發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸本科畢業(yè)設(shè)計(jì)-

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1、專業(yè)：農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào)： 0411100125 Hebei Normal University of Science & Technology 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目：基于三維軟件的汽車凸輪軸的參數(shù)化設(shè)計(jì)院（系、部）： 機(jī)電工程學(xué)院 學(xué) 生 姓 名： 趙壘 指 導(dǎo) 教 師： 鄭立新 職 稱 副教授 2014年05月24日河北科技師范學(xué)院教務(wù)處資料目錄資料目錄1.學(xué)術(shù)聲明1頁2.河北科技師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 頁3.河北科技師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 頁4.河北科技師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告 頁5.河北科技師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查表 頁6.河北科技師范學(xué)

2、院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯記錄表 頁7.河北科技師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績?cè)u(píng)定匯總表 頁8河北科技師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作總結(jié) 頁9其他反映研究成果的資料（如公開發(fā)表的論文復(fù)印件、效益證明等） 頁河北科技師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于三維軟件的汽車凸輪軸的參數(shù)化設(shè)計(jì)院（系、部）名 稱 ： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱： 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 趙壘 學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： 0411100125 指 導(dǎo) 教 師： 鄭立新 2013年 6月 3日河北科技師范學(xué)院教務(wù)處制學(xué)術(shù)聲明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真可靠。盡我所知，

3、除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于河北科技師范學(xué)院。本人簽名： 日期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 摘要摘要本設(shè)計(jì)在凸輪軸設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上利用PRO/E的參數(shù)化開發(fā)工具模塊PRO/PROGRAM編程功能實(shí)現(xiàn)凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)，這樣使設(shè)計(jì)人員只需要輸入必要的設(shè)計(jì)參數(shù)就可以草擬凸輪輪廓，并可以變動(dòng)某些約束參數(shù)而不必運(yùn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程來更新設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：凸輪軸設(shè)計(jì)；PROE ；PROGRAM；參數(shù)化 AbstractThis design is based on

4、the design of camshaft，and exploit the function in secondary development tools of PRO/PROGRAM in PRO/E to live up to Parametric designof cam，So the designer just input necessary Design parameters to draw the profile of cam，And you canchangesome restraint parameters instead ofthe whole processofprodu

5、ct designto update thedesignoperation。Keywords: Camshaft Design ；PRO/E ；PROGRAM ；ParametricIII目錄目 錄摘要IAbstractI1.緒論12凸輪軸的設(shè)計(jì)22.1凸輪軸的功用、工作條件要求22.1.1 凸輪軸的功用22.1.2 凸輪軸的工作條件要求22.2 凸輪軸的材料22.3 凸輪軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)22.4 凸輪軸的尺寸32.5 凸輪輪廓線的設(shè)計(jì)42.5.1 確定凸輪軸的轉(zhuǎn)速42.5.2 確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律42.5.3 確定推桿運(yùn)動(dòng)的基本參數(shù)42.5.4 確定凸輪的升程尺寸42.5.5 確定盤形凸輪從動(dòng)件

6、的形式52.5.6 確定滾子推桿盤形凸輪基圓半徑52.5.7 設(shè)計(jì)凸輪輪廓線的方法和計(jì)算72.5.8滾子半徑rr的確定123凸輪軸總體尺寸的確定133.1 確定凸輪軸軸頸的縱向尺寸133.2確定凸輪軸上鍵槽的尺寸133.3確定凸輪軸鏈輪螺栓孔參數(shù)144 凸輪軸實(shí)體模型的建立144.1 凸輪實(shí)體模型建立144.2 建立凸輪軸的實(shí)體模型154.2.1 確定凸輪之間的角度關(guān)系154.2.2凸輪軸實(shí)體模型建立過程155凸輪模型實(shí)體的參數(shù)化185.1 解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓線185.2 Pro/Program 程序設(shè)計(jì)215.3 凸輪輪廓的參數(shù)化步驟226 凸輪軸實(shí)體的參數(shù)化24結(jié)束語26參考文獻(xiàn)27致謝2

