【正文】 0四0可見，各支座在曲拐平面內(nèi)的值比曲拐平面的垂直面內(nèi)的值大得多。 名義應力的計算應力計算的任務是求出曲拐上曲柄銷圓角處的名義應力幅、和名義應力的平均值、。由于疲勞破壞總是發(fā)生在曲柄臂截面上，扭轉(zhuǎn)疲勞破壞總是發(fā)生在軸頸上，因此彎曲和扭轉(zhuǎn)時的名義應力應分別取為曲柄臂中央截面和曲柄銷軸頸橫截面上的彎曲和扭轉(zhuǎn)應力[17]。一般情況，四缸機是在第二、三缸受到最大爆發(fā)壓力作用時曲軸所受的應力最大，現(xiàn)選擇對第三缸曲拐進行名義應力計算：曲軸材料：QT9002，極限強度，對稱循環(huán)彎曲疲勞極限，對稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)疲勞極限。 單拐計算模型[18]彎曲應力 ，最大支反力，對應的支承彎矩，最小支反力，對應的支承彎矩，然后計算曲拐平面內(nèi)曲柄臂中央處彎矩，彎矩最大值為： （）彎矩最小值為： （）曲柄臂抗彎截面模量為： （）圓角名義彎曲應力為： （） （）最后得到，圓角彎曲應力幅和平均應力為： （） （）扭轉(zhuǎn)應力，單拐扭矩，對應的曲拐垂直平面內(nèi)支反力，對應的曲拐垂直平面內(nèi)支反力。然后計算圓角承受的扭矩： （） （）曲柄銷抗扭截面系數(shù)為： （）圓角名義切應力為： （） （）最后得： （） （）計算結(jié)果遠遠小于許用值，則校核合格。 本章小結(jié)本章首先分析了曲軸的工作條件和設(shè)計要求，在合理選擇材料的基礎(chǔ)上，對曲軸的各個部分進行結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計，并進行有關(guān)的尺寸校核，使其符合實際加工的要求，還對曲軸的一些細節(jié)進行了設(shè)計，如油孔的位置以及曲軸的軸向定位等問題，給予了合理的解釋，最后對曲軸進行了疲勞強度校核。第6章 曲柄連桿機構(gòu)的創(chuàng)建運用Pro/E軟件分別對曲柄連桿機構(gòu)的各個零件進行模型的建立，具體步驟如下： 對Pro/E軟件基本功能的介紹Pro/E軟件是美國PTC公司推出的大型CAD/CAM/CAE一體化軟件。無論是造型設(shè)計、工程出圖，以及3D裝配等方面，Pro/E都具有操作容易、使用方便、可動態(tài)修改的特點。Pro/E更是以其基于特征的參數(shù)化設(shè)計、單一數(shù)據(jù)庫下的全相關(guān)性等新概念而聞名于世。另外還具有模具設(shè)計，動態(tài)、靜態(tài)干涉檢查，計算質(zhì)量特征（如質(zhì)心、慣性矩）等功能模塊。用Pro/E創(chuàng)建的三維參數(shù)化零件模型，不但可以在屏幕上自由的翻轉(zhuǎn)動態(tài)觀察結(jié)構(gòu)形體，更可以進行方便的動態(tài)修改和調(diào)整。進行力學分析、運動分析、數(shù)控加工等。 活塞的創(chuàng)建 活塞的特點分析活塞是在高溫、高壓、高腐蝕的條件下，在汽缸內(nèi)做高速往復直線運動的。要適應這樣惡劣的工作條件，必須具有相應的結(jié)構(gòu)。（1）活塞頂部外表面設(shè)計成凹面形，以利于燃燒室內(nèi)的氣體形成渦流，使燃料與空氣混合得更均勻，燃燒得更充分。（2）在活塞的頭部有三道環(huán)形槽，上邊兩道環(huán)形槽為氣環(huán)槽，下邊一條為油環(huán)槽。（3）活塞的裙部在活塞做直線往復運動時起導向作用。裙部頂端有兩個往里凸起的銷座。（4）活塞裙部的軸截面應制成鼓形，活塞裙部的橫截面應制成橢圓形。由于橢圓的長軸與短軸之間相差極小，所以建模時以圓形代替。 活塞的建模思路（1）為了快速準確地創(chuàng)建活塞模型，先抽取活塞模型中的對稱部分，由列表曲線創(chuàng)建活塞的1/4輪廓。（2）鏡像生成活塞的整個輪廓。（3）創(chuàng)建活塞的頂部凹槽特征。