開題報告-某汽油機曲軸飛輪組設(shè)計

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1、 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 論文題目 某汽油機曲軸飛輪組設(shè)計 專業(yè)班級 姓 名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 填表日期 2013年3月7日 二〇一三 年 三月 姓 名 開題時間 2013. 3 學(xué) 制 本科四年 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 論文題目 某汽油機

2、曲軸飛輪組設(shè)計 導(dǎo)師組長 開題報告內(nèi)容： 1. 設(shè)計（或研究）的依據(jù)與意義 近年來隨著社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟體制和規(guī)模發(fā)生了很大改變，交通運輸以及城鄉(xiāng)物流業(yè)的迅速發(fā)展，使中小功率汽油機銷量持續(xù)上升。由于不受爆燃的限制以及汽油自燃的需要，汽油機壓縮比很高。熱效率和經(jīng)濟性都要好于汽油機，同時在相同功率的情況下，汽油機的扭矩大，最大功率時的轉(zhuǎn)速低，因此，汽油機在配套使用中將更進一步顯示出其優(yōu)越性。到目前為止，汽油機也已成為一種排放清潔、節(jié)省能源的動力。在歐洲，汽油車銷量已占汽車總銷量的40%多，美國市場的汽油車銷量也在逐漸增加。目前我國農(nóng)用車行業(yè)內(nèi)外環(huán)境，包括社會認識、市場供求關(guān)系、產(chǎn)品和

3、制造技術(shù)，都發(fā)生了許多新的變化。農(nóng)用車是我國一個特色的運輸車品種，其投資少、運輸能力強、產(chǎn)出大，正好滿足建設(shè)節(jié)約型社會、提高資源使用效率的需求，從整個國家來講，具有長遠的戰(zhàn)略意義。目前我國中東部地區(qū)對農(nóng)用車仍然大量需要，并且西部經(jīng)濟有待進一步發(fā)展的地區(qū)隨著發(fā)展農(nóng)民收入的增加，潛在的市場非常大，農(nóng)村運輸工具的不足帶動了輕型和低速載貨汽車的發(fā)展，而汽油機車的經(jīng)濟性拉動了輕型汽油汽車的迅速發(fā)展，以及在農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和國家政策的調(diào)整潮流下，國內(nèi)小型農(nóng)用工程機械市場前景非常好，產(chǎn)銷量迅趨火爆，發(fā)展前景廣闊。 本次設(shè)計的汽油機，轉(zhuǎn)速為2200r/min，12h標(biāo)定功率26KW。由于該汽油機比3、4缸汽油機

4、氣缸數(shù)量少，轉(zhuǎn)速較低，因此發(fā)動機慣性較小，機械負荷降低，平衡振動較小，噪聲降低；工作頻率較小，活塞、氣缸蓋、氣缸套、排氣門等零件熱負荷降低；摩擦損失減小，機械效率上升，發(fā)動機壽命增加。因此該汽油機完全可以滿足農(nóng)用運輸以及工程機械要求，發(fā)展前景十分廣闊。 2. 國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）的概況綜述 曲軸是在不斷變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)慣性力以及它們的力矩（轉(zhuǎn)矩和彎矩）共同作用下工作的，使曲軸既受扭轉(zhuǎn)又受彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。設(shè)計曲軸時，應(yīng)保證它有盡可能高的彎曲和扭轉(zhuǎn)強度。曲軸各軸頸在很高的比壓下以很大的相對速度在軸承中相對滑動，由于曲軸運轉(zhuǎn)工況變化劇烈，有時不能保證液體潤滑，使曲軸壽命