7、7河北科技師范學(xué)院2014屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1.緒論在現(xiàn)代社會(huì)，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(dòng)機(jī)是汽車的心臟，其性能對(duì)汽車的整車性能有決定性的影響。凸輪軸是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)里的一個(gè)必不可少的部件，凸輪軸（camshaft）定義：凸輪軸是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)里的一個(gè)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(gè)凸輪用于驅(qū)動(dòng)氣門。凸輪軸的一端是軸承支撐點(diǎn)，另一端與驅(qū)動(dòng)輪相連。雖然在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)里凸輪軸的轉(zhuǎn)速是曲軸的一半（在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中凸輪軸的轉(zhuǎn)速與曲軸相同），不過通常它的轉(zhuǎn)速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此設(shè)計(jì)中對(duì)凸輪軸在強(qiáng)度和支撐方面的要求很高，其材質(zhì)一般是特種鑄鐵，偶

8、爾也有采用鍛件的。由于氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律關(guān)系到一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)轉(zhuǎn)特性，因此凸輪軸設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中占據(jù)著十分重要的地位。早期的凸輪軸設(shè)計(jì)是相當(dāng)復(fù)雜和困難的，用解析法求凸輪輪廓曲線的計(jì)算雖然很準(zhǔn)確但計(jì)算量相當(dāng)大；耗時(shí)也相當(dāng)長。而用圖解法的話雖然能減少計(jì)算量但做出來的圖形不太精確，只能勉強(qiáng)滿足那些對(duì)精度要求不高的機(jī)械產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步；計(jì)算機(jī)在凸輪軸的設(shè)計(jì)研發(fā)方面發(fā)揮了巨大的作用。比如：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)凸輪輪廓，它不僅能迅速地確定凸輪輪廓上各點(diǎn)坐標(biāo)值，而且能在屏幕上生成輪廓，可隨時(shí)修改設(shè)計(jì)參數(shù)，從而得到最佳設(shè)計(jì)方案。其實(shí)上面所說的就是參數(shù)化設(shè)計(jì)的雛形；參數(shù)化的研究將有助于凸輪軸設(shè)計(jì)的簡化。

9、參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種使用幾何參數(shù)快速構(gòu)造和修改幾何模型的造型方法, 采用參數(shù)化模型可以通過調(diào)整參數(shù)來修改和控制幾何形狀。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比, 最大的不同在于它存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過程, 不僅能設(shè)計(jì)出一族而不是單一的產(chǎn)品模型。而且能夠使工程設(shè)計(jì)人員不需要考慮細(xì)節(jié)而能盡快草擬出零件圖, 并通過變動(dòng)某些約束參數(shù)來更新設(shè)計(jì)。PRO/E是集CAD/CAM為一體的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，同時(shí)也是被當(dāng)今世界廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件，廣泛應(yīng)用于航空、汽車、造船等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)中應(yīng)用此軟件構(gòu)建凸輪軸的三維模型，并通過其PRO/PROGRAM塊建立了發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的參數(shù)化模型。2凸輪軸的設(shè)計(jì)2.1凸

10、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(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要零件，它對(duì)各氣缸的進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉起控制作用，同時(shí)，對(duì)于下置式的汽油機(jī)還可以用來驅(qū)動(dòng)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(huì)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(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)的末端，因此潤滑系統(tǒng)不容樂觀，這樣會(huì)造成凸輪軸的異常磨損。2.2 凸輪軸的材料由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，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(yīng)耐磨，凸輪軸本身應(yīng)具有足夠的韌性和剛性。為此，凸輪軸的主要工作表面需經(jīng)

11、熱處理。因?yàn)橥馆嗇S在加工時(shí)需要較強(qiáng)的加工性和經(jīng)濟(jì)性,并且對(duì)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 凸輪軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(dòng)機(jī)的凸輪軸結(jié)構(gòu)大同小異，主要差別在于安裝位置，凸輪的數(shù)目和形狀尺寸不同。特別是凸輪軸的安裝位置，被認(rèn)為是區(qū)別發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造和性能的重要標(biāo)志。發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的安裝位置分為下置，中置，頂置三種形式，本設(shè)計(jì)采用單頂置式凸輪軸（SOHC）設(shè)計(jì)。2.4 凸輪軸的尺寸 如圖可知本次設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)的四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī).總長L=483mm。2.5 凸輪輪廓線的設(shè)計(jì)2.5.1 確定凸輪軸的轉(zhuǎn)速由于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速的一半

