【正文】 （ 2）依次雙擊 StructuralLinearElasticIsotropic，展開(kāi)材料屬性的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，將打開(kāi)材料的彈性模量 EX 和泊松比 PRXY 的定義的對(duì)話框，如圖 所示 。 （ 3）單擊 OK 按鈕，完成文件名的修改。 ③ 氣門(mén)頭部裂紋和碎落 。 導(dǎo)入方法與對(duì)策 將 PRO/ 的模型導(dǎo)入 一般有 2 種方 法。 在啟動(dòng) ANSYS 后，就可以打開(kāi) ANSYS 的圖形用戶(hù)界面（ GUI）。 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(jié) 本章主要介紹了 Pro/E 的配氣機(jī)構(gòu)裝配模式及裝配基礎(chǔ)，如何進(jìn)入裝配（組件）模式；如何將元件添加到組件中；如何進(jìn)行裝配等。 48 第 4 章 配氣機(jī)構(gòu)的裝配 概述 配氣機(jī)構(gòu)的組成是由氣門(mén)組和氣門(mén)傳動(dòng)組組成的 ,在對(duì)其進(jìn)行裝配時(shí)的注意事項(xiàng)由以下幾點(diǎn)：首先在安裝凸輪軸時(shí)要注意氣門(mén)正時(shí)的位置要按照發(fā)動(dòng)機(jī)做功 的順序進(jìn)行裝配，其次在對(duì)搖臂往搖臂軸上安裝時(shí)注意搖臂在搖臂軸上的位置，盡量避免不必要的誤差產(chǎn)生，最后在安裝氣門(mén)時(shí)要注意氣門(mén)的角度以適應(yīng)氣門(mén)座，達(dá)到良好的密封效果，有些地方?jīng)]進(jìn)行結(jié)合性的組裝，類(lèi)似于爆炸圖，這樣可以更加直觀的，如有什么不妥之處還請(qǐng)多多提出意見(jiàn)，好加以改進(jìn)。單擊 “ 文件 ” 工具欄中的新建工具，彈出 “ 新建 ” 對(duì)話框，如圖 所示。 35 圖 搖臂軸 （ 1）然后再在軸上畫(huà)出帶有沉孔的油道孔，依次點(diǎn)擊 ，選擇標(biāo)準(zhǔn)孔 ，輸入尺寸，如圖 所示。 （ 1）先選擇 FRONT 為草繪平面，繪制出軸孔的圖形，如圖 所示。 （ 3）選擇 “ mmns_part_solid” 模板，表示零件模型為實(shí)體，單擊 “ 確定 ” 完成，如圖 所示。 16 圖 菜單管理器 圖 設(shè)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。在工具欄內(nèi)單擊 按鈕完成草圖的繪制。 （ 3）選擇 “ mmns_part_solid” 模板，表示零件模型為實(shí)體，單擊 “ 確定 ” 完成，如圖 所示。配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下工作是厚的最佳的進(jìn)氣量，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下工作時(shí)具有最佳的性能。 ANSYS 作為有限元分析的主流軟件，在工程中的應(yīng)用日益成熟和廣泛。 Pro/E 是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)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(huà)草圖，輕易改變模型。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車(chē)行業(yè)中， Pro/E軟件以及 ANSYS 軟件的應(yīng)用已得到普遍應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，新的轎車(chē)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期已縮短至 2 年。s Degree The Modeling and Analysing of the miniature car valve train of engine Candidate ： Specialty ： Vehicle Engineering Class ： B078 Supervisor： Associate Prof Heilongjiang Institute of Technology Ⅰ 摘 要 本文介紹了 基于 Pro/E的 微型 乘用車(chē) 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的建模與 ANSYS進(jìn)行有限元分析 的相關(guān)知識(shí)。 