（4）創(chuàng)建活塞頭部的氣環(huán)槽和油環(huán)槽。（5）創(chuàng)建各部分的倒圓角。 活塞的建模步驟創(chuàng)建活塞1/4輪廓（1）運用【偏移坐標系基準點工具】，選取基準坐標系，完成活塞輪廓點的創(chuàng)建。（2）運用【插入基準曲線】，將上一步創(chuàng)建的點連成曲線（3）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇旋轉(zhuǎn)角度為“90”，：創(chuàng)建活塞銷孔（1）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，創(chuàng)建剪切特征。（2）運用【拉伸工具】創(chuàng)建銷座模型并拉伸出通孔。（3）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，創(chuàng)建活塞銷卡環(huán)槽。（4）運用【拉伸工具】，拉伸方式為“通孔”，選擇【去除材料】，創(chuàng)建裙部特征。 創(chuàng)建的活塞1/4輪廓 　 拉伸切除結(jié)果創(chuàng)建凸臺（1）新建基準平面，并設(shè)置間距。（2）選取草繪平面，運用【拉伸工具】，拉伸方式為【至曲面】，生成凸臺。（3）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，旋轉(zhuǎn)切除截面，創(chuàng)建裙部凹面特征。（4）對生成的活塞銷孔邊和凸臺邊分別進行倒圓角。（5）運用【孔工具】，創(chuàng)建【標準孔】，選擇螺紋類型為“M61” ，并添加攻絲和埋頭孔。鏡像生成整個活塞（1）在模型樹中選取整個模型，然后運用【鏡像工具】，鏡像生成1/2活塞。：（2）再選取整個模型，再次鏡像生成完整的活塞。創(chuàng)建頂部凹槽運用【拉伸工具】，拉伸方式為【盲孔】，選擇【去除材料】，生成頂部凹槽。 創(chuàng)建頭部氣環(huán)槽和油環(huán)槽（1）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，【去除材料】，旋轉(zhuǎn)角度為“360”，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)剪切特征。（2）選擇【陣列工具】，對上一步創(chuàng)建的特征進行再生，生成一些活塞環(huán)槽護圈。（3）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，【去除材料】，創(chuàng)建氣環(huán)槽和油環(huán)槽。：創(chuàng)建油孔（1）新建基準平面，設(shè)置間距。（2）運用“掃描”，“切口”命令，“掃描軌跡”，選取草繪平面，選擇【自由端點】，完成一個油孔掃描。（3）選擇【陣列工具】，修改陣列尺寸，完成1/2活塞的油孔創(chuàng)建，再通過鏡像完成整個活塞油孔創(chuàng)建。創(chuàng)建各處倒圓角 　 創(chuàng)建鏡像特征 連桿的創(chuàng)建 連桿的特點分析（1）連桿有兩個互相垂直的對稱面，一個對稱面平行于連桿的圓環(huán)形端面，也就是鍛造連桿毛坯的模具分型面；另一個對稱面則通過兩端圓孔的軸線。（2）連桿毛坯通過鍛造成型，因此，連桿體和連桿蓋都具有模鍛斜度，包括連桿體上的槽和凸臺。（3）連桿體和連桿蓋屬于配做的成對零件，需要同步加工，在裝配和工作時沒有互換性[19]。 連桿的建模思路連桿由連桿體和連桿蓋組成，所以可以對連桿體和連桿蓋分別建模，完成后進行裝配。連桿具有兩個互相垂直的對稱面，建模過程中可以利用兩個對稱平面，對局部特征進行鏡像和復制操作，從而快速完成特征創(chuàng)建。 