12、兒；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r=6000r/min，所以額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。2.5.2 確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律根據(jù)教材機(jī)械原理第七版中第九章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)的第二節(jié)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可確定本設(shè)計(jì)中的推桿為正弦加速度運(yùn)動(dòng)，主要是為了避免推桿在運(yùn)動(dòng)中發(fā)生沖擊；不僅如此，發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的轉(zhuǎn)速較高（額定轉(zhuǎn)速為3000r/min）其它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律均存在柔性沖擊，而正弦加速運(yùn)動(dòng)因?yàn)闆]有加速度突變的現(xiàn)象，故不存在柔性沖擊，具有較好的運(yùn)動(dòng)性能，因此可在高速下應(yīng)用。當(dāng)推桿的加速度按正弦規(guī)律變化時(shí)，其推程的運(yùn)動(dòng)方程式為： 公式（2-1） 公式（2-2） 公式（2-3）(為凸輪轉(zhuǎn)角，s為推桿位移，為推程運(yùn)動(dòng)角，h 升程）

13、當(dāng)推桿的加速度按正弦規(guī)律變化時(shí)，其回程的運(yùn)動(dòng)方程式為：S回= hS推 （2-4）； V回= V推 （2-5）； 回= 推 （2-6）2.5.3 確定推桿運(yùn)動(dòng)的基本參數(shù)根據(jù)教材機(jī)械原理第七版中第九章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)的第二節(jié)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的基本特點(diǎn)。將推程運(yùn)動(dòng)角0定為82；遠(yuǎn)休止角01定為0；回程運(yùn)動(dòng)角0定為82；近休止角02定為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(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此對(duì)凸輪的升程尺寸要求是非常嚴(yán)格的。在測(cè)量凸輪外形時(shí)，排氣凸輪左側(cè)和進(jìn)氣凸輪右側(cè)在056范圍內(nèi)升程誤差不大于0.055mm（但在零時(shí)，誤差不允許超過0.027mm），且在每5

14、范圍內(nèi)，相鄰升高量誤差的差數(shù)不得大于0.04mm；在5782范圍內(nèi)，誤差不允許超過0.025mm。且在每3范圍內(nèi)，相鄰升高量誤差的差數(shù)不大于0.015mm，排氣凸輪右側(cè)和進(jìn)氣凸輪左側(cè)在054范圍內(nèi)，升程誤差不大于0.037mm，且在每5范圍內(nèi)，相鄰升高量誤差的差數(shù)不得大于0.04mm；在5582范圍內(nèi)，升程誤差不允許大于0.027mm，且在每3范圍內(nèi)，相鄰升高量誤差的差數(shù)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(dòng)件的形式 從動(dòng)件的主要形式有：滾子從動(dòng)件；平底從動(dòng)件和尖端從動(dòng)件。 圖 2-1由上圖可以確定本設(shè)計(jì)采用滾子式推桿盤形凸輪。2.5

15、.6 確定滾子推桿盤形凸輪基圓半徑根據(jù)教材機(jī)械原理第七版中第九章凸輪機(jī)構(gòu)第四節(jié)：對(duì)于直動(dòng)推桿許用壓力角=30 圖 2-2 對(duì)于一定形式的凸輪機(jī)構(gòu)，在推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律選定之后，該凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與凸輪基圓半徑的大小直接相關(guān)。由圖2-2所示，由于推桿和凸輪在接觸點(diǎn)處的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度只能沿接觸點(diǎn)處的公切線 t-t 方向，從而有 v2=v1tan=（r0+s）tan 即 r0= v2 (tan) - s ( 2-7 ) 式中，r0為凸輪的基圓半徑，s為推桿位移量。當(dāng)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律給定后，對(duì)應(yīng)于凸輪的某一轉(zhuǎn)角的v2、s及均為已知常數(shù)。由式（2-7）可知，若使凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角減小，勢(shì)必要增大凸輪的基圓半徑，即要增

