注釋，警告、錯誤以及其他的各種消息。所以，問題的關鍵是如何把這兩個軟件結合起來，將 Pro/E 中生成的模型完整地導入到 ANSYS 中去，進而完成所需的有限元分析。 導入方法與對策 將 PRO/ 的模型導入 一般有 2 種方 法。本次設計采用的就是這種方法。Computer Aided Manufacturing (CAM) systems (計算機輔助設計 amp。 排氣門的有限元分析 氣門是發(fā)動機的重要零件之一 ,它既是燃燒室的組成部分 ,又是氣體進、出燃燒室的通道 ,工作時需承受較高的機械負荷和熱負荷 ,尤其是排氣門 ,由于經常受到高溫燃氣的沖刷 ,因而易產生漏氣、腐蝕與燒損等現(xiàn)象 ,工作條件也就更為嚴酷。 ③ 氣門頭部裂紋和碎落 。它的密度為 7900kg/m3 ,柏松比 u 為 0. 3, 彈性模量 E 為 210GPa, 切變模量 G 為 81GPa,室溫下的 σ b = 885Mpa[19]。M = 0. 657kg。通過應用凸輪廓線方程得到氣門 M 的位移曲線 ,從而得到 X 的方程式 ,代入動力學方程式可得到凸輪在不同轉速下運轉的幾條載荷曲線 , 由曲線圖 [21]可知 , 當凸輪轉速為 n =20xx rad /min時 ,氣門所受到的最大載荷 ,即氣門的落座力為 F = 2636. 8N。 （ 3）單擊 OK 按鈕，完成文件名的修改。 （ 7）從實用菜單中選擇 Utility Menu:Plot Repot 命令，指定標題 static analysis of a gear 將顯示在圖形窗口的左下角。 （ 1）從主菜單中選 Utility MenuPreprocessorElement Type Add/Edit/Delete 命令，將打開 Element Type 對話框，如圖 所示。如圖 所示。 （ 2）依次雙擊 StructuralLinearElasticIsotropic，展開材料屬性的樹形結構，將打開材料的彈性模量 EX 和泊松比 PRXY 的定義的對話框，如圖 所示 。 （ 7）單擊 OK 按鈕，關閉對話框，并返回到定義材料模型屬性窗口，在此窗口的左邊一欄參考號為 1 的材料屬性下方出現(xiàn)密度選項。 （ 2）