机械制造及其自动化课程设计样本.doc

摘 要本文对单缸柴油机重要零部件（活塞）进行了构造设计计算，并对活塞进行了关于运动学和动力学理论分析与实体模型创立（运用Pro/E）。一方面，以运动学和动力学理论知识为根据，对曲柄连杆机构运动规律以及在运动中受力等问题进行详尽分析，并得到了精准分析成果。另一方面对活塞组进行详细构造设计，并进行了构造强度和刚度校核。再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了活塞几何模型，在此工作基本上，运用Pro/E软件装配功能，将曲柄连杆机构各构成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件进行装配并进行运动仿真分析。核心字：受力分析；运动分析；Pro/E建模目录第1章引言11.1 选题背景11.2 研究目的和意义11.3 研究重要内容2第2章活塞运动规律研究32.1 活塞位移42.2 活塞速度52.3 活塞加速度5第3章活塞组设计63.1 活塞设计63.1.1 活塞工作条件和设计规定63.1.2 活塞材料73.1.3 活塞头部设计73.1.4 活塞裙部设计123.2 活塞销设计153.2.1 活塞销构造、材料153.2.2 活塞销强度和刚度计算153.3 活塞销座163.3.1 活塞销座构造设计163.3.2 验算比压力173.4 活塞环设计及计算173.4.1 活塞环形状及重要尺寸设计173.4.2 活塞环强度校核173.5 本章小结19第4章活塞建模204.1 对Pro/E软件基本功能简介204.2 活塞建模204.2.1 活塞特点分析204.2.2 活塞建模思路204.2.3 活塞建模环节21结束语26参照文献27道谢28第1章 引言1.1 选题背景多刚体动力学模仿是近十年发展起来机械计算机模仿技术，提供了在设计过程中对设计方案进行分析和优化有效手段，在机械设计领域获得越来越广泛应用。它是运用计算机建造模型对实际系统进行实验研究，将分析办法用于模仿实验，充分运用已有基本物理原理，采用与实际物理系统实验相似研究办法，在计算机上运营仿真实验。当前多刚体动力学模仿软件重要有Pro/Mechanics，Working model 3D，ADAMS等。多刚体动力学模仿软件最大长处在于分析过程中无需编写复杂仿真程序，在产品设计分析时无需进行样机生产和实验。对内燃机产品部件装配进行机构运动仿真，可校核部件运动轨迹，及时发现运动干涉；对部件装配进行动力学仿真，可校核机构受力状况；依照机构运动约束及保证性能最优目的进行机构设计优化，可最大限度地满足性能规定，对设计提供指引和修正2。当前国内大学和公司已经已进行了机构运动、动力学仿真方面研究和局部应用，能在设计初期及时发现内燃机曲柄连杆机构干涉，校核配气机构运动、动力学性能等，为设计人员提供了基本设计根据3-4。当前国内外对发动机曲柄连杆机构动力学分析办法诸多，并且已经完善和成熟。其中机构运动学分析是研究两个或两个以上物体间相对运动，即位移、速度和加速度变化关系：动力学则是研究产生运动力。发动机曲柄连杆机构动力学分析重要涉及气体力、惯性力、轴承力和曲轴转矩等分析，老式内燃机工作机构动力学、运动学分析办法重要有图解法和解析法5。1.2 研究目的和意义曲柄连杆机构是发动机传递运动和动力机构，通过它把活塞往复直线运动转变为曲轴旋转运动而输出动力。因而，曲柄连杆机构是发动机中重要受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作可靠性。随着发动机强化指标不断提高，机构工作条件更加复杂。