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为了将柴油发动机安装到汽油雪地车上而进行的发动机舱设计

要想将工业柴油发动机集成到汽油雪地车底盘上来降低噪音和减少排放,同时保持或提高速度和性能,如果不使用先进的技术就无法实现,因为这一任务需要测量十分复杂的几何形状,获取准确的基本参数和使用正确的公差。

如何改造雪地车的结构基础,以便在保持底盘结构完整性的前提下安装柴油发动机?

更换整个支撑结构、改变原厂油底壳或使用干式油底壳油系统,这些方案的成本很高且相当复杂,并可能导致潜在的可靠性问题。因此,工程师必须找到一种方法,在不改变油底壳设计的情况下,设计出一种适合工业柴油机的发动机舱(包围发动机)。为此,对当前发动机、发动机悬置和发动机舱进行测量至关重要。然而,这必须用非常精确的测量仪器来完成,因为设计中可能会涉及到许多非常小的间隙。

 

由于构成发动机舱的铝铸件有复杂的几何形状,并且形状多样,那么如何才能精确地测量这种铝铸件?

测量铸件的每一个角度和每一个表面是改造雪地车结构基础的必要工作,因为只有这样才能在保持底盘结构完整性的情况下安装发动机。工程师需要知道发动机和发动机舱之间的正确公差。不幸的是,所有这些公差都无法用传统工具精确获得。

虽然传统的测量工具在其他发展领域被证明相当有用,但当卡尺不够精确和不适用时,还有什么其他解决方案可用呢?

卡尺和传统的测量工具要么无法进入待测量表面的特定区域,要么无法为手头的任务提供足够精确的数据。由于发动机舱包含相当复杂的几何形状,因此需要一种更通用、更精确的测量解决方案来采集能够反映正确公差和适当间隙的数据,从而实现快速、高效的装配。

尽管开发的第一阶段至关重要,但这一过程可能漫长又乏味。团队如何减少设计过程中通常所需的迭代次数,并且不与其他开发阶段重叠?

用传统工具测量发动机舱复杂几何形状可能会导致复合误差,因此可能需要多次重复设计和制造,才能使所有装配部件分毫不差。为了减少设计过程中的迭代次数,首先要做的是选择正确的测量方案。这可以节省宝贵的时间,并按正常顺序进行其他开发阶段。

解决方案:高分辨率、高精度、多功能、快速的 3D 扫描技术

避免更换油底壳或使用干式油底壳系统的理想方案是为发动机设计一个支撑结构,该支撑结构在具有复杂几何形状的发动机舱中应尽可能地紧密配合。毫无疑问,3D 扫描技术是采集数据的理想解决方案,它可以反映正确的公差,并提供适当的间隙,从而实现快速、高效的装配。

精度的高低决定了工程师们面对 CAD 模型中一些细小间隙时的舒适程度和自信心,而最终发动机支撑装置完成后发现没有问题,工程师们也就送了一口气。

  

对于设计和开发团队来说,高分辨率摄像头提供的高清几何形状细节是非常重要的特性。扫描质量至关重要,这样才能看清扫描的部件表面和实际表面之间的差异。

先进的光学技术和无限的扫描量成就了扫描仪的多功能特性。因此,3D 扫描仪可以测量任何尺寸、形状、材质、表面粗糙度和复杂程度的零部件。速度通过网格即时生成的特性呈现,生成的网格已经过简化和处理,可以无缝集成到 CAD 或 3D 打印软件中。

HandySCAN 3DGo!SCAN 3D 这样的计量级 3D 扫描仪以及 VXModel 和 Polyworks 软件平台都是这些高分辨率、精确、多功能和快速扫描解决方案的典范。

优势:凭借高分辨率、高精度、多功能性和速度,将柴油发动机安装到汽油雪地车上的挑战可以在预算内按时完成

除了这是一次环保的改造外,工程师在测试他们的新设计时得到的不同结果也是进一步验证了他们的成功。3D 扫描技术带来了以下优势,所有这些优势对于要想在环保雪地车比赛中胜出的团队来说都必不可少:

  • 安全稳固的设计
    3D 扫描的精度是柴油雪地车实现安全稳固设计的一个重要因素。由于 3D 扫描仪和“扫描到 CAD”技术能产生可靠的结果,工程师们能够知道发动机和发动机舱之间的正确公差。这样一来,他们就可以放心地改造雪地车的结构基础来安装发动机。他们知道,他们永远不会破坏底盘的结构完整性。
  • 优化的设计流程
    由于 3D 扫描仪可以在整个表面(而不仅仅是一些离散的点)采集大量数据,无需编程或表面处理准备,因此设计师和工程师可在设计过程中最大限度地减少装配部件的设计(和制造)所需的迭代次数,从而节省时间。
  • 性能更优
    人们可能会认为,改造雪地车的结构基础以限制噪音和减少排放是以牺牲速度和性能为代价的。得益于工程师们的聪明才智,在 3D 扫描仪的帮助下,他们可以测量形状和轮廓各异的复杂几何零部件,这使他们离目标又更近了一步。借助 3D 扫描仪,工程师和设计师现在能够对之前无法测量的零部件进行调整,从而提高了雪地车的性能和稳固性。

 

Clarkson SAE 环保雪地车团队包括大约 20 名来自工程体验和设计学生项目的学生,他们主修不同的本科专业。他们的最近项目是在一年内设计并制造出一辆柴油雪地车,这是一项壮举。在 Polaris Industries 公司的赞助下,该团队收到了一辆 2020 年产的 Polaris Titan Adventure 车的底盘来开始他们的改造项目。重新设计工作还涉及到选择一个新的柴油发动机:卡特彼勒 C1.1 升 3 缸 4 冲程柴油机。底盘随后运往蒙特利尔,在那里,Creaform 计量服务部门(作为赞助商)对发动机舱进行了 3D 扫描和 SolidWorks 建模。

“如果 Creaform 没有对发动机舱进行 3D 扫描,或者如果 Clarke Powered Solutions 没有提供发动机的 step 文件,我们团队就不能完成这个项目。模型的几何形状非常精确,这使得制造出来的雪地车在几个小间隙处也满足严格的公差要求,”Clarkson SAE 环保雪地车项目负责人 Shawn Schneider 说。

Clarkson SAE 环保雪地车团队在今年早些时候刚从密歇根理工大学归来,他们在一年一度的 SAE 环保雪地车挑战赛中获得了柴油动力类第一名的好成绩。 “如果不对发动机舱进行扫描,我们几乎不可能完成这件事,”Schneider 先生补充道。

在 2025 年需要新的底盘之前,该团队现在可以继续为他们接下来的四场比赛在 CAD 中开发和改进他们的稳固设计。在拥有可靠的结构基础的情况下,该团队势必能在未来挖掘创意和实现创新。

 

  

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