轎車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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目錄 目 錄 摘 要 Ⅲ Abstract Ⅳ 1 概 述 1 1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求 1 1.2 本課題研究的背景和意義 1 1.3 本課題研究的內(nèi)容和手段 2 1.4 本章小結(jié) 2 2 汽車排氣系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 3 2.1 汽車排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 3 2.2 汽車排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其功能 3 2.3 汽車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)材料的選擇 6 2.4 本章小結(jié) 7 3 汽車排氣系統(tǒng)聲學(xué)分析 8 3.1 汽車排氣系統(tǒng)噪聲原理 8 3.2 影響汽車排氣系統(tǒng)噪聲的因素 8 3.3 降低噪聲的主要方法 8 3.4 本章小結(jié) 9 4 汽車排氣系統(tǒng)消聲器的設(shè)計(jì) 10 4.1 消聲器的基本原理 10 4.2 消聲器的基本指標(biāo) 10 4.3 消聲器進(jìn)口直徑的確定 11 4.4 消聲器長(zhǎng)度的確定 12 4.5 消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的確定 12 4.6 本章小結(jié) 13 5 排氣系統(tǒng)的計(jì)算與布置 14 5.1 布置排氣系統(tǒng)的基本原則 14 5.2 計(jì)算排氣管的最小管徑 15 5.3 排氣系統(tǒng)懸掛方式的確定 16 5.4 排氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)化器的確定 18 5.5 本章小結(jié) 18 6 消聲器結(jié)構(gòu)的三維建模 19 6.1 Catia軟件簡(jiǎn)介 19 6.2 利用Caita建立消聲器的三維模型 20 6.3 本章小結(jié) 23 7 主要零件及裝配圖的繪制 24 7.1 AutoCAD軟件簡(jiǎn)介 24 7.2 主要零部件的繪制 24 7.3 本章小結(jié) 26 8 總結(jié) 27 參考文獻(xiàn) 28 II 摘要 轎車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 本文針對(duì)中型轎車設(shè)計(jì)了一款排氣系統(tǒng)，首先對(duì)排氣系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和聲學(xué)原理進(jìn)行分析，確定了基本的結(jié)構(gòu)材料以及布置原則。再根據(jù)初始參數(shù)，通過查詢相關(guān)資料計(jì)算了排氣系統(tǒng)消聲器的進(jìn)口直徑、長(zhǎng)度、排氣流量等數(shù)據(jù)，確定了消聲器的結(jié)構(gòu)。隨后通過對(duì)布置原則的分析，確定了排氣管徑的長(zhǎng)度以及各結(jié)構(gòu)的懸掛方式和連接方式，滿足各項(xiàng)使用要求。最后采用CATIA繪制了消聲器結(jié)構(gòu)以及排氣系統(tǒng)總成結(jié)構(gòu)的三維數(shù)模，采用AutoCAD軟件繪制了消聲器結(jié)構(gòu)圖以及排氣系統(tǒng)裝配圖。 關(guān)鍵詞：排氣系統(tǒng)；消聲器；懸掛方式 IV Abstract Design of car exhaust system Abstract In this paper, an exhaust system is designed for a medium-sized sedan. First, the theoretical basis and acoustic principle of the exhaust system are analyzed, the basic structure material and the layout principle are determined. According to the initial parameters, the data of the inlet diameter, length and discharge flow of the exhaust system muffler are calculated by inquiring the related data, and the structure of the muffler is determined. Subsequently, through the analysis of the layout principle, the length of the exhaust pipe diameter and the suspension mode and connection mode of each structure are determined to meet the requirements of various applications. Finally, the structure of the muffler and the three-dimensional numerical model of the assembly of the exhaust system are drawn with CATIA. The assembly of the muffler and the assembly of the exhaust system are drawn by the AutoCAD software. Key words: Exhaust system; the muffler; the suspension 第1章 概述 1 概 述 1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求 社會(huì)的發(fā)展使得人們對(duì)環(huán)保的重視程度越來(lái)越高，在這之中，最為受廣大民眾關(guān)注的莫過于汽車的排放問題，因此，排氣系統(tǒng)在現(xiàn)如今的車輛組成和設(shè)計(jì)中占有的地位已經(jīng)越來(lái)越高。 排氣系統(tǒng)的主要作用是排出發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣，降低噪聲以及輔助制動(dòng)。設(shè)計(jì)高消聲性能，低壓力損失的排氣系統(tǒng)是當(dāng)今研究轎車排氣系統(tǒng)的一個(gè)重要課題。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)保持嚴(yán)肅的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，以認(rèn)真求實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格要求自己，合理運(yùn)用汽車設(shè)計(jì)、汽車?yán)碚摰认嚓P(guān)專業(yè)知識(shí)來(lái)完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我們需要能夠就研究過程和結(jié)果撰寫符合要求的論文。按時(shí)參加答辯，答辯前各項(xiàng)規(guī)定的資料要完整齊全，在答辯的過程中，運(yùn)用培養(yǎng)的邏輯思維與形象思維相結(jié)合的文字及口頭表達(dá)能力，充分理解，掌握本次設(shè)計(jì)。 1.2 本課題研究的背景和意義 現(xiàn)如今，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，廣大普通民眾的生活質(zhì)量水平都得到了顯著的提高，最為可見的就是每天在馬路上越來(lái)越多的轟鳴聲，但是，也正是由于汽車數(shù)量的增多，由此帶來(lái)的尾氣排放以及噪聲污染問題已經(jīng)成為了影響人們安居樂業(yè)正常生活的一大公害。