小型汽油机机体内腔设计.docx

基于运动分析的小型汽油机机体内腔设计宋远军(无锡开普机械，无锡，江苏)摘要：Pro/ENGINEER Mechanism是Pro/ENGINEER软件自带的一款很不错的运动仿真分析软 件,对发动机的机构设计来说,非常方便易用。虽然没有ADAMS功能强大，但在Pro/ENGINEER 设计过程中，免去了数据的转化麻烦，而且可以边设计边分析，界面十分有善，使 Pro/ENGINEER在机构设计中，如虎添翼了；使机械中的机构设计化烦为简，为产品开发， 节省了珍贵的时间，降低了产品设计本钱。关键词：Pro/ENGINEER； Mechanism； ADAMS；运动分析；优化设计 引言：对小型汽油机的机体设计而言，在满足各种功能的前提下，一般要求体积尽量小巧，质 量轻，机械性能好。而在机体的设计中，其中有个重要的环节就是机体的内腔的设计。如果 用传统的方法，通过一次或屡次首版件的制作，来找到比拟好的设计方案，一来浪费了大量 的首版件制作本钱，二来加长了产品试制的周期，这里用最常用的三维设计软件 Pro/ENGINEER及其自带的Pro/ENGINEER Mechanism使试制本钱和试制周期降到最低。1、组装好相关运动部件，进入Pro/ENGINEER Mechanism(1)先建一个装配体文件“XXXzzp.asm”，建一个空零件文件“XXXJt.prt"(这个零件就是本文将 要设计的机体元件)，使用默认安装模式安装到装配体"XXXzzp.asm”中。第一个要装进去的 元件是曲轴，这里有一点要注意，为了方便后面运动生成的轨迹易读和易用性，我们把曲轴的轴 线与装配体的基准面“ASM_RIGHT”和“ASM_TOP”的交线重合，这样定义是使运动平面的 坐标原心与曲轴轴心对齐。再分别把其他元件按其与曲轴直接或间接关系组装好。(2)点击工具栏上“应用程序”一“机构(E)”，见图(1)所示.过屡次的优化设计，最终完成最正确的方案。参考文献：1方宏明.机械设计、制造常用数据及标准规范实用手册.当代中国音像出版社.2004.2二代龙震工作室.Pro/Mechanism/Mechanica Wildfire 2.0机构/运动/结构/热力分 析.电子工业出版社.2006.g KG170SZZP （活动的） Pro/ENGINEER Wildfire 5.0文件(E)编短(£)视图00插入 分析® 信息® 应用程序电 工具CD Manikin®)-窗口帮助®之3案C V初我以回*说渐母回a Q 4 :以 /»%,：性 口 i Z XXX V*：f电(按鼠标左键接受这些位置按鼠标左键接受这些位置|脆卜注意：使曲轴轴线与将要设 计的机体基准面的交线重合代笈至X/Q篇X3藕嗫夕2%3 C哒(图1) 由图1可以看出机体的内腔最小范围，取决于连杆部件的相关点的运动轨迹，所以 要在连接部件的相关位置做个点标记，以方便建立运动轨迹，如图2所示。3 KG160-04000_HSLGZC （活动的） Pro/ENGINEER文件(F)编辑(E)视图(V)插入 分析(A)信息(N)应用程序(P)工具(T) Manikin(M)一窗EKW)帮助(H)田日群昌 二 名能匾岛整措如口比乡曲回包回D屋4乂三处号运口 /xX- * Wf畛爷W?选取了 1项将显示基准点。智能留臂r?仃力0-f、 乖，今分 EJIL_C.JQ不匚2（图2）（图3）骂门X上（图4）（图5）（图6）目轨迹的线上纸零件% | KG170JT蜒 =航进曲线点.顶点或曲线端点 | LGZGAPNT21曲线类型2DO 3D结果集AnalysisDefinitionl确日|预瓮 取消|(图7)(4)标记点做好后，点击工具栏上“应用程序”一“机构(E)”，再次进入机构分析模块，点击工具栏上"一"1设置伺服电机如图3所示速度值设置为“30° /s”，选择曲轴连接点，使其转动以带动连杆部件等相关运动件起运动。