基于Pro／E工程机械6缸发动机虚拟设计与分析

运动 分析 ，对连杆 部件进行 有限元分析 ，实现 了装 配干 涉检验 和零部件 结构优 化 ，获得 了运动部 件运 动特性 参 数 ，连杆部件 的应 力、位 移以及 固有频率和振 型 ，从而在 无需物理 样机 情况 下提 前发现 并解 决设 计 中存 在 的问
题 ， 降低 开发 成本 。
设 计是 指 先建模 各 零件 ，然 后装 配成 产 品 ，用 于 有 现 有产 品可 参 考 的场合 。 自顶 向下 设 计 则 是 先 创 建 产 品总体 结 构 ，然后再 进行 详 细设计 ，因而符 合 全新产 品的 设计 规 律 。工 程 机械 用 直 列 ６缸 水 冷 ６ １ ０ ５发 动
发 动机 是工程 机 械 的核 心 。传 统 发 动 机设 计 一 般 需 经历 产 品设 计 、样 机 试 制 、性 能 测 试 、改 进 等 阶
段 ，设计周期较长 。此外 ，发动机设计涉及到多方 面知识 ，传统设计在设计方案选择 ，结构与性能优化 和设 计效 率方 面存 在较 多 问题 。为此 ，有 必要 将 Ｃ Ａ Ｄ技术 、虚拟 设 计 技术 等 先 进设 计 方 法 与手 段 应 用 于
机属 于较 成熟 产 品 ，其结 构 布置 相对 固定 ，设 计 时 一 般有 现有 同 系列 产 品 可参 考 ，所 以不 需 要 在 概 念设 计上 做较 多工 作 ，可 直 接 以 自底 向上 方 法 为 主进 行 虚 拟 设 计 。６ １ ０ ５发 动 机 虚 拟设 计 与 分 析 流 程 如 图 １
发动 机设 计过 程 ，用虚 拟样 机代 替 物理 样 机 对设 计 方 案 进 行 验 证 分 析 ，从 而 提 高设 计 质 量 和效 率 ，降低
设 计 成本 。
虚拟 设计 是指 借助 于 软 件 系 统 在 计算 机 中 建立 机械 系 统 的 三维 模 型 ，并 对 系统 及 零 部 件 进 行 刚度 、 强度 、固有频 率 、运动 特性 等方 面 的分 析 ，从 而 能 以较 高 的置 信 度 预 测产 品在 使 用 中的 性 能 ，并 对 分 析 中发 现 的问题 及早 解决 ，提 高产 品研 发质量 ，缩短研 发 周期 Ｅ － ２ １ 。
１ 发 动机 虚拟设计 研究现 状
目前 ，在 发动 机虚 拟设 计方 面较 多 研 究 只针 对 发 动 机 某 一 部 分结 构 建 立 三 维模 型并 分 析 。如 ：对 发 动机 曲柄 连杆 机构 、配 气 机 构 建 立 仿 真模 型并 分 析 以 获得 运 动参 数 ；对 发 动机 缸 体 、冷 却 水 道 、连 杆 、
活塞建 立仿 真模 型 并分 析 以进行结 构优 化等 ｊ 。较 少研 究针 对工 程机 械用 发动 机整 机建 立三 维数 字 模 型 并 分析 。虚拟设 计 需借 助于 软件 系 统 实 现 。多数 研 究 采 用 Ｃ Ａ Ｄ软件 （ 如Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ、Ｕ Ｇ） 、动 力 学 分 析 软件
各 阶段数 据缺 乏关 联性 ，若 需在 分析 阶段 修改 模 型数 据 ，往 往需 要 回到 Ｃ ＡＤ系统 中修 改 ，之后 数 据 重 新
导入 分析 软件 ，效 率较 低 。
２ 基于 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ的发动机 虚拟设计
Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ环境 下产 品设 计 可采 用 自底 向上 （ Ｂ ｏ ｔ ｔ ｏ ｍ． ｕ ｐ ） 或 自顶 向下 （ Ｔ ｏ ｐ — Ｄ ｏ ｗ ｎ ） 方 法 进 行 。 自底 向上
第２ ７卷
第 ２期
洛 阳理 工 学 院学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｌ ｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
关键词 ：６缸发动机 ；虚拟设计 ；Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ；运动分析 ；有限元分析
ＤＯＩ ： １ ０． ３ ９６ ９ ／ｉ ．ｉ ｓ ｓ ｎ ．１ ６ ７ ４—５ ４ ０３． ２ ０１ ７． ０２． ０１ ５
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｈ１ ２ ２
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１ ６ ７ ４— ５ ４ ０ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２— ０ ０ ５ ２—０ ４
所 示
收稿 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ４—１ ０
作者简介 ：常云朋（ １ ９ ７ ４一） ， 女， 河南偃师人 ， 硕 士， 副教授 ， 主要从 事辅助设计与制造方面 的研 究
基 金 项 目 ：河 南省 教 育厅 自然科 学研 究 项 目（ ２ ０ ０ ９ Ｂ ４ ６ ０ ０ ０ ８ ） ．
Ｖ０ １ ＿ ２ ７ Ｎ０ ． ２
２ ０ １ ７年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ７
基于 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ 工 程 机 械 ６缸 发 动 机 虚 拟 设 计 与 分 析
常 云 朋
（ 洛 阳理 工学院 机械 工程学院 ，河南 洛 阳 ４ ７ １ ０ ２ ３ ）
摘
要 ：提 出 了一 种 基 于 Ｐ ｒ ０ ／ Ｅ软 件 的 发 动 机 虚 拟 设 计 方 法 。通 过 对 创 建 的 ６ １ ０ ５发 动 机 虚 拟 样 机 进 行 模 型 分 析 、
（ 如Ａ Ｄ Ａ ＭＳ ） 和有 限元分 析软 件 （ 如Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ）相 结合 的 方式 。由于 产 品 的三维 建 模 、运 动仿 真 和 有 限元 分析 分别 基 于相互 独立 的软 件 系统 ，在软 件之 间需 要进 行 数 据 的导 入 与导 出 ，易 于造 成 数 据 丢失 。此外 ，
／ Ｅ工 程 机 械 ６缸 发动 机 虚 拟设 计 与 分 析
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１ ６ １ ０ ５发 动 ｊ ９ ｌ 虚 拟 设 计 流 程