-Ⅰ-基于快速成型技術(shù)的曲軸活塞連桿組設(shè)計(jì)摘要本這篇文章詳細(xì)描述了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中曲軸、活塞和連桿的組合設(shè)計(jì)，其中分析和設(shè)計(jì)的主要對(duì)象涵蓋了曲軸、活塞和連桿這三大核心部件。本研究成功地完成了曲軸活塞連桿組的三維、二維建模，以及有限元分析和快速成型工作。本文是該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)說明書。本研究首先完成了大量的三維建模和有限元分析計(jì)算工作。ANSYS為用戶提供了多樣化的輸入選項(xiàng)，以便于完成各種分析任務(wù)，包括菜單模式、函數(shù)模式以及命令模式，或者這些模式的綜合應(yīng)用。同時(shí)還能進(jìn)行各種工況下的模擬仿真。曲軸被認(rèn)為是發(fā)動(dòng)機(jī)中最關(guān)鍵的部件之一。它的主要作用是將從活塞連桿傳來的氣體力轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)力矩，并通過飛輪、離合器以及汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)來推動(dòng)汽車前進(jìn)。曲軸主要由軸頸、曲柄連桿機(jī)構(gòu)以及與之相配合的軸承等組成?；钊幕A(chǔ)構(gòu)造包括頂部、頭部和群部這三個(gè)主要部分。活塞所處的工作環(huán)境惡劣，由于氣缸內(nèi)壓力大，溫度高，所以必須采用耐高溫材料制作而成。在工作過程中，活塞的頂端會(huì)直接與高溫、高壓和具有腐蝕性的氣體接觸，從而承受氣體力和慣性力的影響。連桿的主要作用是把活塞受到的氣體力傳遞給曲軸，并將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本研究利用有限元分析方法，探討了曲軸活塞連桿組在特定應(yīng)力條件下的形變、應(yīng)力分布以及危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)力變化，并研究了快速成型技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)曲軸活塞連桿組的影響。關(guān)鍵詞：連桿設(shè)計(jì)；有限元分析；強(qiáng)度校核；曲軸；活塞；快速成型III需求。由于活塞組內(nèi)各構(gòu)件間存在復(fù)雜的熱傳遞關(guān)系和相互影響，在活塞組的變形過程中，不同的部件會(huì)相互影響，傳熱的邊界條件也會(huì)不斷變化，這些都增加了分析的難度，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們已經(jīng)可以用數(shù)值模擬方法對(duì)活塞組做瞬態(tài)傳熱分析，并能得到精確解。因此，內(nèi)燃機(jī)活塞組的整體耦合分析得到許多國內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，同時(shí)也開始集中精力于瞬態(tài)傳熱的研究[5]。隨著時(shí)代的變遷，社會(huì)大環(huán)境的迅猛發(fā)展，我國制造業(yè)也迎來了發(fā)展的春天，并且制造業(yè)的市場(chǎng)競爭越來越激烈。在新型產(chǎn)品的開發(fā)過程中，縮短模具制造需要的成本和時(shí)間是有效降低成本的關(guān)鍵，快速成型技術(shù)的融入就是有效的降低快速模具開發(fā)的關(guān)鍵。目前，國際上許多著名的汽車制造公司都擁有自己的快速成型技術(shù)中心。我國海爾集團(tuán)、上菱集團(tuán)等大型企業(yè)都引進(jìn)了激光快速成型技術(shù)或設(shè)備,西安鉑力特公司自主研發(fā)激光快速成型技術(shù)及設(shè)備推進(jìn)了我國先進(jìn)制造的發(fā)展。近30年，世界各國紛紛開始了3D打印技術(shù)的研究與應(yīng)用。目前美國已經(jīng)成為快速成型技術(shù)的領(lǐng)頭羊，美國早在1985年就秘密開始了鈦合金激光成形技術(shù)研究，并且是最早嘗試將3D打印件應(yīng)用在航空航天等領(lǐng)域的國家。2002年美國NASA就利用激光成型技術(shù)制造出鈦合金零件并應(yīng)用于現(xiàn)役戰(zhàn)機(jī)。美國Sciaky公司所研制的大型打印機(jī)打印速度達(dá)到了6.8-18.1kg/h，而同時(shí)期平均水平僅為2.3kg/h。通用電氣公司利用3D打印制造的飛機(jī)燃油噴嘴已經(jīng)應(yīng)用到737MAX的測(cè)試機(jī)中，這種零件重量降低25%，零部件數(shù)由18個(gè)降為一個(gè)，并且擁有更先進(jìn)的冷卻通道從而使其耐久力提高了5倍之多。而挪威Norsk公司研發(fā)出一種創(chuàng)新的等離子堆積技術(shù)的3D打印方法，國外各科研公司現(xiàn)在已經(jīng)向生物打印方面積極探索。我國在3D打印技術(shù)方面的研發(fā)起步較晚，但是隨著國家整體戰(zhàn)略的需求，我國已經(jīng)初步建立了以高校為主體的技術(shù)研發(fā)體系。北京航空航天大學(xué)，西北工業(yè)大學(xué)，華中科技大學(xué)以及清華大學(xué)等高校相繼建成了3D打印技術(shù)研究中心。利用高校以及科研單位的研究團(tuán)隊(duì)和技術(shù)成果，我國已經(jīng)形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，出現(xiàn)了20余家大型增材制造設(shè)備與服務(wù)公司。其中西安鉑力特公司與西安交通大醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院合作，已經(jīng)成功制造并應(yīng)用到人體的3D打印頸椎鈦合金鋼板。北京航空航天大學(xué)與西北工業(yè)大學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)合作，將SLM技術(shù)成功的應(yīng)用在了我國自主研發(fā)的大型客機(jī)C919的主擋風(fēng)窗框和中央翼根肋上。我國盧秉恒院士提出了3D打印為基礎(chǔ)向4D(智能結(jié)構(gòu))以及5D(生命體)發(fā)展的概念。隨著國家和科研人員的努力，我國的3D打印技術(shù)也在不斷地追趕著世界頂尖水平[2]。1.3設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容(1)完成了曲軸連桿組織的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，分析了曲軸連桿機(jī)構(gòu)中各種力的作用。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿、活塞的抗壓強(qiáng)度展開了精確測(cè)量和強(qiáng)度校核，以達(dá)到設(shè)計(jì)方案規(guī)定。(2)對(duì)曲軸連桿的關(guān)鍵部件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和連桿，進(jìn)行了工作規(guī)范和設(shè)計(jì)方案要求的深入分析。