基于三維軟件的汽車凸輪軸的參數化設計

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1、專業(yè)：農業(yè)機械化及其自動化 學號： 0411100125 Hebei Normal University of Science & Technology 本科畢業(yè)設計 題 目：基于三維軟件的汽車凸輪軸的參數化設計 院（系、部）： 機電工程學院 學 生 姓 名： 趙壘

2、 指 導 教 師： 鄭立新 職 稱 副教授 2014年05月24日 河北科技師范學院教務處 資料目錄 資料目錄 1. 學術聲明……………………………………………………………… 1頁 2. 河北科技師范學院本科畢業(yè)論文（設計）………………………… ～ 頁 3. 河北科技師范學院本科畢業(yè)論文（設計）任務書……………… ～ 頁 4. 河北科技師范學院本科畢業(yè)論文（設計）開題報告…………… ～ 頁 5. 河北科技師范學院本科畢業(yè)論文（設計）中期檢查表………… ～ 頁 6. 河北科技師范學院本科畢業(yè)論

3、文（設計）答辯記錄表………… ～ 頁 7. 河北科技師范學院本科畢業(yè)論文（設計）成績評定匯總表…… ～ 頁 8 河北科技師范學院本科畢業(yè)論文（設計）工作總結…………… ～ 頁 9 其他反映研究成果的資料（如公開發(fā)表的論文復印件、效益證明等）…………………………………………………………… ～ 頁 河北科技師范學院 本科畢業(yè)設計 基于三維軟件的汽車凸輪軸的參數化設計 院（系、部）名 稱 ： 機電工程學院 專 業(yè) 名 稱： 農業(yè)機械化及其自動化 學

4、 生 姓 名： 趙壘 學 生 學 號： 0411100125 指 導 教 師： 鄭立新 2013年 6月 3日 河北科技師范學院教務處制 學術聲明 本人呈交的學位論文，是在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數據、圖片資料真可靠。盡我所知，除文中已經注明引用的內容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中

5、以明確的方式標明。本學位論文的知識產權歸屬于河北科技師范學院。 本人簽名： 日期： 指導教師簽名： 日期： 摘要 摘要 本設計在凸輪軸設計的基礎上利用PRO/E的參數化開發(fā)工具模塊PRO/PROGRAM編程功能實現凸輪的參數化設計，這樣使設計人員只需要輸入必要的設計參數就可以草擬凸輪輪廓，并可以變動某些約束參數而不必運行產品設計的全過程來更新設計。 關鍵詞：凸輪軸設計；PROE ；PROGRAM；參數化

6、 Abstract This design is based on the design of camshaft，and exploit the function in secondary development tools of PRO/PROGRAM in PRO/E to live up to Parametric design?of cam，So the designer just input necessary Design parameters to draw the profile of cam，And you can?change?some restraint param

7、eters instead of?the whole process?of?product design?to update the?design?operation。 Keywords: Camshaft Design ；PRO/E ；PROGRAM ；Parametric III 目錄 目 錄 摘要 I Abstract I 1.緒論 1 2．凸輪軸的設計 2 2.1凸輪軸的功用、工作條件要求 2 2.1.1 凸輪軸的功用 2 2.1.2 凸輪軸的工作條件要求 2 2.2 凸輪軸的材料 2 2.3 凸輪軸的結構特點 2

8、 2.4 凸輪軸的尺寸 3 2.5 凸輪輪廓線的設計 4 2.5.1 確定凸輪軸的轉速ω 4 2.5.2 確定從動件的運動規(guī)律 4 2.5.3 確定推桿運動的基本參數 4 2.5.4 確定凸輪的升程尺寸 4 2.5.5 確定盤形凸輪從動件的形式 5 2.5.6 確定滾子推桿盤形凸輪基圓半徑 5 2.5.7 設計凸輪輪廓線的方法和計算 7 2.5.8滾子半徑rr的確定 12 3．凸輪軸總體尺寸的確定 13 3.1 確定凸輪軸軸頸的縱向尺寸 13 3.2確定凸輪軸上鍵槽的尺寸 13 3.3確定凸輪軸鏈輪螺栓孔參數 14 4 凸輪軸實體模型的建立 14 4

