应用Pro/E分析独立悬架客车机油泵供油情况

花和尚

摘要：该论文详细地论述了应用Pro/ENGINEER分析独立悬架客车车用发动机在爬坡30°角时机油泵供油情况。目的是解决我公司给江淮厂独立悬架豪华客车配的国产发动机，在原4102BZQ发动机基础上进行改进后，能否在爬坡30°时正常工作。首先，我们对发动机在工作时油的变化情况进行分析，确定变量是油面高度HIGH、油面OIL_SURFACE及浸在油中零件的体积；不变量是油的体积。从中找出它们之间的关系：“油体积=总体积-零件体积”。其次，我们建立了分析模型，简化相关零件的结构，为分析和计算打基础。最后，我们进行分析和计算，创建了三个分析特征，进行灵敏度分析和可行性分析，计算出独立悬架客车车用发动机在爬坡30°角，油底壳中的加油量取下限值时，油面的高度大于吸油盘高度，准确值为5.28mm，从而判断发动机在工作极限时，机油能够满足供应，发动机可以正常工作。通过我们在Pro/ENGINEER中进行的详细分析，不仅为独立悬架式发动机研制成功提供了可靠的理论依据，同时也在Pro/ENGINEER分析方面做了初步探索。
关键词：Pro/ENGINEER悬架客车爬坡供油

独立悬架客车是江淮厂生产的一种豪华客车，它具有行驶时减震性好，非簧载质量小，汽车行驶平均速度高，发动机总成位置可以降低和前移，从而降低重心等优点。原来该车配日产柴发动机，但现在想降低汽车价位，欲配装国产发动机，厂家经选型后，决定选用我公司4102BZ系列发动机。我公司和技术中心领导非常重视该事情，即派人到江淮厂了解汽车厂具体要求，决定在4102BZQ发动机基础上进行改进，成为独立悬架式发动机。

4102BZQ发动机，采用增压技术，提高柴油机的升功率和经济性，具有体积小、重量轻、功率大、油耗低、低排放、低噪声、易起动等优点，是21世纪最新产品。但我公司4102BZQ发动机油底壳大头朝后，与独立悬架汽车的转向拉杆干涉。因此必须对现有的发动机结构进行改造，才能满足独立悬架客车配车的需求。经过分析确定了改进方案：

(1) 油底壳大头转到前端，并将油底壳后端高度减小，让出转向拉杆的位置，避免油底壳与转向拉杆干涉。

(2) 机油泵的驱动方式保持不变，这样可以较好地保证机油泵进油、回油。

(3) 确定汽车爬坡30°角时，机油泵底部的集滤器吸油盘底沿能否浸在油面以下，从而分析发动机能否正常的工作。

对于此改进方案，要解决的最关键的问题是分析机油液面处于油尺下限，汽车爬坡30°角时，机油泵能否提供足够的机油。这个问题必须得到准确的验证，它将直接影响发动机工作的性能，一旦出现机油泵供油短缺，那么发动机将会出现抱瓦现象，致使整机报废，后果非常严重。基于此种情况，目前技术中心实验室还没有先进的仪器来检测汽车在行驶时油底壳中机油液面变化情况。因此我们必须用Pro/ENGINEER分析独立悬架客车车用发动机在爬坡30°角时机油泵供油情况。

1 方案分析

首先假设汽车在爬坡到最大角30°的过程中，机油总量保持不变，即始终保持汽车在水平行驶时，油面高度处于油尺下限位置时的机油加入量（距油底壳上面的高度为66.2mm，如图1所示）。从而确定在爬坡过程中油面的高度及油底壳中浸在油中零件的体积变化情况。设油面变化的高度为HIGH，油面为OIL_SURFACE（如图2所示）。让变量HIGH与OIL_SURFACE相关连。即HIGH的变化，能直接反映出OIL_SURFACE变化，同时也能间接地反映出OIL_SURFACE面下侧的体积（零件、油的体积）变化情况，从而确定三者之间的关系：即油体积=总体积-零件体积。

图1


图2

2 建立分析模型

首先进行产品开发设计，设计者根据每个产品的结构或骨架线创建三维模型，然后按照所属关系进行装配、组合形成所要求的发动机。再在此基础上进行分析和计算。对于独立悬架式发动机我们是借用技术中心应用工程部设计的整机模型建立分析模型的。建立分析模型的意义是删除与分析无关的发动机零、部件，并简化相关零件的结构。例如机体，汽车在爬坡时油面只升到机体后端的一个角，所以我们没有必要考虑机体内腔的形状，只要按油底壳内腔形状延伸一定的高度即可。因此分析模型的简化与建立非常重要，它将直接影响分析结果的准确性。