点击工具栏上的“”进入分析定义,因为这里的曲轴和凸轮轴的传动比为1： 2,也就是曲轴转2圈，凸轮轴1圈，所以在终止时间中设为“24s”，以完成发动机一个工作循环，如图4所示；为了方便观察，在初始配置中选择“快照”，并选择曲轴与凸轮轴的正时标记对齐时的快照(我这里目前只做了这一个快照，所以就用默认的就可以了)， 点击对话框上的“运行”按钮，执行分析，完成后点击“确定”按钮，退出该对话框。点击工具栏上的“”翻开图5对话框，点击“碰撞检测设置”，在出现在的对话框上选择“无碰撞检测”选项(因为在设计机体的初期，还没必要做碰撞分析，所以选择“无碰撞检测”时，计算机就不用检查碰撞问题，所以时间就快多了)，点确定回到图5对话框，点击该对话框上的“就出现了 “动画”对话框如图6所示，如果一切安装配置正常的话，点击图6点的“ ' ”， 整个运动部件就开始运动了。(5)运动正常后，就可以依次关闭上面的图6和图5的对话框，返回到Pro/ENGINEER Mechanism 主界面了，点击工具栏上的“插入” 一 “轨迹曲线(T)”，出现图7对话框，点击“纸零件”下 的箭头，选择上面(1)步骤中建的空零件文件“XXX_jt.prt”也就是将要设计的机体元件，再点 击“点、顶点或曲线端点”下面的箭头，选择上面(3)步骤中连接部件上的做好的标记点中一个点， 在“结果集”中选择“AnalysisDefinitionl”，然后点确定，如图7所示，这样就在“XXXJt.prt”零件中自动画出了一个点的运动轨迹线了。重复刚才的步骤，创立出上面连杆部件上建的所有标 记点的轨迹，这样就得到了图8所示的零件图，(图8)2、以运动分析的数据完成机体内腔设计有了上面的轨迹，现在就比拟准确的知道了要设计的机体内腔大小了。点击图8的工具栏“应 用程序，一 “标准(S)”进入3D建模模块，在特征树中激活"XXX_jt.prt”元件，以上面的“轨 迹”、“凸轮轴”和“调速齿轮”为参照，保存一个设计间隙，给出个机体设计壁厚，这样就可初 步完成了机体内腔轮廓雏形了，再根据实际中的要求，做相应的调节，如图9所示，这样机体的 内腔就设计完成了，下一步就把内腔设计和其他局部的设计结合在一起，就可完成整个机体设计 了。KG170SZZP （活动的） Pro/ENGINEER Wildfire 5.0文件(E)编痘 视图00 插入 分析 信息(5D 应用程序® IM(D Manikin®)-窗口他)帮助但)合E)寿鸟Q总；c v c 名电亳同捐指如口僧，"劭或2回8比乡后回回自万陵J选取了 7项 智能宁永步毋B %图?匚4 4 2%汽；过口 /%f畛等W?(图9)3、设计特点(1)该设计过程中，只用到一个软件Pro/ENGINEER,所用的运动分析软件Mechanism只 是其中的一个模块，这样有个很大的好处，省去了两种软件间的数据转换的麻烦，共用一个数据 文件。这样可边设计，边做运动分析；随时设计，随时看结果。可大大的节省了时间，并在较短 的时间里设计出较为满意的结果。(2)虽然说Pro/ENGINEER Mechanism运动分析功能远没有专业软件ADAMS强大，但在 设计初期，只限在运动学的仿真分析上，也绰绰有余了，最难能可贵的是共用同一个设计数据， 免去转换的麻烦，还是比拟适用设计软件。(3)该设计也如同其他同类软件，比传统设计中用首版件或其它方法来完善设计，节省了大量 时间和人力物力，使产品能尽早进入样机试制阶段，使开发产品的时间和本钱大大降低。4、结束语本文详细的阐述了 Pro/ENGINEER和Pro/ENGINEER Mechanism的接合设计，突出了 Pro/ENGINEER在机构的结构设计上的优点和易用性。在设计的过程中，随着运动件的不断优化, 用本方法可轻易实现机体的内腔设计的不断优化，这时就表现出同一个软件，共用一个数据的优 越性了。在整个设计的过程中，可以根据设计的要求及时做运动分析，来优化新的机体内腔。通