選擇合適的原材料，并對(duì)相應(yīng)尺寸的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核，以滿足零件實(shí)際制造的要求；(3)運(yùn)用Solidworks三維工程設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)出需要的三維模型，然后使用UG軟件，將曲軸活塞連桿的三維轉(zhuǎn)換成為STL格式，并通過快速成型設(shè)備按照指定的比例實(shí)現(xiàn)曲軸活塞連桿組的快速成型。此外，制作了相應(yīng)的二維設(shè)計(jì)圖，并運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行了有限元分析。1.4研究方法通過查詢相關(guān)資料制定出以下研究方法(如圖1-1所示)。收集資料及總體方案設(shè)計(jì)收集資料及總體方案設(shè)計(jì)連桿長度，連桿大頭，連桿小頭和桿身計(jì)算活塞頭部，活塞群部，活塞銷，活塞銷座計(jì)算曲軸長度，軸頸尺寸，曲柄等參數(shù)計(jì)算連桿長度，連桿大頭，連桿小頭和桿身計(jì)算活塞頭部，活塞群部，活塞銷，活塞銷座計(jì)算曲軸長度，軸頸尺寸，曲柄等參數(shù)計(jì)算 曲軸三維建模連桿三維建?；钊S建模曲軸三維建模連桿三維建?；钊S建?；钊S圖紙繪制連桿二維圖紙的繪制曲軸二維圖紙的繪制活塞二維圖紙繪制連桿二維圖紙的繪制曲軸二維圖紙的繪制活塞有限元分析連桿有限元分析曲軸有限元分析活塞有限元分析連桿有限元分析曲軸有限元分析曲軸活塞連桿裝配曲軸活塞連桿裝配曲軸活塞連桿組的快速成型制作曲軸活塞連桿組的快速成型制作編寫設(shè)計(jì)說明書編寫設(shè)計(jì)說明書圖1-1設(shè)計(jì)研究路線

第2章曲軸活塞連桿組機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1連桿機(jī)構(gòu)的組成本研究中設(shè)計(jì)的曲軸活塞連桿組結(jié)構(gòu)主要由活塞組、連桿組和曲軸組成，同時(shí)還包括了其他相關(guān)的配套組件，具體的組成簡圖如下展示:圖2-1連桿機(jī)構(gòu)組成圖連桿內(nèi)部的部件包括連桿、發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、凸輪軸以及發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸。在這些連桿體中，最關(guān)鍵的部分是由三個(gè)部分組成的，其中與活塞銷連接的那部分被稱作連桿小頭；連接發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的部分被命名為連桿大頭，而連接小頭與大頭的部分則被稱作連桿軸。連桿是一根長桿，其在工作過程中具有一定的承載能力。由于車身上有許多加工孔眼，所以要盡量減小這些孔眼對(duì)連桿的影響。為防止連桿發(fā)生變形或形變，確保其具有足夠的彎曲剛度是至關(guān)重要的。由于活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)受到很大沖擊載荷，所以要求曲軸軸頸與連桿軸頸之間具有足夠高的硬度和耐磨性。為了避免應(yīng)力的產(chǎn)生，連桿軸、小頭以及大頭的連接部位都選擇了大弧形的平滑連接方式。2.2連桿機(jī)構(gòu)的作用連桿在工作時(shí)，其小頭部分連接活塞的銷軸上，小頭的運(yùn)動(dòng)形式和活塞保持一致，為周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而連桿的大頭則固定在曲軸上，這部分和曲軸保持一致的圓周運(yùn)動(dòng)，連桿的作用就是實(shí)現(xiàn)了將活塞的周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為圓周的運(yùn)動(dòng)形式。為了更有效地減少發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，必須確保所有缸連桿的質(zhì)量差都被限制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中最關(guān)鍵也是最難檢測(cè)的零件之一，其質(zhì)量好壞直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能與壽命。連桿主要是承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所觸發(fā)的交變載荷。由于受力復(fù)雜，而且還需通過實(shí)驗(yàn)來提供指導(dǎo)，因此在設(shè)計(jì)階段必須進(jìn)行全面的考量。2.3連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.3.1活塞的設(shè)計(jì)活塞材料的選擇活塞所處的工作環(huán)境相當(dāng)惡劣。在其工作時(shí)，活塞的頂部會(huì)直接與高溫、高壓和腐蝕性的氣體接觸，因此會(huì)受到氣體力和慣性力的影響。制造活塞的常用材料是鋁硅合金，這種合金具有很好的工藝性和廣泛的應(yīng)用范圍。過共晶鋁硅合金的原生硅晶體可以增強(qiáng)其耐熱、耐磨和降低膨脹系數(shù)，因此在加工工藝惡劣或高溫負(fù)荷的活塞時(shí)，過共晶鋁硅合金得到了廣泛的應(yīng)用?；钊饕叽绲挠?jì)算在進(jìn)行活塞的設(shè)計(jì)之前，首先需要確定整機(jī)的火力岸高度h1，其高度與活塞的直徑D有關(guān)，一般為：本文設(shè)計(jì)中，按照通用標(biāo)準(zhǔn)選擇活塞的直徑D為，由此可以確定火力岸高度大?。夯钊年P(guān)鍵參數(shù)還有油環(huán)高，氣環(huán)高，以及環(huán)岸高分別設(shè)計(jì)為：氣環(huán)高，油環(huán)高。環(huán)岸高分為上下限兩種，分別為：，，即：，。據(jù)上分析，環(huán)帶總高為。活塞壓縮尺寸。與活塞桿的直徑有如下關(guān)系：，。按此設(shè)計(jì)，利用CAD軟件，繪制活塞的二維圖如下：圖2-2活塞設(shè)計(jì)圖活塞銷的設(shè)計(jì)當(dāng)活塞處于工作狀態(tài)時(shí)，其頂部會(huì)承受巨大的氣壓，這些壓力首先通過銷座傳遞給活塞銷，然后再傳遞給連桿。如果活塞銷在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生斷裂，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢。因此，設(shè)計(jì)活塞銷座和活塞銷時(shí)，必須確保它們具有充分的強(qiáng)度、承受壓力的面積以及出色的耐磨特性?；钊N的材料活塞銷通常由低碳鋼或低碳合金鋼（例如20Cr）制成，并經(jīng)過表面參碳淬火處理，以增加表面硬度，使中心具有一定的沖擊韌性。由于熱處理工藝不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)裂紋等缺陷，影響使用壽命。