应用catia对汽车发动机机构运动模拟分析

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1、应用CATIA对汽车发动机机构运动模拟分析【摘要】本文以某双顶置凸轮轴汽油发动机为例，介绍使用catia软件的电子样机运动模拟(dmukinematics)模块建立运动模型和分析运动间隙的方法，从而提高设计质量和效率，减少试制和试验验证次数，降低开发成本。【关键词】发动机；运动模拟；间隙校核发动机运动机构包括曲柄连杆机构、配气机构、传动机构和起动机构等，前两种机构是发动机工作的主要运动系统。曲柄连杆机构和配气机构，与缸体、缸盖组成的发动机内部结构在总布置设计中占有重要的地位。两大机构的各个零件与周边零件的间隙随曲轴的

2、转角而变化，运动轨迹影响着曲轴箱和气门室的形状，同时相邻的两个运动零件气门与活塞之间的动态间隙也必须保持在一定的限值之上。进行发动机布置时耍考虑保证这些间隙满足设计要求，还要尽量避免设计过剩而影响布置的紧凑性。采用传统的手工绘图來测量运动间隙需要花费大量的时间，且结果不精确，往往需要设计多余的间隙以确保零件之间不发生干涉。catia、pro/e等大型工程软件拥有强大的运动模拟和间隙分析功能，帮助设计者提高布置设计效率和质量。一、电子样机运动模拟电子样机dmu是对产品的真实化计算机模拟，满足各种各样的功能，提供用于工程

3、设计、加工制造、产品拆装维护的模拟环境；是支持产品和流程、信息传递、决策制定的公共平台；覆盖产品从概念设计到维护服务的整个生命周期。实现三维是实现电子样机的最基本的一步。由此可见，电子样机技术主要是指在计算机平台上，通过三维cad/cae/cam软件，建立完整的产品数字化样机，组成电子化样机的每个部件除了准确定义三维几何图形外，还赋有相互间的装配关系、技术关联、工艺、公差、人力资源、材料、制造资源、成本等信息，电子样机应具有从产品设计、制造到产品维护各阶段所需的所有功能，为产品和流程开发以及从产品概念设计到产品维护整

4、个产品生命周期的信息交流和决策提供一个平台。1.电子样机的功能和特点。catiav5的电子样机功能由专门的digitalmockup单元里模块dmukinematics,即catiav5电子样机运动机构模拟(digitalmockupkinematicsSimula-tor)完成。电子样机与cax系统完全集成，并以“上下关联的设计”方式作业；可提供强大的可视化手段，除了虚拟显示和多种浏览功能，还集成了漫游和截面透视等先进手段；具备各种功能性检测手段，如安装/拆卸、机构运动、干涉检查、截面扫描等；具有产品结构的配置和信

5、息交流功能。由于电子样机(dnrn)技术加强了设计过程中最为关键的空间和尺寸控制之间的集成，在产品开发过程中不断对电子样机进行验证，大部分的设计错误都能被发现或避免，从而大大减少实物样机的制作与验证。2.电子样机运动模拟仿真的实现。dmu为设计者提供一种软件环境，通过调用系统提供的大量运动约束连接方式或者通过自动转换装配约束条件而产生运动约束连接，从而实现电了样机的运动模拟仿真，如对3d数模装配体建立虚拟运动机构(mechanism)并进行动作模拟，还根据要求测量3d数模之间的运动间隙。运动机构(mechanism)

6、是运动模拟的信息组合,包含运动副(joints)、驱动命令(commands)、固定零件(fixpart)>运动规律(laws)和加速度(speedacceleration)等组成部分。二、建立运动模型1•建立3d数模。建立曲轴、连杆、活塞、凸轮轴、气门等运动件和周边零件如缸体、缸盖的初步3d数模，并在装配设计(assemblydesign)模块中按零件实际位置和装配关系对3d模型进行装配。运动件的初始位置一般按发动机第一缸压缩上止点来定义。为简化运动模型，尽可能地保证软件运行速度，可根据实际情况省略不需要校核或不影

7、响校核结果的零件如活塞销，轴瓦等。2•运动机构分析。进入电了样机运动模拟(dmukine-matics)模块，在“插入(insert)”菜单中选择命令新建一个机构(mechanism)o分析发动机实际运动，从前端或后端看，缸体、缸盖作为固定零件，曲柄连杆机构屮，活塞沿气缸屮心线作往复直线运动，连杆作平面复合运动，曲轴沿缸体上的轴承中心作旋转运动，曲柄连杆机构与配气机构的传统方式为曲轴通过链条驱动凸轮轴沿缸盖上的轴承中心作旋转运动，凸轮轴驱动气门、挺柱等做往复直线运动。根据这些运动特点来添加机构(mechanism)的

8、各个组成部分，运动模型即建立完成。3•添加运动副(joints)。对无相对运动的零件(如缸体、缸盖、气门导管等)用rigid运动副约束；根据实际运动关系，对有相对运动的各零件进行约束，并进行必要的简化。主要运动副见表lo表1主要运动副如果在装配设计(assemblydesign)屮已将各零件按运动关系约束，可点击装配约束转换(assemblyc