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汽車發動機缸體設計的主要步驟是怎樣的?

2018年03月03日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 10 ℃ 次

【SleepyLin的回答(37票)】:

設計在這裡可以有很多種意思的。

設計是從無到有的,從樓上所說的從調研開始一系列到最後SOP的一切,但大多時候我們的理解只是單純的畫圖而已------這實際上是費時最多最費勁但又不並不是最重要的一環,畫圖是表達自己設計意圖的一種方法,意圖之所以能成型是因為前期非常多的工作以及工程師自己的經驗使然,畫圖最能直觀體現設計本身沒錯,但它本身,卻不是設計的精髓。

缸體作為發動機本體,它的設計過程是和整機設計最基本的一個部分。

一般來說,在設計整機時,綜合考慮到佈置、性能,以及即將匹配的各種技術以後,需要做的第一步是骨架的建立。定義各個系統的坐標系,給出各個零部件的位置以及大致的邊界,再分配給各個零部件工程師,每個人在自己的位置上去設計自己的零件,後續慢慢調整干涉問題,以及因為性能原因需要造成的修改等等。

最基本的參數是什麼呢------各個參數是怎麼來的就不提了,要說太多,我也不懂,請不要繼續問下去,實際上翻翻內燃機設計大家能得到的答案比我說的好太多------當然是缸徑、沖程以及氣缸數了,這三個參數決定了一台發動機的基本尺寸,通過曲軸曲柄進行基本佈置確定缸心距,另外比較重要的是連桿組的運動包絡,同時對曲柄連桿機構進行基本佈置確定缸體高。

對了,缸體頂面的一些缸蓋螺栓孔的佈置是比較簡單的,但也不要忘記。連桿大頭隨著曲軸做旋轉運動,曲軸箱是需要保證連桿的正常工作空間的,如此外形就差不多定下來了,下圖紅圈的是包絡,別的小零部件很多,就不挨個說了,主要都是定坐標、給出基本的骨架示意就可以,比如某個軸的軸線,某個孔的位置,等等,流程大體如下。對了,缸體頂面的一些缸蓋螺栓孔的佈置是比較簡單的,但也不要忘記。連桿大頭隨著曲軸做旋轉運動,曲軸箱是需要保證連桿的正常工作空間的,如此外形就差不多定下來了,下圖紅圈的是包絡,別的小零部件很多,就不挨個說了,主要都是定坐標、給出基本的骨架示意就可以,比如某個軸的軸線,某個孔的位置,等等,流程大體如下。

下面就針對缸體簡單說說吧。

缸體總成其實是很簡單的,但也很複雜。之所以簡單是因為它基本是一個不動的本體,它是一個Servant,需要計算各種力的活塞連桿曲軸才是Master,它是什麼樣的是由別的零部件來決定的;之所以複雜,是因為它是一個Host,其他的一切都是Guest,缸體為所有的系統提供了一個工作的空間,它做成什麼樣,別的零部件就只能什麼樣。

缸體之所以叫做缸體總成的原因是因為它Host的身份,需要考慮的有:

1.缸體的外形設計,這就包括了外形的前端、中部以及後端,前端是考慮飛輪輸出的,後端是考慮附件輪系佈置的,輪系的佈置又由水泵、空調等等附件的位置決定,中部的形狀考慮的是水套油道的走向以及工藝問題(比如樣件鑄造的過程中水套油道需要準備一些清砂孔),還有一些附件的安裝,比如給增壓器、空調、一些支架留安裝點等等。

2.缸體油套和缸體水套,這分別對應了潤滑和冷卻兩個系統,如何潤滑、如何冷卻,我都不懂,請不要繼續往下問,總之需要和設計潤滑、冷卻系統的工程師確認潤滑油和冷卻水的流動方式,比如橫流還是縱流,更比如使用了集成式排氣歧管以後缸蓋缸體分別有一套冷卻系統,又怎麼辦,等等。

剩餘的其他考慮因素都比較次要。

設計的時候基本上是要分開設計的。

逆向畫圖的話什麼都不需要Care,能畫出來一個缸體就OK,這樣做出來的缸體也不會好。

真的要規範畫好一個缸體,把設計的理念體現在畫圖當中的話,還是需要一些步驟的。

以上提到的外形、油道、水套一般需要分開畫,最後再通過布爾運算合併到一起。

這個步驟在Creo裡比較好實現,前期都畫曲面,最後合併完再生成實體,在Catia裡就比較複雜了…

但外形、油道、水套的中部主體都比較單調,也可以分別再細分為前中後來畫,最後進行合併,如此,每個小部分的特徵數量就比較少了,模型質量和修改的便利性都可以得到提高。

比如這樣:

當然具體分塊怎麼分,看情況,不拘泥。

有一些小建議,不要覺得缸體的曲面複雜,實際上分解成小模塊以後,特徵都不難,拉伸、拔模、倒圓角都能解決,甚至不需要什麼複雜曲面造型之類的操作。

設計的過程盡可能考慮到一些工藝能否實現的因素,可能一個地方拔模角過小導致脫模困難,可能一個地方管道過長導致刀具難以一次削完,等等,後續會節省很多功夫。

畫圖的時候,前期的特徵倒圓角盡量倒大一些,否則後期的特徵無法倒圓角,或者只能倒0.1/0.5這種意思意思的一點意思都沒有的意思。

做減法永遠比做加法容易,複雜的地方寧可畫兩個曲面來相減,也不要指望做兩個曲面來疊加。

初期畫的是毛坯,各個加工面要留一些余量,比如缸體頂面通過缸墊與缸蓋相接,要保證氣密性,加工面要求是比較高的,缸體前後端兩面,為了防止漏油,加工也是有要求的,這些最好都體現在數模裡。初期畫的時候,在這些地方都可以留1~3mm左右的余量,比如70mm的尺寸畫成了73mm,最後毛坯實體化以後,再額外做一些加工把這些余量切削掉,通過簡單渲染來標注加工表面,比如下面所示。

一個缸體的總特徵數大概在2000個左右,看情況,主要還是外形複雜,油道、水套大概一兩百個,加工大概兩三百個。當然了,處理缸體毛坯的時候,說是外形和水套、油道合併再實體化,可是即便在設計外形的過程中,也是需要把水套、油道先畫一遍的,不然很多地方沒辦法處理。2D圖紙體現的東西太多了,我也不懂,請不要繼續往下問。

總之,就這樣吧。

PS:

MarcoLRU - 何為

這位是發動機設計界很有經驗的工程師,以上內容來自他編寫的規範,以及當初畫缸體時他的教導,對設計感興趣的各位,請移步博客吧。

【XieYipeng的回答(0票)】:

第一步當然是買一個舊平台的來看圖紙試裝配了

【韓小怪的回答(0票)】:

現在都是以項目開發為主的,包括市場調研、概念設計、詳細設計、設計驗證、小批量試生產及SOP等幾個部分

【柳樹的回答(0票)】:

處理缸體毛坯的時候,說是外形和水套、油道合併再實體化,可是即便在設計外形的過程中,也是需要把水套、油道先畫一遍的,不然很多地方沒辦法處理。2D圖紙體現的東西太多了,我也不懂,請不要繼續往下問。

標籤:-汽車 -機械 -設計 -發動機 -CAD


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