表面需要經(jīng)過精細(xì)的打磨和拋光處理。活塞銷與銷座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取。，取。，取64。活塞銷外徑d=24mm,活塞銷內(nèi)徑d=15mm，活塞銷長度l=64mm?；钊N與銷座的配合活塞頂承受的氣壓是通過活塞銷座和活塞銷傳遞給連桿的。由于活塞銷與銷座或活塞銷與連桿襯套之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度極低，這導(dǎo)致液體潤滑油膜難以生成。在這樣的高壓和低速環(huán)境中，為了確保液體潤滑的可靠性，配合副的工作間隙必須盡量減小。為了提高油膜厚度，必須使活塞銷與銷座間存在足夠大的過盈量。實(shí)踐證明，在活塞銷與銷座以及活塞銷與連桿小頭襯套的工作狀態(tài)（即熱態(tài)）的間隙為（1~3）10-4d的情況下，它們能夠穩(wěn)定且可靠地運(yùn)行。因此，在裝配的冷態(tài)狀態(tài)下，銷與銷座會(huì)出現(xiàn)（1~3）10-4d的過盈現(xiàn)象，這是為了補(bǔ)償鋁合金活塞銷孔在工作過程中產(chǎn)生的較大熱膨脹。不僅需要嚴(yán)格控制尺寸公差，更要確保圓柱度和表面的粗糙度都達(dá)到嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。如果尺寸公差過大，但圓柱度和表面粗糙度足夠小，那么可以根據(jù)尺寸分組選配，以確保配合副的理想間隙。活塞銷剛度和強(qiáng)度校核為了確?；钊N和銷座能夠穩(wěn)定運(yùn)行，我們需要對(duì)活塞銷的彎曲變形、失圓變形、銷座表面的壓力以及活塞銷的應(yīng)力進(jìn)行詳細(xì)的校驗(yàn)。失圓變形：Δd=4.7pzD/(1-Δ2)1/2*(1+δ)3/(1-δ)3*10-8=0.014mm（4-10）許用失圓變形：[Δd]≦0.012*(1+0.01D)=0.0228mm（4-11）滿足要求。作用在銷孔上的表面壓力：q=1.58pz/Δ(1-Δ2)1/2=273.8（4-12）小于極限值560bar，滿足要求?；钊N的縱向彎曲應(yīng)力：σ1=0.093pz/Δ3(1-δ4)=196.3N/mm2（4-13）活塞銷的橫向彎曲應(yīng)力：σ2=0.0685pz(1+δ)/Δ(1-δ)2=113.3N/mm2（4-14）所以總彎曲應(yīng)力：=226.7N/mm2（4-15）在許用應(yīng)力200到400N/mm2之間，滿足要求。經(jīng)以上計(jì)算可知設(shè)計(jì)的活塞銷滿足剛度和強(qiáng)度要求。活塞環(huán)設(shè)計(jì)在活塞和活塞環(huán)共同作用下確保氣缸內(nèi)的高壓氣體不會(huì)流入曲軸箱，并將大部分從活塞頂部獲得的熱量傳遞至氣缸壁，起到這種功能的活塞環(huán)被稱為氣環(huán)。除此之外，還專門設(shè)計(jì)了一個(gè)油環(huán)，目的是在活塞下行的過程中，將氣缸壁上多余的機(jī)油刮回到油底殼，從而降低上竄機(jī)油的量。通常的規(guī)定是，通過環(huán)組的氣體竄氣量不應(yīng)超過總進(jìn)氣量的0.5%，同時(shí)機(jī)油的消耗量也不應(yīng)超過燃油消耗量的0.5%。活塞環(huán)的材料由于活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)中最易磨損的部件，因此選擇合適的材料和合適的表面處理技術(shù)變得尤為關(guān)鍵。活塞環(huán)通常由合金鑄鐵鑄造，高強(qiáng)度環(huán)由球墨鑄鐵鑄造，熱處理提高了材料的熱穩(wěn)定性。少數(shù)幾個(gè)活塞環(huán)是由合金鋼制成的。為了增強(qiáng)活塞環(huán)的耐磨、抗腐蝕或優(yōu)化其磨損特性，其工作表面通常會(huì)覆蓋多種鍍層或涂層。目前應(yīng)用最廣的是鍍鉻和噴鉬。松孔鍍鉻不僅硬度較高，耐磨耐蝕，而且儲(chǔ)油，抗膠合，廣泛應(yīng)用于汽油機(jī)和自然吸氣柴油機(jī)。噴涂法不僅能產(chǎn)生一定程度的多孔結(jié)構(gòu)，還具備一定的儲(chǔ)油能力。因此，在內(nèi)燃機(jī)上使用噴鉬層是提高發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的一種有效方法。噴鉬環(huán)主要被設(shè)計(jì)為增壓強(qiáng)化柴油機(jī)的第一個(gè)環(huán)節(jié)。每一個(gè)活塞環(huán)都需要經(jīng)過磷化、氧化或鍍錫的步驟，這樣可以增強(qiáng)其耐磨性和防止銹蝕。2.3.2連桿的設(shè)計(jì)按照上文中關(guān)于連桿機(jī)構(gòu)組成的概述，連桿由連桿小頭，連桿桿身以及連桿大頭組成，下面分別對(duì)著三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。小頭的設(shè)計(jì)及校核1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連桿小頭的關(guān)鍵尺寸有寬度B1，和內(nèi)徑d1，參照常見連桿尺寸，設(shè)計(jì)為，，相應(yīng)的，外徑D1和襯套外徑d的分別為：和。其組成形式見下圖所示。連桿小頭2、強(qiáng)度校核在進(jìn)行連桿小頭的強(qiáng)度校核時(shí)，首先需要確定其常見的失效方式，通過翻閱有關(guān)書籍，我們可以發(fā)現(xiàn)連桿小頭的常見失效形式為徑向均布力引起的外側(cè)及內(nèi)側(cè)強(qiáng)度失效，因此需要分別正對(duì)內(nèi)表面和外表面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算分析。連桿小頭徑向力的大?。荷鲜街?，各個(gè)參數(shù)的意義表述如下：—過盈配合值，；取，—小頭溫升,約；—線膨脹系數(shù)，取；—襯套線膨脹，?。?、—伯桑系數(shù)，?。弧獜椥阅?shù)，取[10]；—襯套彈性模量，取值；將上述數(shù)值帶入公式計(jì)算可得：則根據(jù)壓力p的大小可分別計(jì)算內(nèi)外表面應(yīng)力的大小為，外內(nèi)而在一般的連桿設(shè)計(jì)中的范圍為，對(duì)比本文計(jì)算結(jié)果可知本文進(jìn)行的連桿小頭設(shè)計(jì)復(fù)合強(qiáng)度要求。桿身的設(shè)計(jì)及校核1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連桿的桿身通常采用工字形斷面，這種形式在保證了連桿桿身強(qiáng)度的同時(shí)，能夠最大程度上地減少重量節(jié)約材料。桿身寬度為一般為氣缸直徑地0.26-0.3倍，因此取，相應(yīng)的取寬度為。其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示。2、強(qiáng)度校核在進(jìn)行連桿桿身的強(qiáng)度校核時(shí)，首先還是應(yīng)該確定其主要的受力方式，在本設(shè)計(jì)中，連桿桿身承受的主要力為拉伸應(yīng)力，其大小可計(jì)算為：上文中，各個(gè)參數(shù)的意義表述如下：—截面積，取。