1、. . . . I / 39摘要摘要本文在AutoCAD2007的Visual lisp工作環境下，對發動機曲軸參數化設計進行二次開發，通過對曲軸展開基于特征的參數化進行研究，探討了其實現方法，參數化方法使用戶構造幾何模型時可以集中于概念和整體設計、充分發揮創造性、提高設計效率;基于特征的技術為設計者提供符合人們思維的設計環境.把參數化方法和基于特征的技術有機地結合起來進行實體造型將極提高設計效率.用AutoLISP語言對AutoCAD進行了二次開發,為設計者提供了方便。在基于Visual LISP平臺開發上提出了一種參數化編程來解決繪制形狀復雜多變的零件的編程問題，并且利用DCL設計對話框，

2、利用Visual LISP語言予以驅動，設計了發動機曲軸。本設計形象、直觀、快捷，既方便了用戶輸入和修改數據，克服單純用AutoLISP語言編寫代碼的不直觀性、源代碼性差的缺點，且不必用其它高級語言與AutoCAD進行數據轉換，使程序與AutoCAD系統協調統一。關鍵詞: AutoCAD 二次開發； DCL； Visual LISP； 曲軸； 參數化設計ABSTRACTABSTRACTThis paper discusses how to develop the design of engine crankshaft based on AutoCAD by means of Visual LI

3、SP in the environment of AutoCAD 2007.Feature based parametric is studied for parts of engine. By this parametric method, customers can concentrate on the conception and thewhole designwhen they constructgeometrical model, exerting creativity and improving efficiency. Feature-based technology suppli

4、es designers with designing surroundings in accordance with thoughts of human being. Feature-based crankshaft increases design efficiency. AutoLISP languageis used to developAutoCAD , convenient supports todesigners.Based on Visual List Processing Language platform development put forward . . . . a

5、kind of parametric programming to solve complex parts drawing shape of programming problem. The design of crankshaft with the aid of the dialog frame designed by using Dialog Control Language and driven by Visual List Processing Language is studied in this paperThis method has the advantages of visu

6、aliz8tion rapidity and convenienceUser can input or modify the parameters easilyThis method can avoid the disadvantagescausedby usingAuto LISPlanguage，and dont need to exchange data between AutoCAD and other advanced languagesKeyKey words:words: TheThe secondsecond developmentdevelopment forfor Auto

7、CAD;AutoCAD; DialogDialog ControlControl Language;Language; VisualVisual ListList ProcessingProcessing Language;Language; Crankshaft;Crankshaft; ParametricParametric design.design.目錄目錄摘要IABSTRACTII目錄III1 緒論11.1 背景11.2 參數化的概述11.3 參數化CAD概述11.4 國外的研究現狀21.5 AUTOCAD二次開發概述21.6 本課題研究的主要容22 曲軸計算與分析3. . . .

8、III / 392.1 曲軸的工作條件和設計要求32.2 曲軸的類型與特點42.3 曲軸的材料52.4 曲軸主要尺寸的確定和結構設計52.4.1 曲柄銷的直徑2D和長度2L62.4.2 主軸頸的直徑1D和長度1L62.4.3 曲柄的結構62.4.4 平衡重72.4.5 油孔的位置和尺寸72.4.6 曲軸兩端的結構72.4.7 提高曲軸結構強度的措施82.4.8 提高曲軸強度的工藝措施83 軟件開發語言VISUAL LISP概述103.1 VISUAL LISP特點與應用103.1.1 Visual LISP語言的特點103.1.2 AutoLISP語言與其特點103.2 VISUAL LISP

9、程序設計語言概述113.3 對話框設計語言DCL113.4 數據文件124 曲軸參數化程序設計13. . . . 4.1 曲軸的模型分析134.2 主程序的編寫134.2.1 繪圖環境的設置144.2.2 繪圖坐標點的設置與計算144.2.3 繪圖參數值的輸入與傳輸154.2.4 尺寸標注164.3 對話框與其驅動程序的設計164.3.1 幻燈片的制作164.3.2 制作對話框(*.dcl)174.3.4 對話框的驅動程序184.4 生成應用程序204.5 程序運行的結果215 結論23辭24參考文獻25附錄A 外文翻譯原文部分26附錄B 外文翻譯譯文部分27附錄C 曲軸程序源代碼28附錄D

10、對話框程序源代碼39. . . . 1 / 391 緒論1.1 背景近年來，國外開發的CAD軟件在汽車設計行業的運用，讓汽車的設計和開發進入了一個全新的、快捷的、智能化的時代。國汽車行業的飛速發展，也急切要求有與之相適應的、完全適合我國國情的CAD系統。但我國在此行業起步較晚，自主開發軟件的能力較差，所以在國外已經成熟的軟件的基礎上，進行針對零部件、系統乃至整車的二次開發，成為一個有實際意義的研究方向。發動機曲軸是燃機中最重要的零件之一，其主要功用是傳遞與輸出動力。驅動各運動機構和附件。在汽車發動機的眾多構成件中，曲軸是最重要、載荷最重、價格最貴的零件之一，被喻為發動機的脊梁骨。正確合理的曲軸

11、設計對發動機運行性能有著重要的影響。但曲軸的生產主要是為主機配套，國曲軸系列化、通用化和規化程度很低，即使同一型號的曲軸，零件圖紙的技術標準也各有差異，互不通用。國曲軸產品設計的混亂狀況，給用戶的使用選擇帶來了很大困難。由此可見，根據發動機的工況條件與發展趨勢，設計出一套列系列化、通用化的曲軸，以供各式發動機設計匹配時選用，是發動機曲軸設計的未來之路。1.2 參數化的概述參數化設計是指通過改動圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動完成對圖形中相關部分的改動，從而實現尺寸對圖形的驅動，其中進行驅動所需的幾何信息和拓撲信息由計算機自動提取。參數化設計極改善了圖形的修改手段，提高了設計的柔性，在概念設計

