計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

玄東哲

（延邊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林延吉133000）

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

玄東哲

（延邊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林延吉133000）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們生活水平提高，汽車成了人們生活和工作很普遍的一種交通工具。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的重要部分，但是在工作過程中，會(huì)產(chǎn)生很多有害氣體，還會(huì)產(chǎn)生很大的噪音，因此，對發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放系統(tǒng)具有很高的要求。通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)軟件，不僅可以設(shè)計(jì)出符合人們需求的產(chǎn)品，還能提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。就計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在汽車尾氣排放系統(tǒng)中的應(yīng)用，對汽車尾氣裝置進(jìn)行有限元分析。

計(jì)算機(jī)；輔助設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要通過計(jì)算機(jī)與圖形設(shè)備結(jié)合，較好地輔助機(jī)械設(shè)計(jì)人員進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)工作。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)是將人工設(shè)計(jì)的草圖轉(zhuǎn)變成工程圖，而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)的作用，自動(dòng)生成設(shè)計(jì)結(jié)果，這樣不僅使設(shè)計(jì)結(jié)果更加直觀，也使修改更加迅速，提高了設(shè)計(jì)工作的效率。

排氣系統(tǒng)是汽車的重要部分，其主要職責(zé)是排放發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣。隨著人們環(huán)保意識的不斷加強(qiáng)，汽車尾氣的排放噪音及尾氣凈化與壓力損失日益被人們所關(guān)注。傳統(tǒng)的汽車排氣系統(tǒng)都是發(fā)動(dòng)機(jī)與車體相連，排氣系統(tǒng)的靜力學(xué)性能和特點(diǎn)對排氣系統(tǒng)的使用年限具有很大的影響，進(jìn)而會(huì)影響人們對整個(gè)汽車的主觀評價(jià)?，F(xiàn)代汽車排氣系統(tǒng)的制造，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，通過UG設(shè)計(jì)軟件對消聲器進(jìn)行建模，利用ABAQUS6.9計(jì)算機(jī)軟件對建模的消聲器進(jìn)行靜力學(xué)分析，為汽車排氣系統(tǒng)的消聲器提供理論依據(jù)及方法。

通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)三維軟件，利用CA軟件進(jìn)行有限元分析，不僅可以設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的產(chǎn)品，還能提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，對節(jié)約產(chǎn)品的制造成本和減小生產(chǎn)周期都有重要的意義。

第一，汽車排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。隨著科技的不斷發(fā)展，環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重，人們的環(huán)保意識逐漸加強(qiáng)，因而對汽車的節(jié)能及尾氣排放要求也不斷提高。排氣系統(tǒng)作為現(xiàn)代汽車的重要組成部分，其性能的好壞對污染物的排放、對噪音的影響、發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力損耗都有很大的影響。因而，對排氣系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車的排氣系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)匹配，是有效提高汽車節(jié)能與凈化的關(guān)鍵。

彎曲對排氣是否順暢有較大的影響，因此，要保證排氣管的氣體能夠順利排出，排氣管的彎曲程度不能夠太大。由于排氣管的材料一般較薄，容易出現(xiàn)斷裂，因此，排氣管一般采用鍍鋅鋼板或鑄鐵制成，且角度一般要大于90°，才能使氣流順暢。汽車氣管的重量大約有1.95Kg，厚度為2.5mm左右。消聲器作為汽車排氣系統(tǒng)的重要部分，主要有以下幾種類型：a.阻性的消聲器。它主要安裝在排氣管道里面，通過吸收聲音傳播的能量，達(dá)到消聲的目的。這種消聲器一般對中高頻的聲波具有很好的效果。b.抗性的消聲器。它主要是通過穿孔板和共振腔進(jìn)行組合，促使噪音的聲波在傳播過程中發(fā)生干涉或發(fā)射，從而降低聲音的能量，達(dá)到降低噪音的效果。c.阻抗復(fù)合型消聲器。阻抗復(fù)合型消聲器的消聲頻率特別窄，對中低頻的消聲具有良好的效果，但是在高頻的消聲中，效果很差。此類消聲器一般用45鋼制成，壁厚為1.5mm。由于消聲器在使用的過程中很容易出現(xiàn)斷裂，進(jìn)而影響整個(gè)汽車的性能，因此，應(yīng)根據(jù)樣本的檢測，找出汽車排氣消聲器的破壞位置及破壞原因，以提高排氣系統(tǒng)的使用壽命。

第二，排氣管的三維建模。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)給排氣管建模。排氣管的彎曲建模內(nèi)容多，有時(shí)可能會(huì)由于種種原因出現(xiàn)設(shè)計(jì)失誤，因此，為了滿足排氣系統(tǒng)的布置需要，同時(shí)保證排氣管氣流的穩(wěn)定，需要將排氣管進(jìn)行彎曲處理。

