曲柄连杆机构项目技术报告

《曲柄连杆机构的测绘与数字建模》

项目技术报告

姓    名：＿＿＿程功田＿      ＿＿ ＿     

       学    号：＿＿＿ 0901303117          ＿＿＿＿＿

课程名称：　 汽车机械基础综合实训   

提交日期：2010年  4 月  23 日  

概  要

本次实训是对汽车发动机的曲柄连杆机构进行测绘并绘制零件草图，并运用CAD /CAM软件UG绘制机构零件的三维数模并将其装配成一体，并且对机构进行运动仿真，最后将机构主要零件的三维图输出成二维图，并注意工程图技术要求的标注。

通过本次实训能够掌握典型汽车机构的拆卸方法、常用量具的正确使用、高端CAD/CAM软件的初步建模、数字装配、运动仿真、工程图输出的能力，并完善工程图之能力。

目   录

第一章  绪 论    2

1.1 曲柄连杆机构的主要类型及其主要功能    2

1.1.1 曲柄连杆机构的主要类型    2

1.1.2 曲柄连杆机构的主要功能    2

1.2  CAD/CAE/CAM技术在机械中的应用    2

1.3  UG软件简介    2

1.4  本章小结    2

第二章 曲柄(轴)连杆机构的测绘    3

2.1 拆卸、测绘的流程    3

2.1.1 拆卸流程    3

2.1.2 测绘流程    3

2.2 主要零件的拆卸方案（机体组的拆卸、活塞连杆组的拆卸、曲轴飞轮组的拆卸）    3

2.2.1 机体组的拆卸    3

2.2.2活塞连杆组的拆卸    3

2.2.3 曲轴飞轮组的拆卸    3

2.1.4注意事项    3

2.3 主要零件拆卸过程中出现问题的处理方案    3

2.3.1活塞连杆组的拆卸注意    3

2.3.2曲轴飞轮组的拆卸注意    4

2.4 主要零件的测量（活塞内径）    4

2.6 曲柄连杆机构的机构运动简图    6

2.7 本章小结    6

第三章 曲柄连杆机构的数字建模与运动仿真    7

3.1 UG实体建模、特征建模功能简介    7

3.1.1 实体建模    7

3.1.2 特征建模    7

3.2 UG模版图主要功能、制作过程及要求    7

3.3 曲柄连杆机构建模流程    7

3.4 曲柄、连杆、活塞的建模主要流程（说明、建模零件的三维插图）    7

3.5 UG装配方式简介（说明、三维插图）    9

3.6 本章小结    10

第四章 工程图的输出    11

4.1 工程图生成的过程    11

4.2 主要零件的技术要求标注    11

4.3 本章小结    14

结  论    15

致  谢    16

参考文献    17

前  言

    Unigraphics（简称UG）软件起源于美国麦道飞机公司，是一种以CAD/CAE/CAM为一体的机械工程软件，能使工程设计人员在第一时间设计并制造出完美的产品，从而缩短开发时间、降低成本。它覆盖了从概念设计、功能结构、工程分析、加工制造一直到产品发布的全过程，是目前国内机械领域应用相当广泛的软件。

    每位学生通过综合实训的训练，应培养系统、完整、具体地完成一个工业项目所需要的工作能力，通过文献检索、方案拟定、制定计划及自我评价等过程，培养良好的团队精神。经历综合实训项目完整工作过程的训练，每位学生应掌握典型汽车机构的拆卸方法、常用量具的正确使用、高端CAD/CAM软件的建模、数字装配、运动仿真、工程图输出的能力、并完善工程图之能力。实训的主要理论依据是相关的书籍作参考、老师上课的详细讲解及耐心指导，使学生提高自身应用计算机软件的能力。

    UG软件实现了目前机械制造行业中常规的工程技术、设计和绘图的自动化。利用其强大的混合式绘图功能，用户能够方便的绘制复杂的实体及造型。相信不久将来，CAD/CAM软件将会在制造领域使用更加广泛，软件业也会更加完善、更加人性化。

第一章  绪 论

1.1 曲柄连杆机构的主要类型及其主要功能

1.1.1 曲柄连杆机构的主要类型

     曲柄（轴）、活塞、连杆及连杆盖等。

1.1.2 曲柄连杆机构的主要功能

     提供燃烧场所，把燃料燃烧后气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断的输出动力。（1）. 将气体的压力变为曲轴的转矩；（2）. 将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。