12、、動態設計、實體造型、裝配、公差分析與綜合、機構仿真、優化設計等領域發揮著越來越大的作用，體現出很高的應用價值。參數化技術是指設計對象的結構形狀比較定型，可以用一組參數來約定尺寸的關系。多數與設計對象的控制尺寸有顯然的對應，設計結果的修改受到尺寸驅動，所以也稱為參數化尺寸驅動，參數化設計技術以其強有力的草圖設計、尺寸驅動修改圖形的功能，成為初始設計、產品建模、修改系列化設計、多方案比較和動態設計的有效手段。1.3 參數化CAD概述實現參數化繪圖是CAD軟件開發過程中的主要任務之一。所謂參數化繪圖是指用一組參數來定義幾何圖形的尺寸數值，并構造尺寸關系，然后提供給設計師進行幾何造型的一種方法。其主

13、要思想是要用幾何約束、數學方程與關系來說明產品模型的形狀特征，從而設計出一批在形狀或功能上具有相似性的方案。參數化設計的主要技術特點有以下4種：1)約束：用一些法則或限制條件來規定構成物體的各元素之間的關系。一般分為尺寸約束和幾何拓撲約束。尺寸約束一般指對大小、角度、直(半)徑、坐標位置等可測量的數值量進行限制。幾何拓撲約束指平行、垂直、共線、相切等非數據幾何關系的限制；2)尺寸驅動：指在約束的條件下修改某一尺寸參數時，系統自動檢索出該尺寸參數. . . . 對應的數據結構，并找出相應的方程組計算出參數，最終驅動幾何圖形形狀的修改；3)數據相關：指對尺寸參數的修改將導致其他相關模塊中的相關尺寸

14、得以全盤更新。其優點在于：用尺寸的形狀控制了幾何形狀。它徹底克服了自由建模的無約束狀態。4)基于特征的設計：指將某些具代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其尺寸存為可調參數，用來形成實體，并以此為基礎進行復雜的幾何形體構造。從基于約束的參數化技術的實施機理來看，目前參數化的基本方法有兩大類：一是通過CAD交互環境直接創建參數化實體模型；一是編程參數化，這種方法適合于結構較穩定，僅尺寸數值發生變化或僅有局部結構變化的場合，常見于在通用商品CAD軟件上進行二次開發。1.4 國外的研究現狀目前世界上已有很多著名的通用計算機輔助設計(Computer Aided Design,CAD)軟件，如Pro/

15、Engineer、I-DEAS、AutoCAD、Solidworks等。這些軟件為用戶提供具有共性的方法和技術，能夠滿足用戶絕大部分的功能需要。然而，對于特定企業的特殊產品設計，用戶常常需要對CAD系統提出一些特殊的功能要求，如專用圖庫、專用計算程序等，以最大限度地提高設計效率和質量。為此，需要對通用CAD系統進行用戶定制，即在通用CAD系統的基礎上開發附加的專用功能，該過程稱為CAD系統的二次開發。目前，國CAD技術的應用已逐步進入高級階段，許多用戶都針對本行的特點對CAD進行二次開發，CAD二次開發技術幾乎在各個行業中都有應用實例，并已有許多商品化軟件問世。目前國已開發成功一批符合工程需要

16、的應用軟件，逐漸形成了一批具有較高素質的研究開發隊伍。國外成功的CAD技術開發企業為了加快CAD技術開發步伐，都選擇了高起點的CAD技術開發戰略，即利用已有的技術成果，在此基礎上二次開發自己的CAD技術，而不是將人力物力浪費在低水平的重復開發上，這樣既可以提高效率，又能保證自己的產品具有較高的技術含量和水平。1.5 AutoCad二次開發概述AutoCAD軟件一直是CAD市場的主流產品，并以其功能強、用戶界面友好，具有開放的體系結構和完善的開發系統，能夠提供各種編程工具和接口用于滿足不同層次用戶的需要等優點，成為使用最為廣泛的CAD軟件和二次開發平臺。Autodesk公司提供的四種主要的二次開

17、發工具：AutoLISP(visual lisP)、ADS、0bjectARX與VBA。其中visual lisp繪圖功能尤為強大。1.6 本課題研究的主要容在發動機零件設計中，經常會遇到曲軸零件的設計。曲軸是發動機中必不可少的部分，也是容易損壞或產生振動、彎曲變形的部分。曲軸的設計將影響到整個發動機各個零件的配合、傳動和運轉，從而影響整個發動機的工作情況。正確合理的曲軸設計對發動機運行性能有著重要的影響。但曲軸的生產主要是為主機配套，國曲軸系列化、通用化和規化程度很低，即使同一型號的曲軸，零件圖紙的技術標準也各有差異，互不通用。因此本文的研究對象是以4105型高速柴油機曲軸為例進行參數化設計

18、，在AutoCAD二. . . . 3 / 39次開發的基礎上，針對當前曲軸設計存在的問題，對參數化設計技術進行了研究，通過對Visual lisp語言進行二次開發，實現了發動機關鍵零部件曲軸的參數化設計，并對其進行了對話框、應用程序等設計。主要利用Visual Lisp語言來開發，通過command函數調用AtuoCad部的函數，實現對曲軸尺寸特征地操作，不僅要求能進行正確的參數設計，而且希望能正確地繪制出可為工程所使用的設計圖紙，設計了一個曲軸參數化繪圖模塊，它采用對話框的形式交互式地輸入曲軸數據為人口，自動地繪制出曲軸的二維設計圖。通過對曲軸參數化設計，程序實現了可視化窗口操作，因而具對

