三维CAD软件应用技术课程设计指导书

三维CAD软件应用技术课程设计指导书题目：院（部）：专业：班级：学生姓名：指导教师：完成日期：三维CAD实训任务书一、目的：通过本次设计，使学生进一步学习汽车发动机产品CAD设计基本方法，了解软件间的数据传递交换等运用，巩固和和掌握三维CAD设计应用技术的基本内容和基本知识，灵活使用Pro/E软件完成复杂零件的建模、组件的装配和工程图设计，为以后的工作打下坚实的基础。

同时培养学生的创新意识、工程意识和动手能力。

二、基本任务：结合各人已完成机械材料力学、机械原理等课程设计成果，综合应用Pro/E软件完成某发动机曲柄连杆机构实体造型及工程图设计。

课程设计时间：1周。

按学号顺序每5人一组进行课程设计，每组完成一套曲柄连杆机构和配气机构的三维模型、装配与工程图设计。

完成设计说明书一份。

三、设计内容及要求1）曲柄连杆机构及配气机构零部件三维造型设计。

建模必须依据图纸表达出零件的主要外形特征与内特征，对于细部结构，也应尽量完整的表达。

2）应用工程图模块转化生成符合国家标准二维工程图。

装配图上应标注外形尺寸、安装尺寸、装配尺寸以及技术特性数据和技术要求，并应有完整的标题栏和明细表。

零件工程图上应包括制造和检验零件所需的内容，标注规范（如形位公差、粗糙度、技术要求，对齿轮还要有啮合参数表等）。

3）虚拟装配。

将各零件按装配关系进行正确定位，并生成爆炸图。

4）撰写课程设计说明书。

说明书应涵盖整个设计内容，包括总体方案的确定，典型零件造型的方法，工程图生成过程，虚拟装配介绍，心得体会（或建议）等，说明书的字数不少于3千字。

四、设计成绩的考核课程设计的全部图样、程序清单及说明书应有设计者及指导教师签字。

未经指导教师签字的设计，不能参加答辩。

由教研室教师组成答辩小组，设计者本人应首先对自己的设计进行讲解，然后再进行答辩。

每个学生的答辩总时间，一般不超过30分钟。

课程设计成绩根据平时的工作情况、独立工作能力以及答辩情况综合衡量，由答辩小组讨论评定。

最终成绩定为五级：优、良、中、及格、不及格。

四、进度安排：第一天：布置设计任务，查阅资料，拟定方案，零部件造型设计；第二天：零部件造型设计；第三天：工程图生成；第四天：虚拟装配、撰写说明书；第五天：检查、答辩图1 曲柄连杆机构结构示意图凸轮轴中置凸轮轴上置凸轮轴下置图2 配气机构结构示意图图3 凸轮轴结构示意图附件：曲柄连杆机构设计过程（供参考）一、模型分析1）曲轴结构分析：EQ6102发动机曲轴是四冲程直列6缸的结构布置形式，发火间隔角120°，发火次序：1-5-3-6-2-4。

因此，曲拐的布置方式为6个曲拐分别布置在三个平面内，各平面夹角为120°。

曲拐的布置遵循的原则为：最大的运转均匀度，即扭矩随时间而变化的均匀度；最好的发动机平衡性；曲轴各部分的负荷均匀；由扭转振动和弯曲振动产生的应力最小。

EQ6102曲轴建模需要考虑建立的结构模块如下：2）基本尺寸下表是曲轴建模所用到的基本尺寸：2）连杆结构分析：连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。

连杆由小头、杆身和大头构成 。

详见下图2，连杆的主要尺寸见下图3图2连杆基本结构前端主轴颈过渡圆角连杆轴颈曲柄（无平衡块） 曲柄（带平衡块）润滑油道 减重孔 后端图3连杆的基本参数3）活塞结构分析：活塞按功能主要由顶部、头部、裙部组成，如图4，顶部主要承担气体压力，头部主要安装活塞环、散热、裙部主要起导向作用。

汽油机的顶部一般是平顶的，根据需要也有凸顶和凹顶两种形式，如图5所示，而柴油机的顶部全是凹顶的，其结构施行根据柴油机功能的需求也有多种结构形式，如图6所示。

图4 活塞结构图5 汽油机活塞顶部类型图6 柴油机活塞顶部类型4）模型装配分析：曲柄连杆机构主要由活塞连杆组、曲轴飞轮组等零件组成。

其中活塞连杆组可细分为活塞组和连杆组，曲轴飞轮组可细分为曲轴和飞轮。

这些零件均按照一定规则装配到发动机机体上。

装配时要根据运动件、固定件的不同，选择合适的装配方法。

二、三维实体建模1）曲轴建模前端建模：创建有锥度的旋转特征，倒角圆角，结果如图8所示。

图8 曲轴动力输出端第一曲拐建模：三次拉伸特征创建完成。

第一次拉伸特征的草图如图9所示，最终创建的实体如图10所示。

图9第一次拉伸特征草图图10曲轴第一曲拐其它曲拐创建：曲轴的每一个曲拐都是由两个曲拐臂、它们之间的连杆轴颈和一段主轴颈组成。

将第一个曲拐所包含的这些特征合并成一个“组”，运用Pro／E实体造型环境下“编辑”菜单中的“特征操作”选项对“组”进行复制操作。

通过“特征操作”菜单管理器中的“复制”选项对第一个曲拐进行平移复制和旋转复制。

旋转操作必须以主轴颈的轴线为参照。

图11是第二曲拐示意图。

图11 通过平移和旋转得到的第二曲拐选择第一曲拐中需要复制的模块，分别以垂直于主轴颈的平面和主轴颈轴线为参照，依次按先平移再旋转的方式进行复制，就可以依次得到其他曲拐。