1.2  CAD/CAE/CAM技术在机械中的应用

     CAD/CAM是计算机辅助设计/计算机辅助制造的简称。是当今世界发展最快的技术之一。他不仅促使了生产模式的转变，同时也促使的市场的发展。目前，CAD/CAM技术已经在许多领域中得到应用。用CAD进行设计与传统以人为核心的设计明显不同。根据产品开发计划和对产品功能的要求，不在仅仅是依靠设计者个人的知识和技术进行设计，而是运用包括设计者本人和存储在计算机中的多种知识。CAD输出的结果也不仅仅是装配图和零件图，还包括设计，制造过程中应用计算机所需的各种信息。CAM技术主要是围绕着数控编程技术开始发展的。数控加工时CAD/CAM发挥效益最直接，最明显的环节之一。加工对象的形状越复杂，加工精度越高，设计更改越频繁，数控加工的优越性越容易得到发挥。因此数控编程技术受到高度重视。

 1.3  UG软件简介

     UGS公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的全新概念，以成为世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。UG软件不仅具有在工业设计和机械设计方面的多项功能。在美国航空业中，大量使用了UG软件；在俄罗斯航空业，UG软件占有了90%以上的市场。航空企业如波音公司、英国航空公司等；同时UG软件还在汽车、通用机械、电子、高科技行业广泛被应用，例如；通用、3M、飞利浦等公司。UG软件软件自1990年进入中国市场以来，以其先进的理论、强大的工程背景、完善的功能和专业的技术服务赢得了广大用户，在中国市场获得了长足的发展。UG不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生成工程图的模块功能，还可以在设计过程中进行有限元分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性。同时它还可以通过对三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工。另外通过UG/Open GPIP、UG/Open API等二次开发语言，实现用户开发的CAD系统。UG软件实现了目前制造行业中常规的工程技术、设计和绘图的自动化。利用它强大的混合式绘图功能，用户能够方便地绘制任何复杂的实体及造型。

1.4  本章小结

    本次实训，在测绘曲柄连杆机构的基础上，用高端CAD/CAE/CAM软件UG作为应用平台，进行曲柄连杆机构的三维数字建模与运动仿真，及工程图生成。

第二章 曲柄(轴)连杆机构的测绘

2.1 拆卸、测绘的流程

2.1.1 拆卸流程

1.拟订初步拆卸方案  2.讨论与修改拆卸方案  3.选用拆卸工具  4.拆卸机构  5.处理拆卸过程问题

2.1.2 测绘流程

1.拟订、讨论主要零件测量方案 2.选用量具 3.测量零件 4.绘制零件草图 5.工量具整理

2.2 主要零件的拆卸方案（机体组的拆卸、活塞连杆组的拆卸、曲轴飞轮组的拆卸）

2.2.1 机体组的拆卸

1.V形皮带及齿形的拆卸 2.发动机外部附件的拆卸 3.发动机机体解体

2.2.2活塞连杆组的拆卸

1.转动曲轴将准备拆卸的连杆对应的活塞转到下止点 2.拆卸连杆螺母取下连杆轴承盖并按顺序放好 3.用橡胶锤成手锤木柄推出连杆组 

2.2.3 曲轴飞轮组的拆卸

1.曲轴飞轮组的结构，将气缸倒置在工作台上，拆卸中间轴密封凸缘 2.拆卸缸体前端中间轴密封凸缘中的油封 3.拆卸中间轴，拆卸皮带盘端曲轴油封，拆卸前油封凸缘及衬垫 4.旋出飞轮固定螺栓，从曲轴凸缘上卸下飞轴 5.拆下曲轴主轴承盖紧固螺栓 6.抬下曲轴再将轴承盖及垫片按原位装好

2.1.4注意事项

（1）正确使用工具

（2）按顺序拆装，分类放置。

（3）不可损坏缸体、缸盖接合面；不要敲打其他接合面或主要机件。

（4）在活塞连杆组分解完毕后，应注意观察：连杆轴承结构及定位方法；活塞环的节后及形式、安装方向；活塞的结构及连杆的连接和安装方向等。

（5）曲轴飞轮组分解完毕后，应观察曲轴轴向定位装置、曲轴前端轴防漏装置、扭转减震器结构等。

2.3 主要零件拆卸过程中出现问题的处理方案

2.3.1活塞连杆组的拆卸注意

1. 不要直接用手拆卸活塞环；2. 拆连杆轴承时，应从光边一侧向带定位槽的一侧推动.