19、于系統控制或對數據操作，用戶只須用鼠標進行點取即可。這無疑十分有利于用戶的操作，提高了輸入效率。同時在Visual lisp集成環境下開發AutoLISP程序，這樣就比單純使用AutoLISP更加便捷高效，可以得到運行效率更高，代碼更加緊湊，原代碼得到保護的應用程序。2 曲軸計算與分析曲軸是發動機中最重要的機件之一。他的尺寸參數在很大程度上不僅影響著發動機的整體尺寸和重量，而且也在很大程度上影響著發動機的可靠性與壽命。曲軸的破壞事故可能引發發動機的零件的嚴重損壞。因此，曲軸的強度和剛度問題就變得更加重要，在設計曲軸時必須正確的選擇曲軸的尺寸參數、結構形式、材料和工藝，以求獲得最經濟最合理的效果

20、。2.1 曲軸的工作條件和設計要求曲軸是在不斷周期性變化的氣體壓力、往復和旋轉運動質量的慣性力以與它們的力矩（扭矩和彎矩）共同作用下的，使曲軸既扭轉又彎曲，產生疲勞應力狀態。實踐與理論表明，對于各種曲軸，彎曲載荷具有決定性的意義，而扭荷僅占次要地位（不包括因扭轉振動而產生的扭轉疲勞破壞，由于目前多缸發動機曲軸普遍采用減振措施，因而很少發生），因此曲軸結構強度研究的重點是彎曲疲勞強度。圖 2-1 曲軸的彎曲疲勞破壞 圖 2-2 曲軸的扭轉疲勞破壞曲軸形狀復雜、應力集中想象相當嚴重，特別在曲柄至軸頸的圓角過渡處、潤滑油孔附近以與加工粗糙度的部分應力集中現象尤為突出。圖2-1 曲軸的彎曲疲勞強度、圖

21、2-2 曲軸的扭轉疲勞破壞。. . . . 曲軸各軸頸在很高的比壓下，以很大的相對速度在軸承中發生滑動摩擦。這些軸承在實際運轉條件下并不能保證液體的摩擦，尤其是潤滑油不潔凈，軸頸的表面遭到強烈的磨料磨損，使得曲軸的實際壽命大大降低。所以，設計曲軸的時候，要使其各摩擦表面耐磨，各軸頸應具有足夠的承壓面積同時給予盡可能好的工作條件。曲軸是曲柄連桿機構中的中心環節，其剛度亦很重要。如果曲軸彎曲剛度不足，就會大大惡化活塞、連桿、軸承等重要零件的工作條件，影響它們的工作可靠性和耐磨性，甚至使曲軸箱局部損壞。曲軸扭轉剛度不足則可能在工作轉速圍產生強烈的扭轉振動，輕則一起噪音，加速曲軸上齒輪等傳動件的磨損，

22、重則使曲軸斷裂。所以設計曲軸時應該保證它有盡可能高的彎曲剛度和扭轉剛度。不難看出，上述強度、剛度、耐磨、輕巧的要求之間是相互矛盾的。例如，為了提高曲軸的剛度而增大主軸頸和曲柄銷直徑，對軸承工作而言，可以降低軸承比壓，但高轉速下軸承的圓周速度變大，從而引起摩擦功率損失增加，軸承溫度升高，降低的離心負荷加大。這時，可能引起采用斜切口連桿的必要，而這種連桿剛性較差，而且制造成本較高。正式這些在的矛盾對動著曲軸設計的發展，而在曲軸強度矛盾的總體中，應力集中處最大應力與該應力的作用點的材料抗力的矛盾是它的主要矛盾。影響這個主要矛盾的主要因素有：曲軸的結構、材料和加工工藝等三方面，這三種因素各自有獨立的作

23、用，相互又有影響，必須辯證的進行分析，在設計曲軸時，不應只注重結構尺寸的設計一方面。2.2 曲軸的類型與特點根據不同的基準，曲軸的分類方法有許多種，常見的類型與主要用途見表2-1曲軸的分類和主要用途。表 2-1 曲軸的分類和主要用途分類依據類型主要結構特點與用途整體式曲軸各個曲拐整體制造。結構簡單、重量輕、工作可靠、應用廣泛按結構形式分類組合是曲軸各個曲拐分開制造。然后用緊固件連接。一般用于大功率柴油機和二沖程發動機鍛鋼曲軸彎曲疲勞強度高，適用于增壓柴油機和其他高強度發動機按工藝材料來分類鑄鐵曲軸成形性能好，制造成本低。廣泛用于非增壓發動機，特別是轎車汽油機全支承式曲軸每一曲拐前后都有主軸頸支

24、承。有利于改善曲軸的剛性和橫向移動，應用廣泛按支承形式分類非全支承曲軸曲軸總長度縮短，但剛性差，只在某些小型汽油機上采用. . . . 5 / 392.3 曲軸的材料曲軸的結構設計和加工工藝正確合理的條件下，主要是材料強度決定著曲軸的體積、重量和壽命。因此，必須根據燃機的用途與強化程度，正確地選用曲軸材料。在保證曲軸有足夠強度的前提下，盡可能采用一般材料。以鑄代鋼鍛，以鐵代鋼。作為曲軸的材料，除了應具有優良的機械性能以外，還要求有高度的耐磨性、耐疲勞性和沖擊韌性。同時也要使曲軸的加工容易和造價低廉。鋼制曲軸除極少數應用鑄鋼以外，絕大多數采用鍛造。鍛造曲軸的材料具有碳素鋼和合金鋼。另外，由于曲軸

25、鍛造設備十分龐大，而自由鍛又大大浪費材料和加工工時，所以長期以來人們一直想用鑄造曲軸來代替鍛造曲軸。高強度的球墨鑄鐵的出現為鑄造曲軸的廣泛采用提供了前提。其就機械性能和使用性能而言，比其它多種鑄鐵都要好。通過加入合金元素、熱處理與表面強化等措施，球鐵性能的提高也比其它的鑄鐵曲軸要大的多。2.4 曲軸主要尺寸的確定和結構設計在設計汽車之類的發動機曲軸時，它的基本尺寸大多根據結構布置上的考慮確定，再由強度校核修正。應為曲軸與活塞連桿組件和機體有密切的關系，曲軸的設計不能孤立地進行。各部分尺寸多以氣缸直徑的相對值表示。而氣缸直徑又是限制曲柄銷直徑的重要因素。曲軸的長度方向的尺寸基本上決定于氣缸中心距