PJmax則表述連桿收到的最大拉力，在設(shè)計(jì)中，根據(jù)常見的單沖程的最大拉力，可以取值為10519.681N則最大拉伸應(yīng)力為：而一般連桿都是采用鋼制作，其材料的許用值為，對(duì)比可得，連桿桿身的工作強(qiáng)度要遠(yuǎn)小于其材料的強(qiáng)度。則該設(shè)計(jì)合適。大頭的設(shè)計(jì)及校核1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連桿大頭的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有大頭孔直徑，曲軸連接直徑，長，寬，軸瓦厚度，取。2、強(qiáng)度校核在進(jìn)行大頭的強(qiáng)度校核時(shí)，首先確定其兩個(gè)基本參數(shù)，即固定角為取，曲率半徑為。連桿大頭在正常工作時(shí)，其危險(xiǎn)位置為連桿蓋處，因此需要針對(duì)該處進(jìn)行設(shè)計(jì)校核。最大載荷大小為：由經(jīng)驗(yàn)公式確定彎矩和法向力：則，危險(xiǎn)位置的的彎矩為：法向力為：上文中，各個(gè)參數(shù)的意義表述如下：，—蓋和軸瓦慣性矩，單位為，計(jì)算得：，，—蓋和軸瓦截面積，，計(jì)算得，，則中間最大應(yīng)力為：表示抗彎斷面系數(shù)，其大小為由此可得應(yīng)力為：參照一般連桿大頭蓋都是采用鋼制作，其材料的許用值為，對(duì)比可得，工作強(qiáng)度要遠(yuǎn)小于其材料的強(qiáng)度。則該設(shè)計(jì)合適。綜合上述，按照上文確定的相關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)連桿的樣式如下圖所示：連桿設(shè)計(jì)圖2.3.3曲軸的設(shè)計(jì)汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)表2.1汽油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)額定功率扭矩缸徑?jīng)_程沖程數(shù)冷卻方式汽缸數(shù)S/D61Kw135NM81mm77.4mm四沖程水冷直列四缸0.9氣缸工作容積Vs，平均有效壓力，活塞平均速度的計(jì)算根據(jù)內(nèi)燃機(jī)學(xué)的基本計(jì)算公式：式中——發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率，——發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力，——?dú)飧椎墓ぷ魅莘e，——發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)目取4，——發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，——活塞的平均速度，——發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的行程，——發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸直徑，——發(fā)動(dòng)機(jī)的行程數(shù)，取4。根據(jù)以上的條件代入以上公式，并圓整得：，，，。曲軸的工作條件、結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇.1曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求曲軸是在周期性的氣體壓力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量慣性力以及力矩的共同作用下持續(xù)運(yùn)行的，導(dǎo)致曲軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)和彎曲，從而形成疲勞應(yīng)力狀態(tài)。對(duì)于各種不同類型的曲軸來說，彎曲載荷是非常關(guān)鍵的，大約80%的損壞是由彎曲疲勞導(dǎo)致的。因此，研究曲軸的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)特別關(guān)注彎曲疲勞強(qiáng)度，并在曲軸的設(shè)計(jì)過程中，確保達(dá)到最高的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲強(qiáng)度，以確保其擁有充分的疲勞承受能力。需要特別關(guān)注應(yīng)力集中的位置，并減少應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。為了解決曲軸強(qiáng)度不足的問題，應(yīng)該采用局部強(qiáng)化的方法。.2曲軸的結(jié)構(gòu)型式汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸設(shè)計(jì)包括整體式和組合式兩種形式，其中整體式曲軸是將曲軸整合為一個(gè)完整的部件，它具有高強(qiáng)度、高剛度、緊湊的結(jié)構(gòu)和較小的質(zhì)量，目前這種設(shè)計(jì)是發(fā)動(dòng)機(jī)的主流選擇。為了增強(qiáng)曲軸的彎曲強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度，現(xiàn)代多缸內(nèi)燃機(jī)的曲軸一般采用全支撐結(jié)構(gòu)。.3曲軸的材料在制造曲軸時(shí)，常用的材料包括45、40Cr、35Mn2等中碳鋼和中碳合金鋼。經(jīng)過高頻淬火或氮化處理后，軸頸表面的加工精度相當(dāng)高。目前，球墨鑄鐵在曲軸材料中得到了廣泛的應(yīng)用。這個(gè)設(shè)計(jì)方案采用了QT800作為材料。曲軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)在進(jìn)行曲軸的設(shè)計(jì)前，首先需要確定直徑，它的大小也與氣缸的直徑D有著直接的關(guān)系，如下：按上文所述=80.985，所以直徑的大小為：=0.60=47.80。長度受直徑的影響，/=，取=0.59=28。軸頸大小，根據(jù)受力截面與活塞面積之比確定，由。取，取=1.13=54。，取=0.31=25.11。曲軸強(qiáng)度的校核.1靜強(qiáng)度計(jì)算（1）壓縮終了壓力，P=Tdeεn1，式中P—壓縮終了壓力，Pde——:進(jìn)氣終了壓力2.59MPa，E—壓縮比1.35，計(jì)算得P=3.5MPa。（2）作用在活塞上的力F，，式中D—活塞直徑，P—壓縮終了壓力，P0—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1x105Pa,計(jì)算得F=12876N。（3）主軸頸中心到曲柄銷中心的距離，L1=（33+33）/2+33=66mm；（4）主軸頸中心到曲柄臂中心的距離，L2=（33+33）/2=33mm。.2連桿軸頸的計(jì)算（1）在曲拐平面內(nèi)的彎曲應(yīng)力：(2)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：各應(yīng)力小于該材料所許可的最大應(yīng)力[]＝800MPa，所以在允許范圍內(nèi)。.3曲柄臂計(jì)算（1）壓縮應(yīng)力：（2）彎曲應(yīng)力：各應(yīng)力小于該材料所許可的最大應(yīng)力[σ]＝800MPa，所以在允許范圍內(nèi)。