李　莎

（上海電機學院，上?！?01306）

基于Pro/E軟件的柴油機曲軸三維建模

李莎

（上海電機學院，上海201306）

以Pro/E軟件里的各種選項（拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像等）為支撐，以柴油機曲軸為例進行參數(shù)化實體建模，利用Pro/E軟件進行參數(shù)化建模設計，簡便且提高了設計效率、減少了設計缺陷。

柴油機；曲軸模型；Pro/E軟件

數(shù)字化建模技術不僅可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、減少設計缺陷，而且易于信息傳遞和數(shù)據(jù)管理。曲軸作為發(fā)動機的重要零部件，它的模擬計算疲勞分析具有非常意義。本文通過分析曲軸結構特性，提出一種具有通用性的曲軸建模方法，并且簡單介紹Pro/E強大的三維建模能力。

1　Pro/E軟件主要功能

Pro/E軟件是美國PTC公司集CAD/CAM/CAE為一體的三維建模軟件，廣泛應用于電子、模具、機械等行業(yè)，它最大的優(yōu)勢是參數(shù)化建模，方便特征編輯與修改。經(jīng)過長期的發(fā)展與完善，Pro/E具有很多優(yōu)勢：第一，Pro/E是個參數(shù)化建模軟件，工程設計人員隨意勾畫草圖，通過改變參數(shù)來改變模型。第二，Pro/E是在同一層面上建立的數(shù)據(jù)庫，也就是說任何一處的改動都會反應在整個設計過程中。第三，Pro/E軟件的所有模塊都是相關的。即任何一處修改都能影響整個設計過程，同時自動更新所有數(shù)據(jù)文檔。第四，Pro/E采用客戶熟悉的特征對產(chǎn)品進行三維建模造型。第五，Pro/E軟件里包含很多直觀性的命令，方便零件裝配。

2　曲軸結構特征及建模流程

曲軸主要由曲柄、曲柄銷和主軸頸三部分組成，其中曲柄銷和兩側(cè)曲柄構成一個曲拐。隨著發(fā)動機缸數(shù)的增加，曲軸也增加相應的曲拐數(shù)。曲軸三維數(shù)字化建模就是建立曲拐與主軸頸，然后根據(jù)發(fā)動機氣缸數(shù)將曲拐進行復制得到最終的曲軸模型。考慮到零件的真實性，曲軸的絕大部分特征都要進行建模，主要包括曲柄臂、平衡重、油道、鍵槽、螺紋螺孔等曲面特征，如圖1所示。

圖1　曲軸特征

圖2　曲軸建模流程圖

針對各種曲軸的共性與差異，提出一種通用的曲軸建模方法，具體思路流程如圖2所示。

3　柴油機曲軸建模過程

（1）曲軸的設計基準和裝配基準在第二缸（飛輪端）的右曲柄凸臺處，所以曲軸的坐標系定在該處。通過拉伸操作，得到第二缸（飛輪端）的右曲柄凸臺（薄圓柱體）。通過修剪草繪圖中的線段，并點擊拉伸選項，再旋轉(zhuǎn)切削上曲柄臂，得到第二缸右曲柄，如圖3所示。

圖3　第二缸右曲柄

（2）創(chuàng)建二分之一的曲柄銷，包括曲柄銷凸臺、圓角。因為左右兩曲柄近似鏡像對稱，因此可用復制鏡像創(chuàng)建左曲柄，從而形成第二缸曲拐，為減輕曲軸重量，對曲柄銷鉆減重孔，并切削減重孔凸臺，如圖4所示。

圖4　第二缸曲拐

（3）第一缸曲拐與第二缸曲拐形狀一樣，但位置呈鏡像且旋轉(zhuǎn)180°，可以利用復制鏡像、旋轉(zhuǎn)命令來完成，但鏡像和旋轉(zhuǎn)不能在一次命令中完成，需要分開完成。又因曲拐形狀復雜，在執(zhí)行旋轉(zhuǎn)命令時，原曲拐與旋轉(zhuǎn)后的曲拐相互干涉，導致旋轉(zhuǎn)失敗。因此先采用反向鏡像，再執(zhí)行平移旋轉(zhuǎn)，最后刪除輔助的反向鏡像曲拐，得到兩個缸的曲拐，如圖5所示。

圖5　兩個缸的曲拐

圖6　主軸頸及軸

（4）點擊回轉(zhuǎn)選項，創(chuàng)建主軸頸及其它軸，如圖6所示。

（5）鍵槽加工，因缺少繪圖基準，可以先創(chuàng)建輔助基準，由于這樣的基準很多，因此可以先以FRONT平面為基準，拉伸出鍵，如圖7所示。再以該鍵的平面為基準，切割齒輪軸上的鍵槽，如圖8所示，切割圓錐軸上的鍵槽，如圖9所示。

圖7　鍵

圖8　齒輪軸鍵槽

圖9　圓錐軸鍵槽

（6）建立參考平面，點擊拉伸切削選項及旋轉(zhuǎn)選項，分別切削中間主軸頸油孔、鉆削第一曲柄銷斜油孔。又因為第二曲柄銷的斜油道與第一曲柄銷的斜油道形狀一樣，位置斜對稱，可以通過設置輔助平面，鏡像復制而成。如圖10所示。

圖10　斜油道

（7）最后完成的曲軸模型如圖11所示。

圖11　曲軸三維模型

4　結語

針對各種曲軸的共性與差異，本文采用一種通用的曲軸建模方法，調(diào)用Pro/E軟件里的各種選項（拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像等），演示了Pro/E軟件參數(shù)化建模設計的基本步驟，整個建模過程直觀，便于修改。利用Pro/E軟件三維建模，大大地提高了模型的生成和修改速度，加快了設計者設計效率。

Diesel Engine Crankshaft 3D Modeling Based on Pro/E Software

LI Sha
（Shanghai Dianji University，Shanghai 201306，China）

In this paper，with the various options in the Pro/E software（stretching，rotation，mirror，etc.）as the support，diesel engine crankshaft as an example for parametric entity modeling，Pro/E software is used to carry out parametric modeling design to improve the design efficiency and reduce design flaws.

diesel engine；crankshaft model；Pro/E software

TK423

A

2095-980X（2015）11-0038-02

2015-10-06

李莎（1990-），女，山西臨猗人，碩士，主要研究方向：機械自動化及機構。