特別是在一些人口密集的沿海大城市，不僅汽車的數(shù)量越來(lái)越多，汽車的品質(zhì)也得到了飛速的提高，車速越來(lái)越快，使用的功率越來(lái)越強(qiáng)，空氣污染和噪聲污染已經(jīng)充斥了城市的每一個(gè)角落。 發(fā)動(dòng)機(jī)作為所有汽車不可或缺的一部分，它通過對(duì)燃料的燃燒來(lái)提供動(dòng)力，使車輛能夠滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?，又快又方便。但是，在?duì)燃料進(jìn)行燃燒的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的有害尾氣，包括一氧化碳、可吸入顆粒物等等等等，不僅對(duì)大氣造成了污染，更會(huì)對(duì)每個(gè)居民的身體造成嚴(yán)重的危害，甚至危及生命。 動(dòng)力。但是，在對(duì)燃料進(jìn)行燃燒的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的有害尾氣，包含一氧化碳，可吸入顆粒物等等等等，不僅會(huì)對(duì)大氣造成污染，更會(huì)對(duì)廣大居民的身體造成嚴(yán)重的危害，甚至危及生命。 也正因此，到目前為止，世界上各個(gè)主要國(guó)家都已經(jīng)制定了相關(guān)的排放法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，不僅僅是市場(chǎng)上，工業(yè)上也對(duì)尾氣污染和噪聲污染的要求越來(lái)越高。我國(guó)早在GB19352.3——2005中就已經(jīng)明確指出了我國(guó)對(duì)排氣污染的具體限值。在上個(gè)世紀(jì)九十年代初，還被稱為歐洲共同體的歐盟就中型客車的行駛噪聲限值作出了明確的規(guī)定，規(guī)定該限值不能超過80dB，日本也在那時(shí)做出規(guī)定該限值為83dB，歐共體之外的歐洲國(guó)家譬如瑞典也規(guī)定該限值為80dB，而中國(guó)為了適應(yīng)國(guó)情以及發(fā)展的需要，于當(dāng)時(shí)規(guī)定的限值為86dB。好在近年來(lái)，我國(guó)已經(jīng)就車輛的行駛噪聲限值等等一系列噪聲標(biāo)準(zhǔn)做出了新的規(guī)定。國(guó)家環(huán)保總局于2002年的1月就汽車噪聲控制發(fā)布了新的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)GB1495-2002，在該規(guī)定中，明確闡明了普通車輛在行駛時(shí)，車外最大噪聲級(jí)別不允許超過74dB。 人類文明社會(huì)的發(fā)展必然離不開環(huán)保這個(gè)話題，無(wú)關(guān)乎何種發(fā)展方式，也無(wú)關(guān)乎哪一類發(fā)展技術(shù)，只要是地球上的一份子，就必須受這個(gè)話題所牽絆。也因此，在人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)保的今天，如何使得自己生產(chǎn)出來(lái)的車子更加清潔，更加節(jié)能，更加環(huán)保更加無(wú)污染已經(jīng)成為了當(dāng)今汽車技術(shù)行業(yè)的首要任務(wù)。但是，汽車技術(shù)在環(huán)保方面能夠做出的主要改善無(wú)關(guān)乎兩點(diǎn)：一是使用更加無(wú)污染更加清潔的能源，從源頭上解決污染的問題；二就是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所研究的課題，如何通過對(duì)排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析在后期解決污染的問題。至少在目前看來(lái)，清潔能源技術(shù)的開發(fā)還在進(jìn)行中，使用方式尚未完善，因此，在這個(gè)大問題的前提下，我們只能通過對(duì)汽車的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化從而更好的降低汽車污染物的排放以及環(huán)境中噪音的污染。 1.3 本課題研究的內(nèi)容和手段 本課題是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，首先需要對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)總體設(shè)計(jì)，其次對(duì)排氣系統(tǒng)的噪聲原理進(jìn)行分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)排氣管與消聲器。隨后需要確定催化轉(zhuǎn)換器以及排氣尾管，在設(shè)計(jì)的過程中，同時(shí)需要確定排氣系統(tǒng)的布置方式以及懸掛方式，最后繪制消聲器等主要部件的設(shè)計(jì)圖，并進(jìn)行三維建模。主要的手段是根據(jù)已確定的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣流量、排氣流量等必要數(shù)據(jù)，其次對(duì)相關(guān)主要元件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，再根據(jù)設(shè)計(jì)原則合理布置排氣系統(tǒng)及選取吊鉤位置，最后根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)果繪制排氣系統(tǒng)的零部件圖和裝配圖。 以某普通轎車為例，以下是已確定的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)： 表1.1 某型號(hào)轎車基本參數(shù) 配置 參數(shù) 排量 1.6L 整備質(zhì)量 1241kg 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) G4FC 最大功率 90.4kW 最大功率轉(zhuǎn)速 6300rpm 缸數(shù) 4 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度 300℃ 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度 25℃ 最高車速 180km/h 1.4 本章小結(jié) 在本章中，主要闡述了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，以嚴(yán)肅的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，嚴(yán)格的要求認(rèn)真求實(shí)的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。隨后闡述了該研究的背景和意義，明確了研究的方法和手段，并將其細(xì)化到每個(gè)步驟中，確定了每個(gè)階段所要完成的工作以及任務(wù)。最后，采用了某型號(hào)轎車的基本參數(shù)作為本次的研究數(shù)據(jù)。 3 第2章 汽車排氣系統(tǒng)分析 2 汽車排氣系統(tǒng)分析 2.1 汽車排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 汽車排氣系統(tǒng)的主要作用無(wú)非三點(diǎn)：一是排出發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣；二是在此基礎(chǔ)上，通過排氣系統(tǒng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲；三是在前兩者的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起到一定的輔助制動(dòng)的功能。排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與汽車本身的許多性能有關(guān)，不僅如此，設(shè)計(jì)出一個(gè)好的排氣系統(tǒng)，更能夠提高汽車的動(dòng)力性和安全性，在一定程度上對(duì)汽車的舒適性、美觀性以及使用壽命等等方面都有一定的影響。 