4110柴油機(jī)連桿設(shè)計(jì)及有限元分析【說(shuō)明書(shū)+CAD】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)(論文)題目: 4110柴油機(jī)連桿設(shè)計(jì)及有限元分析
院 系 名 稱: 汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車(chē)輛工程07-10班
學(xué) 生 姓 名: 高 衡
導(dǎo) 師 姓 名: 朱榮福
開(kāi) 題 時(shí) 間: 2011-3-1
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn):
簽字: 年 月 日
開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)要求
一、“開(kāi)題報(bào)告”參考提綱
1. 課題研究目的和意義;
2. 文獻(xiàn)綜述(課題研究現(xiàn)狀及分析);
3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題;
4. 技術(shù)路線或研究方法;
5. 進(jìn)度安排;
6. 主要參考文獻(xiàn)。
二、“開(kāi)題報(bào)告”撰寫(xiě)規(guī)范
請(qǐng)參照《黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及畢業(yè)論文撰寫(xiě)規(guī)范》要求。字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上,文字要精練通順,條理分明,文字圖表要工整清楚。
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
高 衡
系部
汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車(chē)輛工程07-10
指導(dǎo)教師姓名
朱榮福
職稱
講師
從事
專業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
4110柴油機(jī)機(jī)連桿設(shè)計(jì)及有限元分析
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1.課題研究現(xiàn)狀
隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展,汽車(chē)工業(yè)也得到飛速提高,國(guó)內(nèi)近幾年汽車(chē)產(chǎn)量和銷(xiāo)量如下表:
年度
總產(chǎn)量
總銷(xiāo)量
乘用車(chē)
商用車(chē)
產(chǎn)量
銷(xiāo)量
產(chǎn)量
銷(xiāo)量
05年
570.77
575.82
393.07
397.11
177.7
178.71
06年
727.97
721.60
523.31
517.59
204.16
204.0
07年
528.32
517.0
378.0
368.0
158.0
149.0
汽車(chē)產(chǎn)量和保有量的迅速增長(zhǎng)導(dǎo)致了石油能源需求的矛盾加劇,使中國(guó)成為了石油進(jìn)口大國(guó),每年需進(jìn)口石油總產(chǎn)量的百分之三十。2004年中國(guó)進(jìn)口了1.23億噸原油和4000萬(wàn)噸成品油,共花了420億美元,以后將會(huì)逐年增加。柴油車(chē)得平均油耗要低于汽油車(chē)百分之三十。一輛3.2升奔馳E級(jí)柴油車(chē)平均耗油為7.5升,僅相當(dāng)于國(guó)內(nèi)排量1.4升汽油車(chē)的能源消耗。所以在發(fā)達(dá)國(guó)家,重型車(chē)使用柴油機(jī)占百分之百,轎車(chē)比例日益上升。2004年,歐盟新注冊(cè)的轎車(chē)中,柴油機(jī)占48.4﹪,其中法國(guó)69﹪,德國(guó)44﹪;連不太推崇柴油車(chē)的美國(guó)2004年注冊(cè)的柴油轎車(chē)也占6.1﹪。而在中國(guó)由于各方原因,2004年的乘用車(chē)銷(xiāo)量中柴油汽車(chē)僅占1.2﹪,普較占0.6﹪。
轎車(chē)使用柴油機(jī)已成為發(fā)展潮流,我國(guó)商用車(chē)按噸位3.5以上為重型,3.5以下為輕型車(chē)。目前重車(chē)基本應(yīng)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī),而輕型車(chē)配柴油機(jī)只占33﹪。據(jù)統(tǒng)計(jì),2008年國(guó)內(nèi)柴油市場(chǎng)達(dá)到190萬(wàn)臺(tái)規(guī)模。其中40萬(wàn)臺(tái)重型柴油機(jī),27萬(wàn)臺(tái)中、輕型柴油機(jī),比06年增加8﹪。
轎車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)占比例雖然小,但轎車(chē)總量大,且柴油機(jī)品種在逐步增加,如捷達(dá)SD1發(fā)動(dòng)機(jī)、寶來(lái)1.9升TD1發(fā)動(dòng)機(jī)都是柴油機(jī)。近年玉柴研制出YC4V、YC6L-40都可達(dá)到歐Ⅲ或歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。云內(nèi)柴油機(jī)同長(zhǎng)城哈佛、奇瑞瑞虎配套。大眾柴油機(jī)向奔馳集團(tuán)年供12萬(wàn)臺(tái)。還有一大批新款歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)柴油機(jī)正在研制之中。
2.選題背景、意義