9、.1 凸輪實體模型建立 14 4.2 建立凸輪軸的實體模型 15 4.2.1 確定凸輪之間的角度關系 15 4.2.2凸輪軸實體模型建立過程 15 5．凸輪模型實體的參數化 18 5.1 解析法設計凸輪輪廓線 18 5.2 Pro/Program 程序設計 21 5.3 凸輪輪廓的參數化步驟 22 6 凸輪軸實體的參數化 24 結束語 26 參考文獻 27 致謝 27 河北科技師范學院2014屆本科畢業(yè)設計 1.緒論 在現代社會，汽車是人們生活出行的最普通而快捷的交通工具，而發(fā)動機是汽車的心臟，其性能對汽車的整車性能有決定性的影響。凸輪軸是活塞發(fā)動機里的

10、一個必不可少的部件，凸輪軸（camshaft）定義：凸輪軸是活塞發(fā)動機里的一個部件。它的主體是一根與氣缸組長度相同的圓柱形棒體；上面套有若干個凸輪用于驅動氣門。凸輪軸的一端是軸承支撐點，另一端與驅動輪相連。雖然在四沖程發(fā)動機里凸輪軸的轉速是曲軸的一半（在二沖程發(fā)動機中凸輪軸的轉速與曲軸相同），不過通常它的轉速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此設計中對凸輪軸在強度和支撐方面的要求很高，其材質一般是特種鑄鐵，偶爾也有采用鍛件的。由于氣門運動規(guī)律關系到一臺發(fā)動機的動力和運轉特性，因此凸輪軸設計在發(fā)動機的設計過程中占據著十分重要的地位。 早期的凸輪軸設計是相當復雜和困難的，用解析法求凸輪輪廓曲線

11、的計算雖然很準確但計算量相當大；耗時也相當長。而用圖解法的話雖然能減少計算量但做出來的圖形不太精確，只能勉強滿足那些對精度要求不高的機械產品。隨著科學技術的進步；計算機在凸輪軸的設計研發(fā)方面發(fā)揮了巨大的作用。比如：計算機輔助設計凸輪輪廓，它不僅能迅速地確定凸輪輪廓上各點坐標值，而且能在屏幕上生成輪廓，可隨時修改設計參數，從而得到最佳設計方案。 其實上面所說的就是參數化設計的雛形；參數化的研究將有助于凸輪軸設計的簡化。參數化設計是一種使用幾何參數快速構造和修改幾何模型的造型方法, 采用參數化模型可以通過調整參數來修改和控制幾何形狀。參數化設計方法與傳統(tǒng)設計方法相比, 最大的不同在于它存儲了設計

12、的整個過程, 不僅能設計出一族而不是單一的產品模型。而且能夠使工程設計人員不需要考慮細節(jié)而能盡快草擬出零件圖, 并通過變動某些約束參數來更新設計。PRO/E是集CAD/CAM為一體的三維參數化設計軟件，同時也是被當今世界廣泛應用的計算機輔助設計、分析和制造軟件，廣泛應用于航空、汽車、造船等領域。本設計中應用此軟件構建凸輪軸的三維模型，并通過其PRO/PROGRAM塊建立了發(fā)動機凸輪軸的參數化模型。 2．凸輪軸的設計 2.1凸輪軸的功用、工作條件要求 2.1.1 凸輪軸的功用 凸輪軸是機車發(fā)動機上的重要零件，它對各氣缸的進、排氣門的開啟和關閉起控制作用，同時，對于下置式的汽油機還可

13、以用來驅動分電器，汽油泵等輔助裝置。 2.1.2 凸輪軸的工作條件要求 凸輪軸在工作過程中會受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊載荷；因此要求凸輪表面要耐磨，凸輪軸要有足夠的韌性和剛度。此外，由于凸輪軸位于發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的末端，因此潤滑系統(tǒng)不容樂觀，這樣會造成凸輪軸的異常磨損。 2.2 凸輪軸的材料 由于發(fā)動機工作時，凸輪軸承受氣門開啟的周期性沖擊載荷。所以，要求凸輪軸和支承軸頸表面應耐磨，凸輪軸本身應具有足夠的韌性和剛性。為此，凸輪軸的主要工作表面需經熱處理。 因為凸輪軸在加工時需要較強的加工性和經濟性,并且對它的硬度也有較大的要求,因此選定凸輪軸的材料為20Cr。 2.3 凸