2.3.4一些細(xì)節(jié)布置2.4.1油道布置在確定主軸頸上的油道入口和曲柄銷上的油道出口位置時(shí)，不僅要考慮供油的便利性，還要確保油孔對(duì)軸頸的強(qiáng)度影響盡可能小。通常，只需將油孔放置在曲拐平面旋轉(zhuǎn)前的40°至90°的低負(fù)荷區(qū)域，并且油道與軸頸過渡圓角的距離不應(yīng)過近。選擇尺寸為5mm。2.4.2曲軸兩端的結(jié)構(gòu)曲軸前部通常配有扭轉(zhuǎn)減震器、油泵、冷卻泵等各種發(fā)動(dòng)機(jī)輔助設(shè)備。它由安裝在曲軸前部的皮帶輪或齒輪驅(qū)動(dòng)，正排氣時(shí)間齒輪也安裝在曲軸前部。曲軸的末端配有飛輪來輸出總力矩，因此末端必須加厚。2.4.3曲軸的止推為了避免曲軸在軸向上發(fā)生偏移，需要在軸體之間安裝止推軸承，這樣可以承受斜齒輪的軸向分力和離合器產(chǎn)生的軸向推力。通常，止推軸承被放置在中央軸承的兩邊或者是后主軸承的兩邊。大部分的止推軸承的間隙范圍是0.05-0.2mm。根據(jù)上文確定的參數(shù)，曲軸的設(shè)計(jì)如下所示：曲軸設(shè)計(jì)圖綜合上文中完成的活塞，連桿以及曲軸的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)曲軸活塞連桿組機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)如下曲軸活塞連桿組總體設(shè)計(jì)圖曲軸活塞連桿組機(jī)構(gòu)三維模型建立3.1軟件介紹CAD技術(shù)作為一種高效的工程工具，其獨(dú)有的可視化特性使得傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)能夠在設(shè)計(jì)初期就完成成品效果的展示和技術(shù)模擬。借助CAD技術(shù)，我們成功地將傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)代的信息技術(shù)進(jìn)行了深度融合。這種融合不僅大大增強(qiáng)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)穩(wěn)定性和安全性，而且在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了整體設(shè)計(jì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。這一做法讓更多的專業(yè)人士和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的專家有機(jī)會(huì)參與到原先難以接觸的設(shè)計(jì)工作中，從而滿足了設(shè)計(jì)多樣性的需求，并明顯地提升了設(shè)計(jì)的效率。在本次研究中，我們選擇了SolidWorks作為設(shè)計(jì)軟件的關(guān)鍵組成部分，也就是solidwoks的核心功能——即構(gòu)建一個(gè)直觀的三維模型。該三維模型包括了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所涉及到的所有零件和部件以及它們之間的關(guān)系等相關(guān)內(nèi)容。雖然這一模型并不適宜直接用于工業(yè)制造過程，但其明顯的優(yōu)點(diǎn)是能夠以清晰和便捷的方式呈現(xiàn)產(chǎn)品的基礎(chǔ)信息，這對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期的可行性研究具有極大的價(jià)值。Solidworks不僅模擬了模塊的功能，更簡單地說，它還具有模擬有限元分析的能力。3.2曲軸活塞連桿組機(jī)構(gòu)零部件三維模型建立我們應(yīng)用SolidWorks建立零部件三維模型，如下所示：3.2.1第二道氣環(huán)3.2.2第一道氣環(huán)3.2.3飛輪套3.2.4活塞3.2.5活塞銷3.2.6連桿襯套3.2.7連桿蓋3.2.8曲軸（飛輪端）3.2.9曲軸（同步帶端）3.2.10曲軸3.2.11曲軸套3.2.12曲軸總3.2.13軸瓦（上）3.2.14軸瓦（下）3.2.15組合油環(huán)3.2.16組合油環(huán)13.2.17組合油環(huán)23.2.18連桿首先根據(jù)設(shè)計(jì)的連桿的基本形式，及前端的大頭和后部的小頭部件，以及之間的連接桿，為方便建模步驟，采用鏡像的步驟，如下圖所示之間采用的連接桿件為尺寸厚度15的梯形結(jié)構(gòu)。其次為了加工的合理性，從這種角度出發(fā)，對(duì)于上文完成的建模，在邊線位置上，選擇圓角命令，圓角的尺寸為半徑40mm，如下圖所示：在進(jìn)行連桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足連桿的強(qiáng)度要求的同時(shí)，可以對(duì)連桿的基礎(chǔ)進(jìn)行輕量化的設(shè)計(jì)，在本文進(jìn)行連桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，選擇在連接件中進(jìn)行挖凹槽的設(shè)計(jì)，雙側(cè)挖槽深度為5mm，形式如下所示：為方便連桿的兩部分進(jìn)行連接，在連桿的端頭進(jìn)行連接孔的設(shè)計(jì)，采用拉伸的命令，拉伸的長度為5mm，如下圖所示：最后進(jìn)行鏡像的操作，完成兩側(cè)連接件的設(shè)計(jì)，如下圖：拉伸的部件為切除拉伸4.6.和第7步驟。最后利用圓角命令，對(duì)連桿進(jìn)行實(shí)際化的滿足加工要求的圓角設(shè)計(jì)，如下圖所示，圓角的尺寸為半徑3mm。3.3曲軸活塞連桿組機(jī)構(gòu)三維模型我們根據(jù)SolidWorks建立零部件三維模型，組裝成三維模型如下所示：第4章曲軸活塞連桿組機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零部件三維模型有限元分析4.1軟件介紹ANSYS是機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)態(tài)分析的縮寫。這個(gè)技術(shù)成立于25年前，每年都得到發(fā)展和改善。ANSYS軟件具有可用于基于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬的大移位程序。ANSYS軟件的第一個(gè)產(chǎn)品是ANSYS/sover，只用于求解非線性數(shù)值方程式組。20世紀(jì)90年代初ANSYS模塊/view被導(dǎo)入，可以在單一的環(huán)境中構(gòu)筑模型、地震模型、并驗(yàn)證結(jié)果。發(fā)展至今，已經(jīng)基于ANSYS軟件開發(fā)了業(yè)界專用的產(chǎn)品。如ANSYS/car、ANSYS/aircuraft、ANSYS/ral、ANSYS/engine等。4.2有限元法的基本概念有限元法（FEM），也常被稱作有限單元法或有限元素法，它的核心理念是將求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)且按一定方式相互連接在一起的單元的組合體。它具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和較高的靈活性，能夠快速、準(zhǔn)確地求解。ANSYS由9個(gè)不同的處理器組成，每一個(gè)處理器負(fù)責(zé)執(zhí)行各自獨(dú)特的任務(wù)。當(dāng)使用時(shí)，它會(huì)自動(dòng)把所有信息集成到一起，并且提供強(qiáng)大的用戶界面來幫助用戶完成各種計(jì)算。用戶有兩種途徑來訪問處理器，圖形用戶交互方式和命令方式。ANSYS為用戶提供了豐富的輸入方式，允許用戶通過菜單、函數(shù)、指令方式或這些方式的結(jié)合來便捷地完成分析工作。