在設(shè)計(jì)汽車排氣系統(tǒng)時(shí)首先需要意識(shí)到的一個(gè)問題就是，排氣系統(tǒng)本身也是一個(gè)非常復(fù)雜的聲學(xué)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)會(huì)排出廢氣，而排出廢氣的這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的噪音，這樣的噪音通常情況下會(huì)覆蓋從200Hz到2000Hz的頻率范圍，可以說是非常巨大了，因此，無(wú)論我們采用何種研究方式，何種研究途徑來(lái)研究排氣系統(tǒng)，聲學(xué)分析是一個(gè)繞不開的問題，這其中最為關(guān)鍵的就是如果使設(shè)計(jì)出來(lái)的排氣系統(tǒng)具有合理的降噪功能。 通過對(duì)諸多資料的查閱我們可以得知的是，許多廠家往往會(huì)采用具有主、副兩個(gè)帶有多個(gè)擴(kuò)張腔和共振腔的消聲器的形式來(lái)降低噪音。當(dāng)然，不可避免的是在我們的日常生活中，也往往會(huì)遇到某些極端情況，這這些情況下往往會(huì)對(duì)車輛所產(chǎn)生的噪音要求非?？量?，因此，我們通常采用安裝更多的消聲器的方法來(lái)完成降噪。 除此之外，汽車的排氣系統(tǒng)不僅僅是一個(gè)復(fù)雜的聲學(xué)系統(tǒng)，更是一個(gè)自由度極高的振動(dòng)系統(tǒng)。因?yàn)槲覀兛梢钥吹降氖?，排氣系統(tǒng)的振動(dòng)輸入源不僅包括了車輛在正常行駛時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的燃燒所產(chǎn)生的振動(dòng)，還包括匯集了路面通過懸架輸入的激勵(lì)以及傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊及扭振激勵(lì)等車架向排氣系統(tǒng)輸入的振動(dòng)。 在我們的日常生活中，汽車還會(huì)遇到各種各樣的情況，其實(shí)可以解釋為車輛在不同工況的情況下，如何通過對(duì)排氣系統(tǒng)的研究，使得其不會(huì)因?yàn)槭艿桨l(fā)動(dòng)機(jī)和車架傳遞過來(lái)的沖擊而造成結(jié)構(gòu)上的損壞。例如起步和制動(dòng)時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)上文所提到的情況，更為嚴(yán)重的是，普通的車輛往往是處于這些不同的工況相互交替出現(xiàn)的情況下，也因此對(duì)排氣系統(tǒng)的損壞更為嚴(yán)重。因此，通過查閱相關(guān)資料，我們可以得知在設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)時(shí)，除了基本必需的結(jié)構(gòu)部件外，還需要增設(shè)一套懸掛系統(tǒng)來(lái)降低沖擊。在不斷的設(shè)計(jì)研究過程中，人們還發(fā)現(xiàn)了可以在催化轉(zhuǎn)化器附近增設(shè)一段波紋管來(lái)達(dá)到隔離發(fā)動(dòng)機(jī)周期性激勵(lì)的效果。 由此可見，研究設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的排氣系統(tǒng)，對(duì)于整個(gè)車輛的整體性能提升都有著至關(guān)重要的意義。我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)以這一點(diǎn)為基本目標(biāo)，降低各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的排氣系統(tǒng)。 2.2 汽車排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其功能 排氣系統(tǒng)包括排氣管、催化轉(zhuǎn)換器、消聲器、排氣尾管、懸掛裝置等。由前文可知，排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接影響到車輛本身的各項(xiàng)性能，譬如安全性、舒適性和動(dòng)力性等等。作為發(fā)動(dòng)機(jī)整體匹配的一個(gè)重要組成部分，排氣系統(tǒng)的主要功用就是將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料時(shí)所產(chǎn)生的大量廢氣排出，并通過各項(xiàng)結(jié)構(gòu)的配合來(lái)降低排氣時(shí)所產(chǎn)生的噪聲，以及起到凈化尾氣，降低空氣污染的作用。如圖2.1為目前常見的排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 圖2.1 排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1-排氣管；2-撓性連接管；3-氧傳感器；4-副消聲器；5-執(zhí)行器；6-排氣控制裝置；7-主消聲器； 8-中間管；9-高溫傳感器；10-三元催化器；11-前管 2.2.1 排氣管 排氣管的主要作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中所產(chǎn)生的廢氣排出。排氣管不能因?yàn)樽陨淼闹亓考八a(chǎn)生的慣性、彎矩和相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者因其受熱膨脹產(chǎn)生形變而影響排氣歧管和渦輪增壓器的正常工作，以至于因?yàn)檫^載產(chǎn)生附加應(yīng)力，造成損壞。所以設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在滿足其剛度、強(qiáng)度的前提條件下，要盡量使排氣管的質(zhì)量減輕，其材料可以選擇薄壁中碳鋼鋼板或者不銹鋼板。常見排氣系統(tǒng)中的排氣管如圖2.2所示[1]。 圖2.2 排氣管 2.2.2 催化轉(zhuǎn)換器 三元催化器是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機(jī)外凈化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOX等有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的二氧化碳、水和氦氣。當(dāng)高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時(shí)，三元催化器中的凈化劑將增強(qiáng)CO、HC和NOX三種氣體的活性，促使氣進(jìn)行一定的氧化-還原化學(xué)反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成為無(wú)色、無(wú)毒的二氧化碳?xì)怏w；HC化合物在高溫下氧化橙水和二氧化碳，NOX還原成氦氣和氧氣。三種有害氣體變成無(wú)害氣體，使汽車尾氣得以凈化[2]。 2.2.3 消聲器 排氣消聲器是排氣系統(tǒng)的主要部件，主要起到降噪作用，它既要滿足車輛噪聲的要求，又要滿足排氣阻力的要求，還要滿足消耗功率盡可能少的要求。排氣消聲器的容積應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大排氣流量來(lái)確定。常見排氣系統(tǒng)中的消聲器如圖2.3所示[3]。 圖2.3 消聲器 2.3 汽車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)材料的選擇 在設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮到排氣管路的材料熱端零件的重點(diǎn)要求，比如能夠抗高溫氧化、抗腐蝕、疲勞性能強(qiáng)等，冷端零件則要求具備耐尾氣冷凝液腐蝕性能。