在各种周期性变化载荷作用下，如何在设计过程中保证机构具备足够疲劳强度和刚度及良好动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计核心性问题1。通过设计，拟定发动机曲柄连杆机构总体构造和零部件构造，涉及必要构造尺寸拟定、运动学和动力学分析、材料选用等，以满足实际生产需要。在老式设计模式中，为了满足设计需要须进行大量数值计算，同步为了满足产品使用性能，须进行强度、刚度、稳定性及可靠性等方面设计和校核计算，同步要满足校核计算，还需要对曲柄连杆机构进行动力学分析。为了真实全面地理解机构在实际运营工况下力学特性，本文采用了多体动力学仿真技术，针对机构进行了实时，高精度动力学响应分析与计算，因而本研究所采用高效、实时分析技术对提高分析精度，提高设计水平具备重要意义，并且可以更直观清晰地理解曲柄连杆机构在运营过程中受力状态，便于进行精准计算，对进一步研究发动机平衡与振动、发动机增压改造等均有较为实用应用价值。1.3 研究重要内容对内燃机运营过程中曲柄连杆机构受力分析进行进一步研究，其重要研究内容有：（1）对曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析，分析曲柄连杆机构中各种力作用状况，并依照这些力对曲柄连杆机构重要零部件进行强度、刚度等方面计算和校核，以便达到设计规定；（2）分析曲柄连杆机构中重要零部件如活塞，曲轴，连杆等工作条件和设计规定，进行合理选材，拟定出重要构造尺寸，并进行相应尺寸检查校核，以符合零件实际加工规定；第2章 活塞运动规律研究中心曲柄连杆机构简图如图2.1所示，图2.1中气缸中心线通过曲轴中心O，OB为曲柄，AB为连杆，B为曲柄销中心，A为连杆小头孔中心或活塞销中心。当曲柄按等角速度旋转时，曲柄OB上任意点都以O点为圆心做等速旋转运动，活塞A点沿气缸中心线做往复运动，连杆AB则做复合平面运动，其大头B点与曲柄一端相连，做等速旋转运动，而连杆小头与活塞相连，做往复运动。在实际分析中，为使问题简朴化，普通将连杆简化为分别集中于连杆大头和小头两个集中质量，以为它们分别做旋转和往复运动，这样就不需要对连杆运动规律进行单独研究9。图2.1 曲柄连杆机构运动简图活塞做往复运动时，其速度和加速度是变化。它速度和加速度数值以及变化规律对曲柄连杆机构以及发动机整体工作有很大影响，因而，研究曲柄连杆机构运动规律重要任务就是研究活塞运动规律。2.1 活塞位移假设在某一时刻，曲柄转角为，并按顺时针方向旋转，连杆轴线在其运动平面内偏离气缸轴线角度为，如图2.1 所示。当=时，活塞销中心A在最上面位置A1，此位置称为上止点。当=180时，A点在最下面位置A2，此位置称为下止点。此时活塞位移x为:x=(r+) = （2.1）式中：连杆比。式（2.1）可进一步简化，由图2.1可以看出： 即 又由于 （2.2）将式（2.2）带入式（2.1）得： x= （2.3）式（2.3）是计算活塞位移x精准公式,为便于计算，可将式（2.3）中根号按牛顿二项式定理展开，得：考虑到 13，其二次方以上数值很小，可以忽视不计。只保存前两项，则 （2.4）将式（2.4）带入式（2.3）得 （2.5）2.2 活塞速度 将活塞位移公式（2.1）对时间t进行微分，即可求得活塞速度精准值为 (2.6)将式（2.5）对时间微分，便可求得活塞速度得近似公式为： （2.7）从式（2.7）可以看出，活塞速度可视为由与两某些简谐运动所构成。当或时，活塞速度为零，活塞在这两点变化运动方向。当时，此时活塞得速度等于曲柄销中心圆周速度。2.3 活塞加速度将式（2.6）对时间微分，可求得活塞加速度精准值为： （2.8）将式（2.7）对时间为微分，可求得活塞加速度近似值为： （2.9）因而，活塞加速度也可以视为两个简谐运动加速度之和，即由与两某些构成。