26、，如果這一尺寸已定的話，0L那在曲軸設計時就只是在曲軸各組成部分之間合理分配長度而已。當然如果總體設計給出的氣缸中心距太小，不能滿足曲軸的設計要求時，則應要求總體考慮調整。但對于雙列式發動機，曲軸設計業可能對發動機縱向尺寸產生很大影響。因為在中小型高速燃機領域，除了最小型的摩托車發動機一類外，絕大多數均用整體式曲軸，所以下面部分是關于整體曲軸的設計。圖 2-3 曲軸的主要尺寸. . . . b曲柄臂計算截面的寬度；h曲柄臂計算截面的厚度；d和所計算的圓角相連接軸頸的外徑；dl和所計算的圓角相連接軸頸的徑；d2減重孔縮口部分直徑；e減重孔偏心距；軸頸重疊度，=0.5(dl十d2)一R；1與所計算

27、圓角相連接的曲柄臂中減重孔邊緣至軸頸的距離；R圓角曲率半徑。2.4.1 曲柄銷的直徑2D和長度2L在考慮曲柄軸頸的粗細時，首先是確定曲柄銷的直徑（如圖2-3所示）。在現在發2D動機設計中，一般趨向于采用較大的值，以降低曲柄銷比壓，提高連桿軸承工作的可2D靠性，提高曲軸的剛度。但是，曲柄銷加粗伴隨著連桿大頭的增大，使不平衡旋轉質量的離心力 ，對曲軸與軸承的工作帶來不利。因為隨著曲柄銷直徑增大帶來的軸系自振頻率增加，會被旋轉質量增加一起的自振頻率下降所抵消，可能增加扭轉振動的危害。隨著曲柄銷直徑增大的也會增加軸承摩擦功率損失，導致軸承溫度升高，增加潤滑油的熱負荷。這種情況對于高速車用汽油機尤其不利

28、，所以汽油機的比值/D比柴油機小。2D曲柄銷的長度是在選定的基礎上考慮的。從增加曲軸的剛性和保證軸承的工作2L2D能力出發，應使控制在一定圍之，同時注意曲拐各部分尺寸協調。在薄油膜的條件下，2L軸承的長徑比/=0.4左右有最大的泵載能力。如果過長，則流過軸承的機油流量2L2D2L減少，冷卻差，軸承溫度升高，使潤滑油粘度下降，軸承的承載能力反而降低。同時，軸承過長對曲軸變形的適應能力差，容易產生棱緣負荷?？傊?，軸承負荷越大，油膜厚度越小，就越希望采用相對較窄的軸承。為提高曲軸的剛度，/也有下降的趨勢。2L2D尤其是球墨鑄鐵，為了盡可能加強曲柄，/應取得較小。2L2D2.4.2 主軸頸的直徑1D和

29、長度1L如果從曲軸沿全長度具有剛度要求出發，可以認為主軸頸與曲柄銷一樣粗就行。從承負荷出發，則主軸頸可以比曲柄銷更細些，因為主軸承最大負荷小于連桿軸承。但是為了最大限度地加強曲軸的剛度，加粗主軸頸還有很有好處的。當然，主軸頸過粗，1D也會因軸承圓周素的過大，使摩擦損失曾加，軸承工作溫度升高。因此從曲軸各部分尺寸協調的觀點，建議取=1.05mm到1.25mm曲軸越長，從避免扭振損壞的角度，主軸頸應1D越粗。主軸頸的長度一般比曲柄銷的長度短。因為主軸承的負荷比連桿軸承輕，取短的1L主軸頸可滿足增強剛性與保證良好潤滑的要求，同時由于軸承寬度小，對曲軸變形適應能力強，一致可以采用對棱緣負荷敏感的銅鋁軸

30、瓦。但主軸頸過短，會使軸承負荷能力變壞?；瑒虞S承最小寬度不能小于0.3倍軸頸，否則由于油壓下降，將損壞油膜承載能力。2.4.3 曲柄的結構曲柄應選擇適當的厚度、寬度，以使曲軸有足夠的剛度和強度。曲柄形狀應合理，以改善應力的分布。在確定曲柄的尺寸時，應該考慮到曲柄往往是整體式曲軸中的最薄弱的環節。如果在曲軸的設計中注意到了防止扭振，那么曲軸經常遇到的破壞形式便是沿曲柄的彎曲疲勞破壞。疲勞裂紋往往起源于高度應力集中的過渡圓角處。曲柄在曲拐平面的抗彎能力以其矩形斷面的抗彎斷面數來衡量：W. . . . 7 / 39=W2bhb式中 b曲柄的寬度； h曲柄的厚度。顯然，為了提高曲柄的抗彎能力，增加曲柄

31、的厚度h要比增加曲柄的寬度b要好的多。不過，在缸心距一定的條件下，增加h要以縮短軸頸長度為代價，可見h的增加受到限0L制?，F代高速燃機曲軸的曲柄形狀大多采用橢圓形或圓形。試驗證明，橢圓形曲柄具有最好的彎曲和扭轉剛度。其優點是盡量去掉了受力小或不受力的部分，其重量減輕，應力分布均勻。為了能最大限度地減輕曲軸的重量，并減小曲柄相對于主軸頸中心的不平衡旋轉重量，曲柄上一般都將肩部多余的金屬削去。這對曲柄的強度無多大影響。但是對于具有空心曲柄銷的曲軸，肩部削去的金屬不宜過多，以免在鉆孔或鑄孔處形成銳邊，產生很高的應力集中而出現裂紋。2.4.4 平衡重平衡重的作用是平衡旋轉慣性力與其力矩，轉移往復慣性力