14、輪軸的結構特點 凸輪軸因其橫截面形狀像桃子，又稱桃子軸。各種車型的發(fā)動機的凸輪軸結構大同小異，主要差別在于安裝位置，凸輪的數目和形狀尺寸不同。特別是凸輪軸的安裝位置，被認為是區(qū)別發(fā)動機構造和性能的重要標志。發(fā)動機凸輪軸的安裝位置分為下置，中置，頂置三種形式，本設計采用單頂置式凸輪軸（SOHC）設計。 2.4 凸輪軸的尺寸 如圖可知本次設計為傳統(tǒng)的四缸汽油發(fā)動機.總長L=483mm。 2.5 凸輪輪廓線的設計 2.5.1 確定凸輪軸的轉速ω 由于四沖程發(fā)動機凸輪軸的轉速是曲軸轉速的一半兒；根據發(fā)動機轉速r=6000r/min，所以ω額定轉速為3000r

15、/min。 2.5.2 確定從動件的運動規(guī)律 根據教材《機械原理》第七版中第九章凸輪機構及其設計的第二節(jié)推桿的運動規(guī)律，可確定本設計中的推桿為正弦加速度運動，主要是為了避免推桿在運動中發(fā)生沖擊；不僅如此，發(fā)動機凸輪軸的轉速較高（ω額定轉速為3000r/min）其它的運動規(guī)律均存在柔性沖擊，而正弦加速運動因為沒有加速度突變的現象，故不存在柔性沖擊，具有較好的運動性能，因此可在高速下應用。 當推桿的加速度按正弦規(guī)律變化時，其推程的運動方程式為： 公式（2-1） 公式（2-2）

16、 公式（2-3） (為凸輪轉角，s為推桿位移，為推程運動角，h 升程） 當推桿的加速度按正弦規(guī)律變化時，其回程的運動方程式為： S回= h－S推 （2-4）； V回= －V推 （2-5）； α回= －α推 （2-6） 2.5.3 確定推桿運動的基本參數 根據教材《機械原理》第七版中第九章凸輪機構及其設計的第二節(jié)推桿的運動規(guī)律，結合發(fā)動機凸輪軸的基本特點。將推程運動角δ0定為82°；遠休止角δ01定為0°；回程運動角δ0'定為82°；近休止角δ02定

17、為196°。 2.5.4 確定凸輪的升程尺寸 凸輪軸凸輪的形狀直接影響氣門的運動規(guī)律，因此對凸輪的升程尺寸要求是非常嚴格的。在測量凸輪外形時，排氣凸輪左側和進氣凸輪右側在0~56°范圍內升程誤差不大于±0.055mm（但在零時，誤差不允許超過±0.027mm），且在每5°范圍內，相鄰升高量誤差的差數不得大于0.04mm；在57°~82°范圍內，誤差不允許超過±0.025mm。且在每3°范圍內，相鄰升高量誤差的差數不大于0.015mm，排氣凸輪右側和進氣凸輪左側在0~54°范圍內，升程誤差不大于0.037mm，且在每5°范圍內，相鄰升高量誤差的差數不得大于0.04mm；在55°~82°范圍

18、內，升程誤差不允許大于±0.027mm，且在每3°范圍內，相鄰升高量誤差的差數不允許大于±0.015mm。 因此；將凸輪的升程h定為10.3210mm。 2.5.5 確定盤形凸輪從動件的形式 從動件的主要形式有：滾子從動件；平底從動件和尖端從動件。 圖 2-1 由上圖可以確定本設計采用滾子式推桿盤形凸輪。 2.5.6 確定滾子推桿盤形凸輪基圓半徑 根據教材《機械原理》第七版中第九章凸輪機構第四節(jié)：對于直動推桿許用壓力角[α]=30° 圖 2-2 對于一

19、定形式的凸輪機構，在推桿運動規(guī)律選定之后，該凸輪機構的壓力角與凸輪基圓半徑的大小直接相關。由圖2-2所示，由于推桿和凸輪在接觸點處的相對運動速度只能沿接觸點處的公切線 t-t 方向，從而有 v2=v1tanα=ω（r0+s）tanα 即 r0= v2 ／ (ωtanα) - s ( 2-7 ) 式中，r0為凸輪的基圓半徑，s為推桿位移量。 當推桿運動規(guī)律給定后，對應于凸輪的某一轉角φ的v2、s及ω均為已知常數。由式（2-7）可知，若使凸輪機構的壓力角減小，勢必要增大凸輪的基圓半徑，即要增大