第3章 活塞组设计3.1 活塞设计活塞组涉及活塞、活塞销和活塞环等在气缸里作往复运动零件，它们是发动机中工作条件最严酷组件。发动机工作可靠性与使用耐久性，在很大限度上与活塞组工作状况关于。3.1.1 活塞工作条件和设计规定1、活塞机械负荷在发动机工作中,活塞承受机械载荷涉及周期变化气体压力、往复惯性力以及由此产生侧向作用力。在机械载荷作用下，活塞各部位了各种不同应力：活塞顶部动态弯曲应力；活塞销座承受拉压及弯曲应力；环岸承受弯曲及剪应力。此外，在环槽及裙部尚有较大磨损。为适应机械负荷，设计活塞时规定各处有适当壁厚和合理形状，即在保证足够强度、刚度前提下，构造要尽量简朴、轻巧，截面变化处过渡要圆滑，以减少应力集中。2、活塞热负荷活塞在气缸内工作时，活塞顶面承受瞬变高温燃气作用，燃气最高温度可达。因而活塞顶温度也很高。活塞不但温度高，并且温度分布不均匀，各点间有很大温度梯度，这就成为热应力根源，正是这些热应力对活塞顶部表面发生开裂起了重要作用。3、磨损强烈发动机在工作中所产生侧向作用力是较大，同步，活塞在气缸中高速往复运动，活塞组与气缸表面之间会产生强烈磨损，由于此处润滑条件较差，磨损状况比较严重。4、活塞组设计规定（1）要选用热强度好、耐磨、比重小、热膨胀系数小、导热性好、具备良好减磨性、工艺性材料；（2）有合理形状和壁厚。使散热良好，强度、刚度符合规定，尽量减轻重量，避免应力集中；（3）保证燃烧室气密性好，窜气、窜油要少又不增长活塞组摩擦损失；（4）在不同工况下都能保持活塞与缸套最佳配合；（5）减少活塞从燃气吸取热量，而已吸取热量则能顺利地散走；（6）在较低机油耗条件下，保证滑动面上有足够润滑油。3.1.2 活塞材料依照上述对活塞设计规定，活塞材料应满足如下规定：（1）热强度高。即在高温下仍有足够机械性能，使零件不致损坏；（2）导热性好，吸热性差。以减少顶部及环区温度，并减少热应力；（3）膨胀系数小。使活塞与气缸间能保持较小间隙；（4）比重小。以减少活塞组往复惯性力，从而减少了曲轴连杆组机械负荷和平衡配重；（5）有良好减磨性能（即与缸套材料间摩擦系数较小），耐磨、耐蚀；（6）工艺性好，低廉。在发动机中，灰铸铁由于耐磨性、耐蚀性好、膨胀系数小、热强度高、成本低、工艺性好等因素，曾广泛地被作为活塞材料。但近几十年来，由于发动机转速日益提高，工作过程不断强化，灰铸铁活塞因而比重大和导热性差两个主线缺陷而逐渐被铝基轻合金活塞所裁减。铝合金优缺陷与灰铸铁正相反，铝合金比重小，约占有灰铸铁1/3，构造重量仅占铸铁活塞。因而其惯性小，这对高速发动机具备重大意义。铝合金另一突出长处是导热性好，其热传导系数约为铸铁倍，使活塞温度明显下降。对柴油机来说，采用铝活塞还为提高压缩比、改进发动机性能创造了重要条件。共晶铝硅合金是当前国内外应用最广泛活塞材料，既可锻造，也可锻造。含硅9%左右亚共晶铝硅合金，热膨胀系数稍大某些，但由于锻造性能好，适应大量生产工艺规定，应用也很广。综合分析，该发动机活塞采用铝硅合金材料锻造而成。3.1.3 活塞头部设计1、设计要点活塞头部涉及活塞顶和环带某些，其重要功用是承受气压力，并通过销座把它传给连杆，同步与活塞环一起配合气缸密封工质。因而，活塞头部设计要点是：（1）保证它具备足够机械强度与刚度，以免开裂和产生过大变形，由于环槽变形过大势必影响活塞环正常工作；（2）保证温度但是高，温差小，防止产生过大热变形和热应力，为活塞环正常工作创造良好条件，并避免顶部热疲劳开裂；（3）尺寸尽量紧凑，由于普通压缩高度缩短1单位，整个发动机高度就可以缩短单位，并明显减轻活塞重量。而则直接受头部尺寸影响。2、压缩高度拟定活塞压缩高度选用将直接影响发动机总高度，以及气缸套、机体尺寸和质量。