隨著汽車排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，越來(lái)越多的廠家選擇以提高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度的方式來(lái)提升催化器的轉(zhuǎn)化效率，從而實(shí)現(xiàn)減少尾氣對(duì)空氣造成的污染，也正因此，排氣歧管的工作溫度逐漸由750℃~800℃提高到900℃~950℃，甚至更高。同時(shí)，為了提高節(jié)省燃料，更多的廠家選擇了減輕車輛本身的重量，在選擇排氣管路的材料時(shí)，也因此選擇采用更為耐熱、重量更輕的不銹鋼來(lái)替代。 不銹鋼又分為鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼，幾乎大部分的排氣系統(tǒng)采用的都是鐵素體不銹鋼。原因在于其生產(chǎn)成本更低，線膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱系數(shù)大，更耐高溫，各方面性能更優(yōu)于奧氏體不銹鋼。 通常，排氣管路選擇的不銹鋼牌號(hào)見表2.1所示。 表2.1 排氣管路零部件材料選擇表 零部件名稱 鐵素體不銹鋼 奧氏體不銹鋼 排氣岐管 441 304，308 前管 409，441 304，321 催化轉(zhuǎn)化器 409，441 304，308Si 中管 430Ti 304 消聲器 430Ti，434 304 尾管 409 304 排氣密封墊采用耐高溫石棉板或者多層耐熱金屬襯墊材料。 排氣波紋管材料需要具備耐高低溫、力學(xué)、化學(xué)等應(yīng)變、化學(xué)腐蝕等性能。 2.4 本章小結(jié) 本章主要闡述了排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及各個(gè)結(jié)構(gòu)的組成和功能，隨后通過對(duì)零部件材料的分析確定了本次設(shè)計(jì)中各個(gè)部件所需要的材料，加深了對(duì)排氣系統(tǒng)的了解。 7 第3章 汽車排氣系統(tǒng)聲學(xué)分析 3 汽車排氣系統(tǒng)聲學(xué)分析 3.1 汽車排氣系統(tǒng)噪聲原理 發(fā)動(dòng)機(jī)作為噪聲的主要來(lái)源，其又可分為空氣動(dòng)力性噪聲、機(jī)械噪聲以及燃燒噪聲。 空氣動(dòng)力性噪聲主要包括進(jìn)、排氣和風(fēng)扇噪聲。這是由于進(jìn)氣、排氣和風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)引起了空氣的振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲，這部分噪聲直接向周圍的空氣中輻射。燃燒噪聲和機(jī)械噪聲很難嚴(yán)格區(qū)分，通常將由于氣缸內(nèi)燃燒所行程的壓力振動(dòng)通過缸蓋、活塞一連桿一曲軸一機(jī)體向外輻射的噪聲叫燃燒噪聲。將活塞對(duì)缸套的撞擊、正時(shí)齒輪、配氣機(jī)構(gòu)、噴油系統(tǒng)等運(yùn)動(dòng)件之間機(jī)械撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)激發(fā)的噪聲叫做機(jī)械噪聲。一般直噴式柴油機(jī)燃燒噪聲屬于機(jī)械噪聲，非直噴式的機(jī)械噪聲則高于燃燒噪聲，但低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃燒噪聲都高于機(jī)械噪聲[4]。噪聲源的識(shí)別就是對(duì)機(jī)器上存在的各種聲源進(jìn)行分析，了解其產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的機(jī)源、確定振源、聲源的部位，分析聲源的特性（包括聲源的類別、聲級(jí)的大小、頻率特性、聲音變化和傳播的規(guī)律等），然后按噪聲的大小排列出順序，從而確定出主要噪聲源[5]。 3.2 影響汽車排氣系統(tǒng)噪聲的因素 通過分析論證發(fā)現(xiàn)排氣系統(tǒng)的噪聲源主要有空氣噪聲、沖擊噪聲、氣流摩擦產(chǎn)生的聲音以及輻射噪聲等。空氣噪聲是指汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中，由于壓力波在排氣管道中傳播而造成的，空氣噪聲的大小取決于排氣管道的直徑，當(dāng)氣流量一定時(shí)，管道的直徑越大產(chǎn)生的空氣噪聲就越穩(wěn)定；而沖擊噪聲是由于不穩(wěn)定的氣流沖擊管道形成的，加入排氣歧管的彎曲幅度不夠，那么產(chǎn)生的氣流就會(huì)非常大，也就會(huì)出線噪聲；氣流摩擦的噪聲是因?yàn)闅怏w的流動(dòng)速度非常高，傳遞到尾管的時(shí)候就會(huì)發(fā)出巨大的噪聲；輻射噪聲則是由于排氣管道中的消聲元件受到影響后出現(xiàn)振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲[6]。 3.3 降低噪聲的主要方法 通過對(duì)影響汽車排氣系統(tǒng)噪聲的因素的研究分析，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改造從而降低噪聲： 1、采用將消聲器的容積增大的設(shè)計(jì)方案。通過改變消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比如增加其長(zhǎng)度以增加其容積，從而達(dá)到降低噪聲的效果。 2、采用在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加上吸聲材料并將單層的外殼改為雙層外殼的設(shè)計(jì)方案。 3、采用對(duì)汽車尾管的長(zhǎng)度以及形狀進(jìn)行改造的設(shè)計(jì)方案。由于汽車尾管產(chǎn)生的噪聲是空氣噪聲和氣流摩擦噪聲組合而成的結(jié)果，因此通過減短汽車尾管的長(zhǎng)度，使排氣的方向由下方變成后方，從而達(dá)到降低噪聲的效果[6]。 3.4 本章小結(jié) 本章節(jié)主要通過對(duì)排氣系統(tǒng)噪聲原理以及影響因素的分析，找到降低排氣系統(tǒng)噪聲效果的方法。主要有增大消聲器容積、增加吸聲材料、對(duì)汽車尾管的長(zhǎng)度以及形狀進(jìn)行改造等設(shè)計(jì)方案。 9 第4章 汽車排氣系統(tǒng)消聲器的設(shè)計(jì) 4 汽車排氣系統(tǒng)消聲器的設(shè)計(jì) 4.1 消聲器的基本原理 根據(jù)聲音的干涉現(xiàn)象，可以得知排氣系統(tǒng)中的消聲器具有兩種消聲方式，一是吸收，二是反射。 其中，吸收式消聲器是通過廢氣在鋼纖維、玻璃纖維或者石棉等吸音材料上的相互摩擦而減小其能量；反射式消聲器則由多個(gè)串聯(lián)的協(xié)調(diào)腔與不同長(zhǎng)度的多孔反管相互鏈接在一起，廢氣在其中經(jīng)過多次的反射、碰撞、膨脹、冷卻而降低其壓力，減輕振動(dòng)及能量。 4.2 消聲器的基本指標(biāo) 本設(shè)計(jì)的消聲器應(yīng)滿足各項(xiàng)法律規(guī)定的要求以及各項(xiàng)國(guó)際慣例，保證安全，環(huán)保。消聲器的性能，使用要求應(yīng)滿足QC/T 631-1999（汽車排氣消聲器技術(shù)條件）。試驗(yàn)道路、條件及試驗(yàn)準(zhǔn)備應(yīng)滿足GB/T 4759-1995（內(nèi)燃機(jī)排氣消聲器測(cè)量方法）、QC/T 630-93（汽車排氣消聲器性能試驗(yàn)方法）的規(guī)定。 在設(shè)計(jì)消聲器的過程中，首先需要確定的是本次設(shè)計(jì)所要降低排氣噪聲的目標(biāo)值，通過該目標(biāo)值可以進(jìn)一步確定所需要設(shè)計(jì)的消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該目標(biāo)值可以通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的大小分析得出，同時(shí)結(jié)合頻譜特性曲線，根據(jù)噪聲標(biāo)準(zhǔn)限值公式來(lái)計(jì)算[7]。此時(shí)，根據(jù)需要假設(shè)汽車在正常行駛時(shí)，產(chǎn)生的噪聲聲源屬于線性聲源，則根據(jù)聲音衰減量ΔL的公式： ΔL=10lg（R1/R2） （dB） （4-1） 其中：R1為聲源至受聲點(diǎn)的距離； R2為線聲源的長(zhǎng)度。 