Цель

После завершения этого упражнения Вы будете способны:

 Создавать поверхность кулачка

 Создавать кулачковое соединение

 Соединять модели вокруг кулачкового соединения

1. Измените рабочую директорию на exhaust_cam.

2. Откройте exhaust_cam.asm. Модель выглядит как показано на рисунке 7–28. Сборка состоит из модели распределительного вала, названной camshaft.prt. Двух кулачков, смоделированных на валу с углом заклинки между ними в 45°. Ниже распределительного вала расположены два идентичных выхлопных клапана, valve.prt, которые закрывают отверстия в chamber_top.prt.

3. Состояние отображения было создано так, чтобы сделать chamber_top.prt прозрачным и обеспечивать лучший визуальный доступ к клапанам. Выберите View, Model Setup, Component Display из опускающегося меню Pro/ENGINEER.

4. Выберите Set Current из меню COMP DISPLAY. Выберите NO_CHAMBER в окне Open Rep и нажмите кнопку . Модель теперь выглядит как показано на рисунке 7-29.

1. Выберите Applications, Mechanica. Обратите внимание, система единиц сборки установлена на IPS.

2. Нажмите кнопку , выберите Motion.

1. Выберите Model, Property, Material.

2. Назначьте материал STEEL для всех четырёх моделей сборки движения.

3. Выберите Model, Bodies.

4. Для ассоциирования модели chamber_top.prt с землёй выделите CHAMBER_TOP и нажмите кнопку .

5. Выделите Ground и нажмите кнопку .

6. Нажмите кнопку в окне Body Definition. Обратите внимание на выделение модели chamber_top. Когда тело удалено, любые модели, принадлежащие этому телу, автоматически добавляются к земле.

7. Выберите Done Sel, , .

1. Проект сборки не содержит каких-либо базовых точек для создания соединений движения. Выберите Model, Datum Points.

2. Выберите Create, Top Model для создания точек земли.

3. Выберите At Center и выберите кромку, показанную на рисунке 7–30, для создания базовой точки на оси распределительного вала.

4. Выберите Done.

5. Повторите шаги со 2-го по 4-ый для создания двух дополнительных точек земли, используя кромки на каждом из клапанов, как показано на рисунке 7–31. Эти точки позволят клапану скользить в осевом направлении.

Следующий шаг - определение соединений на модели. Сначала Вы создадите осевое соединение. Затем будет добавлено кулачковое соединение между распределительным валом и каждым из клапанов.

1. Создайте три осевые соединения, показанных на рисунке 7–32, используйте в качестве руководства таблицу 7–4.

Таблица 7-4

2. Ориентируйте оси соединений, как показано на рисунке 7–33.

1. Выберите Model, Cam, Create. Открывается диалоговое окно Cam, как показано на рисунке 7-34.

Рисунок 7-34

2. Назовите кулачок [left_hand].

3. Выберите галочкой Auto Select и нажмите кнопку в секции Surfaces.

4. Выберите поверхность, показанную на рисунке 7–35 заштрихованной. Так как была выбрана опция Auto Select, другая половинка поверхности кулачка выбирается автоматически.

5. Выберите Done Sel. Поверхность кулачка высвечивается фиолетовым цветом и отображается её вектор. Толщина кулачка автоматически устанавливается равной 1, что соответствует глубине вытягивания (protrusion) кулачка. Открывается диалоговое окно Cam, как показано на рисунке 7-36, и появляется поверхность кулачка.

6. Нажмите кнопку . Окончательный кулачок появляется высвеченным голубым цветом.

7. Повторите шаги с 1-го по 6-ой для создания поверхности второго кулачка справа, как показано на рисунке 7–37. Дайте правому кулачку название [right_hand] и убедитесь, что он имеет толщину в 1.0.

1. Для упрощения картинки на экране выберите View, Model Setup, Component Display, Set Current и выберите NO_CAM. Нажмите кнопку .

2. Поверхности толкателей расположены на верху каждого тела клапана. Выберите Model, Cam, Create и нажмите кнопку у поля Surface. Не выбирайте опцию Auto Select.

3. Выберите верхнюю поверхность клапана, заштрихованную на рисунке 7–38.

4. Выберите Done Sel. Обратите внимание, глубина автоматически установлена на 1.0, та же глубина, что и у поверхности толкателя.