通過(guò)運(yùn)用 Pro/E 進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的三維建模、及基于 ANSYS 有限元分析。目前，全球有超過(guò)四萬(wàn)家公司的五百多萬(wàn)名工程師和設(shè)計(jì)師在使用 Pro/E[2]。 到 80 年代初期，國(guó)際上較大型的面向工程的有限元通用軟件主要有： ANSYS, NASTRAN, ASKA, ADINA, SAP 等。對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的零部件進(jìn)行建模，以氣門(mén)組的氣門(mén)為研究對(duì)象，在 Pro/E參數(shù)化建模的基礎(chǔ)上，將其三維模型導(dǎo)入 ANSYS軟件進(jìn)行氣門(mén)的有限元分析。 圖 進(jìn)氣門(mén)三維圖 3 排氣門(mén)的建模 9 （ 1）運(yùn)行 Pro/E。 圖 菜單管理器 圖 菜單管理器 （ 3）在繪圖區(qū)單擊選取 “ RIGHT” 面作為草繪平面，系統(tǒng)彈出 “ 方向 ” 菜單管理器，如圖 所示。如果要選擇其他繪圖平面，可以單擊其他命令。 凸輪軸的建模 （ 1）運(yùn)行 Pro/E。單擊 “文件 ”工具欄中的新建工具，彈出 “新建 ”對(duì)話框，如圖 所示。 圖 孔 34 （ 1）把軸上的五個(gè)固定孔畫(huà)出來(lái)，點(diǎn)擊右側(cè)的 圖標(biāo)，選定放置的曲面，并確定他們的偏移量，如圖 所示。 圖 驅(qū)動(dòng)齒輪的鍵槽草繪圖 41 畫(huà)出 小孔 的草繪圖， 拉伸去材料， 得到圖 所示。 圖 齒帶的掃描軌跡草繪圖 畫(huà)出 帶齒 的草繪圖， 拉伸去材料后陣列， 得到圖 所示。 53 圖 加入進(jìn)氣門(mén) 排氣搖臂軸的組裝和進(jìn)氣搖臂軸的組裝十分相似，在這里就不做過(guò)多的介紹，整體的步驟如圖 所示 。 ANSYS 公司是由美國(guó)匹茲堡大學(xué)力學(xué)系教授、有限元法的權(quán)威、著名的力學(xué)專(zhuān) 家John Swanson 博士于 1970 年創(chuàng)建而發(fā)展起來(lái)的，其總部位于美國(guó)賓夕法尼亞州的匹茲堡市，目前是世界 CAE 行業(yè)最大的公司之一 [17]。 本次設(shè)計(jì)采用的是 Pro/ 與 為研究對(duì)象，并采用這兩個(gè)軟件進(jìn)行了實(shí)體模型在兩個(gè)不同軟件之間的轉(zhuǎn)換和連接。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中 ,氣門(mén) 氣門(mén)座是一對(duì)關(guān)鍵的摩擦副 ,該摩擦副長(zhǎng)期在高溫、高負(fù)荷及燃?xì)飧g環(huán)境下工作 ,惡劣的工作環(huán)境使氣門(mén)密封錐面的磨 損受氣門(mén)落座載荷的影響很大。為了便于有限元模型分析 ,氣門(mén)座接觸示意圖 如圖 所示 [20],以下就該簡(jiǎn)化模型對(duì)氣門(mén)進(jìn)行有限元分析 圖 圖 設(shè)置參數(shù) 設(shè)置參數(shù)包括設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題；建立模型；定義單元類(lèi)型；定義材料屬性；劃分有限元網(wǎng)絡(luò)；但我們已經(jīng)將三維建模的 排氣門(mén) 導(dǎo)入 ANSYS 中，其中的建立模型可以省略。 （ 5）在對(duì)話中單擊 OK 按鈕，將 Tet 10node 92 單元添加，關(guān)閉單元類(lèi)型對(duì)話框。 （ 6）在 DENS 文本框中輸入密度值 106，單位為千克 /立方毫米。 62 （ 6）單擊 OK 按鈕，完成對(duì)標(biāo)題名的指定。 根據(jù)資料和圖紙查得微型乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的排氣門(mén)參數(shù)為下所示： 排氣門(mén)允許采用整體式氣門(mén)，材料為 4Cr14Ni14 W2Mo 或 214N，本次采用的是后者 214N, 通過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知道， 21 4N 鋼為奧氏體熱強(qiáng)鋼 ,有良好的抗氧化性和抗燃?xì)飧g性 ,高溫力學(xué)性能較好。