5、大大降低。所以設(shè)計曲軸時要使其摩擦表面耐磨。目前，美國、德國、日本等汽車工業(yè)發(fā)達國家都正致力于開發(fā)綠色環(huán)保高性能發(fā)動機，傳統(tǒng)的曲軸材料和制造工藝已無法滿足其功能要求。這些汽車工業(yè)發(fā)達國家對曲軸加工十分重視，并不斷改進曲軸加工工藝。而國內(nèi)目前在曲軸料、加工技術(shù)等方面十分落后，但隨著中國加入WTO國內(nèi)一些曲軸生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識到形 勢的緊迫性，為了提高產(chǎn)品競爭力，引進了許多先進的設(shè)備和技術(shù)，使國內(nèi)的曲軸生產(chǎn)水平有了很大的提高，但總體上仍落后于日本和西方發(fā)達國家。 1）材料 曲軸材料有三種：中碳鋼、合金鋼和球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀。并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可采用各種

6、熱處理和表面強化處理來提高抗疲勞強度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)質(zhì)鋼曲軸成本的1/3左右，因此在國內(nèi)外得到了泛的應(yīng)用。 本次設(shè)計的汽油機就采用球墨鑄鐵作為曲軸的材料。 2）機械加工技術(shù) 目前國內(nèi)的曲軸生產(chǎn)廠家多采用普通機床加工，生產(chǎn)效率和自動化程度較低。國外一些發(fā)達國家早已采用專用機床組成的自動化生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。本次設(shè)計的汽油機曲軸將采用專用機床來提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 3）熱處理和表面強化處理技術(shù)，曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強化處理。球墨鑄鐵曲軸一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝。國外一些球墨鑄鐵曲軸采用滾壓工藝與離子氮化進行復(fù)合強化，可使整個曲軸的抗疲勞強度提

7、高130%以上。本次設(shè)計的汽油機曲軸將采用圓角滾壓強化的氮化處理來提高曲軸的抗疲勞強度。 飛輪的作用是調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速變化，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。飛輪的關(guān)鍵尺寸是外徑，對于灰鑄鐵飛輪，圓周速度不要超過35～50m/s否則容易造成由于離心力過大，材料的抗拉不足而使飛輪損壞及材料碎裂飛出的事故。本次設(shè)計的汽油機飛輪采用灰鑄鐵材料。 3. 課題設(shè)計（或研究）的內(nèi)容 1）整機性能指標(biāo)與結(jié)構(gòu)參數(shù)選取 整機主要性能指標(biāo)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與論證。 2）專題設(shè)計 繪制曲軸、主軸承、飛輪等零件圖并說明其設(shè)計思想。 3）編程計算 飛輪設(shè)計計算。 4. 設(shè)計（或研究）方法 在設(shè)計過程中，要查閱相關(guān)書籍資料和各種相

8、關(guān)期刊，以及有關(guān)395型汽油機及其它機型汽油機的相關(guān)知識，并了解一下國外該機型的一些主要參數(shù)以及基本要求，從而確定自己的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)在設(shè)計過程中，要與小組成員一起經(jīng)過仔細討論，確定主要零部件的結(jié)構(gòu)方案，進行總體布置設(shè)計?？傮w方案確定后即可進行主要零部件的初步設(shè)計，從而保證設(shè)計的各個部件能夠順利組裝。 （1）了解當(dāng)前國內(nèi)外進行內(nèi)燃機零件設(shè)計時使用的方法與手段，以及內(nèi)燃機零件設(shè) 計的發(fā)展與動向。尤其是了解在內(nèi)燃機關(guān)鍵零件曲軸的設(shè)計方面有哪些經(jīng)驗與技術(shù)。了解當(dāng)前應(yīng)用廣泛的機械零部件三維設(shè)計軟件如CATIA, UGS，Pro/e與Solidworks等。 （2）根據(jù)提供的發(fā)動機技術(shù)參數(shù)設(shè)計曲軸

9、與飛輪組各零件尺寸、使用的材料。 （3）用三維設(shè)計軟件對曲軸飛輪組所有零件進行三維建模：包括整體式曲軸（全支承），曲軸前端的正時齒輪、皮帶輪、甩油盤等，扭轉(zhuǎn)減振器，飛輪及其齒圈等。對各組件進行虛擬電子裝配。 （4）對曲軸的受力情況與動平衡進行分析與計算，并根據(jù)計算結(jié)果對其進行結(jié)構(gòu)造型設(shè)計與改進，描述曲軸的生產(chǎn)加工特點及加工方式，了解其生產(chǎn)工藝，驗證設(shè)計的合理性。 （5）總結(jié)并得出結(jié)論。 5.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 3.1本課題要研究或解