3 确定计算方案和步骤

无论是计算油的体积，还是计算浸入油中零件的体积，都需要使用下拉式功能菜单“分析→模型分析”来求出某基准面一侧的体积，即单侧体积。但该功能在装配模式下无法实现。那么，要动态地计算出汽车在爬坡的过程中浸在油中零件的体积变化以及与之密切相关的油面高度变化情况，就必须将装配分析模型转变成所需的零件分析模型，这是解决计算问题的关键步骤，转变方法有两种。

方法一：新建一个零件，然后在该零件模式下“创建→数据共享→外部复制几何→打开→选取所要转变的装配模型→缺省位置→选择曲面参照元素→定义该元素→实体曲面→完成→确认”即可得到所要求的多个零件曲面组，然后再利用此曲面组创建具有装配形式而无装配关系的零件，利用该零件即可进行计算。此种方法操作简单、快捷。建议用该方法。

方法二：打开一个装配模型，然后在装配模式下选取“元件→高级工具→合并→选择一个零件（该零件将成为其他零件的载体）→拾取另一个零件”，则两个零件合成为一个零件，以此类推将所有零件合并在一起，该方法只局限在同一级的装配中。此种方法操作简单，但效率较低。

3.1 计算油底壳中最低油量

该油量为我们假设的不变油量，即汽车在水平路面上行驶时，油面的高度处于油尺刻度的下限时（距油底壳上面的高度为66.2mm），油底壳中机油的体积。因为此时油底壳中的油量是机油泵提供给发动机机油量的下限值。如果在这种情况下计算出发动机爬坡30°角时机油泵仍能正常供油，那么就完全可以得出这样的结论：独立悬架客车车用发动机在爬坡30°角时可以正常工作。因为发动机在通常情况下规定：油面只要低于油尺刻度的上、下限平均值时（即距油底壳上面的高度为58.5mm），就必须人为地给发动机加油，以保证汽车正常行驶。

利用下拉式功能菜单分析→模型分析打开模型分析对话框，选取分析类型为单侧体积并确定基准面为dtm12即可计算出以下各体积值。

油面的高度处于油尺刻度的下限时，油底壳的体积：V1=7.73856×106mm3

浸入油中零件的体积：V2=2.4704×105mm3

发动机正常工作时所需的最低油量：V= V1- V2=7.49152×106mm3

3.2 建立三个分析特征

创建合理、正确的分析特征可以简化分析过程，但分析特征的创建主要取决于零件特征创建的顺序，因此在确定总体分析方案后，一定要根据此方案来确定零件特征的创建顺序，否则分析无法进行。

3.2.1 建立第一个分析特征——零件的体积特征

计算零件浸在油中的体积是非常复杂的，因为汽车在爬坡时一方面油面在不停的变化，另一方面曲轴、连杆也在旋转运动。所以我们分两种情况进行计算，第一种是连杆的运动位置处于最下端（如图2所示）；第二种是连杆的运动位置处于最上端（如图3所示）。

图3

单击“分析特征”按钮，出现ANALYSIS对话框，在名称字段中输入：lingj_volume作为第一个分析特征名称，在分析类型中选取模型分析，单击下一步，进入模型分析对话框，于上方选择一侧体积块作为模型分析类型，选择OIL_SURFACE，同时选择箭头，使其方向朝下指向油底壳底面，系统即可算出OIL_SURFACE下方零件的体积(假设油面距油底壳上沿的高度为90mm)约为 ：V下=1.838189e+06 mm3，V上=1.553333e+06 mm3。单击“确认”按钮完成分析特征的建立。

3.2.2 建立第二个分析特征——总体积即油底壳中油的体积与零件的体积之和

单击“分析特征”按钮，出现ANALYSIS对话框，在名称字段中输入：all_volume作为第二个分析特征名称，在分析类型中选取模型分析，单击下一步，进入模型分析对话框，于上方选择一侧体积块作为模型分析类型，选择OIL_SURFACE，同时选择箭头，使其方向朝下指向油底壳底面，系统即可算出OIL_SURFACE下方油与零件的总体积(假设油面距油底壳上沿的高度为90mm)约为：