16、大凸輪機(jī)構(gòu)尺寸，對(duì)機(jī)構(gòu)緊湊性不利；反之，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)受力又不利。為了處理這一矛盾，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，在保證 max 的前提下，適當(dāng)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(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)；其行程h=13mm，推程運(yùn)動(dòng)角=50，推桿按正弦加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，=30，確定r0 . 具體做法：在圖b中把 max=30和=50的兩點(diǎn)以直線相連，交正弦加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的標(biāo)尺于0.28處，所以，根據(jù)h/ r0=0.28和h=13mm，即可求得凸輪的基圓半徑r046.4mm。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，凸輪的基圓半徑r0的確定，不僅要滿足 max；還要考慮到凸輪的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度。所以，通常由經(jīng)驗(yàn)公式r0

17、=R（=11,6）；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(shè)計(jì)R定為17.2mm。按照上面的例子；本設(shè)計(jì)中行程h=10.3210mm，推程運(yùn)動(dòng)角=82；在圖b中將 max=30和=82兩點(diǎn)直線相連，交正弦加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的標(biāo)尺于0.4處，所以確定r0=25.8mm。帶入經(jīng)驗(yàn)公式r0=R中得=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(shè)計(jì)凸輪輪廓線的方法和計(jì)算凸輪輪廓線的設(shè)計(jì)方法有圖解法和解析法兩種。圖解法直觀清晰，但誤差較大，適用于設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的基本原理。解析法是列

18、出凸輪廓線方程，通過大量的計(jì)算求得輪廓線上一系列點(diǎn)的坐標(biāo)值，由于計(jì)算量相當(dāng)大，所以這種方法適合在計(jì)算機(jī)上計(jì)算，并在數(shù)控機(jī)床上加工凸輪輪廓。其實(shí)這兩種設(shè)計(jì)方法的基本原理是相同的即都是基于反轉(zhuǎn)法原理來設(shè)計(jì)的。下面對(duì)此原理加以介紹。圖3.2.1-1所示為尖頂對(duì)心直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪以角速度繞軸O逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推桿在凸輪的推動(dòng)下沿導(dǎo)路（機(jī)架）做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)假設(shè)給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度，使其繞軸心O回轉(zhuǎn)，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，這時(shí)凸輪與推桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并未改變，但此時(shí)凸輪已“靜止不動(dòng)”，而推桿一方面隨其導(dǎo)路以角速度繞軸心順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)（即所謂反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）；一方面又在導(dǎo)路內(nèi)作預(yù)期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)

19、。這樣，推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)采用圖解法+反轉(zhuǎn)法來設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線。對(duì)此方法的具體介紹：在設(shè)計(jì)滾子推桿凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線時(shí)，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(fù)合運(yùn)動(dòng)中的軌跡（理論廓線），然互以理論廓線上一系列點(diǎn)為圓心，以滾子半徑rr為半徑作一系列的圓，再作此圓族的包絡(luò)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0線，而線則為凸輪的工作廓線（又稱實(shí)際廓線）。 介紹完理論和方法后，下面進(jìn)行凸輪廓線的設(shè)計(jì)計(jì)算：由公式（2-1）： （推

20、程階段）和公式（2-4）： S回= h-S推 （回程階段）根據(jù)之前確定的推程角0=82；回程角0=82。所以有：a 推程階段 公式（2-8） 1=0，82b. 回程階段 公式（2-9） 2=0，82取計(jì)算間隔為2將以上各相應(yīng)值帶入公式計(jì)算凸輪輪廓上各點(diǎn)的升程值。排氣凸輪左側(cè)（進(jìn)氣凸輪右側(cè)）推程曲線表2-11（ ）升程（mm）1（ ）升程（mm）1（ ）升程（mm）00.0000282.6952567.965620.0151303.0495588.289040.0605323.4162608.593960.1357343.7931628.878880.2405364.1780649.141810

21、0.3741384.5687669.3814120.5358404.9628689.5963140.7247425.3582709.7852160.9396445.7523729.9469181.1792466.14307410.0805201.4422486.52797610.1853221.7271506.90487810.2605242.0321527.27158010.3059262.3554547.62588210.3210排氣凸輪右側(cè)（進(jìn)氣凸輪左側(cè)）回程曲線表2-22（ ）升程（mm）2（ ）升程（mm）2（ ）升程（mm）010.3210287.6258562.3554210.3

