毕业设计（论文）基于catia的汽车连杆三维建模方法研究

1、摘要本文介绍了发动机连杆的工作原理、结构、材料、加工工艺、技术要求相关知识，学习CATIA V5软件各模块的具体功能，运用CATIA V5实现零件的三维建模。通过三维建模我们可以发现，CATIA V5三维软件在零部件开发中起着非常重要的作用，大大提高了零件开发效率，从而降低开发成本。关键词：连杆，CATIA V5，三维建模 AbstractThis paper introduce the knowledge of Working principle and structure and materials and the machining technology of Engine connecting rod. Compared with other countries, we can find that we are fall behind. learned the design process of connecting rod and builded the 3D model by CATIA V5 software. We can realize CATIA V5 played

2、 a very important role in parts design, greatly improve the efficiency of parts design, and reduce the design costs.Keywords：Connecting rod, CATIA V5, 3d modeling目录摘要IAbstractII1. 绪论11.1 课题来源及内容简介11.2 国内外对CATIA V5的使用11.3 课题研究的意义232.1 连杆发动机的概念及工作原理3连杆构造32.2.1 连杆的组成32.2.2 连杆小头的结构32.2.3 连杆杆身42.2.4 连杆大头42.2.5 连杆螺栓52.3 连杆的工作条件52.4 发动机连杆的材料的选择62.5 发动机连杆的加工工艺72.6 连杆的主要技术要求8大、小头孔的尺寸精度、形状精度82.6.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度8大、小头孔中心距82.6.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度8大、小头孔两端面的技术要求8螺栓孔的技术要求8有关结合面的技术要求9CATIA V5的连杆三维建模方法分

3、析103.1 CATIA中实现实体造型有两种模式：103.2 连杆建模过程分析103.2.1 拉伸特征的建立103.2.2 双向拔模特征建立133.2.3 参考点、参考直线、参考平面的建立14 挖槽特征的建立153.2.5 建立螺栓孔173.2.6 应用挖槽功能切割小端并作对称183.2.7 建立参考平面、拉伸凸台并创建螺纹孔193.2.8 草图特征练习213.2.9 建立倒圆角特征223.2.10 基本曲面特征233.3 制作连杆二维工程图233.4 CATIA V5简单视频的制作264. 总结与展望284.2 本文总结284.2 工作展望28致谢30参考文献311. 绪论1.1 课题来源及内容简介本次毕业设计课题康明斯发动机连杆三维建模方法研究来源于汽车工程系。分析康明斯发动机连杆结构特点，并使用CATIA V5完成连杆的三维建模，绘制二维工程图，对连杆结构进行合理的简化，总结、分析连杆建模方法，制作能用于教学的操作步骤说明书及相关视频。1.2 国内外对CATIA V5的使用CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/

4、CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA 提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。航空航天领域： 在航空航天业的多个项目中，CATIA 被应用于开发虚拟的原型机，其中包括Boeing飞机公司（美国）的Boeing 777 和Boeing 737，Dassault 飞机公司（法国）的阵风（Rafale）战斗机、Bombardier飞机公司（加拿大）的Global Express 公务机、以及Lockheed Martin飞机公司（美国）的Darkstar无人驾驶侦察机。Boeing飞机公司在Boeing 777项目中，应用CATIA设计了除发动机以外的100%的机械零件。并将包括发动机在内的100%的零件进行了预装配。汽车工业领域： CATIA是汽车工业的事实标准，是欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。CATIA 在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处，为各种车辆的设

5、计和制造提供了端对端（end to end ）的解决方案。CATIA 涉及产品、加工和人三个关键领域。CATIA 的可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产品上市时间。 一级方程式赛车、跑车、轿车、卡车、商用车、有轨电车、地铁列车、高速列车，各种车辆在CATIA 上都可以作为数字化产品，在数字化工厂内，通过数字化流程，进行数字化工程实施。CATIA的技术在汽车工业领域内是无人可及的，并且被各国的汽车零部件供应商所认可。造船工业领域: CATIA 为造船工业提供了优秀的解决方案，包括专门的船体产品和船载设备、机械解决方案。船体设计解决方案已被应用于众多船舶制造企业，类似General Dynamics, Meyer Weft 和Delta Marin ，涉及所有类型船舶的零件设计、制造、装配。CATIA 是有20多年历史的高端软件，自推出v5之后，它的revenue增长速度是这3个软件中最快的，比如年，CATIA增长27，UG增长11，而proE则是下降。到现在，世界上有超过13,000的用户选择了CATIA,创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内200

6、1的领先地位。当然catia本来的revenue就是同类软件中最大的。1.3 课题研究的意义通过学习对连杆相关知识有了更加全面的了解，同时运用CATIA三维建模软件完成连杆三维零件图及二维工程图，展示CATIA软件在零件设计和开发中发挥的巨大作用。同时，对我而言，能够在毕业设计过程中进一步掌握CATIA软件的各种建模功能。连杆相关知识介绍2.1 连杆发动机的概念及工作原理连杆（connecting rod）连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。 连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率，同时驱动活塞对气体进行压缩做工。连杆构造 连杆的组成（1）小头：用来安装活塞销，以连接活塞。（全浮式有油沟）（2）杆身：常做成“工”字形断面。（3）大头：与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖。 1-