如图12所示。

图12 通过平移和旋转得到的所有曲拐减重：根据惯性力平衡的要求，曲轴的曲拐为了更好的利用材料，可将曲柄上离轴线最远的不受力的部分切掉，从而减少了旋转部分不平横质量，同也降低了曲轴的质量。

曲拐臂要切掉一部分离轴线远的材料，在Pro／E环境下，是利用拉深去除材料和旋转命令切除材料的。

在草绘界面，如图13和图14去草绘去除材料的部位，然后分别通过拉深去除材料和旋转命令切除材料得到合理的曲轴结构。

图13 拉深去除材料的草绘截面图14 旋转去除材料的草绘截面后端：通过旋转或拉伸特征得到曲轴的尾部自由端(动力输出端)。

最后进行倒圆角、倒直角、钻孔、利用旋转命令生成沉割槽、卸载槽等的操作，得到曲轴实体模型。

如图15所示。

图15 曲轴实体模型2）连杆组件建模连杆虽然几何结构较为复杂，但具有两个对称面：第一个对称面是拔模基准面，杆身、连杆大头小头等结构相互对称；第二个对称面连杆小头、大头的轴线所在的平面，连杆螺栓孔及螺栓基座、连杆大头盖等结构互为对称。

因此，在设计建模时，根据以上两个对称面为核心，特征建立以此展开进行相应的布尔运算。

连杆建模采用主从件的设计思路，首先完成连杆组件的主体零件模型，然后通过切除方式完成其它零件创建。

主件创建思路为：先确定连杆杆长，连杆小头、大头的相对位置，以及杆身和螺栓座等较复杂结构的建模；其后才对连杆小头大头孔，螺栓孔，油孔，以及相关倒角、圆角等特征的添加。

这样，不仅保证了建模的思路清晰，同时也可以较少特征间的相互冲突，利于后期的特征修改。

主件建模：1）以连杆长度确定连杆大头、小头位置及尺寸，用拉伸特征建立连杆的杆身侧面轮廓（见下图16a）；2）利用拉伸切除特征得到连杆杆身大致形状，再次利用拉伸切除得到连杆工字梁形状，镜像之前特征（见下图16b）；3）对连杆进行打孔、倒圆角、拔模、倒角和旋转切除等特征操作，完成连杆的三位建模（见下图16c）(a) (b) (c)图16 连杆主件建模过程其它零件建模：1）主件分割切除完成连杆大头与杆身建模。

2）衬套、上下轴瓦、螺栓及螺母建模。

完成零件如下图17所示。

图17 连杆各零件3）活塞组件设计图18活塞整体图活塞整体如图18，活塞整体可近似为呈圆柱体，多采用拉伸特征，如燃烧室，进、排气阀座、活塞销孔、活塞销座等。

局部采用旋转体，特别是旋转切除，如活塞内腔、活塞环槽。

对于一些有斜度的部分进行拔模特征，如活塞销座、冷却油孔平台等。

由于活塞形状复杂，局部会出现应力集中，故对活塞大部分边缘进行倒圆角处理。

活塞建模：1）拉伸特征生成柱体，截面如图19。

两次旋转特征，去除材料，生成活塞燃烧室，活塞环槽，草图如图20图21。

图19活塞直径草图图20燃烧室草图图21活塞环槽草图2）拉伸去除材料，生成进、排气阀座，草图如22所示。

旋转特征，去除材料生成活塞内腔，草图如图23。

拉伸生成活塞销座，草图如图24。

活塞销座镜像。

图22进、排气阀座草图图23活塞内腔草图图24活塞销座草图3）以轴A为中心轴旋转特征去除材料生成冷却油腔，新建草图如图25。

拉伸特征生成冷却油孔平台和冷却油孔，草图如图26、图27。

图25冷却油腔草图图26冷却油道平台草图图27冷却油道草图4）活塞销轴向拉出斜槽，油环上拉出油孔，裙布创建斜槽，草图如28和图29图30所示。

图28轴向斜槽草图图29活塞环槽油孔草图图30裙部斜孔活塞销、卡环建模通过旋转特征、拉伸特征完成，具体简略。

三、装配设计1）装配思路装配设计时，通常根据功能将零件分类组装形成子装配，再将子装配组装为总装配，这样可使装配结构层次清晰，便于后期修改。

装配时，首先需要创建装配基体或首特征，然后在基体上装配零件和组件。

曲柄连杆装配基体：在装配环境中创建基准平面和基准轴线作为活塞运动平面、曲轴轴线。

完成后如图31所示。

图31装配基体基准曲线装配约束：装配时遵循原则为：固定件之间采用放置约束，运动件与固定件、运动件之间采用连接约束，保证约束完整。

2）子装配连杆组的组装：连杆杆身与连杆大头，可采用坐标系对齐，其他零件可采用常见的放置约束：插入、匹配、对齐等。

完成的装配图如图32所示。

图32连杆装配图活塞组件装配：活塞销、活塞环均可采用插入、匹配、对齐的方法完成。

四、工程图设计参考《三维CAD软件应用技术上机指导书》五、编写说明书六、说明书装订顺序：说明书封面——设计任务书——说明书内容——三维建模流程——装配流程——二维工程图。