曲柄连杆机构运动分析四缸发动机曲轴、连杆和活塞的运动是较复杂的机械运动。
曲轴做旋转运动，连杆做平动，活塞是直线往复运动。
在用Pro/Engineer做曲轴、连杆和活塞的运动分析的步骤如下所示[20]:（1）设置曲轴、连杆和活塞的连接。
为使机构能够按照预定的方式运动，须分别在曲轴与机体之间、连杆与曲轴之间、活塞与连杆之间添加销钉。
在活塞与机体之间添加滑动杆连接。
（2）定义伺服电动机。
利用伺服电动机驱动曲轴转动。
（3）建立运动分析。
（4）干涉检验与视频制作。
（5）获取分析结果。
7.1 活塞及连杆的装配7.1.1 组件装配的分析与思路活塞组件主要包括活塞、活塞销和活塞销卡环，连杆由连杆体和连杆盖两部分组成，将活塞组与连杆组分别组装，工作时用螺栓和螺母将连杆体、连杆盖和曲轴装配在一起，用活塞销将连杆小头和活塞装配在一起[21]。
7.1.2 活塞组件装配步骤1、向组件中添加活塞新建组件文件，运用【添加元件】，将活塞在缺省位置，完成装配。
2、向组件中添加活塞销卡环（1）在“约束类型”中选择“对齐”选项，将卡环中心轴与活塞销孔中心轴对齐；（2）选择“匹配”选项，将卡环外圆曲面与卡环槽曲面相匹配，完成两个活塞销卡环的装配。
3、向组件中添加活塞销（1）选择“对齐”选项，将活塞销中心轴与活塞销座孔的中心轴对齐；（2）选择“匹配”选项，将活塞销端面与卡环端面相匹配，完成活塞销的装配。
装配结果如图7.1所示：图7-1 活塞组装配结果Figure7-1Piston assembly results7.1.3 连杆组件的装配步骤1、向组件中添加连杆体新建组件文件，运用【添加元件】，将连杆体添加在“缺省”位置，完成连杆体的装配。
2、向组件中添加连杆衬套（1）选择“插入”选项，将连杆衬套的外侧圆柱面与连杆小头孔内侧圆柱面以插入的方式相配合。
（2）选择“对齐”选项，将连杆衬套的中心轴和连杆小头孔的中心轴对齐，完成连杆衬套的装配。
3、向组件中添加连杆轴瓦（1）选择“对齐”选项，“偏移”为“重合”，并选择相重合的平面，然后【反向】。
（2）选择“约束类型”为“插入”，选取轴瓦的外侧圆柱面和连杆体的大端孔内侧圆柱面，使这两个曲面以插入的方式相配合。
（3）选择“匹配”，“偏移”类型为“重合”，使轴瓦凸起和凹槽的两侧面对应重合，完成连杆轴瓦的配合。
（4）同样的方法完成另一块连杆轴瓦的装配。
4、向组件中添加连杆盖（1）选择“约束类型”为“匹配”，“偏移”类型为“重合”，并选取相应的面。
（2）分别选取连杆盖和连杆体的孔内侧圆柱面，使其以“插入”方式相配合，完成连杆盖的添加。
5、向组件中添加连杆螺栓（1）选取螺栓的外侧圆柱面和孔的内侧圆柱面，使其以“插入”的方式相配合。
（2）选择“匹配”选项，并选择相应的面，使其“重合”，完成连杆螺栓的装配。
（3）添加螺母和垫片，同样的方法完成另一个连杆螺栓的装配。
连杆组件的装配结果如图7.2所示：图7-2 连杆组装配结果Figure7-2 Connecting Rod Assembly Results7.2 定义曲轴连杆的连接1、新建装配基准轴（1）新建组件文件，同时选取“ASM_FRONT”和“ASM_TOP”两个基准平面，新建基准轴“AA_1”，同样在“ASM_RIGHT”和“ASM_TOP”上新建基准轴“AA_1”。
（2）新建平面“ADTM1”、“ADTM2”、“ADTM3”，都平行于“ASM_RIGHT”面，并设间距。
（3）在上一步建立的三个面上新建基准轴“AA_3”、“AA_4”、“AA_5”。
如图7.3所示：图7-3 新建装配基准轴和基准平面Figure7-3New assembly reference axis and reference plane2、向组件中添加曲轴选择“用户定义”为“销钉”选项，分别通过【轴对齐】、【平移】，分别选取对应的轴和面，使其相匹配，选取完成曲轴的连接。
3、向组件中添加连杆组件运用【添加元件】，“插入”已创建好的连杆组件，选择“销钉”选项，分别选取连杆组件和曲轴的对应面，通过【轴对齐】和【平移】，使其相互匹配，完成连杆组件的连接。
4、向组件中添加活塞组件（1）选择“销钉”选项，分别选取活塞组件和连杆组件的轴，通过【轴对齐】使其相匹配。
（2）分别选取活塞组件和连杆组件的的基准平面，通过【平移】，使这两个平面相匹配。
（3）选择“滑动杆”选项，再分别设置【轴对齐】和【旋转】，完成“连接定义”。
5、装配其它组件运用同样的方法向组件中依次添加其它三组连杆组件和活塞组件，完成曲柄连杆机构的装配，如图7.4所示。
图7-4 装配结果Figure7-4Assembly results7.3 定义伺服电动机（1）选择菜单栏的“应用程序”→“机构”命令，进入“机构”模块，此时在窗口的组件上以各种不同的标志表示不同的连接方式。
（2）打开“伺服电动机”对话框，接受系统默认的名称，单击“类型”选项卡，在“从动图元”中选取“运动轴”，然后选取曲轴的销钉连接标识“Connection_2.axis_1”。