22、059307.2715582.0321410.2605326.9048601.7271610.1853346.5279621.4422810.0805366.1430641.1792109,9469385.7523660.9396129.7852405.3582680.7247149.5963424.9628700.5358169.3814444.5687720.3741189.1418464.1780740.2405208.8788483.7931760.1357228.5939503.4162780.0605248.2890523.0495800.0151267.9656542.69528

23、20.0000依據(jù)以上數(shù)據(jù)并借助PROE繪圖軟件。最終得到了凸輪一側(cè)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(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及凸輪輪廓曲線的形狀等多方面因素。本設(shè)計(jì)主要考慮凸輪輪廓曲線與滾子半徑的關(guān)系。因?yàn)闈L子從動(dòng)件凸輪的實(shí)際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點(diǎn)為圓心作一系列滾子圓的包絡(luò)線而形成。所以，如果滾子選擇不當(dāng)，則無法滿足運(yùn)動(dòng)規(guī)律。凸輪輪廓曲線分為內(nèi)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(shí)際廓線，b為理論廓線。對(duì)于內(nèi)凹的凸輪輪廓線（圖a）實(shí)際廓線的曲率半徑a等于理論廓線的曲率半徑與滾子半徑rr之和，即a=+rr。

24、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(duì)于外凸的凸輪輪廓曲線，有a=rr。所以，如果=rr，則實(shí)際廓線的曲率半徑為零，于是實(shí)際廓線出現(xiàn)了尖點(diǎn)。如圖2-5-8c所示，這種現(xiàn)象叫做變尖現(xiàn)象。凸輪輪廓在尖點(diǎn)處很容易磨損。而如圖2-5-8d所示，如果rr，為此通常取rr0.8min。另一方面，滾子的尺寸還要受其強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的限制，所以不能做的太小。否則還會(huì)增大滾子與凸輪之間的接觸應(yīng)力，為此通常取rr=（0.10.5）r0。根據(jù)曲線的曲率半徑的計(jì)算公式： =dx2 1+（dy/dx）23/2 d2y可用求極值的方法結(jié)合輪廓線的坐標(biāo)值。求得min=6

25、.351mm一般要求min不應(yīng)小于15mm。固滿足要求。又因?yàn)橥ǔＨr0.8min，固有 rr5.08mm，結(jié)合rr=（0.10.5）r0，這里取rr=0.15 r0=3.875.08mm，所以滿足設(shè)計(jì)要求。3凸輪軸總體尺寸的確定由于之前已經(jīng)給出了凸輪軸各個(gè)結(jié)構(gòu)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(shù)。3.1 確定凸輪軸軸頸的縱向尺寸因?yàn)橥馆嗇S是通過凸輪軸軸頸支承在凸輪軸軸承孔內(nèi)的，因此凸輪軸軸頸數(shù)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(shí)將發(fā)生彎曲變形，這會(huì)影響配氣定時(shí)。從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)。因此本設(shè)計(jì)采用5個(gè)軸頸來增強(qiáng)凸輪軸的

26、剛度。為了便于凸輪軸的安裝與拆卸，應(yīng)該使凸輪軸軸頸縱向尺寸（即直徑）從傳動(dòng)齒輪這邊依次減小。假設(shè)d1、d2、d3、d4、d5分別表示凸輪軸的5個(gè)軸頸且依次遠(yuǎn)離安裝傳動(dòng)齒輪的一邊。結(jié)果表3-1表3-1軸頸名稱直徑d（mm）d158.05d257.85d357.65d457.45d557.253.2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(zhuǎn)矩。本設(shè)計(jì)采用半圓形鍵。固只需確定半圓形鍵槽的尺寸即可。根據(jù)凸輪軸R=16.7mm，并且鍵傳遞轉(zhuǎn)矩。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)半圓鍵尺寸。確定鍵的公稱尺寸bhd1=101332。b：鍵的寬度，h：鍵的高度，d1：鍵的圓弧半徑。確定鍵槽