內(nèi)燃機(jī)自十九世紀(jì)后期出現(xiàn)以來(lái),經(jīng)過(guò)一百多年的不斷研究和改進(jìn),已經(jīng)發(fā)展到比較完善的程度,它以熱效率高、功率和轉(zhuǎn)速范圍寬廣、比重量較小的優(yōu)點(diǎn),在動(dòng)力機(jī)械中占有極其重要的地位,廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事裝備的各個(gè)領(lǐng)域。
連桿是內(nèi)燃機(jī)中的重要的傳動(dòng)零件之一,其作用是連接活塞與曲軸,將作用在活塞上的力傳給曲軸,使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),對(duì)外輸出做功。連桿小端工作時(shí)作往復(fù)運(yùn)動(dòng),大端作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),桿身作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng),因此連桿的受力情況十分復(fù)雜。連桿是內(nèi)燃機(jī)中承受負(fù)荷最嚴(yán)重的零件之一,工作時(shí)同時(shí)承受著活塞傳來(lái)的氣體壓力、往復(fù)慣性力和它本身擺動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力的作用,這些力的大小和方向周期性變化。在長(zhǎng)期使用中,連桿會(huì)因活塞的劇烈推力和曲軸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)等因素,出現(xiàn)彎曲和扭曲現(xiàn)象。連桿一旦出現(xiàn)彎曲和扭曲,除了會(huì)使活塞拉缸外,還會(huì)致使活塞、氣缸、曲軸等機(jī)件出現(xiàn)不正常磨損,并很容易引起疲勞破壞而斷裂,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障,直接關(guān)系到使用人的安全,造成極嚴(yán)重的后果。
以往,連桿的的制造以鑄造法和鍛造法為主;20世紀(jì)80年代以來(lái),由于采用粉末鍛造法大批量生產(chǎn)的粉鍛連桿具有力學(xué)性能優(yōu)、尺寸精度高、質(zhì)量較輕及質(zhì)量偏差很小等特點(diǎn),因而相繼在發(fā)達(dá)國(guó)家快速發(fā)展,逐漸取代鑄造和鍛造連桿。而高密度燒結(jié)法制造連桿也快速發(fā)展,并具有良好的力學(xué)性能。
現(xiàn)今隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是各種分析軟件的日益成熟,在發(fā)動(dòng)機(jī)研制開(kāi)發(fā)過(guò)程中,對(duì)其零部件進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬已成為輔助設(shè)計(jì)的重要手段。目前,有限元法已日趨成熟實(shí)用,所應(yīng)用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。有限元方法是近似求解一般連續(xù)問(wèn)題的數(shù)值方法,它最先應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析,很快就廣泛應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場(chǎng)、流體力學(xué)等連續(xù)問(wèn)題。對(duì)于一個(gè)連續(xù)體的求解問(wèn)題,有限元法的實(shí)質(zhì)就是將具有無(wú)限多個(gè)自由度的連續(xù)體,理想化為只有有限個(gè)自由度的單元集合體,單元之間僅在節(jié)點(diǎn)處向連續(xù),從而使問(wèn)題簡(jiǎn)化為適合于數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)型問(wèn)題,工程設(shè)計(jì)人員使用這些系統(tǒng),就可以高效而正確合理地確定最佳設(shè)計(jì)方案。此方法已成為工程技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的的一個(gè)強(qiáng)有力的計(jì)算分析工具,其在發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的設(shè)計(jì)分析中的應(yīng)用亦有了很大的進(jìn)展。連桿在工作中所受的各種外載荷復(fù)雜且做周期性變化,而且,即使是同一類(lèi)型的連桿,連桿與連桿之間的物性參數(shù)、幾何形狀也存在差異,因此,在分析連桿的應(yīng)力和應(yīng)變時(shí),要考慮這些不確定的因素,才能得到更符合實(shí)際的結(jié)果。這就需要用到采用傳統(tǒng)材料力學(xué)公式使得計(jì)算的結(jié)果更為精確的有限元方法對(duì)連桿進(jìn)行三維應(yīng)力應(yīng)變分析,以研究其在不同情況下的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)及危險(xiǎn)部位。
3.研究目的