V下= V上=9.620040e+06 mm3。

3.2.3 建立第三个分析特征—关系特征

即油体积等于油底壳中油面下的总体积与零件的体积之差。单击“分析特征”按钮，出现ANALYSIS对话框，在名称字段中输入：you_volume作为第三个分析特征名称，在分析类型中选取关系，单击下一步，进入文字编辑画面（记事本），输入如下的关系式，完成存盘后退出。
you_volume=one_side_vol:FID_ALL_VOLUME-one_side_vol:FID_LINGJ_VOLUME，单击“确认”按钮完成分析特征的建立。

3.3 进行灵敏度分析

以连杆的运动位置处于最下端为例进行灵敏度分析，单击“下拉式功能菜单分析→灵敏度分析”，弹出灵敏度分析对话框，单击基准面OIL_SURFACE，选取尺寸high,输入最小值：80、最大值：90（此为X轴的范围）。从绘图参数中选取you_volume为Y轴的对应值，单击“计算”，结果如图4所示。

图4

图4当高度从80mm变成90mm时，油体积由6.93739e+06 mm3变到7.78185e+06 mm3，当高度值处在87mm左右时，油体积约为发动机正常工作时所需的最低量7.49152×106mm3。这说明变量HIGH值的变化对油的体积影响很大。以同样的方法计算连杆的运动位置处于最上端时，高度值在83mm左右时，发动机在最低油量下能正常工作。

3.4 进行可行性分析

以连杆的运动位置处于最下端为例进行可行性分析，单击下拉式功能菜单“分析→可行性/最优化分析”，弹出“可行性/最优化分析”对话框，在“研究类型/名称”中选取“可行性”，然后输入可行性名称，增加一设计约束，设置一个等式如下：you_volume:you_volume=7.49152e+06 mm3。

再增加一个设计变量，单击尺寸high, 输入最小值：80mm、最大值：90mm，最后单击“确认”按钮，执行计算，求出high值为86.67mm时，发动机正常工作所需的最低油量是7.49152 ×106mm3。此时模型已经更新。如图5所示。以同样的方法进行计算，当连杆的运动位置处于最上端时，high值为83.56mm时，发动机在最低油量下能正常工作。

图5

根据图示可以直观看出吸油盘底沿已完全浸入最低油面以下，因此完全可以得出这样的结论：独立悬架客车车用发动机在爬坡30°角时机油泵仍能正常供油。

3.5 确定吸油盘浸入油面的深度

通过吸油盘中心线且与油底壳底面垂直做一基准平面，在此基准面上草绘一条曲线，曲线的一端在油面上，另一端在吸油盘底沿处，该曲线的长度即为吸油盘底沿距油面最浅处，经测量得出，吸油盘距油面最小距离为5.28mm（如图6所示）。

图6

通过我们在Pro/ENGINEER中进行的详细分析，不仅为独立悬架式发动机研制成功提供了可靠的理论依据，同时也在Pro/ENGINEER分析方面做了初步探索。从中可以推断出正确的结论——独立悬架客车车用发动机在爬坡30°角，油底壳中的加油量取下限值时，油面的高度大于吸油盘高度，从而判断发动机在工作极限时，机油能够满足供应，发动机可以正常工作。

独立悬架式发动机同样具有4102型柴油机体积小、重量轻、结构紧凑、动力强劲、高效节能的特点，是独立悬架豪华客车和四轮越野车的理想配套动力。该发动机投放市场后，有广阔的市场前景，该结构同样能装在CY4102BQ、CY4105Q、CY4102BZQ、CY4102BZLQ柴油机上，它的研制成功，必将为我公司和社会带来巨大的社会经济效益