10、決的問題 (1)完成發(fā)動機曲軸飛輪組連桿機構(gòu)進行運動學(xué)動力學(xué)分析和曲軸組的工作載荷的計算和分析； (2)對發(fā)動機曲軸的主軸頸、連桿軸頸、曲軸飛輪組臂、潤滑油通道、平衡重及曲軸兩端等進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.2完成發(fā)動機曲軸的強度分析，并用計算機繪制出零件圖； 3.2.2 擬采取的研究方法 （1）文獻研究法 文獻研究法是根據(jù)一定的研究目的或課題，通過調(diào)查文獻來獲得資料，從而全面地、正確地了解掌握所要研究問題的一種方法。文獻研究法被子廣泛用于各種學(xué)科研究中。 （2）傳統(tǒng)的內(nèi)燃機工作機構(gòu)運動學(xué)、動力學(xué)分析方法主要有圖解法和解析法。現(xiàn)代設(shè)計理論和方法是動態(tài)發(fā)展的，從狹義來說是為設(shè)計而建立的各種數(shù)

11、學(xué)模型及求解這些模型的技術(shù)。它在內(nèi)燃機產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用的范圍十分廣泛，主要有優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、計算機輔助設(shè)計、多剛體動力學(xué)分析、計算機輔助工程熱力學(xué)分析等。 （1）技術(shù)參數(shù) 序號 工作過程計算參數(shù) 單位 數(shù)量 備注 1 設(shè) 計 指 標(biāo) 標(biāo)定有效功率 kW 100 2 標(biāo)定轉(zhuǎn)速 r/min 6500 3 標(biāo)定最大扭矩 Nm 165 4 設(shè)計最大扭矩轉(zhuǎn)速 r/min 5000 5 最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 r/min 700 6 缸徑 m 0.085 7 沖程 m 0.088 8 壓縮比

12、 10 9 缸數(shù) 4 10 燃料 汽油 參考文獻： (1)《汽車發(fā)動機設(shè)計》，陸際清主編，北京：清華大學(xué)出版社 (2)”Internal Combustion Engine Fundamentals”, John B. Heywood, Mcgrow-Hill,inc. (3)《內(nèi)燃機構(gòu)造》，林波，李興虎主編，北京：北京大學(xué)出版社，2008年8月 (4)《內(nèi)燃機學(xué)》，周龍保主編，北京：機械工業(yè)出版社，2005年1月 (5)《汽車發(fā)動機原理》，吳建華 主編，北京：

13、機械工業(yè)出版社，2005年7月 (6)《內(nèi)燃機設(shè)計》，袁兆成主編， 北京：機械工業(yè)出版社，2012年1月 指導(dǎo)教師（導(dǎo)師組）意見： 簽 名： 年 月 日 審查小組意見： 審查小組負責(zé)人（簽 名）： 年 月 日 備注： 1、 要有10篇以上相關(guān)文章的閱讀量。 2、 理、工科開題報告撰寫要求在2500字左右，人文社科開題報告在3500字左右，包括論文選題的背景和意義、工作任務(wù)分析、調(diào)研報告、方

