吴翠杨

摘要：随着国民经济的不断增长，科学技术的不断创新，CAD技术被广泛应用在各个行业领域中，创造出了众多现实价值。在现代内燃机设备设计中CAD技术的科学高效应用至关重要，其能够帮助设计人员有效提高内燃机设计工作质量和效率，还可以充分保障内燃机的设计制造性能。因此，内燃机设计人员要树立起先进的工作理念，结合内燃机设计要求和性质特点，合理运用好CAD技术，确保能够有效发挥出CAD技术的价值作用，帮助自身减少设计工作任务量，并促使在最低成本下创造出最大的经济效益。本文将进一步对CAD技术在内燃机设计中的应用展开分析与探讨。

关键词：CAD技术;内燃机;设计应用

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技術实质是指通过创新运用计算机专业软件制作模拟实物设计，最终全方位呈现出新开发商品的外观、质感、结构等特色的过程。该项技术最早是被应用在汽车制造、电子工业生产、航空制造等领域中，随着现代计算机技术的不断完善发展，CAD技术的应用不再局限于传统绘图和显示，而是进入到设计人员专业知识中更为智能的部分，众多行业领域工作人员开始利用CAD技术展开立体绘图设计。通过将CAD技术实践应用在内燃机设计中，能够有效起到良好的辅助作用，促使内燃机设计符合各项设计标准要求，并且还可以全面提升内燃机的综合使用性能，推动我国汽车产业建设和谐稳定的发展。

1  CAD技术在内燃设计中应用的重要意义

在机械设备中内燃机的设计应用是一项重要内容，其是保障各类型机械设备安全稳定运转的关键部分。因此，设计人员在对内燃机展开优化设计工作时，必须主动强化对内燃机的科学精确性设计，确保能够最大程度提升内燃机的整体性能质量，发挥出其在机械设备的价值作用。现代内燃机设计人员通过将先进CAD技术实践应用在内燃机设计中，能够有效提高内燃机的设计质量。CAD技术在内燃机设计中的应用主要是以CAD技术作为核心技术，并以三维模型作为重要基础，最终实现对目标产品的三维建模设计和仿真设计等。设计人员要主动创新研究应用CAD技术，确保能够有效满足内燃机的各种外观结构设计和性能基础要求，促使内燃机的设计成品能够达到最佳的运行工作状态[1]。当前CAD技术在内燃机设计中的应用价值主要体现在以下几方面内容：①实现变量化、参数化的内燃机设计目标。内燃机设计人员通过将CAD技术实践应用在内燃机设计中，能够有效实现在变量化、参数化上的设计目标。基于CAD技术应用辅助下，设计人员能够及时发现各项变量参数问题，并根据现实原因优化调整内燃机设备的各项参数。而在内燃机外观结构尺寸方面则可以结合实际标准设计要求，有效改进具体尺寸大小，这样不仅能够大大提高对内燃机设计修改的工作效率，还可以有效降低设计人员的工作强度，方便设计人员的日常操作;②实现内燃机优化设计的直观形象化目标。CAD技术又被称作为计算机辅助设计技术，其通过应用先进的计算机软件技术实现对不同产品外观、结构以及色彩质感的仿真设计。因此，内燃机设计人员应用该项技术能够有效实现对内燃机设计的直观形象化工作目标，促使设计人员对内燃机的整体设计有着更为直观清晰的观察了解，这样无疑就能够为内燃机的整体优化设计打下扎实的工作基础。CAD技术的应用辅助下，设计人员能够针对内燃机设计要求仿真设计出对应的三维模型，方便设计人员实时去观察自身不同细节之处的内燃机设计内容，做好内燃机设计的全方位检查工作，为后续的内燃机设计运转、模拟装配等工作提供了极大的便利之处。

2  CAD技术发展及其应用升级

在机械设计中CAD技术的应用主要是为了满足设计人员绘制中所需要的图纸，将各种参数融入应用在软件建模中，以直观形象的模型呈现在设计人员面前。在我国内燃机行业发展最早被使用的CAD专业软件是Au2 to CAD CAXA，它一种基于二维的绘图软件，不具备现在三维CAD技术软件那强大而丰富的绘图建模功能。后来随着计算机技术的不断创新完善，越来越多的专业CAD软件出现在人们视野面前，能够满足设计人员对内燃机不同的设计要求，尤其是体现在三维功能设计内容上。与传统二维CAD软件技术相比较，三维CAD软件技术不仅能够安全储存大量的产品模型信息[2]，还可以与工厂数控设备进行数据的有效交换，实现CAM的直接应用。在现代内燃机设备结构不断复杂化情况下，内燃机对于设计工作提出了更高的要求，传统二维平面绘图制作软件已经无法有效满足设计人员的各项标准设计要求。因此，更为先进的三维CAD技术将会取代传统绘图软件，该项技术三维建模在内燃机设计中的应用主要体现在以下几方面内容：①分析内燃机各个零部件的关键物理特性参数，比如内燃机零部件质量、离型力以及惯性矩等;②内燃机零部件的三维有限元分析，基于运用三维CAD技术能够帮助设计人员科学有效分析出曲轴的受理情况，并准确掌握到内燃机内部活塞的热应力、热负荷等数据信息;③有效明确到内燃机复杂结构的空间几何关系，就比如内燃机的启进排气管、起道等内部空间情况;④利用三维CAD技术完成对内燃机气体流动部分的仿真模拟计算等，根据实际结果优化改进设计内燃机，确保能够提升内燃机的整体运行性能。