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LJK6980Q城市客车三维造型设计
3 z& b( P; O2 ?作者：刘积红 代国玉, [9 b8 S! q/ J( e* f
内容提要：本文简要介绍利用三维设计软件ProE进行LJK6980Q城市客车车身三维造型设计与工程图制作的过程。
# C$ g/ {$ k2 W* Z+ N8 {( G关键词：城市客车  客车车身  三维造型
( z2 h1 E% X7 ?3 O1 三维设计软件ProE的优点& s/ }! r/ G& ^, H
随着我国经济的快速发展，城市化进程大大加快，对9m级城市客车的需求量增大。为了适应这一市场变化，我厂决定开发LJK6980Q豪华城市客车。2 Q7 Y: w+ y; I& x% }
这次开发摆脱了以往老产品的设计思路，充分借鉴了国内外先进车型的外型特点，造型力求创新、简练、流畅，以满足豪华舒适的要求，并采用现在流行的三维设计软件ProE来完成从设计造型、开发模具、制作工程图、装配到测试性能等全过程。这种开发方式有以下优点。8 J2 P" x& K- ?4 h
1.1 直观的表达产品造型
. I( X1 V' v2 |6 s0 X三维造型的基础是三维CAD技术，即建立可视化程度很高的三维数字化主模型。由于设计初期所建立的三维模型是一个电子主模型，因而可以直观的对客车产品的最终效果进行预测、评估，并通过反复修改、论证，实现客车整体造型在实际制造前的优化设计。  b: P3 J9 E  b  d1 ^
1.2 增强协作性，提高生产效率
8 {: ]/ B" a4 B$ @车身造型完成后, 数据经计算机管理在整个设计过程中都能很好地共享，并通过装配和工程图模块转变为生产用图。这就为生产加工、工装设计制造提供了方便、详细、准确的依据,使得各部门为同一产品试制协同工作，使调试、修改的工作量大为减少，从而提高生产效率。
+ D+ i4 p$ \; {/ a$ g3 E1.3 为客车整体的性能分析提供依据
: m5 M5 y! j: z客车设计应用中，虚拟设计技术(VDT)可以在计算机中实现整车及零部件的概念设计、总布置设计、结构设计等，同时对其性能如刚度、强度、固有频率、动态响应及使用寿命和噪声等进行模拟分析，以便在设计阶段就发现并尽可能地解决问题，提高设计一次成功率。4 v) G' e3 A6 K% e1 _: Y2 E
1.4 模块化设计" c8 C+ L/ y( i: j& C. j
车身的许多部件采用模块化设计，便于设计更改以及日常维护。) m' U! n" [- l6 P  M4 N
2 车身设计1 D2 y' c- Y& u7 a
LJK6980Q整车造型充分考虑了美学和空气动力学要求，该车以方基调为主，采用方型与大曲面、小圆角相结合，同时适当增加内高，符合当今世界大客车造型趋势。 该车的车身曲面制作主要采用曲面建模的方法。整车车身曲面是由基础曲面和过渡曲面组成。本车尤其注重过渡曲面的处理，过渡曲面对于客车的外观视觉效果起着关键的作用。好的过渡曲面可以使各基础曲面自然地融为一个整体，产品外观流畅；反之，则使客车外观显得杂乱或有局部凹凸感。% I$ @: u0 x2 c5 l8 M) L
2.1 侧围和顶棚设计( Q0 N" E( [. P5 z/ D
客车的侧围和顶棚曲面是基础曲面，是产品外观中曲率较大和凹凸性一致的曲面，它是构成客车车身的主要曲面。可以先做出它们的一个横截面，然后沿前后方向拉伸成一个侧围和顶棚的初始形状。侧围和顶棚之间为过渡曲面，过渡曲面的作用主要是连接基础曲面，使基础曲面自然过渡。就曲面质量而言，对基础曲面要求较高，既要有较高的精度，又要保证有较高的光顺性，不能有不良的反射现象，而过渡曲面要求尽量光顺，不能有裙皱，且与基础曲面光滑过渡。对于复杂过渡区域，可以利用基础曲面的边界构造一个与基础曲面相接并保持相切或曲率连接的曲面。  , I- U, G5 s$ [* B* w+ i2 O
在初始形状的曲面上，通过投影线来对曲面进行剪裁以获得侧围和顶棚的边缘轮廓。在客车的对称中心面（y坐标为零）上，绘制剪切侧围所用原始投影线的草图，然后把原始投影线投影到左侧围上去获得投影线，用投影线切除多余的曲面就能得到左侧围曲面，再通过镜像Trim特征剪裁右侧围。类似的，在客车的一个水平面（此处z坐标为零）上，绘制顶棚的原始投影线，然后把它向上投影到顶棚上得到投影线，用此投影线切除多余曲面获得顶棚曲面。车门和侧窗的设计也是通过绘制草图、投影、裁减得到的。
/ r' R8 X" C( L3 H2.2 前围设计