（3）单击“轮廓”选项卡，在“规范”下拉列表框中选取“速度”选项，在“初始位置”列表框中选中“当前”复选框，在“模”下拉列表框中选取“常数”选项。
在“A”文本框中输入“150”，如图7.5所示，完成伺服电动机的定义。
7.4 建立运动分析（1）单击右侧工具栏的【定义分析】按钮，接受系统默认的名称，在“类型”下拉列表框中选取“运动学”，其他选项接受系统默认。
（2）打开“电动机”，接受系统默认的上一步所定义的电动机“ServoMotor1”。
（3）单击【运行】按钮，则视图中的曲轴连杆活塞机构转动起来。
等一段时间后机构停止运转，完成运动分析的建立。
7.5 进行干涉检验与视频制作（1）单击右侧工具栏的【回放】按钮，打开“回放”对话框。
接受系统默认结果集。
然后单击【冲突检测设置】按钮，打开“冲突检测设置”对话框，如图7.6所示，在“一般设置”选项中选中“全局冲突检测”单选按钮。
单击【确定】按钮，返回“回放”对话框。
图7-5 伺服电动机速度的设置Figure7-5Servo motor speed settings（2）单击“回放”对话框左上侧的【播放】按钮，系统开始进行干涉计算。
干涉计算完成后，打开“动画”对话框。
单击【循环播放】按钮，然后单击【播放】按钮，曲柄连杆机构转动起来，并以红色表示运动过程中出现干涉的部位。
图7-6 “冲突检测设置”对话框图 7-7“捕获”对话框Fiure7-6"Conflict Detection Settings" dialog box Figure7-7"Capture" dialog box （3）单击“播放”对话框左下侧的【捕获】按钮，打开“捕获”对话框。
接受系统默认的名称。
在下侧的“帧频”下拉列表框中选取“30帧/秒”，如图7-7所示，单击【确定】按钮，则系统开始录像。
（4）单击“回放”对话框右上侧的【创建运动包络】按钮，打开“创建运动包络”对话框。
设置质量级别为“7”，单击“选取元件”选项下的箭头，然后从模型树中选取连杆组件，其他选项接受系统默认，如图7-8所示。
单击【预览】按钮，得到组件的运动包络图，如图7.9、图7.10、图7.11所示。
图7-8 “创建运动包络”对话框图7-9 连杆运动包络图Fiure7-8"Creating Movement Envelope" dialog box Fiure7-9Rod movement envelope图7-10 曲轴运动包络图图7-11 活塞运动包络图Fiure7-10 Crankshaft motion envelope Fiure7-11Piston movement envelope7.6 获取分析结果（1）单击右侧工具栏的【测量】按钮，打开“测量结果”对话框。
单击“测量”列表框的【新建】按钮，打开“测量定义”对话框，选取“类型”为“速度”。
其他选项接受系统默认，如图7.12所示。
单击“点或运动轴”下的选取箭头，然后选取活塞的一点（由于活塞上各点运动相同，选取任意一个顶点都可以），在新弹出的窗口中单击【确定】按钮。
返回“测量结果”对话框。
（2）选取“结果集”列表框中的“AnalysisDefinition”和“测量”列表框中的“measure1”，然后单击绘制【图形】按钮，得到活塞的速度与时间曲线图，如图7.14所示。
图7-12 速度定义图7-13 加速度定义Fiure7-12Speed definition Fiure7-13Acceleration definition图7-14 活塞的速度与时间曲线图Fiure7-14Speed –time curve（3）在单击“测量”列表框的【新建】按钮，打开“测量定义”对话框，选取“类型”为“加速度”。
选取和上一步相同的点，如图所示。
选取“结果集”列表框中的“AnalysisDefinition”和“测量”列表框中的“measure2”，如图7.13所示，然后单击绘制【图形】按钮，得到活塞的加速度与时间曲线图，如图7.15所示。
图7-15活塞的加速度与时间曲线图Fiure7-15 Acceleration –time curve7.7 对结果的分析在模拟分析中，分别对活塞组、连杆组和曲轴进行运动包络和运动干涉检查。
通过运动包络确定曲柄连杆运动所需要的空间范围，通过运动干涉来检查曲柄连杆机构各运动部件之间是否发生干涉。
在分析时，设定曲轴的转速为150 rad/s，仿真时间为10秒，开始仿真。
曲线图反映了一载荷周期内气缸内活塞的速度及加速度的变化情况，由曲线图可以发现，活塞运动位于上止点时的加速度最大，且与速度的方向相反，活塞在该位置所受到的阻力最大。
7.8 本章小结本章主要完成了曲柄连杆机构的装配连接，并分析了机构的运动情况，在进行运动分析的过程中，新建组件并建立运动连接，定义特殊的运动副，如活塞和连杆组件，然后添加伺服电动机驱动，设置伺服电动机参数，设定运动分析条件，运行分析，将结果回放并制作视频，创建运动包络，获取分析结果，绘制加速度与时间曲线图。