4.摩托车发动机数字化设计
摩托车发动机热机部分输出动力，传动部分将动力输出到后轮，通过变速比的调整将发动机工况与整车运行状态相匹配。同时，发动机不但排出污染物，而且是摩托车的主要噪声源和振动激励源。作为摩托车最重要的总成，发动机直接决定着摩托车整车的动力性能、排放指标和NVH（振动噪声舒适性）水平。
4.1发动机产品特点：
从结构设计的角度出发，发动机产品具有以下特点：
1)排量范围广、结构类型和动力特性多样化：摩托车发动机排量分布在50~1900ml之间，从二冲程到四冲程；从风冷、油冷到水冷；从立式到卧式；从单缸、双缸到四缸；从两气门、三气门、四气门到五气门；从有档变速到无级变速；从输出轴直接传动、链传动到轴传动等等，不同组合构成了不同结构形式和动力特性的发动机以匹配不同类型的摩托车整车。
2)发动机内部结构布置紧凑：由于摩托车整车尺寸的限制，发动机布置空间有限，一般的，不同于汽车发动机，摩托车发动机不设独立的传动箱，而是将热机部分和传动部分统一地设计到机体内。图6所示为一250ml、水冷、四气门、立式发动机的内部结构3D装配模型，主要包括活塞连杆曲柄、顶置凸轮配气机构、平衡轴、五档变速、换档操纵、片式湿式离合器、电起动、磁电机等机构，装配关系复杂，空间布置紧凑。
图6：水冷发动机内部结构及机体组
图7： V型双缸发动机润滑及冷却系统
3)发动机机体组结构复杂：机体组包括气缸盖罩、气缸盖、气缸体、曲轴箱和曲轴箱盖等零部件，如图6所示。机体组不但要提供发动机内部结构的安装位置和运动空间，还要通过润滑油路和冷却水路将润滑系统和冷却系统联通一起，图7所示为250ml、V型双缸、水冷发动机的润滑系统和冷却系统布置图。
4)发动机具有美学功能：摩托车发动机部分或全部地裸露在外，作为整车造型的一部分，还具有强烈的美学功能，外观设计是发动机设计的重要组成部分，如图8所示。
图8：发动机外观效果图设计及三维模型
4.2摩托车发动机创新设计流程
设计所形成的摩托车发动机全新设计流程与整车全新设计流程各有侧重，见表2所示
表2：摩托车发动机全新设计流程
4.3利用UG NX建立发动机虚拟模型有以下特点：
1)建立准确的零件3D模型是发动机设计的基础
发动机零件结构复杂，特别是机体组零件必须建立准确的3D模型，为CAM提供准确的产品数据来源。曲轴箱体、曲轴箱盖主要支撑曲轴、传动轴、平衡轴、起动轴等传动部件，并且提供其运动回转空间，是表面形状复杂的薄壁压铸零件，具有凸台、凹台、圆柱、孔等标准特征多的特点。通过对产品特征进行合理分解，灵活应用UG NX的成型特征和特征操作，按照循序渐进的方法就可以完成。图9所示为典型发动机曲轴箱三维模型：
图9：典型发动机曲轴箱三维模型
气缸盖是发动机最为复杂的机体零件，在相对较小的体积上，要布置有燃烧室、进排气道、气门驱动机构、润滑油道、火花塞等零部件。随着多气门技术和水冷技术的大量应用，更是增加
了缸盖的复杂程度。在建模过程中，除了将产品特征合理分解外，还需要利用曲面建模功能构建燃烧室、气道和冷却水套的3D模型，如图10所示。在零件建模过程中要确立\面向制造\的设计理念，充分考虑模具设计、工艺制造的应用要求，不能忽视拨模角特征。
图10：典型发动机气缸盖及相关零部件装配三维模型
2)采用装配环境下的零件3D建模和修改保证了复杂装配关系的准确发动机设计
发动机设计一般采用自底向上，由零件到部件的设计方法。机体是发动机装配的基础，机体零件要在统一的整机坐标系下进行3D建模，从建模开始就要随时检查和调整缸头与缸体之间、左右曲轴箱之间、曲轴箱与曲轴箱盖之间结合面的数据，保证其一致性。内部运动结构件可以在各自独立坐标系下建模，然后按照匹配关系装配到整机中。UG NX采用虚拟装配模式，对零部件部件的三维模型进行装配引用，在保持了零部件在装配模式和建模模式下的数据相关性的同时，有效地提高了装配设计的效率。零部件在装配环境中除了进行装配分析、静干涉检查外，还必须进行动干涉检查，例如：连杆在回转过程中与活塞、缸体和曲轴箱的干涉检查。利用三维模型可以方便地分析重要物理参数，如零件质量、惯性矩、离心力和燃烧室容积等用于设计计算，同时便于在其基础上进行CAE/CFD分析。
3)UG NX灵活多样的编辑功能很好地满足了零件模型调整、修改的需要发动机创新设计需要对参考样机、数据库借用结构等进行再设计，因此UG NX的特征编辑功能很重要。发动机成型特征一般是以二维曲线为基础进行拉伸或旋转形成。UG NX提供了灵活的曲线生成和编辑功能，根据需要曲线即可以完全参数化，也可以非参数化。通过修改或替换曲线可将成型特征进行重塑，而保持在之后的特征不变，特别有利于数据模型的设计修改。特别地，UG NX提供的设计特征的重新排序和将既往特征设为当前特征的功能，可以大量节省模型更改时间。
4)2D工程图是发动机设计的重要组成部分
由于发动机的内部结构、力学特性、热力循环过程等都比较复杂，名义尺寸精度、形位公差和配合等级直接影响到发动机的力学性能和燃烧过程。发动机的2D工程图依然是产品试制和生产的重要数据依据，同时也是设计的重点和难点。利用UG NX的工程图功能可以灵活、方便地对3D零件和组件模型进行多角度和多方位的投影和剖切，以满足设计意图的表达需要。然后，根据已形成的2D设计规范，进行零部件的尺寸、公差、表面粗糙度等标注，同时标明材料、热处理等技术要求。UG NX提供了易于与Auto CAD进行数据交换的接口，满足了实际设计需要。
4.4发动机创新设计成功案例
5.结论
1)UG NX很好地满足了既包含复杂的外部形状又涉及复杂的内部结构的摩托车产品三维建模和虚拟装配的设计需要。设计所经过十多年总结出的建模经验已经融入到设计规范中，设计人员能够随心所欲地实现各种复杂的设计特征，从而将更多的精力投入到产品的创新设计中。 2)三维虚拟产品设计不仅为提高设计数据的精确性提供了重要手段，而且实现了与模具厂的无缝结合，提高了模具制造的准确性和制造速度。数字化产品数据库的不断扩充和完善，为创新设计提供了大量的参考数据并且经过调整后可以快速应用到新产品设计当中。
3)UG NX提供了CAD/CAE集成环境，其独具特色的模型简化和网格划分功能弥补了专用CAE分析软件建模能力的欠缺，并且能够快速反应设计变更, 特别是针对复杂结构，更体现出其优越性。UG NX易于快速普及和提高CAE技术的应用水平，特别适宜于CAD建模经验丰富的设计人员使用。
4)实践证明设计所建立的以逆向设计为基础、以正向设计为主导的新产品创新设计流程适宜于高效率、高质量地开发具有自主知识产权的摩托车新产品。在设计过程中引入市场、装配、生产、制造等需求，对于缩短设计周期、成功开发新产品具有重要意义。