在上文中，根據(jù)已經(jīng)所給出的該型號(hào)汽車的相關(guān)參數(shù)，可以確定本次設(shè)計(jì)過程中，車外加速行駛噪聲限值La=74dB（A），按照汽車排氣消聲器性能試驗(yàn)方法QC/T630-1999可以確定R1=0.5m，按照整車噪聲實(shí)驗(yàn)規(guī)范可以確定R2=7.5m，可以得出：參數(shù)R1=0.5m，參數(shù)R2=7.5m，把一上數(shù)值帶入到公式（4-1）中，結(jié)果得： ΔL=10lg（0.5m/7.5m）=11.6（dB） 消聲器出口噪聲限值Lmd的計(jì)算公式為： Lm=L+La （dB） （4-2） 參數(shù)L=11.6dB，參數(shù)La=74dB，把以上數(shù)值帶入公式（4-2）中，得 Lm=11.6+74=85.6（dB）（A） 由于普通轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣聲壓級(jí)Lb為100dB（A），因此消聲器的消聲量Lmin應(yīng)大于： Lmin＞Lb-Lm （dB）（A） （4-3） 參數(shù)Lb=100dB，參數(shù)Lm=85.6dB，將以上數(shù)據(jù)帶入公式（4-3）得： Lmin＞100-85.6=14.4（dB）（A） 4.3 消聲器進(jìn)口直徑計(jì)算 4.3.1 消聲器容積的確定 根據(jù)上文中所得的參數(shù)以及消聲器的容積V計(jì)算公式： V=Q×n×Vst/1000× （4-4） 其中，參數(shù)n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，n=6300r/min； 參數(shù)i為發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)，i=4； 參數(shù)τ為沖程數(shù)，τ=4； 參數(shù)Vst為發(fā)動(dòng)機(jī)排量，Vst=1.6L； 參數(shù)Q為與消聲效果有關(guān)的修正系數(shù)，當(dāng)n=6300r/min時(shí)，一般取Q=5[8]。 將以上參數(shù)帶入公式（4-4）中，得： V=5×6300×1.6/1000×=20L 4.3.2 消聲器擴(kuò)張比的確定 在評(píng)價(jià)消聲器的實(shí)際消聲效果時(shí)多采用插入損失作為指標(biāo)，即在噪聲源和測(cè)點(diǎn)之間插入一個(gè)消聲器時(shí)，在該測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的消聲器安裝以前和以后的聲壓級(jí)差。消聲器的擴(kuò)張室與原管道截面積之比被稱作擴(kuò)張比（M），對(duì)消聲器的插入損失要求越高，擴(kuò)張比的選擇值就越大。根據(jù)上文中所選擇的模型車的模型在此處取M=14[9]。 4.3.3 消聲器出口氣流速度的確定 由于當(dāng)氣流的流速超過一定的限值后，其所產(chǎn)生的再生噪聲會(huì)大大削減消聲量，因此，一般采用控制消聲器出口管徑與進(jìn)口管徑一致的原則，從而控制氣流的速度。表4.3.3為氣流速度為70~80m/s時(shí)各頻率的減噪量[10]。 表4.1 氣流速度為70~80m/s時(shí)各頻率的減噪量 頻率H2 125 250 500 1000 2000 4000 減噪量dB 10-15 18 30-35 35-40 40-45 30-35 由上文中確定的消聲器的消聲量應(yīng)大于14.4dB，因此在此處可取氣流速度為75.4m/s，滿足要求。 4.3.4 消聲器進(jìn)口排氣流量的確定 根據(jù)上文中已經(jīng)得到的參數(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流量Qi的計(jì)算公式： Qi=0.03V×n×Vc （4-5） 其中，參數(shù)V為發(fā)動(dòng)機(jī)的總排量，V=1.6L； 參數(shù)為發(fā)n動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，n=6300rpm； 參數(shù)Vc為充量系數(shù)，當(dāng)n=6300rpm時(shí)，一般取Vc=0.7。 將以上參數(shù)帶入公式（4-5）中，得： Qi=211.68（L/s） 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口排氣流量Q的計(jì)算公式： Q=（Tb+273）×φ×Qi/（Tδ+273） （4-6） 其中，φ為常數(shù)，一般取φ=0.98； 參數(shù)Tb為發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度，根據(jù)表1.1可得，Tb=300℃； 同理，參數(shù)Tδ為發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度，Tδ=25℃。 將以上參數(shù)帶入公式（4-6）中，得： Q=（300+273）×0.98×3.528/（25+273）=398.9(L/s) 4.3.5 消聲器進(jìn)口直徑的計(jì)算 根據(jù)上文中所給出的參數(shù)以及消聲器進(jìn)口直徑Di的計(jì)算公式： Di=（mm） （4-7） 其中，參數(shù)Q為進(jìn)口處排氣流量，Q=398.9L/s； 參數(shù)V為允許最大氣流流速，V=75.4m/s。 將以上參數(shù)代入公式（4-7）得： Di=81.97mm 因此，所設(shè)計(jì)消聲器進(jìn)口直徑應(yīng)大于81.97mm，在此選擇管徑Di=82mm。 4.4 消聲器長(zhǎng)度的確定 根據(jù)上文中擴(kuò)張比的定義可以得知，當(dāng)M=14時(shí)，根據(jù)公式 Dm=Di×M0.5 （4-8） 其中，參數(shù)Di為消聲器管徑，Di=82mm； 參數(shù)M為消聲器擴(kuò)張比，M=14。 因此，將以上參數(shù)代入公式（4-8）可得： Dm=54×140.5=306mm 消聲器長(zhǎng)度計(jì)算公式為L(zhǎng)=1.27×106×V/Dm （4-9） 其中，參數(shù)V為消聲器容積，V=20L； 參數(shù)Dm為消聲器直徑，Dm=306mm。 將以上參數(shù)代入公式（4-9）中得： L=879mm 4.5 消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的確定 依據(jù)消聲器的消聲機(jī)理可將其分為阻性消聲器、抗性消聲器和阻抗復(fù)合型消聲器。 阻性消聲器是利用在管道內(nèi)適當(dāng)?shù)牟贾梦暡牧?，部分的吸收管道中傳播的聲能，類似電路中的電阻的作用。這類消聲器的特性是在中、高頻范圍內(nèi)有良好的消聲效果。 抗性消聲器是利用各種形狀、尺寸的管道或共振腔內(nèi)發(fā)生反射或干涉，從而降低所輸出的聲能?？剐韵暺鞯南曨l帶較窄，在中、低頻消聲效果較好，高頻較差。 阻抗復(fù)合型消聲器是將阻性和抗性消聲器結(jié)合起來(lái)，故從低頻到高頻都有較好的消聲效果[11]。 此處我們選用阻抗復(fù)合型消聲器結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖如下所示。 圖4.1 阻抗負(fù)荷型消聲器結(jié)構(gòu) 4.6 本章小結(jié) 在本章中，首先計(jì)算了消聲器的最低消音量，得到了本次設(shè)計(jì)所需的一個(gè)基本指標(biāo)。隨后通過對(duì)消聲器容積、進(jìn)口排氣流量的計(jì)算得到了消聲器的進(jìn)口直徑以及消聲器的長(zhǎng)度，最后根據(jù)之前的基本指標(biāo)確定了消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式。 14 第5章 排氣系統(tǒng)的布置 5 排氣系統(tǒng)的布置 5.1 布置排氣系統(tǒng)的基本原則 通過查閱相關(guān)的資料可以得知，在通常情況下，布置排氣系統(tǒng)的工作需要依照一定的次序進(jìn)行。首先是預(yù)催化器，補(bǔ)償器和主催化器，以便于更好的安裝和維修拆卸。其次是前消聲器和后消聲器，最后采用排氣管將以上部件依次序連接。 