柴油機(jī)是目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的各種動(dòng)力機(jī)械中熱效率最高、能量利用率最好、最節(jié)能的機(jī)型。柴油機(jī)行業(yè)的發(fā)展對(duì)我國(guó)工業(yè)車(chē)用柴油機(jī)的發(fā)展越來(lái)越受到重視,成為柴油機(jī)行業(yè)增長(zhǎng)速度最快的行業(yè),也是我國(guó)大力發(fā)展的一個(gè)行業(yè)。車(chē)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)按其配套車(chē)型可分為貨車(chē)柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)和客、轎車(chē)用柴油機(jī)市場(chǎng)兩大類(lèi)。當(dāng)前柴油發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)重點(diǎn)角逐的市場(chǎng)是輕型載貨車(chē)柴油機(jī)市場(chǎng)和客、轎車(chē)柴油機(jī)市場(chǎng)。 但是,由于受各種因素的影響,我國(guó)的柴油機(jī)研究還是落后于世界先進(jìn)水平。經(jīng)歷多年的市場(chǎng)實(shí)踐,國(guó)內(nèi)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已不再滿足于憑借引進(jìn)產(chǎn)品獲得市場(chǎng)上的暫時(shí)領(lǐng)先,而認(rèn)識(shí)到核心技術(shù)是最關(guān)鍵的,只有通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收的途徑,自己掌握了核心技術(shù),企業(yè)才會(huì)有發(fā)展后勁并獲得可持續(xù)發(fā)展的條件。隨著我國(guó)汽車(chē)事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,作為汽車(chē)配套中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié),柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展瓶頸已日益凸顯。因此,必須研發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的柴油機(jī),以提高我國(guó)汽車(chē)制造的國(guó)產(chǎn)率。
發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的研究是一個(gè)很復(fù)雜的、很有前景的研究領(lǐng)域,有很多需要完善和提高的地方。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿精確的分析,可以為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)提供可靠的相關(guān)數(shù)據(jù)和理論依據(jù),縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)、改進(jìn)的周期和成本,提高其可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
2、 設(shè)計(jì)(論文)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1.基本內(nèi)容
[1]確定發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù).
[2]對(duì)連桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和受力分析.
[3]對(duì)連桿各部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算.
[4]應(yīng)用Pro/E軟件建立三維立體模型.
[5]應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)連桿進(jìn)行有限元分析.
2. 擬解決的主要問(wèn)題
[1]為滿足應(yīng)力對(duì)連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì).
[2]應(yīng)用ANSYS對(duì)其進(jìn)行邊界條件限制、受力分析..
三、技術(shù)路線(研究方法)
完成圖紙,設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)連桿進(jìn)行有限元分析
繪制連桿總裝配圖
利用PRO/E軟件建立三維立體模型
確定發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)
調(diào)研和查閱相關(guān)資料
連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
連桿尺寸計(jì)算
連桿運(yùn)動(dòng)、受力、結(jié)構(gòu)分析
4、 進(jìn)度安排
第1-2周 選題,領(lǐng)取任務(wù)書(shū),調(diào)研,搜集資料,撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告;
第3~5周 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)連桿結(jié)構(gòu)、計(jì)算連桿尺寸;
第6~8周 繪制連桿總裝配草圖,中期答辯;
第9~13周 利用PRO/E建立三維立體模型.結(jié)合ANSYS對(duì)模型進(jìn)行有限元分析,并撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū);
第14周 完善設(shè)計(jì)并提交指導(dǎo)教師審核;
第15-16周 更改并最終完成設(shè)計(jì),準(zhǔn)備答辯;
第17周 畢業(yè)答辯。
五、參考文獻(xiàn)
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[10]譚繼錦 汽車(chē)有限元法[M].人民交通出版社,2005
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六、備注
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