2.3.2曲轴飞轮组的拆卸注意

1. 必须按照规定的顺序拆卸凸轮轴轴承盖固定螺母；2.拆下的凸轮轴轴承盖、液力挺杆、气门必须按顺序放好，以便装复原位.

2.4 主要零件的测量（活塞内径）

    活塞零件拆卸后、清洗后进行实际尺寸的测量。首先分析活塞的主要尺寸，其主要尺寸是活塞的外径与内径，及活塞的高度。直径尺寸的测量，主要根据口的精度，一般精度用游标卡尺的内卡测量；若精度较高时，需用内径千分尺测量；在生产中，一般采用光滑极限量规进行检测。内径测量先用游标卡尺测量内口径，之后用千分尺测量内部小径，圆角用圆角规测量或游标卡尺。注意细节部分，在零件草图上标注完整尺寸。

2.5 主要零件的测量尺寸（图）

图1  曲轴尺寸

图2 活塞尺寸

图3 连杆尺寸

2.6 曲柄连杆机构的机构运动简图

图4 机构运动

运动构件数量：3     低副数量：4    高副数量：0 

局部自由度：1       复合铰链：0

局部自由度：F=3L-2Pl-Ph=1

2.7 本章小结

    通过对曲柄连杆机构的拆卸与测绘，使学生不仅知道了发动机的内部构造，而且还学会了如何正确使用测量的工量具，提高了学生的思考、动手操作的能力，培养了学生的团队合作精神，为学生在以后的工作学习打下了良好的基础。

第三章 曲柄连杆机构的数字建模与运动仿真

3.1 UG实体建模、特征建模功能简介

3.1.1 实体建模

    在UG中可以进行三维模型和三维模型草图设计、各种曲线的生成和编辑、扫描实体和旋转实体建模，以及参数化设计等实体建模工作。

3.1.2 特征建模

    UG特征建模模块提供了各种标准特征的设计，如：孔、键槽、腔体、方形、圆形、凸台、圆柱、方块、圆锥、球体、管道、杆、圆角和倒角等的设计，另外，特征扩展包括特征拉伸、特征旋转、特征扫描等。

3.2 UG模版图主要功能、制作过程及要求

    UG的模块按照功能分为CAD模块，CAM模块，CAE模块等，分别实现了目前制造行业中常规的工程技术，设计和绘图功能的自动化技术，NC辅助加工技术，机构运动和有限元分析技术等功能。

3.3 曲柄连杆机构建模流程

图5 建模流程图

   作图分析

↓

构建草图

↓

拉伸成型

↓

运用特征建模添加必要的特征

↓

3.4 曲柄、连杆、活塞的建模主要流程（说明、建模零件的三维插图）

（1）第一步分析测量的数据

（2）第二步进入草图环境画出曲轴重锤的草图模型

（3）第三步对重锤的草图模型进行拉伸操作

（4）第四步利用圆台特征添加曲轴的主轴径以及轴径

（5）第五步利用镜像特征镜像出重锤

（6）第六步利用复制特征复制第五步的图形

（7）第七步利用旋转特征旋转中间四个第四步的结构

（8）第八步作曲轴前端圆柱和孔及凸缘

图6曲轴

图7活塞

图8 连杆

3.5 UG装配方式简介（说明、三维插图）

    UG的装配是将零件进行组合和定位，建立部件之间的链接关系，通过关联条件在部件间建立约束关系来确定部件在产品中的位置，从而形成具有一定使用功能的产品。装配建模的过程实质上是建立组建装配关系的过程。在UG中，用户通过系统菜单命令[应用]/[装配]进入装配功能模块，此时系统将自动增加一个[装配]主菜单，通过它下面的相关菜单命令，就可以进行了。