5. Убедитесь, что вектор поверхности толкателя направлен вверх к поверхности кулачка, как показано на рисунке 7–39. Если это не так, используйте кнопку для изменения направления вектора.

6. Дайте толкателю название [left_follower] и нажмите кнопку .

7. Повторите шаги со 2-го по 6-ой, создавая поверхность для [right_follower].

8. Верните статус отображения к NO_CHAMBER.

1. Выберите Model, Connections, Cam-Follower, Create.

2. Выберите поверхности левого кулачка и толкателя, как показано на рисунке 7–40.

3. Открывается диалоговое окно Cam-Follower Connection, показанное на рисунке 7-41. Дайте кулачковому соединению название [left_cam].

4. Оставьте заданные по умолчанию значения для Contact Mode как Rigid и для Friction Mode оставьте No Friction. Если Вы щёлкните по раскрывающемуся меню Friction Mode, то увидите, что все остальные опции не доступны. Почему так?

5. Нажмите иконку для завершения создания кулачкового соединения. На модели отображается символ кулачкового соединения, как показано на рисунке 7–42.

6. Повторите шаги с 1-го по 5-ый для создания второго жёсткого (rigid) кулачкового соединения для поверхностей правого кулачка и толкателя. Дайте соединению название [right_cam]. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 7-43.

1. Создайте драйвер и примените его к шарнирному соединению на camshaft.prt. Определите постоянную скорость вращения в [3.14159] рад/с и ramp в [1.5708] рад/с2. Ramp будет имитировать ускорение двигателя.

2. Определите начальное положение как [0] радиан на шарнирном соединении распределительного вала.

3. Выберите Done/Return для возврата к меню MEC MOTION.

1. Запустите определённый системой анализ сборки. Если сборка терпит неудачу, проверьте ориентацию и локализацию всех соединений.

2. Выберите Results, Query, Measure.

3. Выберите Redundancy и нажмите кнопку . В модели нет излишних ограничений. Поэтому все вычисления силы реакции будут точны.

4. Нажмите кнопки , , затем Done/Return, Done/Return.

Вы создадите анализ движения, который завершится после двух полных оборотов распределительного вала. Для этого Вы будете должны создать критерий в модели, который контролирует положение шарнирного соединения распределительного вала.

1. Создайте критерий, который контролирует угловое положение распределительного вала. Назовите критерий [cam_rad_pos].

2. Создайте вычисленный критерий, чтобы конвертировать выдаваемые радианы cam_rad_pos к углу. Выберите Model, Measure, Create, Computed. Появляется форма Computed Measure Definition, показанная на рисунке 7-44.

3. Назовите критерий [cam_ang_pos].

4. Нажмите кнопку . Открывается диалоговое окно Computed Measure Definition, как показано на рисунке 7-45.

Note: Pi и другие символы могут быть доступны после нажатия кнопки .

5. В поле Symbolic введите следующую функцию: cam_rad_pos*(360/(2*pi))

6. Нажмите кнопки , .

7. Создайте новый анализ движения с названием [Cam]. Установите Duration на [4] и Increment на [0.01]. Создайте условие завершения, чтобы анализ остановился после 2 полных оборотов распределительного вала или 720°.

8. Run анализа движения с названием Cam.

1. Создайте анимацию анализа Cam. Обратите внимание, как форма профиля кулачка влияет на скорость и положение клапана.

2. Создайте диаграмму, которая отобразит положение двух ползунковых соединений на каждом клапане. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 7-46.

3. Создайте диаграмму величины силы в кулачковых соединениях left_cam и right_cam. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 7–47. Почему эти силы реакций так малы?

4. Закройте все окна результатов и вернитесь в меню MEC MOTION.

1. Выберите Model, Dsgn Controls, Design Params.

2. Нажмите кнопки , .

3. Щёлкните по вытягиванию (protrusion) правого кулачка, для отображения его размеров, и выберите размер Ry2.50, как показано на рисунке 7–48.

4. Дайте проектному параметру название [cam_prof] и нажмите кнопку . Амплитуда параметра не имеет значения. Этот параметр используется только для изменения формы модели, без необходимости выходить из Motion.

5. Нажмите кнопку , затем выберите Shape Review.

6. В окне Shape Review отметьте галочкой cam_prof и введите значение [2] в колонке Settings.