連桿體的建模步驟 創(chuàng)建連桿體1/2桿身運用【拉伸工具】，拉伸方式為【盲孔】，： 　 拉伸創(chuàng)建連桿體1/2桿身 　　 連桿大小端拉伸特征創(chuàng)建連桿體大小頭運用【拉伸工具】分別創(chuàng)建連桿大小頭特征，創(chuàng)建連桿體兩側(cè)凸臺（1）選取草繪平面，運用【拉伸工具】，生成一側(cè)凸臺。（2）運用【拉伸工具】，細化凸臺特征，運用【鏡像工具】生成連桿另一側(cè)凸臺，然后對兩條拉伸邊依次進行“倒圓角”命令。 創(chuàng)建連桿體拔模特征運用【拔模工具】，設(shè)置“拔模曲面”和“拔模樞軸”，完成曲面拔模特征。 曲面拔模設(shè)置 完成曲面拔模特征創(chuàng)建連桿體凹槽運用【拉伸工具】，創(chuàng)建連桿體凹槽輪廓，再運用【拔模工具】，完成曲面拔模特征，并參照上述步驟，完成槽的另一側(cè)拔模。鏡像生成完整連桿體特征運用【鏡像工具】，選擇所有特征，生成完整的連桿體特征。創(chuàng)建兩側(cè)凸臺螺紋孔運用【孔工具】，依次選取主次參照面，創(chuàng)建標準孔，設(shè)置通孔，添加攻絲，選擇全螺紋，再運用【鏡像工具】，完成螺紋孔的創(chuàng)建。創(chuàng)建連桿體小頭凸臺及孔（1）新建基準平面，完成拉伸草繪，拉伸方式為【拉伸到下一個曲面】。 （2）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，旋轉(zhuǎn)軸為“內(nèi)部CL”，旋轉(zhuǎn)角度為“360”，選擇【除料】，完成小頭孔的特征創(chuàng)建。創(chuàng)建連桿大頭內(nèi)側(cè)凹槽新建基準平面，運用【拉伸工具】，選擇【拉伸至指定深度】，【除料】，完成定位凹槽創(chuàng)建。 連桿蓋的建模運用【拉伸工具】、【拔模工具】、【旋轉(zhuǎn)工具】，【孔工具】以及【鏡像工具】，參照連桿體大頭的建模步驟，完成連桿蓋的創(chuàng)建，并進行倒圓角和倒邊角處理，： 連桿蓋特征 曲軸的創(chuàng)建 曲軸的特點分析為了保證發(fā)動機長期可靠地工作，曲軸具有以下特點：（1）曲軸上的連桿軸頸偏置于曲軸的中心線，在連桿軸頸的相反方向上都設(shè)有平衡重，以避免曲軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生嚴重的振動。（2）曲軸上有鉆通的油孔，潤滑油經(jīng)過油道，從主軸頸流到連桿軸頸，進行潤滑。 曲軸的建模思路曲軸的曲拐部分是對稱的，4個平衡塊特征的疊加完成曲軸大致一半的特征，所以先建立一半曲拐特征，再細化平衡塊上的特征，然后鏡像生成完整的曲拐，最后再對曲軸兩端的特征分別創(chuàng)建，即完成特征的操作。 曲軸的建模步驟創(chuàng)建第Ⅰ平衡塊（1）運用【拉伸工具】創(chuàng)建曲軸主軸頸的1/2部分。（2）在上一步的基礎(chǔ)上創(chuàng)建主軸頸和平衡重連接部分的凸肩。（3）選取上一步完成的凸肩曲面作為草繪平面，并拉伸為實體。創(chuàng)建第Ⅱ平衡塊同樣的方法，運用【拉伸工具】，完成第Ⅱ平衡塊的創(chuàng)建。創(chuàng)建第Ⅲ、第Ⅳ平衡塊 同樣的方法繪制草圖，創(chuàng)建第Ⅲ平衡塊。細化曲軸曲拐特征運用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，旋轉(zhuǎn)角度“180”，依次完成對平衡塊的細化特征，： 拉伸結(jié)果 拉伸結(jié)果　 　 拉伸結(jié)果 　　 　　 旋轉(zhuǎn)去除材料結(jié)果曲軸曲拐部分的鏡像連續(xù)選取模型樹已經(jīng)創(chuàng)建好的所有特征，選擇“組”命令，然后對“組”進行“鏡像”，完成特征的創(chuàng)建，：　　 曲軸對稱部分的鏡像創(chuàng)建曲軸前端特征（1）運用【拉伸工具】創(chuàng)建曲軸前端軸頸及軸頸處凸臺部分（2）新建基準平面，拉伸去除材料，完成前端鍵槽的創(chuàng)建。創(chuàng)建曲軸后端特征（1）同樣的方法拉伸生成曲軸后端軸頸部分。