吳翠楊

摘要：隨著國民經(jīng)濟的不斷增長，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，CAD技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個行業(yè)領(lǐng)域中，創(chuàng)造出了眾多現(xiàn)實價值。在現(xiàn)代內(nèi)燃機設(shè)備設(shè)計中CAD技術(shù)的科學(xué)高效應(yīng)用至關(guān)重要，其能夠幫助設(shè)計人員有效提高內(nèi)燃機設(shè)計工作質(zhì)量和效率，還可以充分保障內(nèi)燃機的設(shè)計制造性能。因此，內(nèi)燃機設(shè)計人員要樹立起先進的工作理念，結(jié)合內(nèi)燃機設(shè)計要求和性質(zhì)特點，合理運用好CAD技術(shù)，確保能夠有效發(fā)揮出CAD技術(shù)的價值作用，幫助自身減少設(shè)計工作任務(wù)量，并促使在最低成本下創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟效益。本文將進一步對CAD技術(shù)在內(nèi)燃機設(shè)計中的應(yīng)用展開分析與探討。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù);內(nèi)燃機;設(shè)計應(yīng)用

Abstract： With the continuous growth of the national economy and the continuous innovation of science and technology， CAD technology has been widely used in various industries and created many practical values. The scientific and efficient application of CAD technology in the design of modern internal combustion engine equipment is very important. It can help designers effectively improve the quality and efficiency of internal combustion engine design work， and can also fully guarantee the design and manufacturing performance of internal combustion engines. Therefore， internal combustion engine designers must establish advanced work concepts， combine the design requirements and characteristics of internal combustion engines， and make reasonable use of CAD technology to ensure that the value of CAD technology can be effectively utilized， to help themselves reduce the amount of design tasks， and to promote the lowest Create the greatest economic benefit under the cost. This article will further analyze and discuss the application of CAD technology in internal combustion engine design.

Key words： CAD technology;internal combustion engine;design application

0? 引言

CAD技術(shù)實質(zhì)是指通過創(chuàng)新運用計算機專業(yè)軟件制作模擬實物設(shè)計，最終全方位呈現(xiàn)出新開發(fā)商品的外觀、質(zhì)感、結(jié)構(gòu)等特色的過程。該項技術(shù)最早是被應(yīng)用在汽車制造、電子工業(yè)生產(chǎn)、航空制造等領(lǐng)域中，隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的不斷完善發(fā)展，CAD技術(shù)的應(yīng)用不再局限于傳統(tǒng)繪圖和顯示，而是進入到設(shè)計人員專業(yè)知識中更為智能的部分，眾多行業(yè)領(lǐng)域工作人員開始利用CAD技術(shù)展開立體繪圖設(shè)計。通過將CAD技術(shù)實踐應(yīng)用在內(nèi)燃機設(shè)計中，能夠有效起到良好的輔助作用，促使內(nèi)燃機設(shè)計符合各項設(shè)計標準要求，并且還可以全面提升內(nèi)燃機的綜合使用性能，推動我國汽車產(chǎn)業(yè)建設(shè)和諧穩(wěn)定的發(fā)展。

