GDI发动机气缸盖与活塞的CAD设计

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机械工程师2q02-12⑶i发动机气缸盖与活塞的cad设计郑金学，周晓军（浙江大学机械与能源学院检测。

2gdi发动机气缸盖的设计方法2.气道造型方法气道为复杂的自由曲面，其形状变化剧烈，光顺性要求高，因此可以使用pro/engineer中复杂曲面造型方法来实现。我们使用“截面驱动曲面”的设计方法来进行气道设计。设计步骤为：（1）先根据气道的弯曲方向确走一条“脊线”，作为气道的空间延伸方向。注意“脊线”要比气道的长度稍长一些，以保证生成的曲面足够大。（2）再在脊线上绘制足够的基准点。（3）根据气道在脊线基准点上的截面形状来约束其形状。（4）最后运用pro/engineer的sweepblend（扫描混合）命令，即可构造一张光滑的nurbs曲面。

2.2水套设计水套是气缸盖上复杂的空腔，主要作用是冷却喷油嘴、火花塞、气门镶圈和气门导管，降低热应力，保障润滑，它直接关系着气缸盖的使用寿命。水套可以由气缸壁与喷油嘴、火花塞、进排气道、螺栓搭子等之间的空腔自然组成。但是值得注意的是，gdi气缸盖有一些特容易产生热裂的部分，如气门之间的狭壁以及喷油器与气门之间的狭壁（鼻梁区），对这些部位要首先保证有足够的冷却强度。因此在设计时可以有意加大此处的冷却半径。

3气缸盖的造型步骤分析气缸盖的具体结构，并将其分解成外形、进排气道、气门孔、水套、喷油嘴、火花塞、螺栓搭子等结构。

各个结构进行造型，其中气道造型可利用已经生成的气道表面，用pro/engineer中的use quilt功能生成。

复制（surfacecopy）各实体的相关表面，利用surfacemerge和trim等功能生成水套表面，再利用usequilt生成水套实体。

出一个合适壁厚，作为气道在气缸盖内腔中的表面，而原先生成的表面利用use quilt生成气道实体。

将生成的各个实体调入，利用pro/engineer-cutout功能将进排气道、气门孔、水套、喷油嘴、火花塞、螺栓搭子等从外形实体中切掉，即可得到气缸盖的三维造型。

对气缸盖细节进行设计。在气缸盖外形实体上进行摇臂支座、气道连接法兰、润滑油孔、各种螺纹孔、加大鼻梁区冷却半径、倒圆角等细节设计。

我们应用此方法设计的缸内直喷汽油机的气缸盖如所示。

4进行气缸盖的三维计算机辅助设计的优点（如fire、star-cd等）的接口，将气道与燃烧室三维模型调入，建立发动机内气体流动的数学模型，对气道内气体流动情况以及燃烧室内燃油喷射情况进行分析，并通过在pro/engineer中修改气道与燃烧室形状、喷油器与火花塞的相对位置等，得到最佳充气系数和缸内混合气最佳分层。

可以方便的利用pro/engineer与有限元分析软件（如ansys等）的接口，对气缸盖和活塞三维模型进行网格划分并施加一走的约束条件，分析其热应力与结构应力等情况，找出其设计薄弱之处，并不断地进行修改与优化。

进行铸造模具设计。将三维模型调入pro/man-ufacturing模块中，设走加工参数进行加工仿真，生成刀具轨迹文件，通过nc接口传至加工中心进行模具加工，可以大大缩短模具设计周期。

文件，并输入到快速成型设备中，可以直接制造气缸盖模型。利用此模型可以进行气道抽气试验。如果满足流通特性，则气道可走型，如果不满足，可以在pro/engineer中方便的进行修改。

利用pro/engineer可以方便地生成二维工程图纸，以供工程技术人员进行或存档。

5结语总之，直喷发动机气缸盖与活塞的计算机三维建模，可以缩短其设计与制造周期，有利于进行结构优化和多方案比较。可以预见：计算机辅助设计必将成为发动机零件设计的主流。

陆际青。汽车发动机设计。北京：清华大学出版社。1993.陶昌伟，王刚。6110气缸盖的三维建模。计算机辅助设计与制系硕士研究生。研究方向为汽车无损检测。

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