14、案擬定與分析、畢業(yè)論文撰寫提綱及實施計劃、文獻綜述（理、工科可不提交文獻綜述）等。 3、 電腦打印，用A4紙，內(nèi)容為小四號宋體，行距為固定值20磅。 4、 文獻綜述（按文獻綜述格式打印）附在開題報告后面一起裝訂。 文獻綜述內(nèi)容： 1.選題背景及意義 近年來隨著社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟體制和規(guī)模發(fā)生了很大改變，交通運輸以及城鄉(xiāng)物流業(yè)的迅速發(fā)展，使中小功率汽油機銷量持續(xù)上升。由于不受爆燃的限制以及汽油自燃的需要，汽油機壓縮比很高。熱效率和經(jīng)濟性都要好于汽油機，同時在相同功率的情況下，汽油機的扭矩大，最大功率時的轉(zhuǎn)速低，因此，汽油機在配套使用中將更進一步顯示出其優(yōu)越性。到目前為止，汽油機也已成

15、為一種排放清潔、節(jié)省能源的動力。在歐洲，汽油車銷量已占汽車總銷量的40%多，美國市場的汽油車銷量也在逐漸增加。目前我國農(nóng)用車行業(yè)內(nèi)外環(huán)境，包括社會認識、市場供求關(guān)系、產(chǎn)品和制造技術(shù)，都發(fā)生了許多新的變化。農(nóng)用車是我國一個特色的運輸車品種，其投資少、運輸能力強、產(chǎn)出大，正好滿足建設(shè)節(jié)約型社會、提高資源使用效率的需求，從整個國家來講，具有長遠的戰(zhàn)略意義。目前我國中東部地區(qū)對農(nóng)用車仍然大量需要，并且西部經(jīng)濟有待進一步發(fā)展的地區(qū)隨著發(fā)展農(nóng)民收入的增加，潛在的市場非常大，農(nóng)村運輸工具的不足帶動了輕型和低速載貨汽車的發(fā)展，而汽油機車的經(jīng)濟性拉動了輕型汽油汽車的迅速發(fā)展，以及在農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和國家政策的調(diào)整潮

16、流下，國內(nèi)小型農(nóng)用工程機械市場前景非常好，產(chǎn)銷量迅趨火爆，發(fā)展前景廣闊。 本次設(shè)計的2110汽油機，轉(zhuǎn)速為2200r/min，12h標(biāo)定功率26KW。由于該汽油機比3、4缸汽油機氣缸數(shù)量少，轉(zhuǎn)速較低，因此發(fā)動機慣性較小，機械負荷降低，平衡振動較小，噪聲降低；工作頻率較小，活塞、氣缸蓋、氣缸套、排氣門等零件熱負荷降低；摩擦損失減小，機械效率上升，發(fā)動機壽命增加。因此該汽油機完全可以滿足農(nóng)用運輸以及工程機械要求，發(fā)展前景十分廣闊。 2. 國內(nèi)外研究概況 曲軸是在不斷變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)慣性力以及它們的力矩（轉(zhuǎn)矩和彎矩）共同作用下工作的，使曲軸既受扭轉(zhuǎn)又受彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。設(shè)計曲軸

17、時，應(yīng)保證它有盡可能高的彎曲和扭轉(zhuǎn)強度。曲軸各軸頸在很高的比壓下以很大的相對速度在軸承中相對滑動，由于曲軸運轉(zhuǎn)工況變化劇烈，有時不能保證液體潤滑，使曲軸壽命大大降低。所以設(shè)計曲軸時要使其摩擦表面耐磨。目前，美國、德國、日本等汽車工業(yè)發(fā)達國家都正致力于開發(fā)綠色環(huán)保高性能發(fā)動機，傳統(tǒng)的曲軸材料和制造工藝已無法滿足其功能要求。這些汽車工業(yè)發(fā)達國家對曲軸加工十分重視，并不斷改進曲軸加工工藝。而國內(nèi)目前在曲軸材料、加工技術(shù)等方面十分落后，但隨著中國加入WTO國內(nèi)一些曲軸生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識到形勢的緊迫性，為了提高產(chǎn)品競爭力，引進了許多先進的設(shè)備和技術(shù)，使國內(nèi)的曲軸生產(chǎn)水平有了很大的提高，但總體上仍落后于日本