如果想用第一種方案，就要改用 Pro/. （ 2）第二種是將轉(zhuǎn)換為 Pro/ 文件轉(zhuǎn)化 iges 格式文件后導(dǎo)入到 ANSYS 中。 （ 3） Input Window（命令輸入窗口）通過(guò)這個(gè)窗口，可以直接輸入 ANSYS 可以支持的命令，以前所有輸入過(guò)的命令以下拉列表的形式便于再次輸入。有限元時(shí)在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的靜力與動(dòng)力特征分析中應(yīng)用和發(fā)展起來(lái)的一種有效的數(shù)值分析方法，它可以解決工程中的結(jié) 構(gòu)問(wèn)題，也成功的解決了傳熱學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)和聲學(xué)等領(lǐng)域的問(wèn)題。單擊 “ 確定 ” 按鈕彈出 “ 新文件選項(xiàng) ” 對(duì)話框，在 “ 模板 ” 選 項(xiàng)組中選擇 mmns＿ asm＿ design 選項(xiàng)，如圖 所示。 畫(huà)出 圓柱的草繪圖，得到圖 所示。 圖 進(jìn)氣搖臂軸圖 36 排氣搖臂軸的建模 （ 1）整體的步驟和進(jìn)氣搖臂的過(guò)程相類(lèi)似，具體的步驟如圖 (a)(b)組所示，畫(huà)圖的主要步驟如圖 (a)(b)(c)(d)(e)(f)組所示。 圖 拉伸 （ 2）在對(duì)上級(jí)拉伸的圖形進(jìn)行處理，把滾輪的位置畫(huà)出來(lái)，此時(shí)畫(huà)完草圖時(shí)拉伸時(shí)要選擇去除材料 ，如圖 所示。還要結(jié)合著凸輪的角度進(jìn)行畫(huà)草圖，因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)排氣門(mén)的配氣正時(shí)角度不一樣，要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙上的剖面圖進(jìn)行建模，得到如圖 (a)(b)(c)組所示。 17 圖 定義螺距對(duì)話框 圖 增加螺距值 18 （ 4）在信息提示區(qū)輸入螺距值為 “ 3” ，單擊 按鈕完成。 圖 （ 7）系統(tǒng)彈出 “ 方向 ” 菜單管理器，指示切口的生成方向，單擊 “ 正向 ” 命令，如圖 所示。 圖 草繪旋轉(zhuǎn) （ 3）完成了旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)擊 圖標(biāo)，在點(diǎn)擊 圖標(biāo)進(jìn)行倒角，如圖 。 氣門(mén)的建模 進(jìn)氣門(mén)的建模 （ 1） 運(yùn)行 Pro/E。但在外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入的同時(shí)，由于數(shù)據(jù)的兼容性等問(wèn)題，有時(shí)并不是很理想，容易造成以下問(wèn)題： （ 1）對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的忽略，而這卻是分析局部應(yīng)力及應(yīng)力集中的關(guān)鍵部位。 （ 3）通過(guò)零件的特征值之間，載荷 /邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)是一個(gè)彈性系統(tǒng)，工作時(shí)的彈性變形引起機(jī)構(gòu)彈性振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)機(jī)構(gòu)無(wú)法正常工作?；谝陨系恼f(shuō)明，我們可以知道本設(shè)計(jì)從理論上可以提高 制造效率，節(jié)省勞動(dòng)力，節(jié)約生產(chǎn)資源 ，加快了解汽車(chē)企業(yè)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的過(guò)程， Pro/E 與 ANSYS 的 緊密結(jié)合，比傳統(tǒng)AutoCAD 設(shè)計(jì)更能夠縮短開(kāi)發(fā)周期，提高生產(chǎn)制造水平。