32、與其力矩，減小主軸承負荷。設計平衡重時，應盡可能使平衡重的重心遠離曲軸旋轉中心。即用較輕的重量達到較好的效果，以便盡可能減輕曲軸重量。平衡重的徑向尺寸和厚度應以不碰活塞裙底和連桿大頭能通過為限度。鍛造曲軸的平衡重一般與曲軸鑄成一體，可便加工較簡單，并且工作可靠。鍛造曲軸由于結構或者鍛造的設備有限，平衡重與曲軸分開制造。因此，對于連接的可靠性要求較高，以防緊固件斷裂造成嚴重后果。2.4.5 油孔的位置和尺寸為保證曲軸軸承工作可靠，對它們必需充分的潤滑。一般采用油壓為26巴的壓力潤滑。潤滑油供應的方式與曲軸結構有關，曲軸中油道的尺寸和布置直接影響它的強度和剛度，同時也影響軸承工作的可靠性。將潤滑油

33、輸送到曲軸油道中供油方法有兩種：一是集中供油；另一種是分路供油。中、高速燃機大部分采用第二種方法。潤滑油一般從機體上的主油道通過主軸承的上軸瓦引入，因為上軸瓦僅承受慣性力的作用，比下軸瓦受力要低些。油孔位置應由曲軸的強度、軸承負載軸心軌跡以與加工工藝等方面綜合考慮決定。主軸頸上的油孔入口應保證向曲柄銷供油足夠充分，曲柄銷上油孔的出口應設在負荷較低區，用以提高向曲柄銷的供油能力。曲柄銷油孔多數選擇在曲拐平面運轉前方=4590的圍。曲軸的扭轉疲勞破壞大多數是從應力集中的油孔邊緣或過渡圓角處開始，同時，應盡量減少油孔處的應力集中，油孔邊緣的過渡圓角半徑取得較大并進行拋光。2.4.6 曲軸兩端的結構曲

34、軸上帶動輔助系統的驅動齒輪和皮帶輪一般裝在曲軸的前端，因為結構簡單，維修方便。如果正推軸承在后端，傳動齒輪裝在前端，用的又是斜齒，這樣當軸因受離合器的作用力、斜齒的軸向力和熱膨脹力而產生軸向位移時，將影響配氣和供油定時，從這個觀點看，傳動齒輪應裝在后端較為合適。從曲軸扭轉振動來看，前端的振幅較大，這對裝置傳動機構不利。因此，多缸發動機由于曲軸較長，往往把傳動齒輪裝在曲軸后. . . . 端。消除扭轉振動的減震器無疑應裝在曲軸前端，因這里的振幅最大。曲軸后端設有法蘭或者加粗的軸頸，飛輪與后端用螺栓和定位銷連接。定位銷用來保證重裝飛輪時保持飛輪與曲軸的裝配位置。故定位銷的布置時不對稱的或只是一個。

35、2.4.7 提高曲軸結構強度的措施在載荷不變的情況下，要降低最大彎曲應力值，提高曲軸的彎曲強度就應設法降低軸頸圓角處的應力集中效應。適當減小單拐中間部分的彎曲剛度，使應力分布較為均勻，即用結構措施使彎曲形狀系數能最大限度地下降。（1） 加大軸頸重疊度軸頸重疊度就是主軸頸與曲柄銷重合的程度，用A表示：122DDr 式中 ：r曲柄半徑；S活塞行程。采用短行程是增加重疊度的有效辦法，它比通過加大主軸頸來增加重疊度的作用大。為了使重疊度A成為無量綱參數，以便對不同發動機進行比較，引用軸頸重疊度系數：12AS 12DDS（2） 加大過渡圓角過渡圓角的尺寸、形狀、材料組織、表面加工質量和光潔度對曲軸應力的

36、影響十分明顯。減小圓角部位的應力集中效應，必須增大圓角半徑。但隨R的增大，軸頸有效承壓長度縮短。為解決這一矛盾，設計了變曲率過短曲線的方案，或者用幾段互相相切的圓弧近似代替。一般R/D=0.050.07，當R0.07D時，隨R的增加，是應力集中減少已不明顯。出于工藝的考慮，在任何情況下R的絕對值不應小于2mm。（3）采用空心軸頸若以提高曲軸彎曲強度為主要目標，采用主軸頸為空心的結構就行了。若同時減輕曲軸的重量和減小曲軸銷的離心力，從而降低主軸承負荷，則宜采用全空心結構，且將曲柄銷孔向外側偏離。（4） 卸載槽所謂卸載槽，就是在曲柄銷下方或主軸頸上方曲柄挖一凹槽。一般稱前者為曲柄銷卸載槽，后者為主

37、軸頸卸載槽。卸載槽可使曲柄銷圓角處最大應力下降。但并不改變應力曲線的分布形狀仍是對稱面中心點最大，兩側逐步減小。2.4.8 提高曲軸強度的工藝措施工藝措施就是采用局部強化的方法來充分發揮材料的強度的潛力，解決載荷與抗力這一主要矛盾，以使曲軸趨向等強度。它提供了在曲軸結構不變的條件下，強化了發動機的可能性。（1）圓角滾壓強化曲軸圓角滾壓能提高疲勞強度的原因，在于金屬表層在滾輪機械力作用下應力超過材料屈服極限時，產生塑性變形，發生冷作硬化，硬度提高，金屬表層知道某一深度出現殘余壓縮應力，在深處則產生低值的補償拉應力。去除滾輪機械力后，表層塑性變形. . . . 9 / 39略有恢復，然后取得穩定。