20、凸輪機構尺寸，對機構緊湊性不利；反之，對凸輪機構受力又不利。為了處理這一矛盾，在實際設計中，在保證ɑ max≤[ɑ] 的前提下，適當減小凸輪的基圓半徑。 利用上圖所示的諾模圖，如上圖所示：一對心直動滾子推桿盤形凸輪機構；其行程h=13mm，推程運動角φ=50°，推桿按正弦加速運動規(guī)律運動，[ɑ]=30°，確定r0 . 具體做法：在圖b中把ɑ max=30°和φ=50°的兩點以直線相連，交正弦加速運動規(guī)律的標尺于0.28處，所以，根據h/ r0=0.28和h=13mm，即可求得凸輪的基圓半徑r0≥46.4mm。 在實際設計工作中，凸輪的基圓半徑r0的確定，不僅要滿足ɑ m

21、ax≤[ɑ]；還要考慮到凸輪的結構及強度。所以，通常由經驗公式r0=μR（μ=1~1,6）；來大致確定基圓半徑的大小，式中R為凸輪軸的軸半徑。本設計R定為17.2mm。 按照上面的例子；本設計中行程h=10.3210mm，推程運動角φ=82°；在圖b中將ɑ max=30°和φ=82°兩點直線相連，交正弦加速運動規(guī)律的標尺于0.4處，所以確定r0=25.8mm。帶入經驗公式r0=μR中得μ=1.5滿足要求。 因此綜上；確定凸輪軸基圓半徑r0=25.8mm；凸輪軸半徑R=17.2mm。 2.5.7 設計凸輪輪廓線的方法和計算 凸輪輪廓線的設計方法有圖解法和解析法兩種。圖解法直觀清晰，

22、但誤差較大，適用于設計精度要求較低的凸輪。通過圖解法可以使我們能更好的理解凸輪輪廓線設計的基本原理。解析法是列出凸輪廓線方程，通過大量的計算求得輪廓線上一系列點的坐標值，由于計算量相當大，所以這種方法適合在計算機上計算，并在數控機床上加工凸輪輪廓。其實這兩種設計方法的基本原理是相同的即都是基于反轉法原理來設計的。下面對此原理加以介紹。 圖3.2.1-1所示為尖頂對心直動推桿盤形凸輪機構，當凸輪以角速度ω繞軸O逆時針方向轉動時，推桿在凸輪的推動下沿導路（機架）做往復運動，現假設給整個凸輪機構加上一個公共角速度－ω，使其繞軸心O回轉，根據相對運動原理，這時凸輪與推桿之間的相對運動

23、并未改變，但此時凸輪已“靜止不動”，而推桿一方面隨其導路以角速度－ω繞軸心順時針方向轉動（即所謂反轉運動）；一方面又在導路內作預期的往復運動。這樣，推桿尖頂在這種復合運動中所描繪的軌跡就是凸輪的輪廓曲線即圖中1＇＇、2＇＇、3＇＇、．．．．．．．．連成的平滑曲線，這就是所要求的凸輪廓線。 本設計采用圖解法+反轉法來設計凸輪的輪廓曲線。對此方法的具體介紹： 在設計滾子推桿凸輪機構的凸輪廓線時，首先將滾子中心A視作尖頂推桿的尖頂如圖（7-17） 按前述方法定出滾子中心A在推桿復合運動中的軌跡（理論廓線），然互以理論廓線上一系列點為圓心，以滾子半徑rr為半徑作一系列的圓，再作此圓族的

24、包絡線，即為凸輪的工作廓線。滾子中心A的軌跡是凸輪的理論廓線即圖中的β0線，而β線則為凸輪的工作廓線（又稱實際廓線）。 介紹完理論和方法后，下面進行凸輪廓線的設計計算： 由公式（2-1）： （推程階段） 和公式（2-4）： S回= h-S推 （回程階段） 根據之前確定的推程角δ0=82°；回程角δ0＇=82°。所以有： a． 推程階段 公式（2-8） δ1=[0°，82°] b. 回程階段 公式（

25、2-9） δ2=[0°，82°] 取計算間隔為2°將以上各相應值帶入公式計算凸輪輪廓上各點的升程值。 排氣凸輪左側（進氣凸輪右側）推程曲線表2-1 1（ °） 升程（mm） δ1（ °） 升程（mm） δ1（ °） 升程（mm） 0 0.0000 28 2.6952 56 7.9656 2 0.0151 30 3.0495 58 8.2890 4 0.0605 32 3.4162 60 8.5939 6 0.1357 34 3.7931 62 8.8788 8 0.2405 36 4.1780 64 9.14