4.3有限元法的分析步驟有限元分析模擬了各種物理現(xiàn)象（幾何形狀和負(fù)載狀況），其數(shù)值與實(shí)際情況非常接近。通過將網(wǎng)格在分析對(duì)象上進(jìn)行劃分，求出有限個(gè)解來模擬真實(shí)狀況的無限個(gè)未知量。ANSYS的分析流程涵蓋了三個(gè)核心環(huán)節(jié):(1)建立有限元模型(2)施加載荷并求解(3)查看結(jié)果（檢驗(yàn)結(jié)果）4.4連桿有限元分析運(yùn)用ansys，參照下圖將待分析的部件拖入Projectschematic界面，如下利用在AnalysisSystems中StaticStructural的功能設(shè)置材料性能參數(shù)為下圖所示：4.4.1網(wǎng)格劃分 對(duì)于我們構(gòu)建的三維模型結(jié)構(gòu)，有必要進(jìn)行合理的簡化處理。如前文所述，有限元仿真的基本原理是將待分析的部分劃分為多個(gè)網(wǎng)格，然后進(jìn)行分散求解，最終合并得到結(jié)果。但有時(shí)，復(fù)雜的模型結(jié)構(gòu)可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格劃分失敗。因此，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前，對(duì)非關(guān)鍵的分析部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)簡化是非常必要的，這樣可以大大減少不必要的計(jì)算量。對(duì)經(jīng)過優(yōu)化的部件進(jìn)行了材料分配和網(wǎng)格分割。在最初的有限元分析軟件中，我們并沒有專門的材料庫，比如在10.0版本之前的ANSYS。在開始分析之前，我們需要根據(jù)預(yù)定的材料特性，按照《機(jī)械設(shè)計(jì)》提供的材料參數(shù)，逐一輸入材料的彈性模型和泊松比等關(guān)鍵參數(shù)。但現(xiàn)在，我們已經(jīng)進(jìn)行了持續(xù)的優(yōu)化，當(dāng)進(jìn)行材料賦值時(shí)，只需在ANSYSLAB中進(jìn)行選擇；二、如何確定單元類型及邊界節(jié)點(diǎn)？網(wǎng)格劃分通常依賴于軟件內(nèi)置的功能，主要包括三角形、四邊形、六邊形等多種網(wǎng)格類型。選擇網(wǎng)格時(shí)需要根據(jù)待分析部件的特定樣式。如果對(duì)網(wǎng)格有較高的標(biāo)準(zhǔn)，那么就需要使用Hapmash等專業(yè)軟件來完成第三方網(wǎng)格的劃分，并在導(dǎo)入后進(jìn)行進(jìn)一步的處理。以下是網(wǎng)格的劃分方式:網(wǎng)格參數(shù)如下圖：4.4.2邊界條件設(shè)定 在確定其受力模式、約束方式和邊界載荷之后，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分之后，首先需要明確待分析部件的約束狀況，這涉及到根據(jù)該部件在實(shí)際設(shè)備中的約束條件來確定其耦合狀態(tài)；在確定受力的具體位置、大小及其形態(tài)后，在軟件里選擇合適的插入位置。在本文的設(shè)計(jì)中，根據(jù)待分析的連桿機(jī)構(gòu)的受力條件，確定軸承外圈為固定連接。設(shè)定負(fù)載為2000N，如上圖所示4.4.3結(jié)果分析 點(diǎn)solve，運(yùn)行運(yùn)算功能，結(jié)果如下，下圖分別為主應(yīng)力圖、位移圖和應(yīng)變?cè)茍D。4.4.4模態(tài)分析結(jié)果 運(yùn)用ANSYS諧響應(yīng)分析部件，得到六階振型一階振型二階振型三階振型四階振型五階振型六階振型4.5曲軸有限元分析4.6活塞有限元分析第5章快速成型制作5.1快速成型技術(shù)簡介快速成型（RapidPrototypingRP）技術(shù)是一種在20世紀(jì)90年代迅速嶄露頭角的先進(jìn)制造技術(shù)，它是一項(xiàng)對(duì)于制造業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)至關(guān)重要的技術(shù)?？焖俪尚蜋C(jī)具有設(shè)計(jì)周期短、生產(chǎn)成本低、柔性大等特點(diǎn)。目前已被廣泛應(yīng)用到航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和模具行業(yè)以及其他一些需要進(jìn)行大量復(fù)雜形狀加工的場(chǎng)合。自從這項(xiàng)技術(shù)首次亮相，它在全球的制造行業(yè)中逐步獲得了廣大的使用，并由此催生了一個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域?？焖俪尚停≧apidPrototyping）技術(shù)是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的總稱。它是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，通過掃描或打印各種不同類型的零件模型來生成實(shí)體模型并自動(dòng)進(jìn)行裝配和修改，最終獲得具有一定精度要求和外觀質(zhì)量的產(chǎn)品。它融合了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)以及材料技術(shù)等多種現(xiàn)代科技技術(shù)，成為先進(jìn)制造技術(shù)體系中不可或缺的一部分。如今，快速成型技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域如工業(yè)造型、機(jī)械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻和首飾等都獲得了廣大的應(yīng)用和認(rèn)可。盡管RP技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但它也存在一定的局限性。