在此之上，為了使車輛避免在行駛的過程中由于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)而導(dǎo)致的排氣系統(tǒng)振動(dòng)從而與系統(tǒng)周邊的零部件物體發(fā)生碰撞造成損壞，在布置安裝過程中，還需要注意排氣系統(tǒng)與周邊零部件物體要保持一個(gè)合理的安全間距，通常是25mm。除此之外，橫置發(fā)動(dòng)機(jī)在布置安裝時(shí)，它的排氣歧管罩由于本身特性的影響，與周邊零部件或物體的安全間距應(yīng)保持不小于35mm。 通過查閱相關(guān)資料得知，以下是發(fā)動(dòng)機(jī)排量的大小對(duì)排氣歧管，散熱器，冷凝器及風(fēng)扇的熱間距的影響： 表5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)排量對(duì)排氣歧管，散熱器，冷凝器，風(fēng)扇的熱間距影響 發(fā)動(dòng)機(jī)排量V（L） 熱間距 V≤1.0L ≥35mm 1.0L＜V＜1.5L ≥40mm 1.5L≤V＜1.8L ≥45mm 1.8L＜V＜2.2L ≥60mm 除了以上發(fā)動(dòng)機(jī)排量對(duì)散熱器、冷凝器、風(fēng)扇的熱間距影響之外，排氣系統(tǒng)對(duì)其余的周邊零部件也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響，從而在布置安裝過程中，需要注意他們之間的熱間距，見表5.2： 表5.2 排氣系統(tǒng)對(duì)除散熱器、冷凝器及風(fēng)扇以外的周邊部件的熱間距 其余周邊零部件 熱間距 發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼 ≥40mm 制動(dòng)軟管 ≥40mm（有隔熱板），≥100mm（無(wú)隔熱板） 制動(dòng)硬管 ≥40mm 空調(diào)管路 ≥40mm（靜態(tài)），≥30mm（動(dòng)態(tài)） 燃油管 進(jìn)氣管 油箱 ≥45mm（有隔熱板），≥60mm（無(wú)隔熱板） 發(fā)動(dòng)機(jī)裝飾罩 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置 ≥40mm（有隔熱板），≥60mm（無(wú)隔熱板） 轉(zhuǎn)向器及油壺 ≥30mm（有隔熱板），≥60mm（無(wú)隔熱板） 轉(zhuǎn)向器 ≥40mm（有隔熱板），≥60mm（無(wú)隔熱板） 驅(qū)動(dòng)軸球籠及防塵罩、傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié) ≥60mm 換擋鋼索、手剎拉索 ≥40mm 后保險(xiǎn)杠 ≥35mm 油箱加油口及通氣口 ≥300mm（無(wú)隔熱裝置） 電器線路 ≥40mm（有隔熱裝置），≥60mm（無(wú)隔熱裝置） 氣體燃料氣瓶、高壓管及接頭 75mm≤熱間距＜200mm（有隔熱裝置），≥200mm（無(wú)隔熱裝置） 備胎 ≥40mm（有隔熱層），≥60mm（無(wú)隔熱層） 布置排氣系統(tǒng)的其余各項(xiàng)要求： （1）在布置排氣系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中的各個(gè)部分的布置位置必須高于最小離地間隙的邊界，以免發(fā)生碰撞造成排氣系統(tǒng)的損傷； （2）除消聲器尾管外，排氣系統(tǒng)中的其余部分不得低于前邊界面、側(cè)邊界面、后邊界面； （3）排氣系統(tǒng)尾管的管口不得指向車輛右側(cè)； （4）排氣系統(tǒng)尾管的管口最好朝向地面或保持水平，以便于排水以及防止水倒灌入排氣管； 5.2 計(jì)算排氣管的最小管徑 由上文計(jì)算出的排氣流量Q可知： V=Q/A（m/s） （5-1） 其中，參數(shù)Q=398.9L/s 參數(shù)A為排氣管的截面積； 參數(shù)V為排氣的氣流流速，V=75.4m/s； 將以上參數(shù)代入公式（5-1）中，可得： A=5.29m2 再根據(jù)公式： A=（L） （5-2） 其中，參數(shù)A為排氣管的截面積，A=5.29m2 參數(shù)d為排氣管的直徑； 將以上參數(shù)代入公式（5-2）中，可得： d=260mm 5.3 排氣系統(tǒng)懸掛方式的確定 5.3.1 吊鉤位置的選取 在排氣系統(tǒng)懸掛方式確定的過程中，首先需要確定的是吊鉤的位置，在選取吊鉤位置時(shí)，有以下幾項(xiàng)原則需要遵循： 1、 吊鉤應(yīng)當(dāng)安裝在相應(yīng)振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)上； 2、 由于排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，應(yīng)當(dāng)保證吊鉤能夠在縱向上合適延伸； 3、 吊耳的位置應(yīng)當(dāng)位于車身整體結(jié)構(gòu)的剛性處。 5.3.2 補(bǔ)償器的選取 補(bǔ)償裝置在排氣系統(tǒng)中一般用于減振降噪，以及延長(zhǎng)壽命。常見的補(bǔ)償器有波紋管連接和球形連接兩種形式。 波紋管式補(bǔ)償器不僅能夠補(bǔ)償各項(xiàng)位移，還能對(duì)排氣管道起到減小變形，提高使用壽命的作用。波紋管本身就是一種具有橫向波紋能夠自由伸縮的器件，主要是由金屬波紋管與其余構(gòu)件組成，因此還具有撓性薄壁等特點(diǎn)。利用到波紋管式補(bǔ)償器中時(shí)，就可以使用其本身的彈性形變能力，補(bǔ)償管道由于包括熱變形、機(jī)械變形和各種機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的軸向、角向、側(cè)向及其組合位移。同時(shí)，由于補(bǔ)償器本身具有的耐壓性，高密封性、耐腐蝕性、耐高溫性等特性，因此也能夠降低排氣管道的變形，提高使用壽命[12]。 波紋管的懸掛系統(tǒng)一般氛圍斷藕式和半斷藕式兩種。斷藕式常采用柔性較高的波紋管結(jié)構(gòu)將發(fā)動(dòng)機(jī)與排氣系統(tǒng)的振動(dòng)和晃動(dòng)完全阻隔開。通常在設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)的過程中，在波紋管的后段需要采用分別對(duì)前后左右上下六個(gè)方向的位移都有極好的限制作用的懸掛，這是由于斷藕式的波紋管往往不會(huì)起到承載的作用所導(dǎo)致的。因此，對(duì)半斷藕式的懸掛系統(tǒng)來(lái)說，就會(huì)往往采用強(qiáng)度較大的承載式波紋管結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行承載。然而，這樣的承載方式會(huì)使得車輛在行駛的過程中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)或晃動(dòng)所產(chǎn)生的一小部分影響到排氣系統(tǒng)。除此之外，在采用半斷藕式補(bǔ)償器時(shí)，吊環(huán)對(duì)前后零部件振動(dòng)碰撞引起的位移的限制作用有限，因此，在此設(shè)計(jì)中我們采用斷藕式波紋管懸掛方式，結(jié)構(gòu)如下圖所示。 5.3.3 排氣管路連接方式的確定 連接排氣管路的原則是連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于布置、制造、安裝，維修方便， 圖5.1 波紋管結(jié)構(gòu) 具備足夠的結(jié)構(gòu)剛度，密封性能強(qiáng)，同時(shí)盡可能的保證重量輕，成本低。 排氣管路的連接方式通常采用法蘭連接、插入式卡箍連接和止口連接，三種連接方式如下圖所示。 圖5.2 排氣管路常用連接方式 法蘭連接是目前廣大工程機(jī)械工作中采用的最多的連接方式，原因在于法蘭連接具有便于拆卸，密封性能好的特點(diǎn)。在安裝法蘭的過程中，一方面要按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選取合適的法蘭墊片，另一方面要保證法蘭的密封面不會(huì)受到損傷，這就需要在安裝時(shí)要使兩個(gè)法蘭保持相互平行。 