26、18 10 0.3741 38 4.5687 66 9.3814 12 0.5358 40 4.9628 68 9.5963 14 0.7247 42 5.3582 70 9.7852 16 0.9396 44 5.7523 72 9.9469 18 1.1792 46 6.1430 74 10.0805 20 1.4422 48 6.5279 76 10.1853 22 1.7271 50 6.9048 78 10.2605 24 2.0321 52 7.2715 80 10.3059 26

27、2.3554 54 7.6258 82 10.3210 排氣凸輪右側（進氣凸輪左側）回程曲線表2-2 δ2（ °） 升程（mm） δ2（ °） 升程（mm） δ2（ °） 升程（mm） 0 10.3210 28 7.6258 56 2.3554 2 10.3059 30 7.2715 58 2.0321 4 10.2605 32 6.9048 60 1.7271 6 10.1853 34 6.5279 62 1.4422 8 10.0805 36 6.1430 64 1.1792 10 9,946

28、9 38 5.7523 66 0.9396 12 9.7852 40 5.3582 68 0.7247 14 9.5963 42 4.9628 70 0.5358 16 9.3814 44 4.5687 72 0.3741 18 9.1418 46 4.1780 74 0.2405 20 8.8788 48 3.7931 76 0.1357 22 8.5939 50 3.4162 78 0.0605 24 8.2890 52 3.0495 80 0.0151 26 7.9656 54 2.695

29、2 82 0.0000 依據以上數據并借助PROE繪圖軟件。最終得到了凸輪一側的輪廓線： 2.5.8滾子半徑rr的確定 滾子半徑的選擇需要考慮滾子的結構、強度及凸輪輪廓曲線的形狀等多方面因素。本設計主要考慮凸輪輪廓曲線與滾子半徑的關系。 因為滾子從動件凸輪的實際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點為圓心作一系列滾子圓的包絡線而形成。所以，如果滾子選擇不當，則無法滿足運動規(guī)律。 凸輪輪廓曲線分為內凹的（圖2-5-8a所示）和外凸的(圖2-5-8b、c、d所示)。 圖2-5-8 圖2-5-8中，a為實際廓線，b為理論廓線。對于內凹的

30、凸輪輪廓線（圖a）實際廓線的曲率半徑ρa等于理論廓線的曲率半徑ρ與滾子半徑rr之和，即ρa=ρ+rr。在這種情況下，不論滾子半徑大小如何，凸輪的輪廓曲線總能平滑的作出來。 相反，如圖2-5-8b所示，對于外凸的凸輪輪廓曲線，有ρa=ρ－rr。所以，如果ρ=rr，則實際廓線的曲率半徑為零，于是實際廓線出現了尖點。如圖2-5-8c所示，這種現象叫做變尖現象。凸輪輪廓在尖點處很容易磨損。而如圖2-5-8d所示，如果ρ< rr時，則工作廓線的曲率半徑ρa為負值，這時工作廓線出現交叉，交叉線的上一部分在實際加工中將被切掉（稱為過切），使推桿不能按預期的運動規(guī)律運動，這種現象稱為“運動失真”。 所以綜

31、上分析可知，對于外凸的凸輪輪廓曲線，應使?jié)L子半徑rr小于理論廓線的最小曲率半徑ρmin。即必須保證ρmin>rr，為此通常取rr≤0.8ρmin。另一方面，滾子的尺寸還要受其強度、結構的限制，所以不能做的太小。否則還會增大滾子與凸輪之間的接觸應力，為此通常取rr=（0.1~0.5）r0。 根據曲線的曲率半徑的計算公式： ρ=dx2 [1+（dy/dx）2]3/2 ∕ d2y 可用求極值的方法結合輪廓線的坐標值。求得ρmin=6.351mm 一般要求ρmin不應小于1~5mm。固滿足要求。又因為通常取rr≤0.8ρmin，固有 rr≤5.08mm，結合

32、rr=（0.1~0.5）r0，這里取rr=0.15 r0=3.87≤5.08mm，所以滿足設計要求。 3．凸輪軸總體尺寸的確定 由于之前已經給出了凸輪軸各個結構的軸向尺寸，下面主要確定凸輪軸的縱向尺寸及孔鍵的具體尺寸參數。 3.1 確定凸輪軸軸頸的縱向尺寸 因為凸輪軸是通過凸輪軸軸頸支承在凸輪軸軸承孔內的，因此凸輪軸軸頸數目是影響凸輪軸支承剛度的重要因素。如果凸輪軸剛度不足，工作時將發(fā)生彎曲變形，這會影響配氣定時。從而影響發(fā)動機的動力輸出，使發(fā)動機運轉不平穩(wěn)。因此本設計采用5個軸頸來增強凸輪軸的剛度。 為了便于凸輪軸的安裝與拆卸，應該使凸輪軸軸頸縱向尺寸（即直徑）從傳動齒輪這邊依次減