例如，可成型材料的有限性、零件精度低、表面粗糙度較高、原型零件物理性能的不佳、成型機(jī)成本的高昂以及運(yùn)行制造成本的增加，都在一定程度上限制了該技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用。觀察當(dāng)前國內(nèi)外RP技術(shù)的研究進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用，我們可以看到快速成型技術(shù)未來的研究和發(fā)展趨勢(shì)。5.2快速成型技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用5.2.1快速成型技術(shù)的特點(diǎn)RP技術(shù)將一個(gè)實(shí)體的復(fù)雜的三維加工離散成一系列層片的加工，一定限度上降低了加工難度，其具有如下特點(diǎn)：⑴成型的快速性，在當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境下有競爭優(yōu)勢(shì)；⑵制做各種復(fù)雜形態(tài)的三維實(shí)體；⑶借助CAD模型進(jìn)行直接的驅(qū)動(dòng)，達(dá)到了設(shè)計(jì)與制造的高度融合。⑷在制造的過程中，不需要使用特定的夾具、刀具或模具，這種成型方式不僅能夠降低生產(chǎn)成本，還可以大幅度減少生產(chǎn)時(shí)間。⑸RP技術(shù)集成性較高，既是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是對(duì)其進(jìn)行綜合運(yùn)用。由于RP技術(shù)擁有獨(dú)特的性質(zhì)，它主要被廣泛應(yīng)用于研發(fā)新型產(chǎn)品、迅速地生產(chǎn)單體或小批量的部件、生產(chǎn)復(fù)雜外形的零件，以及模具和模型的設(shè)計(jì)和制作。除此之外，RP技術(shù)也可以用于處理難以制作的材料制造、外觀的設(shè)計(jì)審核、部件的安裝檢驗(yàn)，以及快速的反求工程應(yīng)用等。5.2.2快速成型技術(shù)的應(yīng)用從RP技術(shù)的當(dāng)前進(jìn)展來看，在我國，它主要被用于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證以及模擬樣品的試制。這一開發(fā)流程涵蓋了從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)（或改型設(shè)計(jì)）到造型設(shè)計(jì)，再到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基本功能評(píng)估，最后到模擬樣品的試制。快速成型技術(shù)的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：在新產(chǎn)品的開發(fā)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)和功能的驗(yàn)證。RP技術(shù)能夠迅速地把產(chǎn)品設(shè)計(jì)的CAD模型轉(zhuǎn)化為物理實(shí)體模型，這為驗(yàn)證設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性、可組裝性和美觀性提供了便利，并能在發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題時(shí)進(jìn)行及時(shí)的修正。同時(shí)也為生產(chǎn)提供了可靠依據(jù)，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。如果采用傳統(tǒng)的方法，就需要完成繪圖、工藝設(shè)計(jì)、工裝模具制造等。快速成型技術(shù)在多個(gè)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用:汽車和摩托車的外觀和內(nèi)部裝飾部分的設(shè)計(jì)、改進(jìn)、組裝測(cè)試，以及發(fā)動(dòng)機(jī)和汽缸頭的試制工作。在航空和航天領(lǐng)域，我們專注于特殊部件的直接生產(chǎn)，以及葉輪、渦輪和葉片的試制工作，還包括發(fā)動(dòng)機(jī)的試制和裝配試驗(yàn)。輕工業(yè)領(lǐng)域涵蓋了各類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)和組裝，以及市場(chǎng)推廣活動(dòng)，還包括玩具和鞋類模具的快速生產(chǎn)。在醫(yī)療領(lǐng)域，我們專注于醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)和試用，以及CT掃描數(shù)據(jù)的物化處理、手術(shù)模擬和人體骨關(guān)節(jié)的配置。綜合來看，快速成型技術(shù)的進(jìn)步在過去20年中是制造業(yè)的一項(xiàng)重大突破。它不僅在制造原理上與傳統(tǒng)方法有很大的不同，更重要的是，在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)策略以市場(chǎng)響應(yīng)速度為首要目標(biāo)的情況下，RP技術(shù)能夠縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，從而提高企業(yè)的競爭力。5.3成型原理快速成型技術(shù)采用二維制造技術(shù)來制作一系列的薄切片，然后根據(jù)需求將這些二維薄切片逐層粘結(jié)在一起，從而形成所需的三維零件。它具有生產(chǎn)效率高，成本低，周期短和產(chǎn)品性能好等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于模具工業(yè)中，尤其是精密模具行業(yè)中，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工中。制作流程如下：首先，使用計(jì)算機(jī)CAD軟件創(chuàng)建工件的三維模型，然后將薄型切片進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，從而生成零件的二維層片信息，形成各截面的二維固體層片。完成一層制作后，在該層的基礎(chǔ)上繼續(xù)制作下一層，逐層疊加，直到各層片按順序疊加成三維零件。RP技術(shù)的核心思想在于：通過對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行層次化處理，從而獲得每一層的截面輪廓數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)可以指導(dǎo)激光器選擇性地?zé)Y(jié)一層接一層的粉末材料，形成一系列微小厚度的片狀實(shí)體。然后，通過熔結(jié)、聚合和粘接等技術(shù)將這些片狀實(shí)體逐層疊加，從而制造出新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品樣本、模型或模具。5.4快速成型技術(shù)的制作過程三維CAD模型。該三維CAD模型可以利用\o"計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件"計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（如Pro/E,I-DEAS,SolidWorks,UG等）直接構(gòu)建，也可以將已有產(chǎn)品的二維圖樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換而形成三維模型，或?qū)Ξa(chǎn)品實(shí)體進(jìn)行激光掃描、\o"CT"CT斷層掃描，得到\o"點(diǎn)云"點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用反求工程的方法來構(gòu)造三維模型。