1? CAD技術(shù)在內(nèi)燃設(shè)計中應(yīng)用的重要意義

在機械設(shè)備中內(nèi)燃機的設(shè)計應(yīng)用是一項重要內(nèi)容，其是保障各類型機械設(shè)備安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部分。因此，設(shè)計人員在對內(nèi)燃機展開優(yōu)化設(shè)計工作時，必須主動強化對內(nèi)燃機的科學(xué)精確性設(shè)計，確保能夠最大程度提升內(nèi)燃機的整體性能質(zhì)量，發(fā)揮出其在機械設(shè)備的價值作用。現(xiàn)代內(nèi)燃機設(shè)計人員通過將先進CAD技術(shù)實踐應(yīng)用在內(nèi)燃機設(shè)計中，能夠有效提高內(nèi)燃機的設(shè)計質(zhì)量。CAD技術(shù)在內(nèi)燃機設(shè)計中的應(yīng)用主要是以CAD技術(shù)作為核心技術(shù)，并以三維模型作為重要基礎(chǔ)，最終實現(xiàn)對目標產(chǎn)品的三維建模設(shè)計和仿真設(shè)計等。設(shè)計人員要主動創(chuàng)新研究應(yīng)用CAD技術(shù)，確保能夠有效滿足內(nèi)燃機的各種外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能基礎(chǔ)要求，促使內(nèi)燃機的設(shè)計成品能夠達到最佳的運行工作狀態(tài)[1]。當前CAD技術(shù)在內(nèi)燃機設(shè)計中的應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在以下幾方面內(nèi)容：①實現(xiàn)變量化、參數(shù)化的內(nèi)燃機設(shè)計目標。內(nèi)燃機設(shè)計人員通過將CAD技術(shù)實踐應(yīng)用在內(nèi)燃機設(shè)計中，能夠有效實現(xiàn)在變量化、參數(shù)化上的設(shè)計目標?；贑AD技術(shù)應(yīng)用輔助下，設(shè)計人員能夠及時發(fā)現(xiàn)各項變量參數(shù)問題，并根據(jù)現(xiàn)實原因優(yōu)化調(diào)整內(nèi)燃機設(shè)備的各項參數(shù)。而在內(nèi)燃機外觀結(jié)構(gòu)尺寸方面則可以結(jié)合實際標準設(shè)計要求，有效改進具體尺寸大小，這樣不僅能夠大大提高對內(nèi)燃機設(shè)計修改的工作效率，還可以有效降低設(shè)計人員的工作強度，方便設(shè)計人員的日常操作;②實現(xiàn)內(nèi)燃機優(yōu)化設(shè)計的直觀形象化目標。CAD技術(shù)又被稱作為計算機輔助設(shè)計技術(shù)，其通過應(yīng)用先進的計算機軟件技術(shù)實現(xiàn)對不同產(chǎn)品外觀、結(jié)構(gòu)以及色彩質(zhì)感的仿真設(shè)計。因此，內(nèi)燃機設(shè)計人員應(yīng)用該項技術(shù)能夠有效實現(xiàn)對內(nèi)燃機設(shè)計的直觀形象化工作目標，促使設(shè)計人員對內(nèi)燃機的整體設(shè)計有著更為直觀清晰的觀察了解，這樣無疑就能夠為內(nèi)燃機的整體優(yōu)化設(shè)計打下扎實的工作基礎(chǔ)。CAD技術(shù)的應(yīng)用輔助下，設(shè)計人員能夠針對內(nèi)燃機設(shè)計要求仿真設(shè)計出對應(yīng)的三維模型，方便設(shè)計人員實時去觀察自身不同細節(jié)之處的內(nèi)燃機設(shè)計內(nèi)容，做好內(nèi)燃機設(shè)計的全方位檢查工作，為后續(xù)的內(nèi)燃機設(shè)計運轉(zhuǎn)、模擬裝配等工作提供了極大的便利之處。