( G9 N& }9 ^# K# W' x& m4 x前围的曲面是双曲面，远比侧围和顶棚复杂，可以先构造特征线，再利用Boundaries(边界)构造方法做出曲面的基本形状。% G8 F! U: a9 V0 q2 k: M2 w
采用Curve-2Projections(二次投影)方法构造特征线：首先在客车中心对称面（XOZ平面）上做出前围立柱侧视曲线，在前视图（YOZ平面）上做出前围侧弧曲线(一般采用车身侧曲线)，求得两曲线的交线，即为三维的前围立柱曲线；然后在客车中心对称面（XOZ平面）上做出前围中心侧视曲线,分别在前围中心侧视曲线与前围立柱曲线上根据风窗位置对应各取2点关键点,再次利用2Projections方法,过关键点做出前围风窗上下框曲线,最终利用Boundaries方法构造出风窗曲面。采用类似的方法获得前围另外两块基础曲面（在曲面交接处，要设置曲面边界条件，以确保曲面光滑过渡），这样获得半个前围基础曲面，通过镜像可以得到前围整个基础曲面。获得整个基础曲面以后，还需要对前围的局部进行处理，如利用投影曲线进行裁剪分割、制作灯孔和装饰凹槽等，此外，因为前保险杠曲面凹凸性与前围不一致，它的建模一般用Style方法单独进行，只要满足几何装配关系即可。 / r6 d# b6 i/ k1 H4 Q: c* t  r
2.3 后围设计8 e7 R" D3 k; A$ e9 ^
客车后围可看成有一个曲率连续的较为简单的曲面经过凹陷、突出、裁剪、倒圆等步骤得到的一个复杂曲面。利用类似于前围的方法，先生成一个简单平整的曲面；我们把上步生成的曲面向内偏置一定的距离，并利用投影曲线把偏置前后的曲面分别进行裁剪，然后生成两个曲面之间的过渡曲面，这样后围玻璃处的凹陷特征便生成。
5 P5 n% X9 e" ]- X' ?通过这种方法同样可以完成其它凹陷特征；后保险杠生成步骤是：先建立一个长方形的模型并进行拔模处理，用外表面的曲面偏置生成一个曲面，用此曲面裁剪先前生成的长方体模型并倒圆角，再通过提取实体表面得到保险杠曲面。生成的客车模型效果图如图1、2所示。: Q" L. e& D  D: ^( x7 R4 p: ]5 x
3 三维骨架生成与工程图制作# j1 q+ g- N# ]
侧围骨架的生成主要通过车身的特征曲线（如侧围曲线），利用延展（Sweep）命令生成侧围骨架单件图（如侧围立柱），再经过装配组合成侧围骨架。由于侧围立柱具有共有的特征：曲率相同，所以可以利用家族表命令将他们组合成一系列零件，这样可以通过修改家族表的参数值（如长度、截面、壁厚）生成不同的侧围零件，省时省力。( k& r- l: w4 }* o- L
前后围骨架可以通过在车身造型中生成的前后围空间曲面上投影得到所需的前后围梁、灯具衬梁等空间曲线，再经过拉伸型材截面及局部细化，产生所需的前后围骨架。前后围蒙皮的设计可以直接在现有曲面的基础上利用Use Quilt命令将曲面转变为实体，这种方式不但使设计周期大大缩短，生产成本得到控制，而且在后续的生产中发现，装配的精度也大大提高。 生成的客车骨架模型如图3所示。  ?( |0 W' t- J% ~* U) g7 d, C7 Y
利用ProE的三维向二维转换工具，可以生成平面图形，再通过工程图模块生成用于指导生产的工程图。工程图模块功能强大，操作简单。可以在工程图模块里创建已有模型的正交视图，包括剖视图和辅助视图；设置、检索以及建立图纸格式；创建零件和装配体的细节工程图；添加参数和非参数的尺寸标注到工程图中；在工程图里建立注释；创建工程图的明细表等。
/ P) t1 j3 q5 u3 F+ N4 结束语
5 O$ p, q) q% m% S( w利用三维设计软件进行客车的设计与开发，是现代客车设计的潮流，也是客车设计的发展方向。LJK6980Q豪华城市客车就是在这种条件下，运用先进的三维设计软件开发的新产品，从整车的造型设计到生产施工都始终贯穿了先进的设计理念。现该车已试制成功并投入小批量生产，因其新颖的外观富有动感的造型受到客户普遍的好评，这也使我们感觉到现代客车造型设计的观念在不断改变，设计手段也要不断创新，只有运用先进的工具才能创造出适应时代要求的客车。
本文来自: 中国汽车工程师之家( http://www.cartech8.com ) 详细出处：http://www.cartech8.com/thread-382763-1-1.html

wyzx2

我明年去亚星工作，呵呵
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panyajun

工作难找，不知道以后去的汽车产会用pro/E,还是catia，但是我会两者兼顾认认真真的学好。最后谢谢楼主。