作為當(dāng)前應(yīng)用在氣體管道連接的首推技術(shù)——插入式卡箍連接方式，該方式具有操作簡(jiǎn)單，安裝方便，穩(wěn)定性強(qiáng)，維修方便等等優(yōu)點(diǎn)。 止口式連接通常用來(lái)連接增壓器，強(qiáng)度和可靠性都不如前兩者高。 由于排氣系統(tǒng)的工作溫差十分大，連接器件的緊固力難以保障，因此，在布置排氣管螺栓時(shí)，不僅要保證氣密性，還要保證能夠允許法蘭面相對(duì)滑移，通常采用雙螺母或者鎖片鎖緊。 綜上所述，我們?cè)诖颂庍x用法蘭連接。 5.4 排氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)化器的確定 催化轉(zhuǎn)化器的選擇通常分為單級(jí)，二級(jí)，或者多級(jí)。對(duì)于本次設(shè)計(jì)中的車輛模型，市面上通常采用的是二級(jí)催化轉(zhuǎn)化器。催化轉(zhuǎn)化器的入口通常設(shè)計(jì)橙喇叭口形狀，從而使入口端的氣流流動(dòng)更加均勻，還能降低排氣管路的排氣背壓，以減小對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的損耗。轉(zhuǎn)化器入口的形狀如圖5.4所示。 圖5.3 催化器入口形狀 5.5 本章小結(jié) 本章首先確定了布置排氣系統(tǒng)的基本原則，計(jì)算了排氣管的最小管徑。隨后選取了吊鉤位置以及補(bǔ)償器，通過對(duì)連接方式的分析確定了本次設(shè)計(jì)中采用法蘭連接，根據(jù)催化轉(zhuǎn)化器的特性確定了呈喇叭口形狀的催化器入口形狀。 19 第6章 消聲器結(jié)構(gòu)的三維建模 6 消聲器結(jié)構(gòu)的三維建模 6.1 CATIA軟件簡(jiǎn)介 在我們的研究設(shè)計(jì)過程中，需要采用到的三維建模軟件有很多，但是在此處，我們選擇了由法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司于上個(gè)世紀(jì)七十年代開發(fā)的一款專門用于三維建模的CAD/CAM軟件——CATIA。 CATIA是英文Computer AidedTri- Dimensional Interactive Application的縮寫，具體可以解釋為計(jì)算機(jī)輔助三維交互式應(yīng)用，由此可見，CATIA在誕生之處，就是作為一個(gè)三維建模軟件來(lái)應(yīng)用的，當(dāng)然，它的功能并不止于此[13]。 作為一款CAD/CAE/CAM一體化軟件，CATIA已經(jīng)憑借其自身過硬的基礎(chǔ)素質(zhì)成為了同類型功能軟件中的佼佼者，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，CATIA已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空航天、造船、汽車制造等等重工業(yè)，也應(yīng)用于電子電器、消費(fèi)品等等輕工業(yè)。鑒于CATIA這款軟件其本身的集成解決方案技術(shù)，能夠覆蓋幾乎所有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，其最為獨(dú)特的還要屬DMU電子樣機(jī)模塊功能和混合建模技術(shù)，一方面便利了各行各業(yè)的發(fā)展研究，另一方面也促使著相關(guān)企業(yè)的技術(shù)發(fā)展，使得企業(yè)本身更加具備競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力。、其具有廣泛的適應(yīng)性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計(jì)算機(jī)和工作站上運(yùn)行。 大到飛機(jī)、載人飛船、航空母艦，小到螺絲釘、螺帽，等等等等CATIA都可以根據(jù)使用用戶的不同需求提供完全不同卻又十分簡(jiǎn)便的解決方案。到目前為止，世界上已經(jīng)有超過十三萬(wàn)用戶在使用CATIA這款軟件來(lái)進(jìn)行辦公，研究，學(xué)習(xí)。雖然是一款誕生于航空航天業(yè)的軟件，但是其強(qiáng)大的功能，過硬的自身素質(zhì)已經(jīng)使得CATIA獲得了幾乎所有行業(yè)的認(rèn)可，在這其中不乏一些國(guó)際知名的大品牌大企業(yè)，比如美國(guó)的波音公司，幾乎所有型號(hào)的飛機(jī)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中都使用的CATIA作為其建模分析的軟件。還有著名的汽車生產(chǎn)場(chǎng)上克萊斯勒、寶馬、奔馳等等等等，或大或小，或知名或不知名，都在無(wú)一例外的使用CATIA作為生產(chǎn)的工具，由此可見，這款軟件在制造業(yè)中所具有的舉足輕重的地位。 包括在中國(guó)，從CATIA這款軟件進(jìn)入中國(guó)的那一刻起，就已經(jīng)改變了三維建模軟件市場(chǎng)的格局，沒有競(jìng)爭(zhēng)，沒有選擇，有的只是憑借它超高的性價(jià)比替代一個(gè)又一個(gè)三維建模軟件，北至松花江，南到琉璃島，包括一汽集團(tuán)、上海大眾等等幾乎所有內(nèi)地的生產(chǎn)廠商都在一夜之間換上了CATIA，采用CATIA來(lái)研發(fā)他們的新車型，可以說，這是一場(chǎng)變革性的成果。 需要為歷史所銘記的是，在CATIA這款軟件誕生不久后，波音公司在采用CATIA進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)波音777、737等系列機(jī)型時(shí)，所采用的都是完完全全的數(shù)字模型無(wú)紙加工，這在當(dāng)時(shí)的業(yè)界內(nèi)可以稱得上是一個(gè)奇跡，人類終于又邁出了新的一步。也正是從此刻起，正式確定了CATIA在CAD/CAE/CAM行業(yè)內(nèi)的主導(dǎo)地位。除此之外，CATIA在造型風(fēng)格，車身及引擎設(shè)計(jì)等方面都具有獨(dú)特的長(zhǎng)處，為各種車輛的設(shè)計(jì)和制造提供了廣泛的支持。 除了飛機(jī)汽車這兩個(gè)巨頭產(chǎn)業(yè)之外，在摩托車行業(yè)CATIA的應(yīng)用也可以說是幾乎占領(lǐng)了100%的市場(chǎng)。為人所熟知的包括Honda、BMW、Suzuki在內(nèi)的許多國(guó)際知名摩托車生產(chǎn)廠家都是采用CATIA來(lái)研究設(shè)計(jì)他們所要的新車型。同時(shí)，CATIA也在此基礎(chǔ)上推出了電子樣機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)境系統(tǒng)使得這些廠家能夠及時(shí)響應(yīng)客戶所發(fā)出的需求，不僅促進(jìn)了企業(yè)本身的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，更提高了社會(huì)的勞動(dòng)生產(chǎn)力。 到目前為止，CATIA已經(jīng)走過了近五十個(gè)年頭，但是版本的更迭還是較為緩慢的，一方面其本身過硬的基礎(chǔ)素質(zhì)也不需要頻繁的更新，另一方面這種類型的軟件需要進(jìn)行大規(guī)模更新的話處理起來(lái)會(huì)非常復(fù)雜，因此，從1982年到1988年短短六年時(shí)間里，CATIA就相繼發(fā)布了3個(gè)版本，并與1993年發(fā)布了全新的第四代版本，也是最為廣泛使用的一個(gè)版本?，F(xiàn)如今我們所使用的CATIA V5也基本脫胎于第四代版本，簡(jiǎn)稱V4。唯一的差別在于V4需要UNIX平臺(tái)來(lái)運(yùn)行，而V5嘖可以在UNIX和Windows兩種平臺(tái)上運(yùn)行，因此，由于上世紀(jì)末期Software的迅猛發(fā)展，V5的版本已經(jīng)漸漸成為了當(dāng)今市面上的主流版本。同時(shí)，也由于V4版本本身的許多工具無(wú)法達(dá)到相應(yīng)的效果，對(duì)用戶的操作使用熟悉程度要求較高等等一系列問題，也使得V4漸漸不再受到廠商們的歡迎。 