尽量减少活塞压缩高度是当代发动机活塞设计一种重要原则，压缩高度是由火力岸高度、环带高度和上裙尺寸构成，即=+ 为了减少压缩高度，应在保证强度基本上尽量压缩环岸、环槽高度及销孔直径。（1）第一环位置依照活塞环布置拟定活塞压缩高度时，一方面须定出第一环位置，即所谓火力岸高度。为缩小，固然但愿尽量小，但过小会使第一环温度过高，导致活塞环弹性松弛、粘结等故障。因而火力岸高度选用原则是：在满足第一环槽热载荷规定前提下，尽量获得小些。普通柴油机，为活塞直径，该发动机活塞原则直径，拟定火力岸高度为：（2）环带高度 为减小活塞高度，活塞环槽轴向高度应尽量小，这样活塞环惯性力也小，会减轻对环槽侧面冲击，有助于提高环槽耐久性。但太小，使制环工艺困难。在小型高速内燃机上，普通气环高，油环高。该发动机采用三道活塞环，第一和第二环称之为压缩环（气环），第三环称之为油环。取，。环岸高度，应保证它在气压力导致负荷下不会破坏。固然，第二环岸负荷要比第一环岸小得多，温度也低，只有在第一环岸已破坏状况下，它才也许被破坏。因而，环岸高度普通第一环最大，其他较小。实际发动机登记表白，柴油机接近下限。则 ， 。因而，环带高度。（3）上裙尺寸拟定好活塞头部环布置后来，压缩高度H1最后决定于活塞销轴线到最低环槽（油环槽）距离h1。为了保证油环工作良好，环在槽中轴向间隙是很小，环槽如有较大变形就会使油环卡住而失效。因此在普通设计中，选用活塞上裙尺寸普通应使销座上方油环槽位置处在销座外径上面，并且保证销座强度不致因开槽而削弱，同步也不致因销座处材料分布不均引起变形，影响油环工作。综上所述，可以决定活塞压缩高度。对于柴油机，因此 。则 。3、活塞顶和环带断面（1）活塞顶活塞顶形状重要取决于燃烧室选取和设计。仅从活塞设计角度，为了减轻活塞组热负荷和应力集中，但愿采用受热面积最小、加工最简朴活塞顶形状，即平顶。大多柴柴油机正是采用平顶活塞，由于1.6L发动机为高压缩比，因而采用近似于平顶活塞。实际记录数据表白，活塞顶部最小厚度，柴油机为，即。活塞顶接受热量，重要通过活塞环传出。专门实验表白，对无强制冷却活塞来说，经活塞环传到气缸壁热量占7080%，经活塞自身传到气缸壁占1020%，而传给曲轴箱空气和机油仅占10%左右。因此活塞顶厚度应从中央到四周逐渐加大，并且过渡圆角应足够大，使活塞顶吸取热量能顺利地被导至第二、三环，以减轻第一环热负荷，并减少了最高温度。活塞头部要安装活塞环，侧壁必要加厚，普通取，取为6.16mm，活塞顶与侧壁之间应当采用较大过渡圆角，普通取，取0.074为5.993mm.为了减少积炭和受热，活塞顶表面应光洁，在个别状况下甚至抛光。复杂形状活塞顶要特别注意避免尖角，所有尖角均应仔细修圆，以免在高温下熔化。（2）环带断面为了保证高热负荷活塞环带有足够壁厚使导热良好，不让热量过多地集中在最高一环，其平均值为。对的设计环槽断面和选取环与环槽配合间隙，对于环和环槽工作可靠性与耐久性十分重要。槽底圆角普通为0.20.5mm。活塞环岸锐边必要有恰当倒角，否则当岸部与缸壁压紧浮现毛刺时，就也许把活塞环卡住，成为严重漏气和过热因素，但倒角过大又使活塞环漏气增长。普通该倒角为。（3）环岸和环槽环岸和环槽设计应保持活塞、活塞环正常工作，减少机油消耗量，防止活塞环粘着卡死和异常磨损，气环槽下平面应与活塞轴线垂直，以保证环工作时下边与缸桶接触，减小向上窜机油也许性。活塞环侧隙在不产生上述损伤状况下愈小愈好，当前，第一环与环槽侧隙普通为0.050.1mm，二、三环恰当小些，为0.030.07mm，油环则更小些，这有助于活塞环工作稳定和减少机油消耗量，侧隙拟定油环槽中必要设有回油孔，并均匀地布置再主次推力面侧，回油孔对减少机油消耗量有重要意义，三道活塞环开口间隙及侧隙如表3.1所示:表3.1 活塞环开口间隙及侧隙活塞环开口间隙/侧隙/第一道环第二道环第三道环活塞环背隙比较大，以免环与槽底圆角干涉。