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)結(jié)構(gòu)中最重要的部分， 如果說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的心臟，那么配氣機(jī)構(gòu)就是它的心房。內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪的研究已經(jīng)涉及到配氣機(jī)構(gòu)性能的各個(gè)方面， 包括型線、挺柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、氣 門(mén)振動(dòng)模型、挺柱與凸輪的接觸應(yīng)力、摩擦應(yīng)力等。想要解答，必須先簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，采用數(shù)值模擬方法分析。 （ 4）最后把每個(gè)部件都結(jié)合到一起進(jìn)行模擬裝配，從而建立起該裝配體的實(shí)體模型。 圖 “三維圖”窗口 進(jìn)氣門(mén)的實(shí)體特征 （ 1）在點(diǎn)擊圖 的右下角 圖標(biāo)，完成三維圖形，如圖 所示。 畫(huà)出圓柱的草繪圖， 得到圖 所示。 （ 4）在繪圖區(qū)內(nèi)單擊選取 “FRONT”面作為草繪平面，系統(tǒng)彈出 “方向 ”菜單管理器，如圖 所示。 20 第 3 章 氣門(mén)傳動(dòng)組的建模 概述 氣門(mén)傳動(dòng)組的零件由凸輪軸、搖臂、搖臂軸、滾軸、等組成。如圖 所示。單擊 “ 文件 ” 工具欄中的新建工具，彈出 “ 新建 ” 對(duì)話框，如圖 所示。 畫(huà)出圓柱的草繪圖，得到圖 所示。 圖 “新建”窗口 圖 選擇“類(lèi)型” （ 2）點(diǎn)選 “ 類(lèi)型 ” 選項(xiàng)中的 “ 零件 ” 單選按鈕，點(diǎn)選子類(lèi)型選項(xiàng)組中的 “ 實(shí)體 ”單選鈕，并在名稱(chēng)文本框中輸入新建文件的名稱(chēng)，取消勾選 “ 使用默認(rèn)模板 ” 復(fù)選框，單擊 “ 確定 ” 彈 出新文件選項(xiàng)對(duì)話框。 圖 進(jìn)氣搖臂裝到軸上 （ 8）接著 再把調(diào)整螺釘組裝到進(jìn)氣搖臂上，過(guò)程也和上面類(lèi)似，把每一個(gè)進(jìn)氣搖臂都組裝上調(diào)整螺釘，當(dāng)讓也可以選擇復(fù)制的模式把其組裝上，見(jiàn)圖 所示。他在工程上的應(yīng)用相 當(dāng)廣泛，在機(jī)械、交通、物理、土木、生物醫(yī)學(xué)、電子及航天航空的領(lǐng)域的使用，都就已經(jīng)能夠達(dá)到某種程度的可信度，并且頗獲各界好評(píng)。Pro/E 擁有強(qiáng)大的實(shí)體和曲面造型功能，而 ANSYS 具有完善的有限元分析功能，這兩個(gè)軟件各自的長(zhǎng)處恰恰又是對(duì)方的短處。所以從理論上來(lái)講 ,任何的 CAD 軟件格式的文件都可以通過(guò) iges 格式導(dǎo)入到任何一種 CAE 軟件中去。 K為氣門(mén)彈簧剛度 , K = 60. 847N /mm。 （ 3）然后在對(duì)話框左邊的列表中選擇 Solid 選項(xiàng)，選擇實(shí)體單元類(lèi)型。 65 圖 本小節(jié) 中將選用 SOLID92 單元對(duì)盤(pán)面劃分映射網(wǎng)格。 圖 輸入新文件名 圖 輸入題目名 在進(jìn)行有限元分析時(shí)，首先應(yīng)該根據(jù) 分析問(wèn)題的幾何結(jié)構(gòu)，分析類(lèi)型和所分析的問(wèn)題精度要求等，選定適合具體分析的單元類(lèi)型。 61 m s 為氣門(mén)彈簧質(zhì)量 ,m s = 0. 1862kg。接著點(diǎn)擊 OK 如圖 所示，出現(xiàn)如圖 所示，點(diǎn)擊 browse 進(jìn)入下一步，去剛才建立 igs 文件的文件夾去找，如圖 所示，最后打開(kāi) ANSYS 界面，如圖 所示。 （ 6） Graphics Window（圖形窗口） ANSYS 的圖形輸出區(qū)域，一般的交互式圖形操作也在此區(qū)域進(jìn)行。 在目前的通用與專(zhuān)用有限元分析軟件中，美國(guó) ANSYS 公司開(kāi)發(fā)的 ANSYS 軟件是最為通用有效的商