基于proe的内燃机曲柄连杆机构虚拟装配与运动仿真

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1、基于Pro/E的内燃机曲柄连杆机构虚拟装配与运动仿真发表时间：2010-3-6作者:汤兆平*孙剑萍来源:万方数据关键字:虚拟装配 运动仿真 内燃机 Pro/E 燃机作为常用动力，在机械行业中占有重要地位。但其由大量零件组成，零件之间的装配关系也比较复杂，设计与方案确定需要经过反复的样机实验与修改，致使设计周期长，研制费用高。现在通过应用虚拟装配与运动仿真技术，大大提高了其设计开发效率。1引言   虚拟装配与运动仿真是根据产品的形状特征、精度特性，利用计算机图形学和仿真技术，在计算机上模仿产品的实际装配过程、仿真模拟机器的运动过程，以可视化手段研究和解决产品的可装配

2、性及运动问题。在内燃机的开发设计阶段应用这种方法可以大大缩短产品的开发周期，减少样机实验次数，迅速地对市场做出反应，降低产品的成本，提高企业的竞争力。2结构与配合   零件结构与配合是虚拟装配的基础。内燃机曲柄连杆机构主要包括气缸体、曲轴箱、活塞、活塞销、连杆、曲轴等零件。   活塞位于气缸中，它与气缸之间采用微量间隙配合(柴油机为(0.0013-0.0027)D。汽油机为0.0005D，m气缸直径)，以保证活塞在气缸中的往复运动；3-4道活塞环开口相错地装于活塞环槽内(铸铁活塞的活塞环开口间隙为0.003D；铝质活塞的活塞环开口间隙为0.0025D)，环与槽为间

3、隙配合(侧隙为(2.5-3.0)％b，b——活塞环的轴向厚度，背隙约(0.15-0.25)mm)，常态下活塞环直径略大于缸径，以保证装配后其外圆紧贴缸壁，工作过程中环在随活塞往复运动的同时，也能在环槽内作微量的转动；活塞销连接活塞与连杆小头，销与连杆小头间隙配合(间隙约(0.025-0.048)mm)，销与活塞销座孔大多采用全浮式连接，即冷态下为过渡配合，而热态下为微量间隙配合，使活塞销在发动机运转中，不仅可以在连杆小头衬套孔内，还可以在销座孔内缓慢转动；剖分式连杆的大头与连杆盖通过螺栓连接在曲柄销上。可绕销摆动，如图l所示。3产品装配层次关系的确定   装配层次

4、关系描述了产品装配结构，是产品装配模型的主框架。装配体可以分解成若干个子装配体或零件，子装配体又可以进一步分解成若干个子装配体或零件，由此表现出产品的层次性。通常把装配体、子装配体、零件之间的这种层次关系表示为装配树，树的根节点是装配体(即最终的产品)，叶节点是组成产品的各个零件，而中间节点则是子装配体。装配树的层次关系也体现了实际形成产品的装配体。   实际装配时，内燃机曲柄连杆机构常先将活塞连杆组、曲轴飞轮组分别装配两个总成后，再进行总装。考虑到飞轮的存在与否并不影响机构的运动与仿真，本例中忽略飞轮，仅设立活塞连杆组子装配体。       图1各零件的结构与装

5、配关系   图2装配4内燃机的装配过程   虚拟装配方案初步确定后，就可以根据结构与装配关系建立产品三维模型，为简便装配，建模要充分考虑零件的装配关系，适当创建装配所需的基准点、线、面。现以单缸四冲程内燃机为例，在Pro/Ewildfire2.0的环境下，对其进行虚拟装配，如图2所示。4.1机体与曲轴的装配   新建一组件形式文件。选择元件——装配，引入内燃机机体，在缺省位置装配元件，作为装配基础。接着安装曲轴，由于曲轴在工作中需转动，装配时必须将其定义为连接元件，允许其运动。Pro/E中提供了刚性、销钉、滑动杆、圆柱、平面、球、焊接与轴承等连接方式。曲轴相对机体

6、旋转，因此将其连接方式定义为销钉连接，考虑到曲轴的曲柄销和连杆相连，为顺利实现下一步连杆的安装，在装配曲轴时，需要改变其放置位置，将其旋转90°，使其转到上止点或下止点位置，如图3所示。 图3销钉连接的定义4.2建立活塞连杆组子装配体   再新建另一组件形式文件，依次将连杆、活塞、活塞环、活塞销进行装配，得到活塞连杆组子装配体。装配时连杆小头孔与活塞、活塞销与活塞均为销钉连接，以实现装配后销在活塞销座内、连杆绕活塞销的旋转运动，如图4所示。 图4活塞连杆组4.3将活塞连杆组组件装入总装配   再激活第—个组件文件，在该文件中选择元件—装配，引入活塞连杆组组件，定义

7、活塞与气缸为圆柱连接，连杆大头孔与曲柄销为销钉连接，这样安装后的活塞能在缸内往复运动，连杆能绕曲柄销摆动。4.4装配连杆盖   连杆盖与连杆大头贴合面采用匹配，连杆盖及连杆大头螺栓孔采用轴线对齐放置元件。4.5装配曲轴支撑与下曲轴箱   若下曲轴箱与曲轴支撑在建模时，已考虑了与机体安装面的贴合问题，则装配时只需直接采用在缺省位置装配；若没有考虑，则采用匹配与对齐方式放置元件。5运动仿真   为获得较好的视觉效果，安装完毕后，可先对零部件进行外观与颜色设置，再利用Pro/E的“机构”模块进行运动仿真。选择应用程—机构(Mechanism)，进入“机构”模块，点击“定

8、义伺服电动