普通气环=0.5毫米，油环则更大些，如图3.1所示。（4）环岸强度校核在膨胀冲程开始时，在爆发压力作用下，第一道活塞环紧压在第一环岸上。由于节流作用，第一环岸上面压力比下面压力大得多，不平衡力会在岸根产生很大弯曲和剪切应力，当应力值超过铝合金在其工作温度下强度极限或疲劳极限时，岸根有也许断裂，专门实验表白，当活塞顶上作用着最高爆发压力时，如图3.2所示。已知=4.5，则， 图3.1 环与环槽配合间隙及环槽构造 图3.2第一环岸受力状况10环岸是一种厚、内外圆直径为、圆环形板，沿内圆柱面固定，要精准计算固定面应力比较复杂，可以将其简化为一种简朴悬臂梁进行大体计算。在普通尺寸比例下，可假定槽底（岸根）直径，环槽深为：于是作用在岸根弯矩为 （3.1）而环岸根断面抗弯断面系数近似等于因此环岸根部危险断面上弯曲应力 （3.2） 同理得剪切应力为： （3.3）接合成应力公式为： （3.4）考虑到铝合金在高温下强度下降以及环岸根部应力集中，铝合金许用应力，校核合格。3.1.4 活塞裙部设计活塞裙部是指活塞头部最低一种环槽如下那某些活塞。活塞沿气缸往复运动时，依托裙部起导向作用，并承受由于连杆摆动所产生侧压力。因此裙部设计规定，是保证活塞得到良好导向，具备足够实际承压面积，能形成足够厚润滑油膜，既不因间隙过大发生敲缸，引起噪音和加速损伤，也不因间隙过小而导致活塞拉伤。分析活塞在发动机中工作时裙部变形状况。一方面，活塞受到侧向力作用。承受侧向力作用裙部表面，普通只是在两个销孔之间弧形表面。这样，裙部就有被压偏倾向，使它在活塞销座方向上尺寸增大；另一方面，由于加在活塞顶上爆发压力和惯性力联合伙用，使活塞顶在活塞销座跨度内发生弯曲变形，使整个活塞在销座方向上尺寸变大；再次，由于温度升高引起热膨胀，其中销座某些因壁厚较其他某些要厚，因此热膨胀比较严重。三种状况共同作用成果都使活塞在工作时沿销座方向涨大，使裙部截面形状变成为“椭圆”形，使得在椭圆形长轴方向上两个端面与气缸间间隙消失，以致导致拉毛现象。在这些因素中，机械变形影响普通来说并不严重，重要还是受热膨胀产生变形影响比较大。因而，为了避免拉毛现象，在活塞裙部与气缸之间必要预先流出较大间隙。固然间隙也不能留得过大，否则又会产生敲缸现象。解决这个问题比较合理办法应当使尽量减少从活塞头部流向裙部热量，使裙部膨胀减低至最小；活塞裙部形状应与活塞温度分布、裙部壁厚大小等相适应。本文采用托板式裙部，这样不但可以减小活塞质量，并且裙部具备较大弹性，可使裙部与气缸套装配间隙减小诸多，也不会卡死。把活塞裙部横断面设计成与裙部变形相适应形状。在设计时把裙部横断截面制成长轴是在垂直与活塞销中心线方向上，短轴平行于销轴方向椭圆形。惯用椭圆形状是按下列公式设计： （3.4）式中、分别为椭圆长短轴，如图3.3所示。缸径不大于裙部开槽活塞，椭圆度（）大小，普通为。图3.3 活塞销裙部椭圆形状91、裙部尺寸活塞裙部是侧压力重要承担者。为保证活塞裙表面能保持住必要厚度润滑油膜，其表面比压不应超过一定数值。因而，在决定活塞裙部长度是应保持足够承压面积，以减少比压和磨损。在拟定裙部长度时，一方面依照裙部比压最大容许值，决定需要最小长度，然后按照构造上规定加以恰当修改。裙部单位面积压力（裙部比压）按下式计算： （3.5）式中：最大侧作用力，由动力计算求得，=2410.83活塞直径，；裙部高度，。取。则 普通发动机活塞裙部比压值约为，因此设计适当。