33、小。假設d1、d2、d3、d4、d5分別表示凸輪軸的5個軸頸且依次遠離安裝傳動齒輪的一邊。結果表3-1 表3-1 軸頸名稱 直徑d（mm） d1 58.05 d2 57.85 d3 57.65 d4 57.45 d5 57.25 3.2確定凸輪軸上鍵槽的尺寸 由于凸輪軸上的鍵不僅起到周向定位的作用，還必須承載一定的轉矩。本設計采用半圓形鍵。固只需確定半圓形鍵槽的尺寸即可。根據凸輪軸R=16.7mm，并且鍵傳遞轉矩。查《機械設計手冊》半圓鍵尺寸。確定鍵的公稱尺寸b×h×d1=10×13×32。b：鍵的寬度，h：鍵的高度，d1：鍵的圓弧半徑。確定鍵槽的寬

34、度b=10mm，鍵槽的深度t=10mm。長度L=30mm。進而得鍵槽弧半徑為16.25mm。 3.3確定凸輪軸鏈輪螺栓孔參數 由于正時鏈輪與凸輪軸是通過螺栓進行連接的，在凸輪軸上安裝正時鏈輪時，使正時鏈輪上的螺孔與凸輪軸上的螺孔對正，確保正時箭頭，圓點和有顏色標記的鏈節(jié)在適當的位置，安裝墊圈和凸輪軸鏈輪螺栓。擰緊凸輪軸鏈輪螺栓至規(guī)范?？紤]到應力等因素本設計采用標準螺紋孔M8×1.25。 4 凸輪軸實體模型的建立 凸輪軸由若干個凸輪經有序的排列組成的。因此凸輪才是凸輪軸的主體。所以我們可以先建立凸輪模型。然后在把凸輪調整一定的角度即可完成凸輪軸的實體模型的建立。 4.1 凸輪實體模

35、型建立 根據從動件的升程數據在繪圖界面找到凸輪輪廓上各個點。然后點擊繪圖樣條曲線 命令。連接以上各點即可得到凸輪一側的輪廓線。然后再點擊按鈕，即可得到另一側的輪廓線。至此整個凸輪輪廓線繪制完成。點擊，完成草繪。之后再點擊 拉伸命令，對草繪內容進行拉伸來得到三維實體，如下圖： 4.2 建立凸輪軸的實體模型 4.2.1 確定凸輪之間的角度關系 由于進氣凸輪與排氣凸輪互成一定的角度，所以在建立實體模型前需要確定彼此之間的夾角。根據曲軸連桿頸的位置；確定每相鄰的進氣凸輪之間的夾角應為90°；同理；相鄰排氣凸輪之間的夾角也為90°。 工廠試驗室試驗得出：相鄰的進氣凸輪與

36、排氣凸輪之間的夾角為72o。這主要由于要使汽缸中的排氣與進氣過程有序的進行，不能使曲軸上的連桿頸在同一個位置受兩方向的力的原理。 本此設計的發(fā)動機凸輪軸共有4對進排氣凸輪，它們按順時針方向旋轉。工作順序為1——3——4——2。 4.2.2凸輪軸實體模型建立過程 由于主要過程就是拉伸，所以主要講解一下使凸輪偏一定角度的過程。也就是說在過程4.1建立的凸輪實體模型上使其旋轉一定角度生成另一個凸輪。首先先在凸輪上拉伸一根軸。如下圖 然后選擇軸端面為草繪面，進行草繪。然后做一條幾何中心線。與桃尖（凸輪的尖端）成36度。接著點擊使用按鈕，這樣就可以把凸輪的各個邊顯示出來。然后選中凸輪的各

37、個邊再點擊按鈕，以中心線為鏡面即可以生成與前一個凸輪成72°夾角且同樣 的凸輪輪廓。如下圖 再點擊修剪命令，將前一個凸輪廓線完全刪除，點擊完成草繪。然后進入拉伸界面。點擊拉伸命令，輸入拉伸深度值20。最終生成的實體如下圖所示。至此第一缸的一對凸輪繪制完成，剩余的3缸繪制方法大致相同，在這里就不贅述了。 最終的總成圖如圖所示： 5．凸輪模型實體的參數化 要使凸輪模型參數化，只能利用凸輪的輪廓線參數方程，結合從動件的運動規(guī)律方程來建立凸輪的輪廓線。利用PROE中PROGRAM功能實現凸輪的基圓半徑r0和厚度width的參數化。而通過