（2）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，旋轉(zhuǎn)角度為“360”，調(diào)整去除材料方向，完成曲軸后端部分的創(chuàng)建。細化曲軸兩端特征在曲軸兩端平面上，運用【孔工具】，【陣列工具】，添加螺紋孔。、。 　 曲軸前端特征 　 曲軸后端特征創(chuàng)建倒圓角及油孔（1）運用“倒圓角”命令，分別對曲軸主軸頸、連桿軸頸與平衡塊連接處的邊進行圓角修整。（2）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，新建基準軸，選擇【去除材料】，創(chuàng)建油孔。： 曲軸整體特征 曲柄連桿機構(gòu)其它零件的創(chuàng)建 活塞銷的創(chuàng)建兩次運用【拉伸工具】，首先建立活塞銷的輪廓體，然后選擇【去除材料】，： 　 活塞銷 活塞銷卡環(huán)的創(chuàng)建運用【拉伸工具】完成活塞銷卡環(huán)特征的創(chuàng)建。 連桿小頭襯套的創(chuàng)建參照活塞銷的建模步驟創(chuàng)建連桿小頭襯套，然后運用【拉伸工具】創(chuàng)建油孔，： 連桿小頭襯套 連桿大頭軸瓦 大頭軸瓦的創(chuàng)建連桿大頭軸瓦分成上下兩片，因為軸瓦上用于定位的突起的位置不同，所以連桿大頭軸瓦分兩次創(chuàng)建。首先運用【拉伸工具】創(chuàng)建軸瓦輪廓體，然后新建基準平面，拉伸創(chuàng)建軸瓦上的定位突起部分。 連桿螺栓的創(chuàng)建（1）根據(jù)所選螺栓參數(shù)，運用【拉伸工具】創(chuàng)建螺栓的整體輪廓，然后運用【螺旋掃描】創(chuàng)建螺紋。（2）運用【拉伸工具】創(chuàng)建螺母輪廓，然后選擇【去除材料】，并運用【旋轉(zhuǎn)工具】創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)切削特征，然后運用【螺旋掃描】創(chuàng)建螺紋。 連桿螺栓 螺母 本章小結(jié)本章在創(chuàng)建曲柄連桿機構(gòu)的過程中，主要采用了拉伸和旋轉(zhuǎn)除料進行特征創(chuàng)建，另外還有輔助的掃描、拔模斜度、倒角及倒圓角等特征，完成了曲柄連桿機構(gòu)主要零部件的模型創(chuàng)建，為下一步仿真運動以及工程圖的創(chuàng)建做好了準備。第7章 曲柄連桿機構(gòu)運動分析四缸發(fā)動機曲軸、連桿和活塞的運動是較復雜的機械運動。曲軸做旋轉(zhuǎn)運動，連桿做平動，活塞是直線往復運動。在用Pro/Engineer做曲軸、連桿和活塞的運動分析的步驟如下所示[20]:（1）設(shè)置曲軸、連桿和活塞的連接。為使機構(gòu)能夠按照預定的方式運動，須分別在曲軸與機體之間、連桿與曲軸之間、活塞與連桿之間添加銷釘。在活塞與機體之間添加滑動桿連接。（2）定義伺服電動機。利用伺服電動機驅(qū)動曲軸轉(zhuǎn)動。（3）建立運動分析。（4）干涉檢驗與視頻制作。（5）獲取分析結(jié)果。 活塞及連桿的裝配 組件裝配的分析與思路活塞組件主要包括活塞、活塞銷和活塞銷卡環(huán)，連桿由連桿體和連桿蓋兩部分組成，將活塞組與連桿組分別組裝，工作時用螺栓和螺母將連桿體、連桿蓋和曲軸裝配在一起，用活塞銷將連桿小頭和活塞裝配在一起[21]。 活塞組件裝配步驟向組件中添加活塞新建組件文件，運用【添加元件】，將活塞在缺省位置，完成裝配。向組件中添加活塞銷卡環(huán)（1）在“約束類型”中選擇“對齊”選項，將卡環(huán)中心軸與活塞銷孔中心軸對齊；（2）選擇“匹配”選項，將卡環(huán)外圓曲面與卡環(huán)槽曲面相匹配，完成兩個活塞銷卡環(huán)的裝配。向組件中添加活塞銷（1）選擇“對齊”選項，將活塞銷中心軸與活塞銷座孔的中心軸對齊；（2）選擇“匹配”選項，將活塞銷端面與卡環(huán)端面相匹配，完成活塞銷的裝配。： 活塞組裝配結(jié)果 連桿組件的裝配步驟向組件