2? CAD技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用升級

在機械設(shè)計中CAD技術(shù)的應(yīng)用主要是為了滿足設(shè)計人員繪制中所需要的圖紙，將各種參數(shù)融入應(yīng)用在軟件建模中，以直觀形象的模型呈現(xiàn)在設(shè)計人員面前。在我國內(nèi)燃機行業(yè)發(fā)展最早被使用的CAD專業(yè)軟件是Au2 to CAD CAXA，它一種基于二維的繪圖軟件，不具備現(xiàn)在三維CAD技術(shù)軟件那強大而豐富的繪圖建模功能。后來隨著計算機技術(shù)的不斷創(chuàng)新完善，越來越多的專業(yè)CAD軟件出現(xiàn)在人們視野面前，能夠滿足設(shè)計人員對內(nèi)燃機不同的設(shè)計要求，尤其是體現(xiàn)在三維功能設(shè)計內(nèi)容上。與傳統(tǒng)二維CAD軟件技術(shù)相比較，三維CAD軟件技術(shù)不僅能夠安全儲存大量的產(chǎn)品模型信息[2]，還可以與工廠數(shù)控設(shè)備進行數(shù)據(jù)的有效交換，實現(xiàn)CAM的直接應(yīng)用。在現(xiàn)代內(nèi)燃機設(shè)備結(jié)構(gòu)不斷復(fù)雜化情況下，內(nèi)燃機對于設(shè)計工作提出了更高的要求，傳統(tǒng)二維平面繪圖制作軟件已經(jīng)無法有效滿足設(shè)計人員的各項標準設(shè)計要求。因此，更為先進的三維CAD技術(shù)將會取代傳統(tǒng)繪圖軟件，該項技術(shù)三維建模在內(nèi)燃機設(shè)計中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面內(nèi)容：①分析內(nèi)燃機各個零部件的關(guān)鍵物理特性參數(shù)，比如內(nèi)燃機零部件質(zhì)量、離型力以及慣性矩等;②內(nèi)燃機零部件的三維有限元分析，基于運用三維CAD技術(shù)能夠幫助設(shè)計人員科學(xué)有效分析出曲軸的受理情況，并準確掌握到內(nèi)燃機內(nèi)部活塞的熱應(yīng)力、熱負荷等數(shù)據(jù)信息;③有效明確到內(nèi)燃機復(fù)雜結(jié)構(gòu)的空間幾何關(guān)系，就比如內(nèi)燃機的啟進排氣管、起道等內(nèi)部空間情況;④利用三維CAD技術(shù)完成對內(nèi)燃機氣體流動部分的仿真模擬計算等，根據(jù)實際結(jié)果優(yōu)化改進設(shè)計內(nèi)燃機，確保能夠提升內(nèi)燃機的整體運行性能。

3? CAD技術(shù)在內(nèi)燃機設(shè)計中的實踐應(yīng)用

3.1 CAD技術(shù)在內(nèi)燃機曲軸層面的設(shè)計應(yīng)用

現(xiàn)代設(shè)計人員通過將先進的三維CAD技術(shù)實踐應(yīng)用在內(nèi)燃機設(shè)計中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)燃機設(shè)計的直觀全面性和便捷性，還可以充分發(fā)揮出設(shè)計人員的思維創(chuàng)新創(chuàng)造性，完成內(nèi)燃機概念性的設(shè)計操作目標，最大程度提升內(nèi)燃機的設(shè)計質(zhì)量和效率。比如，在內(nèi)燃機曲軸層面的設(shè)計過程中，設(shè)計人員必須高度重視對內(nèi)燃機曲軸平衡計算的妥善實施，曲軸作為內(nèi)燃機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的核心運動零部件，起到了穩(wěn)定安全高速定軸運動的重要作用，倘若曲軸質(zhì)量軸線和回轉(zhuǎn)軸線沒有進行重合，發(fā)生了偏心位移情況，那么就容易導(dǎo)致內(nèi)燃機出現(xiàn)噪聲與不良振動現(xiàn)象，嚴重影響了機械設(shè)備的正常穩(wěn)定運行[3]。針對于此，設(shè)計人員可以通過利用CAD技術(shù)去加強對曲軸的平衡試驗結(jié)果的反復(fù)科學(xué)計算，結(jié)合試驗計算結(jié)果去優(yōu)化改進設(shè)計內(nèi)燃機的曲軸結(jié)構(gòu)，以此來達到最大化減小曲軸質(zhì)量軸線和回轉(zhuǎn)軸線偏心發(fā)生的概率。內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)中曲軸零部件的構(gòu)成主要包括了三個部分，分別是兩端軸頭、主軸頸、缸曲柄，在不平衡的質(zhì)量層面通常也是由曲柄產(chǎn)生的，所以曲軸形狀設(shè)計較為復(fù)雜，設(shè)計人員需要發(fā)揮出三維CAD技術(shù)的作用，將曲軸各項參數(shù)正確輸入到專業(yè)設(shè)計軟件中，結(jié)合實際情況達到各項設(shè)計標準要求。設(shè)計人員可以利用專業(yè)CAD軟件展開對目標曲軸設(shè)計產(chǎn)品的三維實體造型，基于軟件輔助應(yīng)用下分析獲得曲軸的各項主要結(jié)合參數(shù)，比如曲軸的形心、慣性矩、旋轉(zhuǎn)半徑以及體積等重要參數(shù)，這樣就能夠為設(shè)計人員后續(xù)進行動力計算實驗打下扎實的工作基礎(chǔ)。

