专业：农业机械化及其自动化 学号： 0411100125 Hebei Normal University of Science & Technology 本科毕业设计题 目：基于三维软件的汽车凸轮轴的参数化设计院（系、部）： 机电工程学院 学 生 姓 名： 赵垒 指 导 教 师： 郑立新 职 称 副教授 2014年05月24日河北科技师范学院教务处资料目录资料目录1.学术声明1页2.河北科技师范学院本科毕业论文（设计） 页3.河北科技师范学院本科毕业论文（设计）任务书 页4.河北科技师范学院本科毕业论文（设计）开题报告 页5.河北科技师范学院本科毕业论文（设计）中期检查表 页6.河北科技师范学院本科毕业论文（设计）答辩记录表 页7.河北科技师范学院本科毕业论文（设计）成绩评定汇总表 页8河北科技师范学院本科毕业论文（设计）工作总结 页9其他反映研究成果的资料（如公开发表的论文复印件、效益证明等） 页河北科技师范学院本科毕业设计基于三维软件的汽车凸轮轴的参数化设计院（系、部）名 称 ： 机电工程学院 专 业 名 称： 农业机械化及其自动化 学 生 姓 名： 赵垒 学 生 学 号： 0411100125 指 导 教 师： 郑立新 2013年 6月 3日河北科技师范学院教务处制学术声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于河北科技师范学院。本人签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 摘要摘要本设计在凸轮轴设计的基础上利用PRO/E的参数化开发工具模块PRO/PROGRAM编程功能实现凸轮的参数化设计，这样使设计人员只需要输入必要的设计参数就可以草拟凸轮轮廓，并可以变动某些约束参数而不必运行产品设计的全过程来更新设计。关键词：凸轮轴设计；PROE ；PROGRAM；参数化 AbstractThis design is based on 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 processofproduct designto update thedesignoperation。Keywords: Camshaft Design ；PRO/E ；PROGRAM ；ParametricIII目录目 录摘要IAbstractI1.绪论12凸轮轴的设计22.1凸轮轴的功用、工作条件要求22.1.1 凸轮轴的功用22.1.2 凸轮轴的工作条件要求22.2 凸轮轴的材料22.3 凸轮轴的结构特点22.4 凸轮轴的尺寸32.5 凸轮轮廓线的设计42.5.1 确定凸轮轴的转速42.5.2 确定从动件的运动规律42.5.3 确定推杆运动的基本参数42.5.4 确定凸轮的升程尺寸42.5.5 确定盘形凸轮从动件的形式52.5.6 确定滚子推杆盘形凸轮基圆半径52.5.7 设计凸轮轮廓线的方法和计算72.5.8滚子半径rr的确定123凸轮轴总体尺寸的确定133.1 确定凸轮轴轴颈的纵向尺寸133.2确定凸轮轴上键槽的尺寸133.3确定凸轮轴链轮螺栓孔参数144 凸轮轴实体模型的建立144.1 凸轮实体模型建立144.2 建立凸轮轴的实体模型154.2.1 确定凸轮之间的角度关系154.2.2凸轮轴实体模型建立过程155凸轮模型实体的参数化185.1 解析法设计凸轮轮廓线185.2 Pro/Program 程序设计215.3 凸轮轮廓的参数化步骤226 凸轮轴实体的参数化24结束语26参考文献27致谢27河北科技师范学院2014届本科毕业设计1.绪论在现代社会，汽车是人们生活出行的最普通而快捷的交通工具，而发动机是汽车的心脏，其性能对汽车的整车性能有决定性的影响。凸轮轴是活塞发动机里的一个必不可少的部件，凸轮轴（camshaft）定义：凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的主体是一根与气缸组长度相同的圆柱形棒体；上面套有若干个凸轮用于驱动气门。凸轮轴的一端是轴承支撑点，另一端与驱动轮相连。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也有采用锻件的。由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。