38、改變工具欄中的關系參數可以生成新的凸輪輪廓。 5.1 解析法設計凸輪輪廓線 本設計是尖頂對心直動推桿盤形凸輪機構，其廓線的參數方程為： x=（s0+s）sinφ (5-1) y=（s0+s）cosφ (5-2) 從動件的運動規(guī)律選擇簡諧運動。其運動規(guī)律方程為： 推程 s1=h/2(1-cos(πφ/Ф) (5-3) 回程 s2=h/2(1+cos(πφ/Ф) (5-4) 基于以上公

39、式和之前確定的數據。以proe 5.0為例，新建一零件，打開工作界面后，點擊右邊特征欄中的“插入基準線”在菜單管理器中選擇【從方程】【完成】;設置坐標系為【笛卡爾】后進入記事本對話框，輸入方程如圖所示： 輸入完方程后，點擊文件“保存”按鈕；之后退出記事本。出現如圖所示 點擊“確定”。生成如下圖所示的一部分凸輪廓線。 點擊“草繪”按鈕，通過“鏡像”命令得到另一側回程段的輪廓線。點擊按鈕 點選上一步創(chuàng)建的推程和回程曲線。再以原點為圓心繪制出遠休止段和近休止弧段得到封閉的凸輪輪廓。如下圖所示： 點擊完成草繪。再選擇“拉伸”命令，得到實體如下圖

40、5-1所示 圖5-1 至此參數化凸輪的制作就完成了。 5.2 Pro/Program 程序設計 打開凸輪模型，點擊選擇，在彈出的菜單管理器中選擇“編輯設計”的“從模型”，如圖： 系統(tǒng)會自動打開Program記事本。如下圖為本設計凸輪的Program部分內容： 在PRO/E系統(tǒng)中, 零件的參數化控制過程主要是通過對參數的選取與賦值來完成。參數的賦值在PRO／PROGRAM程序內的INPUT段中添加代碼來實現，段中允許定義各種參數，在程序文件RELATION段中建立參數關系式，確定獨立參數與關聯參數之問的關系。程序如下： INPUT R0 NUMBER /

41、*/*/*輸入凸輪基圓半徑/*/*/* WIDTH_NUMBER /*/*/*輸入凸輪的厚度/*/*/* END INPUT RELATIONS D0=R0 D3=WIDTH END RELATIONS 以下是根據作圖的步驟自動生成的程序，由于前面已經講述了做圖的基本步驟，在這里就不詳述了。通過以上的Program程序只能使基圓半徑和厚度參數化，下面講解凸輪輪廓線的參數化。 5.3 凸輪輪廓的參數化步驟 打開凸輪模型，點擊選擇“關系”下拉菜單中的“特征”。如下圖： 然后點選左邊“模型樹”中“曲線標識39”，在關系菜單中會自動生成該曲線的方程；也就是之前

42、輸入的參數化方程。如下圖： 現在改變升程h=19；點擊“確定”之后退回到凸輪模型界面。然后點擊菜單欄中的“編輯”，“再生”命令。出現“菜單管理器”后選擇“當前值”。 系統(tǒng)將自動生成新的凸輪如下圖所示： 圖5-3 比較圖5-1與5-3可以發(fā)現凸輪的升程比之前大了很多。至此真正實現了凸輪的參數化。 6 凸輪軸實體的參數化 打開凸輪軸實體模型，點擊選擇“程序”出現菜單管理器，選擇“編輯設計”和“自文件”如圖： 進入記事本后輸入如下程序： INPUT D NUMBER /*/*/*輸入凸輪軸直徑/*/*/* RB NUMBER

43、/*/*/*輸入凸輪基圓半徑/*/*/* WIDTH NUMBER /*/*/*輸入凸輪的厚度/*/*/* END INPUT RELATIONS D0=RB D3=WIDTH D25=D D47=D D69=D D107=D D130=D D160=D D187=D D193=D D199=D D206=D D267=D D197=0.2*D D200=0.2*D D202=0.2*D D213=0.2*D D266=0.2*D D207=0.41*D D26=0.41*D D70=0.41*D D131=0.41*

