发动机实体建模及运动仿真Word文件下载.docx
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2.1运动仿真技术产生的背景9
2.2运动仿真技术9
2.3运动仿真技术在国内外的发展概况10
2.4发展运动仿真技术的重要意义11
3.Pro/E软件简介11
3.1Pro/E软件的基本功能及作用12
4.发动机主要零件三维实体建模14
4.1零件建模14
4.1.1曲轴的生成15
4.1.2曲轴箱体的生成16
4.1.3下曲轴箱盖17
4.1.4连杆17
4.1.5活塞19
4.1.6飞轮19
5.零件装配20
5.1新建装配模型22
5.2组装机构模型22
6.发动机运动仿真38
6.1概述38
6.2定义仿真与分析38
6.2.1定义伺服电动机39
6.2.3定义机构分析44
6.2.4测量活塞的速度46
7.结论49
摘要
发动机是一种应用广泛的传递动力的机器，把能量转化为机械能额装置。
目前的传统的发动机都是将燃料的化学能变为热能，再由热能转变为机械动力，并通过底盘的传动系和行驶系驱动汽车行驶。
有其广泛的空间，但由于发动机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测试困难等问题，本文将仿真技术引入发动机开发领域，完成以下工作：
1.介绍了发动机的发展历史及前景，发动机的种类，介绍了仿真技术的产生的背景、在国内的发展状况及仿真技术的实际意义。
2.简述了pro/E软件在工程设计中的应用，利用pro/E构建发动机的三维实体模型，并对其进行装配。
3.在pro/E进行运动仿真。
关键词：
发动机仿真技术三维建模
前言
随着机械行业的迅速发展和市场竞争的日益激烈，如何提高产品品质，增强产品的市场竞争能力，缩短产品开发周期，降低成本已成为企业十分重视的问题。
现代化的开发手段是提高企业竞争力的重要保证。
企业应用pro/E后，可改变传统的设计方法，显著缩短了新产品的设计周期，为新产品占领市场创造了有利的条件。
现结合pro/E软件的实际，阐述该软件对提高产品设计能力的重要作用和应用效果。
在产品零部件的设计过程中，运动机构的空间干涉问题历来都是令机械设计工程师深感头疼的事。
按传统设计模式，设计人员在一些细节问题上耗费了很大的精力，降低设计效率。
而有些错误又往往具有很强的隐蔽性，给生产造成不应有的损失。
因此，利用计算机三维设计工具合理的解决这些问题无疑具有一定的实际意义。
当今流行比较广的三维设计软件主要有AutoCAD，Pro/ENGINEER等。
无论是零件的整体设计，还是工程图三视图的生成，以及3D装配图的形成方式和仿真模拟加工记录参数完善改进，pro/E软件都有操作容易、使用方便、修改方便的特点，因此在机械三维实体造型设计中得到了广泛的应用。
1.发动机的简介
发动机（Engine），又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。
（把电能转化为机器的称为电动机）有时它既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器，比如汽油发动机，航空发动机。
发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。
1.1发动机的发展历史及前景
发动机是汽车的“心脏”。
汽车的发展与发动机的进步有着直接的联系。
18世纪中叶，瓦特发明了蒸汽机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。
法国的居纽是第一个将蒸汽机装到车子上的人。
1770年，居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。
这辆车全长7.23米，时速为3.5公里，是世界上第一辆蒸汽机车。
1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。
发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。
这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。
煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。
1867年，德国人奥托（AugustOtto）受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。
由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。
在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。
德国人奥姆勒和卡尔·
本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。
1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机，并取得了制造这种发动机的专利权。
1957年，德国人汪克尔发明了转子活塞发动机，这是汽油发动机发展的一个重要分支。
转子发动机的特点是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构，无曲轴连杆和配气机构，可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。
它的零件数比往复活塞式汽油少40%，质量轻、体积小、转速高、功率大。
1958年汪克尔将外转子改为固定转子为行星运动，制成功率为22.79千瓦、转速为5500转/分的新型旋转活塞发动机。
1.2发动机的种类
发动机的种类很多，工作原理和用途也不一样。
大多数发动机都是以输出有效轴功率为目的的，即驱动一根或几根轴转动。
这样的发动机主要包括：
1.活塞式。
2.涡轮式。
3.活塞+涡轮式
活塞式发动机包括：
内燃机、热气机（斯特林发动机）、旋转活塞发动机（包括三角转子发动机）、蒸汽机等。
还有一些特殊的比如用在鱼雷中的活塞式发动机。
涡轮式包括：
燃气轮机、蒸汽轮机，风力发动机、水轮机也可以看作是涡轮式发动机。
还有一些用在特殊地方的涡轮式发动机，比如用在鱼雷中的涡轮发动机，其本质与蒸汽轮机类似，但工作工质是燃气和蒸汽的混合物。