18、和西方發(fā)達國家。 1）材料 曲軸材料有三種：中碳鋼、合金鋼和球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀。并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可采用各種熱處理和表面強化處理來提高抗疲勞強度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)質(zhì)鋼曲軸成本的1/3左右，因此在國內(nèi)外得到了泛的應(yīng)用。本次設(shè)計的2110汽油機就采用球墨鑄鐵作為曲軸的材料。 2）機械加工技術(shù) 目前國內(nèi)的曲軸生產(chǎn)廠家多采用普通機床加工，生產(chǎn)效率和自動化程度較低。國外一些發(fā)達國家早已采用專用機床組成的自動化生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。本次設(shè)計的2110汽油機曲軸將采用專用機床來提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 3）熱處理和表面強化處理技

19、術(shù)，曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強化處理。球墨鑄鐵曲軸一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝。國外一些球墨鑄鐵曲軸采用滾壓工藝與離子氮化進行復(fù)合強化，可使整個曲軸的抗疲勞強度提高130%以上。本次設(shè)計的2110汽油機曲軸將采用圓角滾壓強化的氮化處理來提高曲軸的抗疲勞強度。 飛輪的作用是調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速變化，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。飛輪的關(guān)鍵尺寸是外徑，對于灰鑄鐵飛輪，圓周速度不要超過35～50m/s否則容易造成由于離心力過大，材料的抗拉不足而使飛輪損壞及材料碎裂飛出的事故。本次設(shè)計的2110汽油機飛輪采用灰鑄鐵材料。 3.曲軸飛輪組概述 曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器、皮帶輪、正時齒輪(或鏈條)等組成。如圖2-

20、42所示是曲軸飛輪組的總體結(jié)構(gòu)。 3.1曲 軸 曲軸是承受連桿傳來的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?，然后通過飛輪輸出，另外，還用來驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他輔助裝置(如發(fā)電機、風(fēng)扇、水泵、轉(zhuǎn)向油泵等)。 在發(fā)動機工作中，曲軸承受周期性變化的氣體壓力、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力和往復(fù)慣性力以及它們的力矩的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。為了保證工作可靠，因此要求曲軸具有足夠的剛度和強度，各工作表面要求耐磨而且潤滑良好，還必須有很高的動平衡要求。 3.2曲軸扭轉(zhuǎn)減振器 在發(fā)動機工作過程中，連桿作用在曲軸上的力呈周期性變化。這樣就會使質(zhì)量較小的曲拐相對于質(zhì)量較大的飛輪有扭轉(zhuǎn)擺動(曲拐

21、轉(zhuǎn)速較飛輪轉(zhuǎn)速忽快忽慢)，這就是曲軸的扭轉(zhuǎn)振動。當(dāng)這種扭轉(zhuǎn)振動的自振率頻與連桿傳來的呈周期性變化的激振頻率成整數(shù)倍關(guān)系時，曲軸便會產(chǎn)生共振。這種現(xiàn)象既損失發(fā)動機的功率，也會破壞曲軸和裝在上面的驅(qū)動齒輪、鏈輪、鏈條等附件，嚴重時甚致將曲軸扭斷。為消除這種現(xiàn)象，曲軸前端裝有扭轉(zhuǎn)減振器 3.3飛輪 飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤，其主要功用是將在作功行程中輸入于曲軸的功能的一部分貯存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲柄連桿機構(gòu)越過上、下止點。保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出扭矩盡可能均勻，并使發(fā)動機有可能克服短時間的超載荷，此外，飛輪又往往用作摩擦式離合器的驅(qū)動件。 4．參考文獻 [1]內(nèi)燃機科技叢書_高速柴油機概念設(shè)計與實踐_許道延_2003 [2]汽車發(fā)動機現(xiàn)代設(shè)計_徐兀_1995 [3]姜洪宇，黃春元．國內(nèi)外曲軸加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展.黑龍江科技信息，2008 [4]內(nèi)燃機學(xué)_周龍保_2000 [5]邵立新，段立霞.內(nèi)燃機曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法.農(nóng)機使用維修，2008 8