27、的寬度b=10mm，鍵槽的深度t=10mm。長度L=30mm。進(jìn)而得鍵槽弧半徑為16.25mm。3.3確定凸輪軸鏈輪螺栓孔參數(shù)由于正時(shí)鏈輪與凸輪軸是通過螺栓進(jìn)行連接的，在凸輪軸上安裝正時(shí)鏈輪時(shí)，使正時(shí)鏈輪上的螺孔與凸輪軸上的螺孔對(duì)正，確保正時(shí)箭頭，圓點(diǎn)和有顏色標(biāo)記的鏈節(jié)在適當(dāng)?shù)奈恢?，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(yīng)力等因素本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)螺紋孔M81.25。4 凸輪軸實(shí)體模型的建立凸輪軸由若干個(gè)凸輪經(jīng)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(diào)整一定的角度即可完成凸輪軸的實(shí)體模型的建立。4.1 凸輪實(shí)體模型建立 根據(jù)從動(dòng)件的升

28、程數(shù)據(jù)在繪圖界面找到凸輪輪廓上各個(gè)點(diǎn)。然后點(diǎn)擊繪圖樣條曲線 命令。連接以上各點(diǎn)即可得到凸輪一側(cè)的輪廓線。然后再點(diǎn)擊按鈕，即可得到另一側(cè)的輪廓線。至此整個(gè)凸輪輪廓線繪制完成。點(diǎn)擊，完成草繪。之后再點(diǎn)擊拉伸命令，對(duì)草繪內(nèi)容進(jìn)行拉伸來得到三維實(shí)體，如下圖：4.2 建立凸輪軸的實(shí)體模型4.2.1 確定凸輪之間的角度關(guān)系由于進(jìn)氣凸輪與排氣凸輪互成一定的角度，所以在建立實(shí)體模型前需要確定彼此之間的夾角。根據(jù)曲軸連桿頸的位置；確定每相鄰的進(jìn)氣凸輪之間的夾角應(yīng)為90；同理；相鄰排氣凸輪之間的夾角也為90。工廠試驗(yàn)室試驗(yàn)得出：相鄰的進(jìn)氣凸輪與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(jìn)氣過程有序的

29、進(jìn)行，不能使曲軸上的連桿頸在同一個(gè)位置受兩方向的力的原理。本此設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸共有4對(duì)進(jìn)排氣凸輪，它們按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。工作順序?yàn)?342。4.2.2凸輪軸實(shí)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(shí)體模型上使其旋轉(zhuǎn)一定角度生成另一個(gè)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(jìn)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(diǎn)擊使用按鈕，這樣就可以把凸輪的各個(gè)邊顯示出來。然后選中凸輪的各個(gè)邊再點(diǎn)擊按鈕，以中心線為鏡面即可以生成與前一個(gè)凸輪成72夾角且同樣的凸輪輪廓。如下圖再點(diǎn)擊修剪命令，將前

30、一個(gè)凸輪廓線完全刪除，點(diǎn)擊完成草繪。然后進(jìn)入拉伸界面。點(diǎn)擊拉伸命令，輸入拉伸深度值20。最終生成的實(shí)體如下圖所示。至此第一缸的一對(duì)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(shí)體的參數(shù)化要使凸輪模型參數(shù)化，只能利用凸輪的輪廓線參數(shù)方程，結(jié)合從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程來建立凸輪的輪廓線。利用PROE中PROGRAM功能實(shí)現(xiàn)凸輪的基圓半徑r0和厚度width的參數(shù)化。而通過改變工具欄中的關(guān)系參數(shù)可以生成新的凸輪輪廓。5.1 解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓線 本設(shè)計(jì)是尖頂對(duì)心直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，其廓線的參數(shù)方程為： x=（s0+s）sin (5-1) y=（s0+s）

31、cos (5-2)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇簡諧運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程為：推程 s1=h/2(1-cos(/) (5-3) 回程 s2=h/2(1+cos(/) (5-4)基于以上公式和之前確定的數(shù)據(jù)。以proe 5.0為例，新建一零件，打開工作界面后，點(diǎn)擊右邊特征欄中的“插入基準(zhǔn)線”在菜單管理器中選擇【從方程】【完成】;設(shè)置坐標(biāo)系為【笛卡爾】后進(jìn)入記事本對(duì)話框，輸入方程如圖所示：輸入完方程后，點(diǎn)擊文件“保存”按鈕；之后退出記事本。出現(xiàn)如圖所示點(diǎn)擊“確定”。生成如下圖所示的一部分凸輪廓線。點(diǎn)擊“草繪”按鈕，通過“鏡像”命令得到另一側(cè)回程段的輪廓線。點(diǎn)擊按鈕點(diǎn)選上一步創(chuàng)建的推程和回程曲線。再以原點(diǎn)為圓心