早期的凸轮轴设计是相当复杂和困难的，用解析法求凸轮轮廓曲线的计算虽然很准确但计算量相当大；耗时也相当长。而用图解法的话虽然能减少计算量但做出来的图形不太精确，只能勉强满足那些对精度要求不高的机械产品。随着科学技术的进步；计算机在凸轮轴的设计研发方面发挥了巨大的作用。比如：计算机辅助设计凸轮轮廓，它不仅能迅速地确定凸轮轮廓上各点坐标值，而且能在屏幕上生成轮廓，可随时修改设计参数，从而得到最佳设计方案。其实上面所说的就是参数化设计的雏形；参数化的研究将有助于凸轮轴设计的简化。参数化设计是一种使用几何参数快速构造和修改几何模型的造型方法, 采用参数化模型可以通过调整参数来修改和控制几何形状。参数化设计方法与传统设计方法相比, 最大的不同在于它存储了设计的整个过程, 不仅能设计出一族而不是单一的产品模型。而且能够使工程设计人员不需要考虑细节而能尽快草拟出零件图, 并通过变动某些约束参数来更新设计。PRO/E是集CAD/CAM为一体的三维参数化设计软件，同时也是被当今世界广泛应用的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、汽车、造船等领域。本设计中应用此软件构建凸轮轴的三维模型，并通过其PRO/PROGRAM块建立了发动机凸轮轴的参数化模型。2凸轮轴的设计2.1凸轮轴的功用、工作条件要求2.1.1 凸轮轴的功用凸轮轴是机车发动机上的重要零件，它对各气缸的进、排气门的开启和关闭起控制作用，同时，对于下置式的汽油机还可以用来驱动分电器，汽油泵等辅助装置。2.1.2 凸轮轴的工作条件要求 凸轮轴在工作过程中会受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷；因此要求凸轮表面要耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度。此外，由于凸轮轴位于发动机润滑系统的末端，因此润滑系统不容乐观，这样会造成凸轮轴的异常磨损。2.2 凸轮轴的材料由于发动机工作时，凸轮轴承受气门开启的周期性冲击载荷。所以，要求凸轮轴和支承轴颈表面应耐磨，凸轮轴本身应具有足够的韧性和刚性。为此，凸轮轴的主要工作表面需经热处理。因为凸轮轴在加工时需要较强的加工性和经济性,并且对它的硬度也有较大的要求,因此选定凸轮轴的材料为20Cr。2.3 凸轮轴的结构特点凸轮轴因其横截面形状像桃子，又称桃子轴。各种车型的发动机的凸轮轴结构大同小异，主要差别在于安装位置，凸轮的数目和形状尺寸不同。特别是凸轮轴的安装位置，被认为是区别发动机构造和性能的重要标志。发动机凸轮轴的安装位置分为下置，中置，顶置三种形式，本设计采用单顶置式凸轮轴（SOHC）设计。2.4 凸轮轴的尺寸 如图可知本次设计为传统的四缸汽油发动机.总长L=483mm。2.5 凸轮轮廓线的设计2.5.1 确定凸轮轴的转速由于四冲程发动机凸轮轴的转速是曲轴转速的一半儿；根据发动机转速r=6000r/min，所以额定转速为3000r/min。2.5.2 确定从动件的运动规律根据教材机械原理第七版中第九章凸轮机构及其设计的第二节推杆的运动规律，可确定本设计中的推杆为正弦加速度运动，主要是为了避免推杆在运动中发生冲击；不仅如此，发动机凸轮轴的转速较高（额定转速为3000r/min）其它的运动规律均存在柔性冲击，而正弦加速运动因为没有加速度突变的现象，故不存在柔性冲击，具有较好的运动性能，因此可在高速下应用。当推杆的加速度按正弦规律变化时，其推程的运动方程式为： 公式（2-1） 公式（2-2） 公式（2-3）(为凸轮转角，s为推杆位移，为推程运动角，h 升程） 当推杆的加速度按正弦规律变化时，其回程的运动方程式为：S回= hS推 （2-4）； V回= V推 （2-5）； 回= 推 （2-6）2.5.3 确定推杆运动的基本参数根据教材机械原理第七版中第九章凸轮机构及其设计的第二节推杆的运动规律，结合发动机凸轮轴的基本特点。将推程运动角0定为82；远休止角01定为0；回程运动角0定为82；近休止角02定为196。2.5.4 确定凸轮的升程尺寸凸轮轴凸轮的形状直接影响气门的运动规律，因此对凸轮的升程尺寸要求是非常严格的。在测量凸轮外形时，排气凸轮左侧和进气凸轮右侧在056范围内升程误差不大于0.055mm（但在零时，误差不允许超过0.027mm），且在每5范围内，相邻升高量误差的差数不得大于0.04mm；在5782范围内，误差不允许超过0.025mm。且在每3范围内