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汽车发动机缸体设计的主要步骤是怎样的？

发布：liuxianglong 作者: 知乎每日精选来源：知乎每日精选

PostTime：20-9-2016 20:07

知乎每日精选设计是从无到有的，从楼上所说的从调研开始一系列到最后SOP的一切，但大多时候我们的理解只是单纯的画图而已

以下为文章全文：(本站微信公共账号:cartech8)

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设计是从无到有的，从楼上所说的从调研开始一系列到最后SOP的一切，但大多时候我们的理解只是单纯的画图而已------这实际上是费时最多最费劲但又不并不是最重要的一环，画图是表达自己设计意图的一种方法，意图之所以能成型是因为前期非常多的工作以及工程师自己的经验使然，画图最能直观体现设计本身没错，但它本身，却不是设计的精髓。

缸体作为发动机本体，它的设计过程是和整机设计最基本的一个部分。
一般来说，在设计整机时，综合考虑到布置、性能，以及即将匹配的各种技术以后，需要做的第一步是骨架的建立。定义各个系统的坐标系，给出各个零部件的位置以及大致的边界，再分配给各个零部件工程师，每个人在自己的位置上去设计自己的零件，后续慢慢调整干涉问题，以及因为性能原因需要造成的修改等等。

最基本的参数是什么呢------各个参数是怎么来的就不提了，要说太多，我也不懂，请不要继续问下去，实际上翻翻内燃机设计大家能得到的答案比我说的好太多------当然是缸径、冲程以及气缸数了，这三个参数决定了一台发动机的基本尺寸，通过曲轴曲柄进行基本布置确定缸心距，另外比较重要的是连杆组的运动包络，同时对曲柄连杆机构进行基本布置确定缸体高。

对了，缸体顶面的一些缸盖螺栓孔的布置是比较简单的，但也不要忘记。连杆大头随着曲轴做旋转运动，曲轴箱是需要保证连杆的正常工作空间的，如此外形就差不多定下来了，下图红圈的是包络，别的小零部件很多，就不挨个说了，主要都是定坐标、给出基本的骨架示意就可以，比如某个轴的轴线，某个孔的位置，等等，流程大体如下。对了，缸体顶面的一些缸盖螺栓孔的布置是比较简单的，但也不要忘记。连杆大头随着曲轴做旋转运动，曲轴箱是需要保证连杆的正常工作空间的，如此外形就差不多定下来了，下图红圈的是包络，别的小零部件很多，就不挨个说了，主要都是定坐标、给出基本的骨架示意就可以，比如某个轴的轴线，某个孔的位置，等等，流程大体如下。

下面就针对缸体简单说说吧。
缸体总成其实是很简单的，但也很复杂。之所以简单是因为它基本是一个不动的本体，它是一个Servant，需要计算各种力的活塞连杆曲轴才是Master，它是什么样的是由别的零部件来决定的；之所以复杂，是因为它是一个Host，其他的一切都是Guest，缸体为所有的系统提供了一个工作的空间，它做成什么样，别的零部件就只能什么样。

缸体之所以叫做缸体总成的原因是因为它Host的身份，需要考虑的有：

1.缸体的外形设计，这就包括了外形的前端、中部以及后端，前端是考虑飞轮输出的，后端是考虑附件轮系布置的，轮系的布置又由水泵、空调等等附件的位置决定，中部的形状考虑的是水套油道的走向以及工艺问题（比如样件铸造的过程中水套油道需要准备一些清砂孔），还有一些附件的安装，比如给增压器、空调、一些支架留安装点等等。

2.缸体油套和缸体水套，这分别对应了润滑和冷却两个系统，如何润滑、如何冷却，我都不懂，请不要继续往下问，总之需要和设计润滑、冷却系统的工程师确认润滑油和冷却水的流动方式，比如横流还是纵流，更比如使用了集成式排气歧管以后缸盖缸体分别有一套冷却系统，又怎么办，等等。

剩余的其他考虑因素都比较次要。
设计的时候基本上是要分开设计的。
逆向画图的话什么都不需要Care，能画出来一个缸体就OK，这样做出来的缸体也不会好。
真的要规范画好一个缸体，把设计的理念体现在画图当中的话，还是需要一些步骤的。
以上提到的外形、油道、水套一般需要分开画，最后再通过布尔运算合并到一起。
这个步骤在Creo里比较好实现，前期都画曲面，最后合并完再生成实体，在Catia里就比较复杂了…
但外形、油道、水套的中部主体都比较单调，也可以分别再细分为前中后来画，最后进行合并，如此，每个小部分的特征数量就比较少了，模型质量和修改的便利性都可以得到提高。
比如这样：

当然具体分块怎么分，看情况，不拘泥。
有一些小建议，不要觉得缸体的曲面复杂，实际上分解成小模块以后，特征都不难，拉伸、拔模、倒圆角都能解决，甚至不需要什么复杂曲面造型之类的操作。
设计的过程尽可能考虑到一些工艺能否实现的因素，可能一个地方拔模角过小导致脱模困难，可能一个地方管道过长导致刀具难以一次削完，等等，后续会节省很多功夫。
画图的时候，前期的特征倒圆角尽量倒大一些，否则后期的特征无法倒圆角，或者只能倒0.1/0.5这种意思意思的一点意思都没有的意思。
做减法永远比做加法容易，复杂的地方宁可画两个曲面来相减，也不要指望做两个曲面来叠加。

初期画的是毛坯，各个加工面要留一些余量，比如缸体顶面通过缸垫与缸盖相接，要保证气密性，加工面要求是比较高的，缸体前后端两面，为了防止漏油，加工也是有要求的，这些最好都体现在数模里。初期画的时候，在这些地方都可以留1~3mm左右的余量，比如70mm的尺寸画成了73mm，最后毛坯实体化以后，再额外做一些加工把这些余量切削掉，通过简单渲染来标注加工表面，比如下面所示。

一个缸体的总特征数大概在2000个左右，看情况，主要还是外形复杂，油道、水套大概一两百个，加工大概两三百个。当然了，处理缸体毛坯的时候，说是外形和水套、油道合并再实体化，可是即便在设计外形的过程中，也是需要把水套、油道先画一遍的，不然很多地方没办法处理。2D图纸体现的东西太多了，我也不懂，请不要继续往下问。
总之，就这样吧。

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