好在后來(lái)達(dá)索公司在接收到用戶的反饋報(bào)告之后，緊急研發(fā)推出了能夠適用于多種運(yùn)行平臺(tái)的V5版本，并于1994年徹底重新開發(fā)正式的CATIA V5版本，全新但更加友好的操作界面，強(qiáng)大而并不復(fù)雜的各項(xiàng)功能徹底占領(lǐng)了使用者們的內(nèi)心，可以說是開創(chuàng)了CAD/CAE/CAM軟件的歷史，我們可以看到的是，在這之后的CAD/CAE/CAM軟件大多借鑒了CATIA V5版本的成功經(jīng)驗(yàn)，以及，在未來(lái)，CAD/CAE/CAM的發(fā)展方向也是更加的趨向智能數(shù)字化，使其能夠真正適用于一個(gè)企業(yè)或產(chǎn)品的整個(gè)研發(fā)過程。 6.2 利用CATIA建立消聲器的三維模型 由上文計(jì)算可知，本設(shè)計(jì)中的消聲器進(jìn)口直徑為82mm，如圖6.1所示。 根據(jù)上文中控制氣流速度的原則，消聲器出口直徑應(yīng)大致與進(jìn)口直徑保持一致，因此在本次設(shè)計(jì)中，我們可以取出口直徑大約為76mm，如下圖所示。 根據(jù)上文分析計(jì)算的出的消聲器參數(shù)L=879mm，Dm=306mm，如圖6.3所示。 建立的催化轉(zhuǎn)換器三維數(shù)模如圖6.4所示。 建立排氣系統(tǒng)總成并布置排氣管路，總成如圖6.5所示。 d=82mm 圖6.1 消聲器進(jìn)口 圖6.2 消聲器出口 圖6.3 消聲器模型 圖6.4 催化器模型 圖6.5 排氣系統(tǒng)總成 6.3 本章小結(jié) 本章首先介紹了三維建模軟件CATIA的發(fā)展歷史及功能，隨后根據(jù)前文中計(jì)算的數(shù)據(jù)及確定的布置連接方式，繪制了消聲器、催化轉(zhuǎn)化器，以及排氣系統(tǒng)總成結(jié)構(gòu)的三維模型。 24 第7章 主要零件及裝配圖的繪制 7 主要零件及裝配圖的繪制 7.1 AutoCAD軟件簡(jiǎn)介 在機(jī)械類相關(guān)專業(yè)最基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)中，就有AutoCAD這一項(xiàng)。AutoCAD是美國(guó)Autodesk公司于1982年自主開發(fā)的一款計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，通?？梢杂糜诙S繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)等等，發(fā)展到今天已經(jīng)成為了世界上數(shù)一數(shù)二的二維圖繪制軟件。 AutoCAD的更新與CAITA相比較為頻繁，也正因此，其一直保持著與時(shí)俱進(jìn)的用戶界面風(fēng)格，或簡(jiǎn)約，或?qū)I(yè)，用戶可以根據(jù)自己不同的需求采用不同的工作界面。同時(shí)，交互性一直是AutoCAD這款軟件所著重強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)，從而能夠使得用戶在使用時(shí)不僅更加方便，易學(xué)，也容易讓用戶產(chǎn)生更加濃厚的學(xué)習(xí)興趣，探索這其中的奧秘。AutoCAD還有一點(diǎn)基礎(chǔ)又強(qiáng)大的功能則是其所具有的多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境，即使是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的人員來(lái)使用也能夠根據(jù)強(qiáng)大的交互性界面快速學(xué)會(huì)。 要想成為一款廣為人知、使用廣泛的軟件，強(qiáng)大的適應(yīng)性是必不可少的。AutoCAD就具備這樣的適應(yīng)性，它能夠無(wú)壓力的在各種操作系統(tǒng)支持的微型計(jì)算機(jī)和工作站上運(yùn)行，隨著不斷的發(fā)展，使用人員已經(jīng)能夠基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的在AutoCAD軟件上進(jìn)行二維制圖或者基礎(chǔ)的三維設(shè)計(jì)。AutoCAD具有廣泛的適應(yīng)性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計(jì)算機(jī)和工作站上運(yùn)行。 當(dāng)然，除了以上的這一些功能之外，AutoCAD還有著作為一款二維繪圖軟件最為基本也是最為優(yōu)秀的一些功能。首先是強(qiáng)大的圖形繪制功能，幾乎包含了所有設(shè)計(jì)中需要用到的圖形，結(jié)合數(shù)位板等其他工具幾乎可以繪制所有的生產(chǎn)物件的二維圖；其次是強(qiáng)大的圖形編輯功能，除了基礎(chǔ)的拉伸旋轉(zhuǎn)裁剪，還可以進(jìn)一步的進(jìn)行陣列，鏡像等等等等，圖形編輯的手段一應(yīng)俱全。由于其本身所具有的高自由度，AutoCAD還可以受用戶個(gè)人的需要進(jìn)行軟件的二次開發(fā)或者定制，在人性化這一方面幾乎無(wú)出其右者。它還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)交換能力，可以支持包括jpg、png、gif等等幾乎所有圖形格式的轉(zhuǎn)換。最后，AutoCAD能夠完美兼容多種硬件設(shè)備，支持多種操作平臺(tái)，以其強(qiáng)大的適應(yīng)性傲立于整個(gè)二維繪圖軟件的頂端。除了滿足各類用戶的需要，AutoCAD從2000版本開始，又不斷的推陳出新，從用戶需求和簡(jiǎn)化操作多方面入手，設(shè)計(jì)了ADC、MDE、Internet驅(qū)動(dòng)、新的對(duì)象捕捉等等等等一系列強(qiáng)大又極具人性化的功能，使得這款軟件已經(jīng)徹底從概念上領(lǐng)先于其他軟件，引領(lǐng)全球[14]。 7.2 主要零部件的繪制 由上文中計(jì)算的數(shù)據(jù)繪制的消聲器總成如圖7.1所示： 排氣管總成如圖7.2所示： 排氣系統(tǒng)總裝配圖如圖7.3所示： 圖7.1 消聲器總成 圖7.2 排氣管總成 圖7.3 排氣系統(tǒng)總裝配圖 7.3 本章小結(jié) 在本章中，首先主要介紹了AutoCAD軟件的發(fā)展歷史及功用，隨后繪制了主要部件消聲器結(jié)構(gòu)和排氣管路結(jié)構(gòu)的二維圖，最后繪制了排氣系統(tǒng)的總成結(jié)構(gòu)二維圖。 27 第8章 總結(jié) 8 總結(jié) 經(jīng)歷了幾個(gè)月的學(xué)習(xí)與奮斗，伴隨著即將告別的大學(xué)生活，終于在這最后的一點(diǎn)時(shí)間里，完成了本次畢業(yè)論文的撰寫部分。 我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的課題是“轎車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，在工作開始之初，尚無(wú)頭緒的我只好一邊瘋狂看書，學(xué)習(xí)他人的經(jīng)驗(yàn)，另一邊多問老師，也盡量使我少走了彎路。汽車的排氣系統(tǒng)是汽車中至關(guān)重要的一個(gè)部件，其設(shè)計(jì)的好壞能夠直接影響汽車本身的質(zhì)量，因此，在設(shè)計(jì)過程中，我也一直不敢有所松懈，盡力在每個(gè)方面都沒有遺漏。也正因此，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我充分學(xué)習(xí)到了車輛的排氣系統(tǒng)，當(dāng)然，這只能算得上是一個(gè)小小的收獲，我更多收獲的則是研究學(xué)習(xí)的方法以及認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。 28 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1]章聯(lián)萍.客車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].客車技術(shù)與研究,2005,02:25-26. 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