2、销孔位置活塞销与活塞裙轴线不相交，而是向承受膨胀侧压力一面（称为主推力面，相对一面称为次推力面）偏移了，这是由于，如果活塞销中心布置，即销轴线与活塞轴线相交，则在活塞越过上止点，侧压力作用方向变化时，活塞从次推力面贴紧气缸壁一面突然整个地横扫过来变到主推力面贴紧气缸壁另一面，与气缸发生“拍击”，产生噪音，有损活塞耐久性。如果把活塞销偏心布置，则能使瞬时过渡变成分布过渡，并使过渡时刻先于达到最高燃烧压力时刻，因而改进了发动机工作平顺性。3.2 活塞销设计3.2.1 活塞销构造、材料1、活塞销构造和尺寸活塞销构造为一圆柱体，中空形式，可减少往复惯性质量，有效运用材料。活塞销与活塞销座和连杆小头衬套孔连接配合，采用“全浮式”。活塞销外直径，取，活塞销内直径，取活塞销长度，取2、活塞销材料活塞销材料为低碳合金钢，表面渗碳解决，硬度高、耐磨、内部冲击韧性好。表面加工精度及粗糙度规定极高，高温下热稳定性好。3.2.2 活塞销强度和刚度计算由运动学知，活塞销表面受到气体压力和往复惯性力共同作用，总作用力，活塞销长度，连杆小头高度，活塞销跨度。1、最大弯曲应力计算活塞销中央截面弯矩为 （3.6）空心销抗弯断面系数为，其中 因此弯曲应力为 即 （3.7） 2、最大剪切应力计算最大剪切应力出当前销座和连杆小头之间截面上。横断截面最大剪切应力发生在中性层上14，其值按下式计算： （3.8）已知许用弯曲应力；许用剪切应力，那么校核合格。3.3 活塞销座3.3.1 活塞销座构造设计 活塞销座用以支承活塞，并由此传递功率。销座应当有足够强度和恰当刚度，使销座可以适应活塞销变形，避免销座产生应力集中而导致疲劳断裂；同步要有足够承压表面和较高耐磨性。活塞销座内径，活塞销座外径普通等于内径倍，取，活塞销弯曲跨度越小，销弯曲变形就越小，销销座系统工作越可靠，因此，普通设计成连杆小头与活塞销座开挡之间间隙为，但当制造精度有保证时，两边共就足够了，取间隙为。3.3.2 验算比压力销座比压力为： （3.9）普通。3.4 活塞环设计及计算3.4.1 活塞环形状及重要尺寸设计该发动机采用三道活塞环，第一和第二环为气环，第三环为油环。第一道活塞环为桶形扭曲环，材料为球墨铸铁，表面镀铬。桶形环与缸筒为圆弧接触，对活塞摆动适应性好，并容易形成楔形润滑油膜。第二道活塞环为鼻形环，材料为铸铁，鼻形环可防止泵油现象，活塞向上运动时润滑效果好。第三道是油环，是钢带构成环，重量轻，比压高，刮油能力强。 活塞环重要尺寸为环高度、环径向厚度。气环，油环，取，。活塞环径向厚度，普通推荐值为：当缸径为时，取。3.4.2 活塞环强度校核活塞环在工作时，因剪应力和轴向力影响较小，因此只计算弯矩。活塞环平均半径与径向厚度之比普通都不不大于5，因此可按直杆弯曲正应力公式计算9。1、工作状态下弯曲应力活塞断面最大弯矩为： （3.10）由此可得最大弯曲应力为： （3.11）对于断面均压环其开口间隙与活塞环平均接触压力之间有如下关系： （3.12）将式（3.12）带入（3.11）并整顿得： （3.13）式中：材料弹性模量，对合金铸铁；活塞环开口间隙，取为；气缸直径，；活塞环径向厚度，则 活塞环工作时许用弯曲应力为，则校核合格。2、套装应力活塞环往活塞上套装时，要把切口扳得比自由状态间隙还大，对于均压环，此时正对切口处最大套装弯曲应力为： （3.14）式中：与套装办法关于系数，依照套装办法不同，其值为，普通取，则 因环套装时在常温下进行，承受应力时间甚短，因此套装应力许用值不不大于工作应力许用值，因此校核合格。3.5 本章小结 在活塞设计过程中，分别拟定了活塞、活塞销、活塞销座和活塞环重要构造参数，分析了其工作条件，总结了设计规定，选取适当材料，并分别进行了有关强度和刚度校核，使其符合实际规定。第4章 活塞建模4.1 对Pro/E软件基本功能简介Pro/E软件是美国PTC公司推出大型CAD/CAM/CAE一体化软件。