第三，對消聲器進(jìn)行建模。消聲器作為汽車排氣系統(tǒng)的重要組成部分，具有降低和消除噪音的作用。通過消聲器可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪音，消聲器一般置于排氣系統(tǒng)的中間位置或尾部，內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，因此，需要對消聲器的外殼，進(jìn)、排氣管及穿孔板分別建模，然后根據(jù)裝配圖組裝成消聲器，利用建模對消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分步建模，很適合復(fù)雜的模型。

第四，汽車排氣系統(tǒng)的裝配。汽車排氣系統(tǒng)的裝配決定了汽車排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否能順利實(shí)現(xiàn)。汽車排氣系統(tǒng)裝配的要點(diǎn)為應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓和螺母，做好消聲器和排氣管的連接工作，為了避免兩者之間出現(xiàn)摩擦變形以致漏氣，需要在兩者之間加設(shè)墊片。

結(jié)合以上汽車排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工，可以看到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的意義。

首先，應(yīng)用計(jì)算機(jī)建模技術(shù)的意義——提出了一套汽車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的算法。過去人們應(yīng)用手工方式采集汽車排氣系統(tǒng)施工的參數(shù)，應(yīng)用人工的方式開展設(shè)計(jì)活動(dòng)，這種設(shè)計(jì)方法可能存在計(jì)算失誤的問題。應(yīng)用計(jì)算機(jī)建模技術(shù)，可以用非常宏觀的角度看待汽車排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)幾乎不會(huì)出現(xiàn)計(jì)算失誤等問題。當(dāng)人們建立了一套計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)建模圖形以后，可根據(jù)建模的結(jié)果給出設(shè)計(jì)的參數(shù)，人們可結(jié)合建模需求和施工實(shí)際需求修改參數(shù)，修正建模。比如，通過計(jì)算機(jī)建模給出的觀察裝配圖，人們可以看到消聲器出現(xiàn)故障的原因，如發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)破壞干涉了消聲器運(yùn)作；消聲器本身出現(xiàn)質(zhì)量問題；消聲器在應(yīng)用中出現(xiàn)物理破壞等問題。結(jié)合消聲器可能出現(xiàn)的問題，人們可以在計(jì)算機(jī)模式上修正消聲器的設(shè)計(jì)，并即時(shí)看到修正結(jié)果。從該次實(shí)踐的案例中，可以看到計(jì)算機(jī)軟件ABAQUS 6.9有非常大的設(shè)計(jì)優(yōu)勢，能幫助人們控制參數(shù)和參數(shù)的變化，使人們了解每個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)，應(yīng)用所見即所得的方式展現(xiàn)設(shè)計(jì)成果。

從該次實(shí)例可以看到，本次研究應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化了以下的設(shè)計(jì)過程：精確了參數(shù)的設(shè)計(jì)。過去，由于人們的計(jì)算能力不足，只能對設(shè)計(jì)參數(shù)做一個(gè)粗略的估計(jì)，然后在實(shí)驗(yàn)中修正參數(shù)，而如果應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，可精確設(shè)計(jì)參數(shù)；計(jì)算機(jī)建模能夠給出設(shè)計(jì)存在的漏洞，人們可根據(jù)該漏洞優(yōu)化現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，比如該次應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，人們發(fā)現(xiàn)消聲器的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)最易出現(xiàn)的問題為接口的設(shè)計(jì)，這一位置因?yàn)槿菀桩a(chǎn)生渦流作用，所以容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)的偏差，人們可根據(jù)計(jì)算機(jī)的計(jì)算修正這一偏差；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件具有自動(dòng)學(xué)習(xí)的功能，對于人們可能出現(xiàn)錯(cuò)誤設(shè)計(jì)的參數(shù)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件可給予提示，并給出相關(guān)的建議。比如排氣消聲器系統(tǒng)的彎曲處，應(yīng)設(shè)計(jì)多少彎曲的角度，是該次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，計(jì)算機(jī)可針對人們的行為習(xí)慣給出設(shè)計(jì)偏差，并給出修正建議。

通過以上分析可以看出，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)不僅能夠使機(jī)械設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確，還能提高工作人員的效率，在汽車及其他行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。

［1］吳永橋.汽車排氣總管的靜力分析和模態(tài)分析［J］.武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，（03）：66-67.

［2］孫鳳.計(jì)算機(jī)輔助工程在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.硅谷，2011，（17）：111-112.

［3］鞏鄭.計(jì)算機(jī)三維輔助軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.機(jī)電信息，2010，（18）：66-67.

Application of computer-aided design technology in mechanical design

XUANDong-zhe
（YanbianVocational and Technical College，Yanji 133000，China）

With continuous development of society，people's living standards has improved，and cars have become the popular means of transport.The engine is an important part of the car，which will produce much harmful gas and noise.So there is a high demand on engine exhaust system.Modern three-dimensional computer design software can not only design products to meet people's demand，but also improve the economic efficiency of enterprises.This paper made finite element analysis on automobile exhaust device.

Computer；Aided design；Mechanical design；Application

TP391.7；TH122

A

1674-8646（2016）13-0066-02

2016-05-20

玄東哲（1980-），男（朝鮮族），吉林和龍人，碩士（韓國），從事機(jī)械研究。