7、小头；2-杆身；3-大头；4、9-装配记号（朝前）；5-螺母；6-连杆盖；7-连杆螺栓；8-轴瓦；10-连杆体；11-衬套；12-集油孔 连杆小头的结构在汽车发动机中连杆小头与活塞销的连接方式有两种，即全浮式和半浮式。全浮式活塞销工作时，在连杆小头孔和活塞销孔中转动，可以保证活塞销沿圆周磨损均匀。 连杆杆身 杆身断面为工字形，刚度大、质量轻、适于模锻。工字形断面的Y-Y轴在连杆运动平面内。有的连杆在杆身内加工有油道，用来润滑小头衬套或冷却活塞。如果是后者，须在小头顶部加工出喷油孔。 连杆大头（1）切口形式：有平切口(汽油机)和斜切口(柴油机)两种，斜切口（3060 一般45）。平切口 斜切口 连杆螺栓 工作时连杆螺栓承受交变载荷，因此在结构上应尽量增大连杆螺栓的弹性，而在加工方面要精细加工过渡圆角，消除应力集中，以提高其抗疲劳强度。连杆螺栓用优质合金钢制造，如40Cr、35CrMo等。经调质后滚压螺纹，表面进行防锈处理。2.3 连杆的工作条件内燃机的连杆组包括连杆 体、连杆盖、连杆轴瓦、和连杆螺栓。而连杆体有分为连杆小头、杆身和连杆大头三部分。连杆组的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的

8、旋转运动，并把作用在活塞组上的力传给曲轴。连杆的工作状况。连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起往复运动，连杆大头与曲轴一起做旋转运动。因此，连杆体除了上下运动以外还左右摆动，作复杂的平面运动。连杆受交变载荷的作用，连杆的基本载荷是拉伸与压缩。最大拉载荷出现在进气冲程开始的上止点附近，其数值为活塞组和计算断面以上那部分连杆质量的往复惯性力。最大压缩载荷出现在膨胀冲程开始的上止点附近，其数值为爆发压力产生的推力减去前述的惯性力。此外，由于连杆是一细长杆件，在压缩载荷作用下，还会引起平行与垂直与曲轴轴线的平面内的弯曲两种弯曲都会给杆身以附加弯曲应力。制造连杆时，若有初始弯曲及偏心，以上情况更为严重。由于连杆摆动的角加速度和转动惯量而产生的惯性力矩，也使连杆承受附加弯矩。2.4 发动机连杆的材料的选择连杆是一个细长杆件它承受了交变载荷。为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度，一般多用精选含碳量的优质结构钢45磨锻，只有在特别强化且产量不太大的柴油机中用40Cr等合金钢。合金钢有较高的综合机械性能。但当存在生产应力集中的因素时，它的耐疲劳能力急剧下降，甚至底到于碳素钢不相上下。所以合金钢

9、连杆的形状设计、过渡圆滑性、毛胚表面质量等，必须给以更多的注意，才能充分的发挥优质材料的潜力。40MnB、40MnVB等硼钢作为高附和的大量生产连杆的材料，显示了良好的使用性能。40MnB钢化成分（%）：，Mn 1.11.4,Cr0.3,P和S0.45,B0.0010.005,经850油淬，500高温回火后，强度极限1000牛顿/毫米2 ，冲击任性牛顿米/厘米2。连杆一般用钢锻造，在机械加工前一般应进行调治处理（淬火后高温回火），以得到较高的机械性能，既强又韧。为了提高连杆的疲劳强度，不经机械加工的表面应经过喷丸处理。连杆还必须经过磁力探伤检验，以求工作的稳定性、和可靠性。我国已经研究出了连杆辊锻工艺，辊锻连杆不仅不需要大型的锻压设备，而且还改善了工人的劳动条件，为了节约优质钢材降低成本，我国还成功的试用了以稀土镁球墨铸铁制造的高速柴油机连杆。实验表明，铸造连杆硬度应在HB210250之间，上限为保证足够的强度，下限是为了保证良好的切削性。这样硬度的珠光体球 具有300350牛顿/毫米2的抗弯疲劳强度，与中碳钢差不多。在大批生产铸件连杆时保证制造质量稳定，要求对炉料、浇铸、热处理工艺规程严加控制，并进行仔细的内在质量检查，例如超声波或X光无损探伤等。据 国外经验，强韧的珠光体液可锻铸铁也适于制造连杆。康明斯连杆选材为美国标准SAE1541钢，其材料标准为康明斯标准30062-04，采用调质热处理工艺。国产化时，将毛坯材料定为40MnBH(GB5216-85)，采用锻造余热淬火加高温回火调质热处理新工艺，此方法既能获得良好的综合机械

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