新型导向啮合式起动机的参数化建模与虚拟装配*

□ 张宗彩 □ 句 帅

1.朔州职业技术学院 山西朔州 036000

2.三通亿达汽车电器有限责任公司 山西朔州 036000

目前，汽车内燃机使用的起动机多数为强制啮合式起动机，这种起动机由于在设计结构上的局限性导致强制啮合式起动机在启动内燃机过程中存在诸多问题和缺点，常常造成起动机驱动齿轮与内燃机飞轮齿环啮合时相互冲撞，造成轮齿的“铣齿”、“顶齿”现象，严重时两齿轮同时被“铣消”而报废。这种现象在我国气温较低的北方地区尤为严重。估计全国每年报废起动机约100万台，直接经济损失为10亿元人民币。笔者在分析强制啮合式起动机缺陷的基础上，使用UG NX8.0软件研究和开发出一种稳定性高、啮合率好以及结构紧凑、性能优越、使用寿命长的新型导向啮合式汽车起动机。

在机械设计软件中，UG NX和Pro/E［1］都是当今中小企业普遍采用的设计软件，因UG NX的机械设计模块提供了更加灵活多样的建模方法，而且对参数化建模［2］的支撑也不弱，更特别之处在于NX CAM模块为数控机床编程提供了更加完整的解决方案，可以实现与西门子数控机床的无缝结合，另外UG NX提供的这些解决方案可以全面地提高产品设计过程的效率，削减企业生产成本，并最终缩短产品进入市场的时间。所以，最终选择UG NX8.0作为这种新型导向啮合式汽车起动机的设计软件。

1 建模过程

重新设计的新型导向啮合式汽车起动机共由40多个零件组成，每个零件都可以使用UG NX8.0提供的参数化建模方式完成建模。以端面棘轮零件为例（如图1所示），不同型号起动机使用的棘轮零件尺寸是不同的，在设计一个新型号的起动机时，如果给端面棘轮零件重新依次建模，既费时又费力，利用UG NX8.0提供的表达式对话框（如图2所示）和电子表格编辑功能（如图3所示），可以轻松实现新的端面棘轮零件的建立，只要标记好每个参数的含义，重新赋予新的数值就可以建立全新尺寸的端面棘轮零件。

▲图1 棘轮

▲图2 表达式对话框

▲图3 电子表格编辑

▲图4 四分之一剖视图

▲图5 渲染图

另外，对于相互配合的零部件之间，UG NX8.0提供了“部件间引用”这个强大的功能来进一步提高参数化建模速度。例如，与端面棘轮协同工作的行星轮长方体型轴的宽度参数表达式，就可通过引用棘轮的方口型孔宽参数表达式尺寸值来生成，并且当棘轮的方口型孔宽参数表达式尺寸值被更新时，引用它的行星轮长方体型轴的宽度参数表达式值也会被自动更新。

2 装配过程

UG NX8.0的装配模块提供了3种零件装配模式：①自底向上装配，②自顶向下装配，③混合装配。在新型导向啮合式汽车起动机的各个零部件都已经建立完成的基础上，应采用自底向上的装配模式。先把驱动电机组件部分子装配体装配好，并且让其作为整个装配结构的基础件，以绝对安装方式固定在装配空间中；其次装配行星轮减速器系统，以相对安装方式固定在驱动电机组件上；最后把驱动轴工作部分组件和继电器组件子装配体装配到系统中，完成新型导向啮合式汽车起动机零部件的整体装配。在装配过程中，一旦发现相互配合的两个或多个零部件之间有干涉或配合关系不合理，可立刻返回到三维零部件状态进行修改，修改后再返回到装配体状态［3］继续装配。 整体装配模型完整地表达了新型起动机产品的外观造型信息，还清楚地描述了各个组成部件之间设计参数的继承关系和相关位置约束关系，这样就保证了产品设计参数的一致性，从而支持产品的并行设计，以适应新的产品设计需求。装配结果如图（4）、（5）所示。

3 结论

本文首先提出了一种与传统的强制啮合式起动机相比较，稳定性更高、啮合率更好、结构更加紧凑、性能更加优越、使用寿命更长的新型导向啮合式汽车起动机，利用UG NX8.0软件提供的强大参数化建模功能模块和装配模块，完成这种新型起动机的设计和建模过程，为研究这种新型起动机产品的结构特性、振动特性、温度分布［4］以及机械仿真、有限元分析和零件数控加工等提供了三维模型基础，这种设计方法为提高产品的设计效率和质量提供了良好的保证。

［1］ 张宗彩，张平宽.基于OpenGL和Pro/E的轴向振动钻削仿真技术的研究［J］.机床与液压，2009（3）：136-137.

［2］ 黄正胜，黄勤，疏剑.三环减速器内齿环的参数化建模［J］.煤矿机械，2008（9）：55.

［3］ 李锐，汪小芳.基于UG的三缸活塞式空气压缩机的虚拟设计［J］.机械工程与自动化，2008（10）：65-67.

［4］ 黄勤，黄正胜，曹争光.三环减速器内齿环的参数化虚拟装配［J］.煤矿机械，2009（2）：193-194.