7. Нажмите кнопку . Модель регенерируется со значением для cam_prof равным 2.

8. Нажмите кнопку для сохранения модели в этой форме. Сборка выглядит как показано на рисунке 7-49.

1. Выберите Model, Connections, Cam-Follower, Edit.

2. Выберите cam-follower символ для left_cam.

3. Выберите Compliant из раскрывающегося меню Contact Mode.

4. Выберите Dry Friction из раскрывающегося меню Friction Mode.

5. Одобрите значения по умолчанию для Static Coefficient и Kinetic Coefficient, как показано на рисунке 7–50. Нажмите кнопку .

1. Отредактируйте анализ Cam так, чтобы он остановился после 1-го оборота или 360°. Появляется закладка Termination Conditions в окне Motion Analysis Definition, как показано на рисунке 7–51.

1. Создайте начальные условия на шарнирном соединении и установите начальную позицию Required на [0].

2. Запустите анализ Cam. Левый клапан становится неустойчивым и отходит от поверхность кулачка.

3. Выполните анализ возврата для возврата клапана в его исходное положение.

При работе с жёстким (rigid) кулачком, толкатель всегда фиксирован к поверхности кулачка. В данном случае отсутствует требуемое сопротивление в толкателе, чтобы держать его прижатым к кулачковой поверхности. Присоединение подразумевается кулачковым соединением.

При податливом кулачке толкателю позволяется отходить от кулачковой поверхности. В реальном мире внешняя сила обязана держать кулачок и толкатель в прижатом состоянии. В этом случае к ползунковому соединению левого клапана будет добавлена сила пружины, которая вынудит толкатель остаться в постоянном контакте с кулачком. Также будет добавлена демпфирующая сила, чтобы понизить любые колебания, вызванные пружиной.

1. Выберите Model, Loads, Create, Joint Axis.

2. Выберите оси соединения slider_1. Появляется форма Create Joint Axis Load.

3. Дайте нагрузке название [spring_l].

4. Включите Spring в секции Load Functions.

5. Введите константу пружины, K, равную [100].

6. Нажмите кнопку .

7. Для создания демпфирующей нагрузки выберите опять соединение slider_1.

8. Назовите нагрузку [damper_l], включите кнопку Damper и введите коэффициент демпфирования, C, равный [10].

9. Нажмите кнопку .

Чтобы сравнивать силы реакции твердого и податливого кулачка, Вы прибавите силы пружины и демпфера к slider_2.

1. Повторите задание 17 для соединения slider_2. Создайте пружинную силу с K = 100, назвав её [spring_r], и демпфирующую силу с C = 10, назвав её [damper_r].

1. Переустановите начальные условия на шарнирном соединении.

2. Run анализ движения с названием Cam. Для завершения анализа потребуется 2-4 минуты.

1. Создайте анимацию анализа Cam. Анимацию лучше всего смотреть с сохранённого вида RIGHT при статусе отображения Master Rep. Обратите внимание, как клапан, приложенный к податливому кулачку, замедляется при его возврате в закрытое состояние.

2. Создайте диаграмму величины силы на каждом кулачковом соединении. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 7–52. Почему сила реакции для right_cam опускается ниже нуля?

3. Создайте диаграмму позиций осей соединения для slider_1 и slider_2. Диаграмма будет выглядеть как показано на рисунке 7–53. Обратите внимание на задержку возврата левого клапана к податливому кулачку и демпфирующую силу на ползунковом соединении.

4. Сохраните модель и удалите её из памяти или перейдите к заданию 21.

Ниже приведены некоторые дополнительные проекты, которые могут быть выполнены на модели exhaust_cam, если позволяет время:

1. Отредактируйте left_cam и измените Friction Type на No Friction. Выполните анализ чтобы определить, как эти изменения воздействуют на движение и силы реакции.

2. Отредактируйте left_cam и измените настройки контакта модели на Rigid. Создайте переменную проекта для угла вытягивания правого кулачка. Измените угол и форму правого кулачка, выполните анализ, чтобы определить как эта переменная влияет на форму диаграммы, показывающей положение оси соединения slider_2.

3. Установите критерии в модели движения, чтобы определить точное время, когда клапан полностью открывает отверстие в chamber_top.prt. Выполните анализ при любых настройках кулачка, чтобы проверить критерий.