32、繪制出遠(yuǎn)休止段和近休止弧段得到封閉的凸輪輪廓。如下圖所示：點(diǎn)擊完成草繪。再選擇“拉伸”命令，得到實(shí)體如下圖5-1所示圖5-1至此參數(shù)化凸輪的制作就完成了。5.2 Pro/Program 程序設(shè)計(jì) 打開凸輪模型，點(diǎn)擊選擇，在彈出的菜單管理器中選擇“編輯設(shè)計(jì)”的“從模型”，如圖：系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開Program記事本。如下圖為本設(shè)計(jì)凸輪的Program部分內(nèi)容：在PRO/E系統(tǒng)中, 零件的參數(shù)化控制過程主要是通過對(duì)參數(shù)的選取與賦值來完成。參數(shù)的賦值在PROPROGRAM程序內(nèi)的INPUT段中添加代碼來實(shí)現(xiàn)，段中允許定義各種參數(shù)，在程序文件RELATION段中建立參數(shù)關(guān)系式，確定獨(dú)立參數(shù)與關(guān)聯(lián)參數(shù)之問的

33、關(guān)系。程序如下： INPUT R0 NUMBER/*/*/*輸入凸輪基圓半徑/*/*/* WIDTH_NUMBER/*/*/*輸入凸輪的厚度/*/*/*END INPUTRELATIONS D0=R0 D3=WIDTHEND RELATIONS以下是根據(jù)作圖的步驟自動(dòng)生成的程序，由于前面已經(jīng)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(shù)化，下面講解凸輪輪廓線的參數(shù)化。5.3 凸輪輪廓的參數(shù)化步驟 打開凸輪模型，點(diǎn)擊選擇“關(guān)系”下拉菜單中的“特征”。如下圖：然后點(diǎn)選左邊“模型樹”中“曲線標(biāo)識(shí)39”，在關(guān)系菜單中會(huì)自動(dòng)生成該曲線的方程；也就是之前輸入的

34、參數(shù)化方程。如下圖：現(xiàn)在改變升程h=19；點(diǎn)擊“確定”之后退回到凸輪模型界面。然后點(diǎn)擊菜單欄中的“編輯”，“再生”命令。出現(xiàn)“菜單管理器”后選擇“當(dāng)前值”。系統(tǒng)將自動(dòng)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(xiàn)凸輪的升程比之前大了很多。至此真正實(shí)現(xiàn)了凸輪的參數(shù)化。6 凸輪軸實(shí)體的參數(shù)化打開凸輪軸實(shí)體模型，點(diǎn)擊選擇“程序”出現(xiàn)菜單管理器，選擇“編輯設(shè)計(jì)”和“自文件”如圖：進(jìn)入記事本后輸入如下程序：INPUTD NUMBER/*/*/*輸入凸輪軸直徑/*/*/* RB NUMBER/*/*/*輸入凸輪基圓半徑/*/*/* WIDTH NUMBER /*/*/*輸入凸輪的厚度/*/*

35、/* END INPUTRELATIONSD0=RBD3=WIDTHD25=DD47=DD69=DD107=DD130=DD160=DD187=DD193=DD199=DD206=DD267=DD197=0.2*DD200=0.2*DD202=0.2*DD213=0.2*DD266=0.2*DD207=0.41*DD26=0.41*DD70=0.41*DD131=0.41*DD188=0.41*DD194=0.41*DD8=0.11*DD48=0.11*DD108=0.11*DD161=0.11*DD268=0.814*DEND RELATIONS輸入完上述程序，保存。下面對(duì)凸輪軸參數(shù)化演示：