38、壓縮應力由于永久變形的存在，便殘留下來。表面的殘余壓縮應力，抵消了部分拉伸應力，使零件疲勞強度大大提高。因為疲勞破壞通常是由拉伸應力反復作用的結果，并始于金屬表面。所以滾壓強化實質上是一個預應力強化方法。（2） 軸頸和圓角表面同時進行淬火為了提高曲軸軸頸表面的耐磨性，一般都用高周波電流感應加熱的方法進行表面淬火。它系用熱處理的方法使金屬發生組織相變，發生體積膨脹而產生殘余應力，硬度提高，從而使軸頸耐磨性提高。為了改善軸頸耐磨性而采取的表面淬火措施，對疲勞強度起了反作用，因為它加強了本來就比較強的部分，消弱了本來就比較弱的部分。為此，采用專門的工藝措施，把圓角部分也一起淬硬。這樣不僅提高了曲軸軸

39、頸的耐磨性，而且由于圓角淬火產生的殘余壓應力可使曲軸疲勞強度提高30%到50%。所以粗磨后進行感應淬火，用精磨來消除變形。（3） 噴丸強化它與滾壓強化方法一樣，亦屬于利用冷作變形，在金屬表面上留下壓應力，而且使其表層硬度提高，從而提高曲軸疲勞強度的方法。噴丸比滾壓優越的地方是使曲軸整個表面都能得到強化，甚至包括未加工的高應力區，同時適用于大批生產。如果軸頸摩擦表面不需要噴丸，則可用覆蓋物保護。（4） 氮化處理氮化處理是一種化學熱處理強化金屬表面的方法。淡化處理后，由于氮的擴散作用，在曲軸表面形成一層有氮化鐵與碳化鐵組成的化合層，它有極高的耐磨性，并且抗咬合、耐磨蝕?；蠈硬繛榈臄U散層，由于氮

40、不斷部擴散，使金屬體積增大，因而產生擠壓應力。采用這種氮化處理方法均可使曲軸疲勞強度增加。3 軟件開發語言Visual LISP概述考慮到 AutoCAD用戶使用方便，在程序設計中，用可視化語言Visual lisp開發而成。圖形輸出部分采用在用戶中有較大影響的AutoCAD作為二次開發的平臺，在對話框的操作界面中實現了簡潔明快、操作方便。3.1 Visual LISP特點與應用Visual LISP是Autolisp的發展，是一種可視化的LISP編程開發環境，是AutoILSP語言的擴展和延伸，可以通過ActiveXAutomation接口與對象交互。3.1.1 Visual LISP語言的

41、特點學習AutoLisP是非常容易的，對初學者而言，即使沒有學習過任何的程序語言，都能很快上手，寫出精彩漂亮的AutoLIsP程序。（1） 語法簡單 不用特殊的變量定義，非常富有彈性，比起其他的程序語言，它的語法可說是非常簡單而又有其獨特的風格;（2）功能函數強大除一般性的功能函數外，又擁有為數不少控制配合AutoCAD的特殊函數，再加上AutoLISP RJ直接調用執行所有AutoCAD的命令，以與掌握運用所畝的AutoCAD系統變量，功能之強;. . . . （3） 撰寫環境不挑剔只要是一般的窗門文本編輯軟件都適用，例如WORDPAD、EDIT、Visualisp；（4） 直譯式程序不用再

42、作編譯，“即寫即測、即測即用”，馬上可以在AulocAD中響應效果。3.1.2 AutoLISP語言與其特點LISP(List Processing Language)是人工智能領域中廣泛采用的一種程序設計語言，主要用于人工智能、機器人、專家系統、博奕、定理證明等領域。LISP也被稱為符號式語言，因為它處理的對象是符號表達式。LISP語言的程序和數據都以符號表達式的形式來表示，即一個LISP程序可以把另一個LISP程序作為它的數據來處理。AutoLISP是為擴展和自定義AutoCAD功能而設計的一種LISP編程語言,它嵌入在AutoCAD的部，是LISP和AutoCAD有機結合的產物。Auto

43、LISP采用了和LISP最相近的語法和習慣約定,具有CommonLISP的特性，但又針對AutoCAD增加了許多功能。例如，可以把AutoLISP程序和AutoCAD的繪圖命令透明地結合起來，使設計和繪圖完全溶為一體。還可以實現對AutoCAD當前圖形數據庫的直接訪問、修改，為實現對屏幕圖形的實時修改、交互設計、參數化設計以與在繪圖領域中應用人工智能提供了方便。概括地說，AutoLISP綜合了人工智能語言LISP的特性和AutoCAD強大的圖形編輯功能的特點，可謂是一種人工智能繪圖語言。AutoCAD2000以前的AutoLISP屬于解釋執行性的語言在AutoCAD2000與其以后的版本中推出

44、了VisualLISP既兼容以前的AutoLISP程序，又可以經編譯生成執行程序；既做到了源程序代碼的，又加快了程序的運行速度。總的來看，AutoLISP具有如下特點:1它是一個嵌入式語言。它不是運行在操作系統下，而是運行于AutoCAD的環境下，或者說，它嵌入在AutoCAD之中。2采用了LISP語言的語法。3吸收了LISP語言的主要語句（或稱函數），具有LISP語言的語法結構。4加入了與圖形處理有關的語句。5可直接調用幾乎全部的AutoCAD命令。不難看出，AutoLISP語言既具有一般高級語言的基本結構和功能，又具有一般高級語言所沒有的強大的圖形處理能力。因此，AutoLISP程序既可完

45、成通常的科學計算和數據處理，又能直接調用AutoCAD的命令。這兩者的有機結合，使之成為專業CAD系統的強有力的開發工具。3.2 Visual LISP程序設計語言概述Visual LISP是為加速AutoLISP程序開發而設計的軟件工具，它提供了一個完整的集成開發環境，包括編譯器、調試器和其他工具，它可以顯著地提高自定義AutoCAD的效率。Visual LISP提供的主要工具有：文本編輯器、格式編排器、語法檢查器、源代碼調試器、檢驗和監視工具、文件編譯器、工程管理系統、上下文相關幫助與自動匹配功能和智能化控制臺等。在Visual LISP集成環境下開發AutoLISP程序，不再象以前那樣用