44、D D188=0.41*D D194=0.41*D D8=0.11*D D48=0.11*D D108=0.11*D D161=0.11*D D268=0.814*D END RELATIONS 輸入完上述程序，保存。下面對凸輪軸參數化演示： 如下圖是參數化之前的凸輪軸D=34.4。 圖6-1 輸入完上述程序保存后，會出現下面的對話框 ： 選擇“是”后會出現如下圖所示的選擇框： 點擊“輸入”。點擊“完全選取”后出現： 輸入D的新值50。點擊“打勾”按鈕。系統(tǒng)將自動生成新的凸輪軸如下圖6-2 圖6-2 本設計先

45、通過解析法設計凸輪輪廓曲線來實現凸輪實體的參數化，進而實現整個凸輪軸實體的參數化。所以說凸輪的參數化是凸輪軸參數化的關鍵，同時也是本設計的核心內容。 結束語 本次設計通過兩種方法設計了凸輪輪廓曲線。圖解法是根據升程公式計算出各個點的升程值。然后用樣條曲線進行連接來得到凸輪的大致輪廓線。解析法是利用算機輔助設計凸輪輪廓，利用PROE中Pro/program的編程功能不僅能迅速地確定凸輪輪廓上各點坐標值，而且能在屏幕上生成輪廓，可隨時修改設計參數，從而得到最佳設計方案，這已經是參數化設計的雛形了。 但本次設計仍有諸多不足之處，由于是分段生成的凸輪輪廓線，所以它不能百分之百的輸出，可能有時

46、候會出現特征未生成的情況，所以它的實體模型變動范圍受到了限制。為此，我有幾點提議，可不可以通過從動件運動方程建立從動件的升程曲線圖。橫坐標是轉動角度φ（0~360°）結合PROE中可變截面掃描的功能?？梢話呙璩稣麄€凸輪實體，這樣就能實現凸輪的完全參數化。由于筆者能力有限，望有才之士不吝賜教。 參考文獻 [1] 管榮法，湯從心.凸輪與凸輪機構基礎.北京：國防工業(yè)出版社，1985. [2] 徐國斌. Pro/ENGINEER Wildfire 在企業(yè)中的實施與應用.北京:機械工業(yè)出版社，2003，9. [3] 張俊河.面向注塑模的Pro/E 二次開發(fā)：[碩士學位論文].大連：大

47、連理工大學，2005. [4] 二代龍震工作室.Pro/TOOLKIT Wildfire 2.0插件設計.北京：電子工業(yè)出版社，2005，1，9~10. [5] 李世國.Pro/TOOLKIT 程序設計.北京:機械工業(yè)出版社，2003，7.. [6] 必備資料+內燃機設計師手冊， [7] 朱新云,顧寄南. 基于PRO/E三維模型的參數化設計技術[J]. 中國制造業(yè)信息化,2006,(03) [8] 沈斌，基于PRO/E二次開發(fā)的零件參數化設計技術，機械設計與制造，2007 (1) [9] W.J.Ding,Engineering Design of Heat Exchangers

48、 Based on pro/e Modeling[J].Mechanical Science and Technology,2006(12). [10]蔣芳,吳喜驪. 基于PRO/E的發(fā)動機參數化設計 新技術新工藝,2009,(04). [11]孫恒，陳作模 葛文杰，機械原理，西安，西北工業(yè)大學，第七版，2005（12） [12] 陳世榮. 基于PRO/PROGRAM的電源機箱參數化快速設計[J]. 電子,2010,(05) 致謝 本次設計是在鄭立新老師的指導下完成的。在此對鄭老師表示衷心的感謝。鄭老師嚴謹的教學精神使我深受鼓舞，在鄭老師的指導下，秉著“敏學”，“修身”“樂業(yè)”，“創(chuàng)新”的校訓，使我克服重重障礙完成了本次設計。在四年的大學生活中得到了許多老師的耐心幫助。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！ 當然我的同學也給我提供了諸多幫助，尤其是高昆同學給我的三維圖提出了寶貴的修改建議，是我對PROE軟件的功能有了更進一步的認識。在此，感謝給我的設計提出寶貴建議的同學們。 感謝這四年來教過我的老師們。是你們教會我該怎么學習，怎么過好這寶貴的四年，怎么用知識武裝自己，這都會為以后進入社會打下了堅實的基礎。我會永遠記得你們。 同時，我要向百忙之中抽時問對我畢業(yè)論文進行批閱、評議和參與我論文答辯的各位老師表示感謝! 29