3.2 CAD技術(shù)在內(nèi)燃機螺旋類零部件上的設(shè)計應(yīng)用

螺旋類零部件在機械設(shè)備結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用極為廣泛，比如數(shù)控機床的絲杠是用螺旋類零部件進行傳動的，機械設(shè)備和結(jié)構(gòu)上的各種螺栓和螺釘也是用螺旋進行鎖緊的。在內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)設(shè)計中螺旋類的零部件設(shè)計應(yīng)用也占據(jù)了較大的比例，特別是彈簧類的零部件和散熱器螺旋翅片管，這些都是采用了螺旋線的設(shè)計應(yīng)用。如果設(shè)計人員采用傳統(tǒng)二維CAD技術(shù)將無法繪制出來螺旋類零部件的空間結(jié)構(gòu)圖形，而利用三維CAD軟件技術(shù)則能夠有效繪制出來。如螺旋翅片管內(nèi)燃機中螺旋翅片管幾何造型是設(shè)計人員利用三維CAD軟件技術(shù)所繪制出來的，其是標準的螺旋線[4]。當設(shè)計人員成功繪制出來螺旋翅片管幾何模型后，就可以接著使用Phoenics軟件中科學(xué)準確求解它的換熱情況，從而優(yōu)化其結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)優(yōu)化改善換熱情況的目的，確保該零部件能夠滿足內(nèi)燃機的換熱標準要求。

3.3 CAD技術(shù)在內(nèi)燃機活塞上的設(shè)計應(yīng)用

活塞作為內(nèi)燃機的核心受熱件，其最為顯著的特征就是熱負荷大、散熱條件偏差等特點，設(shè)計人員需要加強對活塞的優(yōu)化設(shè)計，有效提升其散熱性能。內(nèi)燃機設(shè)計人員可以采用CAD軟件技術(shù)構(gòu)建出內(nèi)燃機活塞的幾何模型，其次使用專業(yè)的有限元分析軟件展開對活塞內(nèi)部溫度場的科學(xué)分析計算作業(yè)，最終獲取到關(guān)于活塞的三維溫度場具體分布情況。溫度場的準確計算結(jié)果能夠充分反映出活塞溫度場的分布情況，同時還為設(shè)計人員進行優(yōu)化改進設(shè)計活塞整體結(jié)構(gòu)提供了可靠依據(jù)。設(shè)計人員可以采用ProIE軟件去構(gòu)建三維模型，接著再使用有限元分析軟件呈現(xiàn)出仿真模擬的內(nèi)燃機活塞幾何模型空間結(jié)構(gòu)，這樣就能夠為接下來的有限元分析工作順利開展打下良好的基礎(chǔ)條件。設(shè)計人員通過采用ProIE軟件構(gòu)建內(nèi)燃機活塞幾何模型的優(yōu)勢在于便于對活塞進行幾何尺寸上的優(yōu)化設(shè)計和空間結(jié)構(gòu)上的及時調(diào)整，全面提升內(nèi)燃機活塞的設(shè)計質(zhì)量和效率。

4? 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代設(shè)計人員在內(nèi)燃機設(shè)計工作中要及時轉(zhuǎn)變自身的工作理念，正確認識到科學(xué)引進應(yīng)用先進三維CAD技術(shù)的重要性。設(shè)計人員要將該項技術(shù)科學(xué)有效融入到內(nèi)燃機各個零部件設(shè)計、結(jié)構(gòu)整體設(shè)計以及性能優(yōu)化調(diào)整等內(nèi)容中，確保能夠提高內(nèi)燃機整體設(shè)計質(zhì)量和效率的同時，幫助自身降低工作任務(wù)量，創(chuàng)造出更多的社會經(jīng)濟效益。CAD技術(shù)的輔助應(yīng)用不僅能夠幫助設(shè)計人員高效解決內(nèi)燃機設(shè)計和工程圖繪制問題，還可以實現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品的模擬仿真設(shè)計，實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)信息的傳遞共享。

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