36、如下圖是參數(shù)化之前的凸輪軸D=34.4。圖6-1輸入完上述程序保存后，會(huì)出現(xiàn)下面的對(duì)話框 ： 選擇“是”后會(huì)出現(xiàn)如下圖所示的選擇框：點(diǎn)擊“輸入”。點(diǎn)擊“完全選取”后出現(xiàn)：輸入D的新值50。點(diǎn)擊“打勾”按鈕。系統(tǒng)將自動(dòng)生成新的凸輪軸如下圖6-2圖6-2本設(shè)計(jì)先通過解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線來實(shí)現(xiàn)凸輪實(shí)體的參數(shù)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)凸輪軸實(shí)體的參數(shù)化。所以說凸輪的參數(shù)化是凸輪軸參數(shù)化的關(guān)鍵，同時(shí)也是本設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。結(jié)束語本次設(shè)計(jì)通過兩種方法設(shè)計(jì)了凸輪輪廓曲線。圖解法是根據(jù)升程公式計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的升程值。然后用樣條曲線進(jìn)行連接來得到凸輪的大致輪廓線。解析法是利用算機(jī)輔助設(shè)計(jì)凸輪輪廓，利用PROE中Pro/pr

37、ogram的編程功能不僅能迅速地確定凸輪輪廓上各點(diǎn)坐標(biāo)值，而且能在屏幕上生成輪廓，可隨時(shí)修改設(shè)計(jì)參數(shù)，從而得到最佳設(shè)計(jì)方案，這已經(jīng)是參數(shù)化設(shè)計(jì)的雛形了。但本次設(shè)計(jì)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(shí)候會(huì)出現(xiàn)特征未生成的情況，所以它的實(shí)體模型變動(dòng)范圍受到了限制。為此，我有幾點(diǎn)提議，可不可以通過從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方程建立從動(dòng)件的升程曲線圖。橫坐標(biāo)是轉(zhuǎn)動(dòng)角度（0360）結(jié)合PROE中可變截面掃描的功能。可以掃描出整個(gè)凸輪實(shí)體，這樣就能實(shí)現(xiàn)凸輪的完全參數(shù)化。由于筆者能力有限，望有才之士不吝賜教。參考文獻(xiàn)1 管榮法，湯從心.凸輪與凸輪機(jī)構(gòu)基礎(chǔ).北京：國防工業(yè)出版社，1

38、985.2 徐國斌. Pro/ENGINEER Wildfire 在企業(yè)中的實(shí)施與應(yīng)用.北京:機(jī)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(xué)位論文.大連：大連理工大學(xué)，2005.4 二代龍震工作室.Pro/TOOLKIT Wildfire 2.0插件設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2005，1，910.5 李世國.Pro/TOOLKIT 程序設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003，7.6 必備資料+內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)師手冊(cè)，http:/ 7 朱新云,顧寄南. 基于PRO/E三維模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)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

39、零件參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007 (1)9 W.J.Ding,Engineering Design of Heat Exchangers Based on pro/e ModelingJ.Mechanical Science and Technology,2006(12).10蔣芳,吳喜驪. 基于PRO/E的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì) 新技術(shù)新工藝,2009,(04).11孫恒，陳作模 葛文杰，機(jī)械原理，西安，西北工業(yè)大學(xué)，第七版，2005（12）12 陳世榮. 基于PRO/PROGRAM的電源機(jī)箱參數(shù)化快速設(shè)計(jì)J. 電子,2010,(05)致謝本次設(shè)計(jì)是在鄭立新老師的指導(dǎo)下完成的。在此對(duì)鄭

40、老師表示衷心的感謝。鄭老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)精神使我深受鼓舞，在鄭老師的指導(dǎo)下，秉著“敏學(xué)”，“修身”“樂業(yè)”，“創(chuàng)新”的校訓(xùn)，使我克服重重障礙完成了本次設(shè)計(jì)。在四年的大學(xué)生活中得到了許多老師的耐心幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！當(dāng)然我的同學(xué)也給我提供了諸多幫助，尤其是高昆同學(xué)給我的三維圖提出了寶貴的修改建議，是我對(duì)PROE軟件的功能有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。在此，感謝給我的設(shè)計(jì)提出寶貴建議的同學(xué)們。感謝這四年來教過我的老師們。是你們教會(huì)我該怎么學(xué)習(xí)，怎么過好這寶貴的四年，怎么用知識(shí)武裝自己，這都會(huì)為以后進(jìn)入社會(huì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我會(huì)永遠(yuǎn)記得你們。同時(shí)，我要向百忙之中抽時(shí)問對(duì)我畢業(yè)論文進(jìn)行批閱、評(píng)議和參與我論文答辯的各位老師表示感謝!29