无论是造型设计、工程出图，以及3D装配等方面，Pro/E都具备操作容易、使用以便、可动态修改特点。Pro/E更是以其基于特性参数化设计、单一数据库下全有关性等新概念而闻名于世。此外还具备模具设计，动态、静态干涉检查，计算质量特性（如质心、惯性矩）等功能模块。用Pro/E创立三维参数化零件模型，不但可以在屏幕上自由翻转动态观测构造形体，更可以进行以便动态修改和调节。进行力学分析、运动分析、数控加工等。4.2 活塞建模4.2.1 活塞特点分析活塞是在高温、高压、高腐蚀条件下，在汽缸内做高速往复直线运动。要适应这样恶劣工作条件，必要具备相应构造。（1）活塞顶部外表面设计成凹面形，以利于燃烧室内气体形成涡流，使燃料与空气混合得更均匀，燃烧得更充分。（2）在活塞头部有三道环形槽，上边两道环形槽为气环槽，下边一条为油环槽。（3）活塞裙部在活塞做直线往复运动时起导向作用。裙部顶端有两个往里凸起销座。（4）活塞裙部轴截面应制成鼓形，活塞裙部横截面应制成椭圆形。由于椭圆长轴与短轴之间相差极小，因此建模时以圆形代替。4.2.2 活塞建模思路（1）为了迅速精确地创立活塞模型，先抽取活塞模型中对称某些，由列表曲线创立活塞1/4轮廓。（2）镜像生成活塞整个轮廓。（3）创立活塞顶部凹槽特性。（4）创立活塞头部气环槽和油环槽。（5）创立各某些倒圆角。4.2.3 活塞建模环节1、创立活塞1/4轮廓运用【拉伸工具】，创立如图4.1所示活塞4/1轮廓。图4.1 创立活塞4/1轮廓2、创立活塞销孔（1）运用【拉伸工具】创立销座模型并拉伸出通孔，成果如图4.2所示。图4.2 创立活塞销孔3、创立凸台（1）新建基准平面，并设立间距。（2）选用草绘平面，运用【拉伸工具】，拉伸方式为【至曲面】，生成凸台。（3）运用【旋转工具】，选取【去除材料】，创立裙部凹面特性。（4）对生成活塞销孔边和凸台边分别进行倒圆角。（5）运用【孔工具】，创立【原则孔】，选取螺纹类型为“M61”生成图4.3。图4.3 创立凸台4、镜像生成整个活塞（1）选用整个模型，镜像生成整个活塞（1）运用【旋转工具】，【去除材料】，旋转角度为“360”，创立旋转剪切特性。（2）选取【阵列工具】，对上一步创立特性进行再生，生成某些活塞环槽护圈。（3）运用【旋转工具】，【去除材料】，创立气环槽和油环槽。成果如图4.4所示： 图4.4 镜像生成整个活塞及建立活塞环槽5、创立顶部凹槽运用【拉伸工具】，拉伸方式为【盲孔】，选取【去除材料】，生成顶部凹槽。图5.4 创立顶部凹槽及活塞环结束语本文以柴油机作为参照，拟定了有关参数，以便进行下一步设计计算。以老式运动学和动力学理论知识为根据，对曲柄连杆机构受力进行了系统分析，并以此作为零件强度、刚度和和磨损等问题根据。在此基本上，又进行了动力学方面理论分析，重点分析了活塞运动规律。对曲柄连杆机构重要零部件之一活塞进行了重要构造参数设计计算，并通过校核检查尺寸选用与否适当。分析了零部件工作条件，总结应满足设计规定，合理选取材料，以满足强度和刚度校核。应用三维CAD软件Pro/ENGINEER建立了活塞模型，当模型建立完毕后，运用Pro/E软件完毕与曲柄连杆机构装配。设定曲轴转速n rad/s，仿真时间为 t秒，开始仿真。参照文献1黄圣杰Proe/E Wildfire3.0基本入门与工程应用北京：机械工业出版社，72关文达汽车构造第2版北京：机械工业出版社，63濮良贵，纪名刚.机械设计高等教诲出版社.54王春燕，陆凤仪机械原理北京：机械工业出版社，11道谢道谢在本文完毕之际，一方面向予以这次锻炼机会机电学院及予以协助牟萍教师表达感谢，同步也要感谢予以协助同窗，通过这次毕业论文模仿练习，自己得到了很大锻炼，学会了运用各种资源（书籍，网络等）来完毕课题。