基于Pro/E軟件的柴油機(jī)曲軸三維建模

李　莎

（上海電機(jī)學(xué)院，上?！?01306）

基于Pro/E軟件的柴油機(jī)曲軸三維建模

李莎

（上海電機(jī)學(xué)院，上海201306）

以Pro/E軟件里的各種選項(xiàng)（拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像等）為支撐，以柴油機(jī)曲軸為例進(jìn)行參數(shù)化實(shí)體建模，利用Pro/E軟件進(jìn)行參數(shù)化建模設(shè)計(jì)，簡便且提高了設(shè)計(jì)效率、減少了設(shè)計(jì)缺陷。

柴油機(jī)；曲軸模型；Pro/E軟件

數(shù)字化建模技術(shù)不僅可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、減少設(shè)計(jì)缺陷，而且易于信息傳遞和數(shù)據(jù)管理。曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件，它的模擬計(jì)算疲勞分析具有非常意義。本文通過分析曲軸結(jié)構(gòu)特性，提出一種具有通用性的曲軸建模方法，并且簡單介紹Pro/E強(qiáng)大的三維建模能力。

1　Pro/E軟件主要功能

Pro/E軟件是美國PTC公司集CAD/CAM/CAE為一體的三維建模軟件，廣泛應(yīng)用于電子、模具、機(jī)械等行業(yè)，它最大的優(yōu)勢是參數(shù)化建模，方便特征編輯與修改。經(jīng)過長期的發(fā)展與完善，Pro/E具有很多優(yōu)勢：第一，Pro/E是個(gè)參數(shù)化建模軟件，工程設(shè)計(jì)人員隨意勾畫草圖，通過改變參數(shù)來改變模型。第二，Pro/E是在同一層面上建立的數(shù)據(jù)庫，也就是說任何一處的改動(dòng)都會(huì)反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中。第三，Pro/E軟件的所有模塊都是相關(guān)的。即任何一處修改都能影響整個(gè)設(shè)計(jì)過程，同時(shí)自動(dòng)更新所有數(shù)據(jù)文檔。第四，Pro/E采用客戶熟悉的特征對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維建模造型。第五，Pro/E軟件里包含很多直觀性的命令，方便零件裝配。

2　曲軸結(jié)構(gòu)特征及建模流程

曲軸主要由曲柄、曲柄銷和主軸頸三部分組成，其中曲柄銷和兩側(cè)曲柄構(gòu)成一個(gè)曲拐。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)的增加，曲軸也增加相應(yīng)的曲拐數(shù)。曲軸三維數(shù)字化建模就是建立曲拐與主軸頸，然后根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)將曲拐進(jìn)行復(fù)制得到最終的曲軸模型。考慮到零件的真實(shí)性，曲軸的絕大部分特征都要進(jìn)行建模，主要包括曲柄臂、平衡重、油道、鍵槽、螺紋螺孔等曲面特征，如圖1所示。

圖1　曲軸特征

圖2　曲軸建模流程圖

針對(duì)各種曲軸的共性與差異，提出一種通用的曲軸建模方法，具體思路流程如圖2所示。

3　柴油機(jī)曲軸建模過程

（1）曲軸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)在第二缸（飛輪端）的右曲柄凸臺(tái)處，所以曲軸的坐標(biāo)系定在該處。通過拉伸操作，得到第二缸（飛輪端）的右曲柄凸臺(tái)（薄圓柱體）。通過修剪草繪圖中的線段，并點(diǎn)擊拉伸選項(xiàng)，再旋轉(zhuǎn)切削上曲柄臂，得到第二缸右曲柄，如圖3所示。

圖3　第二缸右曲柄

（2）創(chuàng)建二分之一的曲柄銷，包括曲柄銷凸臺(tái)、圓角。因?yàn)樽笥覂汕歧R像對(duì)稱，因此可用復(fù)制鏡像創(chuàng)建左曲柄，從而形成第二缸曲拐，為減輕曲軸重量，對(duì)曲柄銷鉆減重孔，并切削減重孔凸臺(tái)，如圖4所示。

圖4　第二缸曲拐

（3）第一缸曲拐與第二缸曲拐形狀一樣，但位置呈鏡像且旋轉(zhuǎn)180°，可以利用復(fù)制鏡像、旋轉(zhuǎn)命令來完成，但鏡像和旋轉(zhuǎn)不能在一次命令中完成，需要分開完成。又因曲拐形狀復(fù)雜，在執(zhí)行旋轉(zhuǎn)命令時(shí)，原曲拐與旋轉(zhuǎn)后的曲拐相互干涉，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)失敗。因此先采用反向鏡像，再執(zhí)行平移旋轉(zhuǎn)，最后刪除輔助的反向鏡像曲拐，得到兩個(gè)缸的曲拐，如圖5所示。

圖5　兩個(gè)缸的曲拐

圖6　主軸頸及軸

（4）點(diǎn)擊回轉(zhuǎn)選項(xiàng)，創(chuàng)建主軸頸及其它軸，如圖6所示。

（5）鍵槽加工，因缺少繪圖基準(zhǔn)，可以先創(chuàng)建輔助基準(zhǔn)，由于這樣的基準(zhǔn)很多，因此可以先以FRONT平面為基準(zhǔn)，拉伸出鍵，如圖7所示。再以該鍵的平面為基準(zhǔn)，切割齒輪軸上的鍵槽，如圖8所示，切割圓錐軸上的鍵槽，如圖9所示。

圖7　鍵

圖8　齒輪軸鍵槽

圖9　圓錐軸鍵槽

（6）建立參考平面，點(diǎn)擊拉伸切削選項(xiàng)及旋轉(zhuǎn)選項(xiàng)，分別切削中間主軸頸油孔、鉆削第一曲柄銷斜油孔。又因?yàn)榈诙N的斜油道與第一曲柄銷的斜油道形狀一樣，位置斜對(duì)稱，可以通過設(shè)置輔助平面，鏡像復(fù)制而成。如圖10所示。

圖10　斜油道

（7）最后完成的曲軸模型如圖11所示。

圖11　曲軸三維模型

4　結(jié)語

針對(duì)各種曲軸的共性與差異，本文采用一種通用的曲軸建模方法，調(diào)用Pro/E軟件里的各種選項(xiàng)（拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像等），演示了Pro/E軟件參數(shù)化建模設(shè)計(jì)的基本步驟，整個(gè)建模過程直觀，便于修改。利用Pro/E軟件三維建模，大大地提高了模型的生成和修改速度，加快了設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)效率。

Diesel Engine Crankshaft 3D Modeling Based on Pro/E Software

LI Sha
（Shanghai Dianji University，Shanghai 201306，China）

In this paper，with the various options in the Pro/E software（stretching，rotation，mirror，etc.）as the support，diesel engine crankshaft as an example for parametric entity modeling，Pro/E software is used to carry out parametric modeling design to improve the design efficiency and reduce design flaws.

diesel engine；crankshaft model；Pro/E software

TK423

A

2095-980X（2015）11-0038-02

2015-10-06

李莎（1990-），女，山西臨猗人，碩士，主要研究方向：機(jī)械自動(dòng)化及機(jī)構(gòu)。