3  CAD技术在内燃机设计中的实践应用

3.1 CAD技术在内燃机曲轴层面的设计应用

现代设计人员通过将先进的三维CAD技术实践应用在内燃机设计中，不仅能够实现内燃机设计的直观全面性和便捷性，还可以充分发挥出设计人员的思维创新创造性，完成内燃机概念性的设计操作目标，最大程度提升内燃机的设计质量和效率。比如，在内燃机曲轴层面的设计过程中，设计人员必须高度重视对内燃机曲轴平衡计算的妥善实施，曲轴作为内燃机内部结构的核心运动零部件，起到了稳定安全高速定轴运动的重要作用，倘若曲轴质量轴线和回转轴线没有进行重合，发生了偏心位移情况，那么就容易导致内燃机出现噪声与不良振动现象，严重影响了机械设备的正常稳定运行[3]。针对于此，设计人员可以通过利用CAD技术去加强对曲轴的平衡试验结果的反复科学计算，结合试验计算结果去优化改进设计内燃机的曲轴结构，以此来达到最大化减小曲轴质量轴线和回转轴线偏心发生的概率。内燃机结构中曲轴零部件的构成主要包括了三个部分，分别是两端轴头、主轴颈、缸曲柄，在不平衡的质量层面通常也是由曲柄产生的，所以曲轴形状设计较为复杂，设计人员需要发挥出三维CAD技术的作用，将曲轴各项参数正确输入到专业设计软件中，结合实际情况达到各项设计标准要求。设计人员可以利用专业CAD软件展开对目标曲轴设计产品的三维实体造型，基于软件辅助应用下分析获得曲轴的各项主要结合参数，比如曲轴的形心、惯性矩、旋转半径以及体积等重要参数，这样就能够为设计人员后续进行动力计算实验打下扎实的工作基础。

3.2 CAD技术在内燃机螺旋类零部件上的设计应用

螺旋类零部件在机械设备结构中的应用极为广泛，比如数控机床的丝杠是用螺旋类零部件进行传动的，机械设备和结构上的各种螺栓和螺钉也是用螺旋进行锁紧的。在内燃机结构设计中螺旋类的零部件设计应用也占据了较大的比例，特别是弹簧类的零部件和散热器螺旋翅片管，这些都是采用了螺旋线的设计应用。如果设计人员采用传统二维CAD技术将无法绘制出来螺旋类零部件的空间结构图形，而利用三维CAD软件技术则能够有效绘制出来。如螺旋翅片管内燃机中螺旋翅片管几何造型是设计人员利用三维CAD软件技术所绘制出来的，其是标准的螺旋线[4]。当设计人员成功绘制出來螺旋翅片管几何模型后，就可以接着使用Phoenics软件中科学准确求解它的换热情况，从而优化其结构参数，实现优化改善换热情况的目的，确保该零部件能够满足内燃机的换热标准要求。

3.3 CAD技术在内燃机活塞上的设计应用

活塞作为内燃机的核心受热件，其最为显著的特征就是热负荷大、散热条件偏差等特点，设计人员需要加强对活塞的优化设计，有效提升其散热性能。内燃机设计人员可以采用CAD软件技术构建出内燃机活塞的几何模型，其次使用专业的有限元分析软件展开对活塞内部温度场的科学分析计算作业，最终获取到关于活塞的三维温度场具体分布情况。温度场的准确计算结果能够充分反映出活塞温度场的分布情况，同时还为设计人员进行优化改进设计活塞整体结构提供了可靠依据。设计人员可以采用ProIE软件去构建三维模型，接着再使用有限元分析软件呈现出仿真模拟的内燃机活塞几何模型空间结构，这样就能够为接下来的有限元分析工作顺利开展打下良好的基础条件。设计人员通过采用ProIE软件构建内燃机活塞几何模型的优势在于便于对活塞进行几何尺寸上的优化设计和空间结构上的及时调整，全面提升内燃机活塞的设计质量和效率。

4  结束语

综上所述，现代设计人员在内燃机设计工作中要及时转变自身的工作理念，正确认识到科学引进应用先进三维CAD技术的重要性。设计人员要将该项技术科学有效融入到内燃机各个零部件设计、结构整体设计以及性能优化调整等内容中，确保能够提高内燃机整体设计质量和效率的同时，帮助自身降低工作任务量，创造出更多的社会经济效益。CAD技术的辅助应用不仅能够帮助设计人员高效解决内燃机设计和工程图绘制问题，还可以实现相关产品的模拟仿真设计，实现各项数据信息的传递共享。

参考文献：

[1]周爽.三维 CAD /CAE 技术在内燃机设计中的应用[J].沈阳航空工业学院学报，2014（3）：76-78.

[2]邓文强.三维 CAD 技术在内燃机设计中的应用[J].技术研发，2017（08）：31-34.

[3]韩同群.CAD/CAE 集成技术在内燃机设计中的应用[J].湖北汽车工业学院学报，2018（1）：32-35.

[4]张剑，宋希庚，薛冬新.三维 CAD 技术在内燃机设计中的应用[J].小型内燃机与摩托车，2018（03）：55-57.