添加部件

替换部件

重新定位部件

部件的抑制与释放

图9 曲柄连杆机构装配图

3.6 本章小结

    通过学习CAD/CAM软件，使学生了解了计算机软件的发展过程和当今社会对其的应用之广；使学生能够熟练掌握并运用UG软件制作零件三维立体图，并将零件组装成体，然后进行机构运动仿真。对学生以后的工作有很大的帮助。

第四章 工程图的输出

4.1 工程图生成的过程

    UG的工程图模块功能强大，也是一个相对的应用模块。它可以通过投影而得到基本视图，自动生成断面图、局部放大图、轴测图、向视图等辅助视图，还可以添加如半剖、阶梯剖、旋转剖和局部剖等常用的剖视图。

单击[应用程序]工具条中的[制图]按钮，系统进入制图环境。在主界面上有工程图专用的工具条。 

4.2 主要零件的技术要求标注

在主要零件中，连杆、活塞、曲轴我们需对其定型尺寸和定位尺寸的标注，在标注过程中需用到尺寸标注，尺寸标注中有多种结构的标注方法，我们要掌握其标注的方式，如水平标注、竖直标注、半径标注等。通过精确的标注，进一步使零件图纸更加接近实体零件，使其更加具有真实性。

活塞裙部圆度及圆柱度，圆柱度0.005—0.015mm，圆度0.10—0.20mm。活塞与汽缸的间隙配合，一般为0.02—0.04mm，活塞销和孔的配合间隙应符合标准。

图10曲轴工程图

图11活塞工程图

图12连杆工程图

4.3 本章小结

    本章主要介绍UG的从三维模型生成二维工程图的过程及技术要求标注。通过对工程图的生成，学生能够掌握机构立体到二维平面的过程，并注意标注时的技术要求，使学生的思维更加严谨，对每一个细节都要注意。

结  论

    本次实训是对曲柄连杆机构进行拆卸、测绘，并根据绘制草图运用UG软件进行建模、数字装配、运动方针，最后是工程图输出。在拆卸时要先拟定方案，正确使用工具；而测绘时，也要拟定方案、正确使用工具，对零件的每个部分要细心测量；运用UG软件数字建模，构造零件模型，之后组装成体；工程图的输出要有零件的技术要求标注。

通过四周的汽车实训训练，培养了学生完成一个工业项目的工作能力，通过文献检索、方案拟定、制定计划、实施计划及自我评价等过程，培养良好的团队精神。经历综合实训项目完整工作过程的训练，每个学生掌握了典型的汽车机构的测绘与三维数字建模应具备的核心能力和关键能力。掌握撰写技术方案、项目报告文档等能力。

    当然，在学习的过程中也遇到了很多的问题。刚开始时，测量工具不能正确使用、测量时数据不全、对软件不熟悉难操作、草图的绘制漏洞百出等问题。但我们在失败中总结，吸取经验，不断的从新开始。再加上老师不倦的教诲，很多问题也都迎刃而解了。

致  谢

    本综合实训项目是在王红军老师的悉心指导下完成的，他对本次实训工作倾注了大量的心血。四周来，王红军老师深厚的专业背景、严谨的治学态度、平易宽厚的人格作风使我受益匪浅。感谢您对我的悉心教诲，使我顺利地完成了实训任务，在实训任务完成之际，衷心感谢王红军老师对我的关心和培养！感谢我同组同学及同班同学的帮助和关心！最后向审阅技术报告的老师致以深深的谢意！

参考文献

1. 余文明.汽车构造与拆装.北京：中国电力出版社，2007.

2. 刘忠伟.公差配合与测量技术实训.北京：国防工业出版社，2007.

3. 成大先.机械设计手册（部分分册）.北京：化学工业出版社，2004.

4. 张真忠.汽车发动机实训.北京：北京理工大学出版社，2009. 

5. 康亚鹏.[UGNX4三维造型]基础教程（中文版）.北京：人民邮电出版社，2007.

6. 曹岩.UGNX4基础篇.北京：化学工业出版社，2008.

7. 王彦武.精通UGNX3基础入门篇（中文版）.北京：中国青年出版社，2006.

8. 徐春林.UGNX4 基础与应用教程（中文版）.北京：电子工业出版社，2007.

9. 河南省职业技术教育教学研究室.汽车发动机构造与维修.北京：大象出版社，2008.