當(dāng)您確定您的OBJET30三維打印機(jī)將有2周以上不使用時(shí)，您要在執(zhí)行關(guān)機(jī)向?qū)跋葓?zhí)行一個(gè)MaterialFlush/Fill向?qū)В谧鲞@一步時(shí)您要確保有4桶清洗液可供使用；當(dāng)您下次再開機(jī)時(shí)，在打印模型前先也要執(zhí)行一下MaterialFlush/Fill,這時(shí)是向管道里灌入材料，具體的步驟如下：1開機(jī)（1）.在Options中選擇Wizard(向?qū)?，然后在下拉菜單中選擇MaterialFlush/FillWizard，如圖6-1所示：圖6-1第一步（2）在彈出的屏幕中選擇第一項(xiàng)，單擊下一步：如圖6-2所示。圖6-2第二步（3）插入4桶清洗液，單擊下一步：如圖6-3所示。圖6-3第三步（4）在這步時(shí)請(qǐng)確認(rèn)打印機(jī)的蓋子是關(guān)閉狀態(tài)的，然后單擊下一步：（5）打印機(jī)開始運(yùn)行材料沖洗周期：如圖6-4所示。圖6-4第四步（6）當(dāng)清洗液已經(jīng)沖洗進(jìn)三維打印機(jī)，向?qū)?huì)提示您拿開它們，單擊Done：如圖6.5所示。圖6-5第五步（7）這時(shí)在執(zhí)行關(guān)機(jī)向?qū)А?三位打印實(shí)體（1）打印前模型如圖6-6所示。圖6-6打印前準(zhǔn)備（2）三維打印后模型如圖6-7-6-11所示。圖6-7實(shí)物圖1圖6-8實(shí)物圖2圖6-9實(shí)物圖3圖6-10實(shí)物圖4圖6-11處理后實(shí)物總結(jié)本次設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)了曲軸活塞連桿組，運(yùn)用了ANSYS和快速成型技術(shù)。首先用三維建模畫出了曲軸活塞連桿組，其次用CAD進(jìn)行二維建模，利用三維模型打出實(shí)物。經(jīng)過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸活塞連桿組有了更為深入的認(rèn)識(shí)，并對(duì)其工作環(huán)境、部件所用材料以及材料特性有了更為全面的了解。使我在今后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中能夠更好地考慮這些因素，提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。我對(duì)CAD和ANSYS這兩款軟件的使用技巧有了更深入的了解，并深知軟件繪圖的卓越之處以及ANSYS軟件的強(qiáng)大功能。它不但能繪制出工程圖還可直接在計(jì)算機(jī)上繪出三維模型。ANSYS有能力對(duì)那些人工難以處理的圖形進(jìn)行多種形式的分析。在三維建模方面有著很大優(yōu)勢(shì)，它能實(shí)現(xiàn)自由曲面及復(fù)雜形狀零部件的自動(dòng)生成。與此同時(shí)，快速成型的技術(shù)也被認(rèn)為是相當(dāng)先進(jìn)的?？焖俪尚渭夹g(shù)的發(fā)展為工業(yè)設(shè)計(jì)帶來革命性的變化。當(dāng)前，無論是國內(nèi)還是國外，快速成型技術(shù)的研究和開發(fā)焦點(diǎn)都集中在其基礎(chǔ)理論、創(chuàng)新的快速成型技術(shù)、新型材料的研發(fā)、模具制造方法、金屬部件的直接生產(chǎn)，以及生物技術(shù)和工程應(yīng)用等方面。同時(shí)，也對(duì)制造速度、精度和可靠性提出了更高的要求。我國近年來迅速發(fā)展的快速成形技術(shù)正是基于這種背景下提出來的，并已經(jīng)得到廣泛推廣和運(yùn)用。然而，僅從快速成型（RP）到快速制造（RM）這一階段來觀察，所取得的進(jìn)展依然不盡如人意。從研究的角度看，從快速成型技術(shù)進(jìn)化而來的快速制造技術(shù)仍然處于初級(jí)階段。但很明顯，這種技術(shù)的轉(zhuǎn)型潛力是巨大的，并且這項(xiàng)技術(shù)目前正處于研究與市場(chǎng)開發(fā)的融合時(shí)期，因此RP/RM技術(shù)的廣大發(fā)展前景是值得我們期待的。RP/RM技術(shù)的重大突破應(yīng)當(dāng)是在維持現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，持續(xù)尋求減少生產(chǎn)制造成本和提升生產(chǎn)效率。在內(nèi)燃機(jī)行業(yè)中，活塞作為重要的零部件之一，其結(jié)構(gòu)性能對(duì)整機(jī)性能有著決定性的影響。隨著科技的不斷進(jìn)步，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)得到了持續(xù)的發(fā)展。發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)逐步提升，活塞及其部件所承受的機(jī)械和熱負(fù)荷也逐漸增加。這些部件的設(shè)計(jì)合理性將直接影響到內(nèi)燃機(jī)的可靠性、使用壽命、排放量和經(jīng)濟(jì)效益等方面。由于活塞及氣缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料特性多變，加之其工作環(huán)境復(fù)雜，使得活塞及氣缸體所承受的載荷往往超過傳統(tǒng)方法所能達(dá)到的極限范圍，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重故障或事故的發(fā)生。因此，在現(xiàn)有的環(huán)境條件下，通過準(zhǔn)確和高效的計(jì)算分析，找出具有實(shí)用價(jià)值的解決方案已經(jīng)成為當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)先考慮的問題。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我收獲頗豐，不僅精通軟件操作，還對(duì)快速成型技術(shù)有了深入的了解，并將它運(yùn)用到實(shí)際中去，取得了較好的效果。未來，我們需要對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行更深入的探索，并努力學(xué)習(xí)。

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