計算機輔助設計技術在機械設計中的應用探討

玄東哲

（延邊職業技術學院，吉林延吉133000）

計算機輔助設計技術在機械設計中的應用探討

玄東哲

（延邊職業技術學院，吉林延吉133000）

隨著社會的不斷發展，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。發動機是汽車的重要部分，但是在工作過程中，會產生很多有害氣體，還會產生很大的噪音，因此，對發動機的尾氣排放系統具有很高的要求。通過現代計算機三維設計軟件，不僅可以設計出符合人們需求的產品，還能提高企業經濟效益。就計算機輔助設計在汽車尾氣排放系統中的應用，對汽車尾氣裝置進行有限元分析。

計算機；輔助設計；機械設計；應用

計算機輔助設計主要通過計算機與圖形設備結合，較好地輔助機械設計人員進行機械設計工作。計算機設計不同于傳統的機械設計，傳統的機械設計是將人工設計的草圖轉變成工程圖，而計算機輔助設計技術是通過計算機的作用，自動生成設計結果，這樣不僅使設計結果更加直觀，也使修改更加迅速，提高了設計工作的效率。

排氣系統是汽車的重要部分，其主要職責是排放發動機的尾氣。隨著人們環保意識的不斷加強，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注。傳統的汽車排氣系統都是發動機與車體相連，排氣系統的靜力學性能和特點對排氣系統的使用年限具有很大的影響，進而會影響人們對整個汽車的主觀評價。現代汽車排氣系統的制造，利用計算機輔助設計，通過UG設計軟件對消聲器進行建模，利用ABAQUS6.9計算機軟件對建模的消聲器進行靜力學分析，為汽車排氣系統的消聲器提供理論依據及方法。

通過現代計算機三維軟件，利用CA軟件進行有限元分析，不僅可以設計出優秀的產品，還能提高設計人員的工作效率，對節約產品的制造成本和減小生產周期都有重要的意義。

第一，汽車排氣系統的設計。隨著科技的不斷發展，環境污染也越來越嚴重，人們的環保意識逐漸加強，因而對汽車的節能及尾氣排放要求也不斷提高。排氣系統作為現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、發動機的壓力損耗都有很大的影響。因而，對排氣系統進行合理設計，對發動機和汽車的排氣系統進行適當匹配，是有效提高汽車節能與凈化的關鍵。

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行組合，促使噪音的聲波在傳播過程中發生干涉或發射，從而降低聲音的能量，達到降低噪音的效果。c.阻抗復合型消聲器。阻抗復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斷裂，進而影響整個汽車的性能，因此，應根據樣本的檢測，找出汽車排氣消聲器的破壞位置及破壞原因，以提高排氣系統的使用壽命。

第二，排氣管的三維建模。利用現代計算機技術給排氣管建模。排氣管的彎曲建模內容多，有時可能會由于種種原因出現設計失誤，因此，為了滿足排氣系統的布置需要，同時保證排氣管氣流的穩定，需要將排氣管進行彎曲處理。

第三，對消聲器進行建模。消聲器作為汽車排氣系統的重要組成部分，具有降低和消除噪音的作用。通過消聲器可以有效降低發動機的排氣噪音，消聲器一般置于排氣系統的中間位置或尾部，內部結構很復雜，因此，需要對消聲器的外殼，進、排氣管及穿孔板分別建模，然后根據裝配圖組裝成消聲器，利用建模對消聲器的內部結構進行分步建模，很適合復雜的模型。

第四，汽車排氣系統的裝配。汽車排氣系統的裝配決定了汽車排氣系統的設計是否能順利實現。汽車排氣系統裝配的要點為應用標準的螺栓和螺母，做好消聲器和排氣管的連接工作，為了避免兩者之間出現摩擦變形以致漏氣，需要在兩者之間加設墊片。

結合以上汽車排氣系統的設計和施工，可以看到計算機輔助設計技術的意義。

首先，應用計算機建模技術的意義——提出了一套汽車排氣系統設計的算法。過去人們應用手工方式采集汽車排氣系統施工的參數，應用人工的方式開展設計活動，這種設計方法可能存在計算失誤的問題。應用計算機建模技術，可以用非常宏觀的角度看待汽車排氣系統的設計，計算機幾乎不會出現計算失誤等問題。當人們建立了一套計算機設計建模圖形以后，可根據建模的結果給出設計的參數，人們可結合建模需求和施工實際需求修改參數，修正建模。比如，通過計算機建模給出的觀察裝配圖，人們可以看到消聲器出現故障的原因，如發動機振動破壞干涉了消聲器運作；消聲器本身出現質量問題；消聲器在應用中出現物理破壞等問題。結合消聲器可能出現的問題，人們可以在計算機模式上修正消聲器的設計，并即時看到修正結果。從該次實踐的案例中，可以看到計算機軟件ABAQUS 6.9有非常大的設計優勢，能幫助人們控制參數和參數的變化，使人們了解每個設計構件之間的關聯，應用所見即所得的方式展現設計成果。

從該次實例可以看到，本次研究應用計算機輔助設計技術優化了以下的設計過程：精確了參數的設計。過去，由于人們的計算能力不足，只能對設計參數做一個粗略的估計，然后在實驗中修正參數，而如果應用計算機輔助設計技術，可精確設計參數；計算機建模能夠給出設計存在的漏洞，人們可根據該漏洞優化現有的設計，比如該次應用計算機輔助設計技術，人們發現消聲器的排氣系統設計最易出現的問題為接口的設計，這一位置因為容易產生渦流作用，所以容易出現設計的偏差，人們可根據計算機的計算修正這一偏差；計算機輔助設計軟件具有自動學習的功能，對于人們可能出現錯誤設計的參數，計算機輔助設計軟件可給予提示，并給出相關的建議。比如排氣消聲器系統的彎曲處，應設計多少彎曲的角度，是該次設計的重點，計算機可針對人們的行為習慣給出設計偏差，并給出修正建議。

通過以上分析可以看出，計算機輔助設計技術不僅能夠使機械設計更加準確，還能提高工作人員的效率，在汽車及其他行業的應用也越來越廣泛。

［1］吳永橋.汽車排氣總管的靜力分析和模態分析［J］.武漢汽車工業大學學報，2000，（03）：66-67.

［2］孫鳳.計算機輔助工程在機械設計中的應用［J］.硅谷，2011，（17）：111-112.

［3］鞏鄭.計算機三維輔助軟件在機械設計中的應用［J］.機電信息，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），從事機械研究。