活塞+涡轮式的，有一种“自由活塞发动机”，是使用气缸得到高温高压燃气，在涡轮中做功输出有效功率的发动机。
另外涡轮增压内燃机、涡轮复合内燃机也可以看作是活塞+涡轮式的。
实际上上述各种工作原理不同的发动机，还可以根据其它方面不同，细分成很多种类型。
比如，内燃机可以分成汽油机、柴油机、煤气机（以煤气为燃料的内燃机。
使用天然气的叫做燃气内燃机，也包含在这里吧）、多种燃料发动机等等。
燃气轮机可以分成单转子、双转子、三转子的，也可以根据热力循环的不同分成回热式、压气中间冷却式、再热式，以及多种循环组成的复合循环燃气轮机。
热气机可以分成单作用式、双作用式，以及菱形传动、斜盘传动、自由活塞式等等。
总之按照每一种原理工作发动机都可以有很多的不同分支。
飞机发动机和火箭发动机，利用喷出高速气流的反作用力获得推力。
喷气发动机包括依赖空气的和不依赖空气的。
依赖空气的一般俗称航空发动机，包括涡轮喷气式发动机、涡轮风扇式发动机（可以分成混合排气小涵道比涡轮风扇发动机，和大涵道比分开排气涡轮风扇发动机）、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、冲压式发动机等。
不依赖空气的一般俗称火箭发动机，以使用的燃料是固态的还是液态的，分成液体火箭发动机和固体火箭发动机、使用核能的核火箭发动机、使用电场加速离子的电火箭发动机等等。
2.运动仿真技术简介
2.1运动仿真技术产生的背景
进入21世纪，科学技术突飞猛进，社会发展日新月异。
人们对个性化产品的需求越来越迫切，对产品性能的要求越来越高，全球化经济已明显的呈现出买方市场的特点。
由于这一变化，导致市场竞争日益激烈，而竞争的核心则主要体现在产品创新上，体现在对客户的影响速度和相应品质上。
传统的物理样机在产品的创新开发中，在开发中期、开发成本、产品品质等方面已越来越不能满足市场需求，运动仿真技术正是在这一市场需求的驱动下产生的。
2.2运动仿真技术
运动仿真技术是一种崭新的产品开发方法，是多个相关学科领域交叉、集成的产物，是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。
其涉及机械、电子、计算机图形学、仿真建模、虚拟现实等多个领域、多项技术，以计算机仿真和产品生命周期建模为基础，以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，借助成熟的三维计算机图形技术、图形用户界面技术、信息技术、集成技术、多媒体技术、并行处理技术等，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，使得与产品相关的所有人员能在产品研制的早期直观形象地对虚拟的产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真以及使用仿真等。
换句话说“运动仿真”设计方法就是在建造第一台（件）物理样机之前，利用软件技术建立产品系统计算机模型，通过基于实体可视化的仿真分析，模拟系统在真实工作环境条件下的运动和动力特性，以便反复修改设计方案，最终得到最优设计方案。
2.3运动仿真技术在国内外的发展概况
国外已在各个领域广泛地应用仿真设计。
所涉及到的产品从庞大的卡车到微小的照相机的快门，从火箭到轮船的锚机。
在工程／矿山机械行业，如约翰•迪尔公司利用仿真技术成功地解决了工程机械在高速行驶时出现蛇行现象的问题及在重载下的自激振动这个一直困扰着设计师及用户的难题，大大提高了工程／矿山机械高速行驶性能与重载作业性能。
卡特彼勒公司利用虚拟样机在切削任何一片金属之前就可快速试验数千种设计方案，不但降低了产品设计成本，缩短了开发周期，而且还制造出性能更为优异的产品。
运动仿真技术在国外已有很多应用实例，我国也正极急投身于该项技术的研究中。
在传统上，我国引进物理样机，开发人员往往停留在零件照抄的水平上，对于样机缺乏系统水平上的理解和研究，结果虽然投入了大量的人力物力，却收效甚微。
但如果采用虚拟样机技术，技术人员便可对引进样机进行深入的研究，可以追踪样机的设计思想，从而真正提高设计人员的水平，开发出能满足市场需求的产品来。
2.4发展运动仿真技术的重要意义
运功能及制造等方面交互的建模和分析。
在概念设计和方案论证中，便于设计师将自己的经验与想象融于计算机的虚拟样机设计中，充分发挥想象力和创造力，并代替虚拟样机进行性能模拟实验。
设计师可在计算机上方便的确定、修改设计进程，逐步优化设计方案。
通过运动仿真机实验，还可节省建立试验台、动仿真设计方法将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供一种更全面地了解设备性能的方法。
他利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式地探索虚拟物体的功能，对设备进行几何、安装测试设备和测试仪表等有关的费用，更快的确定影响设计方案性能的敏感参数，达到最优化设计目的。
这样，可大大缩短设备研发周期，降低研发成本，提高设计质量和效率，为产品赢得竞争优势。
3.Pro/E软件简介
Pro/E是美国PTC（参数）公司开发的一款三维软件。
Pro/E以其基于特征的参数化造型、单一数据库下的全相关性等新概念而闻名于世，具有很强的实体造型和虚拟装配能力。
功能界面清楚明确，让使用者视觉和心理都有一种轻松感。
该软件是一款全方位的3D产品开发工具，机床的参数式设计给传统的模具设计带来了许多新观念，强调实体模型架结构优于传统的面模型架构和线模型架构。
Pro/E还具有良好的数据接口，他可以将图纸输出为多种格式，可以方面的和AutoCAD、SolidWorks等软件进行数据交换。
Pro/E作为高端三维软件的代表，功能强大、使用简单、易学易用，目前已经成为机械设计、家电设计、模具设计等行业所普遍采用的三维软件。
同以往国内使用最多的AutoCAD等通用绘图软件相比，该软件直接采用了统一数据库和关联性处理、三维建模与二维工程图相关联等技术。
应用最新的Pro/ENGINEERWildfire4.0技术可以迅速的提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期以及加强设计的标准化。
使工作效率、方便程度大为提高。
3.1Pro/E软件的基本功能及作用
1.直接画出机械零件的3D（三维）图形这
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