46、其他系統的文本編輯程序編寫代碼；調試程序需要用戶自己決定在程序的什么位置加入打印語句，以便查看這些變量的容，要想查看變量的容還必須在AutoCAD中加載并運行源程序代碼；如果沒有足夠的信息來診斷錯誤,就不得不返回文本編輯程序并再次修改代碼，以加入更多的調試點；在程序運行正確后，還必須將加入的調試代碼刪除或注釋掉。在Visual LISP集成. . . . 11 / 39環境下可以便捷、高效地開發AutoLISP程序，可以得到運行效率更高、代碼更加緊湊、源代碼受到保護的應用程序。VLISP是新一代AutoLISP語言，它對AutoLISP語言進行了擴展。Visual LISP的用戶界面良好，用過

47、Microsoft軟件的用戶只需很短的時間即可掌握它。3.3 對話框設計語言DCL為了使所開發的程序成為商品，讓不懂編程的用戶方便地使用，必須使用對話框和菜單與用戶交流。而對話框適合與客戶友好地交流數據，設計對話框成為程序開發必不可少的工作。單純的AutoLISP程序，都是使用文字操作模式。用戶在載入AutoLISP程序之后，只能在命令行窗口根據系統提供的提示語句輸入數據，與系統進行交流。每次只有一句提示語句，用戶也只能一次輸入一點信息。有關AutoLISP文件的后續操作、應用流程和目前可用的表達式名稱，就全憑用戶的記憶。如果一時想不起來，只能中斷交流，待查找到了重新開始。這種交流模式效率不高

48、，生硬死板。意識到了這些問題，為了與客戶能友好得交流，本文開發的程序使用了對話框。它是應用DCL(dialoguecontrol language)語言編制，這一語言是AutoLISP自己的對話框設計語言。DCL語法結合了AutoLISP與DCL兩種語法的功能，可以讓使用者半自動地架構出“圖形模式”的對話框使用界而，這被稱為可編程對話框(PDB，ProgrammableDialogue Boxes)的功能。通過DCL語法開發而成的“對話柜”輸入界面，可讓使用者以“點選”或是“填表”的方式輸入數據，并執行AutoLISP程序，而不限于由指令提示區執行輸入數據的動作。3.4 數據文件AutoLIS

49、P的語言和其它高級語言一樣具有文件處理功能，即提供了文件操作函數。一般來講，文件是建立在外部介質上的數據的集合。文件的分類方法很多，按其存儲的的外部介質，可以分為磁盤文件、磁帶文件等；按其存入的數據介質，可以分為源程序文件和數據文件；按文件的組織形式，可以分為順序存取文件，隨機存取文件等。在AutoLISP語言中，程序和數據二者都具有一樣的結構，所以一般來說程序文件和數據文件二者無嚴格區別。AutoLISP提供的文件操作函數能處理數據文件，也能處理程序文件。另外AuotLISP只支持ASCII碼的順序文件。AutoLISP提供了一個Load函數，它可以將程序文件裝入存，并對其求值。應此，可以說

50、Load函數是一個特殊的文件操作函數。AutoLISP這一語言提供了相當的文件操作函數，這些函數不但能存取一般的數據文件，而且，還可以處理程序文件。數據處理是開發建筑CAD系統的重要問題。在編制設計程序和繪圖時，有大量數據需要處理，這些數據的存儲、檢索要占用大量的存空間。為此，常將這些數據存放在數據文件中，需要時再讀入。利用文件處理函數可以實現AutoCAD與其它高級語言（如BASIC、FORTRAN、C語言等）的數據傳輸，即可實現AutoCAD與其它高級語言的聯接。本文正是應用AutoCAD的這一功能，實現前、后處理程序，力優化設計程序之間的數據傳輸。. . . . 4 曲軸參數化程序設計4

51、.1 曲軸的模型分析對象模型體現對象之間的層層分解、組裝原則根據曲軸結構本身層次關系和部件的拓撲特征，以與結構輸入所需元素，根據曲軸的結構，將其分為曲柄、平衡重、曲柄臂、曲軸左端、曲軸右端。因此可以先設計一個曲拐，然后在將其進行旋轉或者鏡像來實現曲軸的設計。單位曲拐包括一個曲柄銷、左右兩個曲柄、左右兩個主軸頸。建立曲軸結構模型如圖4-1。圖 4-1 曲軸模型分析4.2 主程序的編寫在進行參數化繪圖程序設計時，圖形參數的值可通過兩種途徑給定：1.由設計結果直接傳入；2.通過人機交互式輸入。通過以4105型柴油機曲軸為例來進行的參數化設計。根據上文的結構形式，對曲軸進行尺寸參數化。查文獻1表5-1

52、 國產典型汽車、拖拉機、農用燃機曲軸的結構參數得曲軸4105型的結構參數如下:發動機氣缸直徑D：105 發動機活塞行程S/D: 1.14曲柄銷直徑D2/D:0.67偏心E/D2:0.04 曲柄銷長度L2/D:0.42主軸頸直徑D1/D:0.76主軸頸長度L1/D:0.40曲柄的寬度B/D:1.14曲柄的厚度H/D:0.26其中氣缸直徑D功過人機交互方式輸入，其他的參數根據輸入結果與其之間的關系來得出相應的尺寸。. . . . 13 / 394.2.1 繪圖環境的設置編程作圖和交互作圖一樣，也需要設置作圖的環境，例如圖紙的圍、繪圖的單位、目標的捕捉類型、圖層、顏色、線型、線寬、字樣等。如果缺少對

53、作圖環境的設置，就只能利用加載程序時其部提供的默認環境。設置一個合適的作圖環境不僅可以提高作圖的精度和效率，又是還會影響到所繪制的圖紙是否滿足生產需求。在程序實現設置作圖環境的功能可以通過command函數調用相關的命令，或者通過setvar函數改變相應系統變量的當前值或當前狀態。1） 設置目標捕捉類型交互操作時，目標捕捉類型的選項是字符串，它以編碼的形式記錄在系統變量osmode。通過查看AutoCAD幫助文件，獲取osmode代碼的具體含義如表5-1所示：表 4-1 osmode 代碼含義代碼代碼含義0None 不捕捉任何類型1Endpoint 線段和圓弧的端點2Midpoint 線段和圓

54、弧的中點4Center 圓和圓弧的圓心例如：通過command函數設置目標捕捉類型：（command “osnap”“none”） ；不捕捉任何類型通過setvar函數設置目標捕捉的類型：（setvar “osmode” 0） ；不捕捉任何類型通過上述兩種方式都可實現不捕捉任何類型。2） 設置圖層、顏色、線型創建圖層：通過command函數創建一個當前圖層（command “layer”“make”“zhongxian”“color” 1 “zhongxin”“ltype”“center”“zhongxin”“lweight” 0.2 “zhongxin”“”）設置圖形對象的顏色：comman

55、d函數設置新圖性顏色（command “color”3）或通過setvar函數設置其顏色（setvar “cecolor”“2”） 設置圖形對象的線型：通過command函數設置線型 （command “linetype”“s”“center”“”）或者通過setvar設置(setvar “celtype”“dashed”)4.2.2 繪圖坐標點的設置與計算在編制繪圖程序時，圖形繪制、尺寸標注與工程標注都需要設置和計算坐標點，坐標點的設置與計算在繪圖程序中占有相當大得比重，盡量減少坐標點得設置，將會大大縮短繪圖程序。1）繪圖基點設置繪圖基點坐標的確定是很重要的，因為它關系到所繪制的圖形在圖框中

56、的總體布局。在考慮確定繪圖坐標時，既要照顧視圖的布局是否合理，也要照顧尺寸標注的布置是否得當。根據曲軸的形狀（見圖4-2 繪圖基點的選擇），選取k0為基點，先繪出l1與l2之間的部分，再以k0為基點旋轉得出l3與l2之間的部分，最后以l2為對稱軸鏡像出l3與l4. . . . 部分，因此曲軸的主題部分即可繪出。但是在進行鏡像或者旋轉命令時對對象的選擇需要選擇集的操作。常用的選擇集函數是ssget命令，表達式為(ssget mode pt1 pt2 pt-list filter-list) ，mode 參數是一個字符串, 可指定圖元選擇形式以供操作。如, W、WP、C、CP、L、P、I 或 F

57、等, 這也就是 AutoCAD 中的 Window、WPolygon、Crossing、Last、Previou、Implied與 Fence 等圖元選擇模式。具體實例如下表4-2 選擇集示例所示。表 4-2 選擇集示例 例說 明(ssget P)選擇您最近所選取的圖形(ssget L)選擇您最后加入數據庫的圖元(ssget p)選擇經過 2, 2 這點的圖元(ssget “W(0 0) (5 5)選擇在 0, 0 和 5, 5 這個窗口的圖元(ssget wp1 p2)選擇在0,0和5,5這個視窗的圖素(ssget Cp1 p2)選擇凡是接觸或在0, 0和1, 1這個窗口的圖元圖 4-2 繪

58、圖基點的選擇2）繪圖坐標點的計算本程序繪圖坐標點主要采用的是相對坐標點的計算，一般是從基點開始，根據前面的已知點的坐標計算未知點的坐標，即計算相對坐標。計算點的相對坐標本程序采用了以下的方法：主要是利用polar函數計算相對點坐標。例如：其表達式如下：p1 (polar p0 (+ alf (* 0.5 pi) (* 0.5 D1)p2 (polar p0 (+ alf (* -0.5 pi) (* 0.5 D1)p3 (polar p1 alf (* 0.5 L1)p4 (polar p2 alf (* 0.5 L1)顯然，用polar函數計算比較簡單明了。如求p1的坐標時，（+ alf（*

59、 0.5 pi）表示與p0的角度，（* 0.5 D1）表示距離p0的距離，從而求出p1的坐標。. . . . 15 / 394.2.3 繪圖參數值的輸入與傳輸用AutoLISP編制的繪圖程序主要是變參圖形繪圖程序，變參圖形繪圖程序可繪制一系列尺寸不同的圖形。但在利用該程序繪圖時，必須輸入繪圖參數值，即給繪圖參數賦值。因此，在繪圖程序中應包括繪圖參數值的輸入與傳輸程序。繪圖參數值必須采用適當的方式進行傳輸，以便供給繪圖、標注尺寸數值和填寫技術參數表等的使用。主要是采用交互輸入函數：(getangle 點 提示信息)，該函數暫停以等待用戶輸入角度，可以輸入角度值或者輸入點1和點2。如(setq a

60、lf (getangle p0 n角度:) （getpoint 點 提示信息），等待用戶輸入一個點，然后返回該點。用戶既可以用光標拾取，也可以在命令行以坐標形式輸入。如(setq p0 (getpoint n輸入曲軸的定位點:) （getdist 點 提示信息）以交互的方式等待用戶輸入一個距離?？梢暂斎胍粋€數值，也可以輸入兩個點來指定距離。如(setq D (getdist p0 n輸入發動機氣缸直徑:)4.2.4 尺寸標注在AutoCAD中提供了很多尺寸變量，這些尺寸變量有其提供的默認值，但一般都需要根據我國國家標準重新設置，例如：根據國標，dimtih（尺寸文字在延伸線線且與尺寸線一致的書寫方位）通常置off，