4110柴油機連桿設(shè)計及有限元分析【說明書+CAD】
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畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
設(shè)計(論文)題目: 4110柴油機連桿設(shè)計及有限元分析
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-10班
學 生 姓 名: 高 衡
導 師 姓 名: 朱榮福
開 題 時 間: 2011-3-1
指導委員會審查意見:
簽字: 年 月 日
開題報告撰寫要求
一、“開題報告”參考提綱
1. 課題研究目的和意義;
2. 文獻綜述(課題研究現(xiàn)狀及分析);
3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問題;
4. 技術(shù)路線或研究方法;
5. 進度安排;
6. 主要參考文獻。
二、“開題報告”撰寫規(guī)范
請參照《黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字數(shù)應在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(論文)開題報告
學生姓名
高 衡
系部
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
車輛工程07-10
指導教師姓名
朱榮福
職稱
講師
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
4110柴油機機連桿設(shè)計及有限元分析
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1.課題研究現(xiàn)狀
隨著國家經(jīng)濟長期穩(wěn)定發(fā)展,汽車工業(yè)也得到飛速提高,國內(nèi)近幾年汽車產(chǎn)量和銷量如下表:
年度
總產(chǎn)量
總銷量
乘用車
商用車
產(chǎn)量
銷量
產(chǎn)量
銷量
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
汽車產(chǎn)量和保有量的迅速增長導致了石油能源需求的矛盾加劇,使中國成為了石油進口大國,每年需進口石油總產(chǎn)量的百分之三十。2004年中國進口了1.23億噸原油和4000萬噸成品油,共花了420億美元,以后將會逐年增加。柴油車得平均油耗要低于汽油車百分之三十。一輛3.2升奔馳E級柴油車平均耗油為7.5升,僅相當于國內(nèi)排量1.4升汽油車的能源消耗。所以在發(fā)達國家,重型車使用柴油機占百分之百,轎車比例日益上升。2004年,歐盟新注冊的轎車中,柴油機占48.4﹪,其中法國69﹪,德國44﹪;連不太推崇柴油車的美國2004年注冊的柴油轎車也占6.1﹪。而在中國由于各方原因,2004年的乘用車銷量中柴油汽車僅占1.2﹪,普較占0.6﹪。
轎車使用柴油機已成為發(fā)展潮流,我國商用車按噸位3.5以上為重型,3.5以下為輕型車。目前重車基本應用柴油發(fā)動機,而輕型車配柴油機只占33﹪。據(jù)統(tǒng)計,2008年國內(nèi)柴油市場達到190萬臺規(guī)模。其中40萬臺重型柴油機,27萬臺中、輕型柴油機,比06年增加8﹪。
轎車柴油發(fā)動機占比例雖然小,但轎車總量大,且柴油機品種在逐步增加,如捷達SD1發(fā)動機、寶來1.9升TD1發(fā)動機都是柴油機。近年玉柴研制出YC4V、YC6L-40都可達到歐Ⅲ或歐Ⅳ標準。云內(nèi)柴油機同長城哈佛、奇瑞瑞虎配套。大眾柴油機向奔馳集團年供12萬臺。還有一大批新款歐Ⅲ標準汽車柴油機正在研制之中。
2.選題背景、意義
內(nèi)燃機自十九世紀后期出現(xiàn)以來,經(jīng)過一百多年的不斷研究和改進,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,在動力機械中占有極其重要的地位,廣泛應用于國民經(jīng)濟和軍事裝備的各個領(lǐng)域。
連桿是內(nèi)燃機中的重要的傳動零件之一,其作用是連接活塞與曲軸,將作用在活塞上的力傳給曲軸,使活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動,對外輸出做功。連桿小端工作時作往復運動,大端作旋轉(zhuǎn)運動,桿身作復雜的平面運動,因此連桿的受力情況十分復雜。連桿是內(nèi)燃機中承受負荷最嚴重的零件之一,工作時同時承受著活塞傳來的氣體壓力、往復慣性力和它本身擺動時所產(chǎn)生的慣性力的作用,這些力的大小和方向周期性變化。在長期使用中,連桿會因活塞的劇烈推力和曲軸的高速運轉(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,除了會使活塞拉缸外,還會致使活塞、氣缸、曲軸等機件出現(xiàn)不正常磨損,并很容易引起疲勞破壞而斷裂,導致發(fā)動機故障,直接關(guān)系到使用人的安全,造成極嚴重的后果。
以往,連桿的的制造以鑄造法和鍛造法為主;20世紀80年代以來,由于采用粉末鍛造法大批量生產(chǎn)的粉鍛連桿具有力學性能優(yōu)、尺寸精度高、質(zhì)量較輕及質(zhì)量偏差很小等特點,因而相繼在發(fā)達國家快速發(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,并具有良好的力學性能。
現(xiàn)今隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是各種分析軟件的日益成熟,在發(fā)動機研制開發(fā)過程中,對其零部件進行計算機數(shù)值模擬已成為輔助設(shè)計的重要手段。目前,有限元法已日趨成熟實用,所應用的領(lǐng)域也越來越廣并發(fā)揮著越來越重要的作用。有限元方法是近似求解一般連續(xù)問題的數(shù)值方法,它最先應用于結(jié)構(gòu)的應力分析,很快就廣泛應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等連續(xù)問題。對于一個連續(xù)體的求解問題,有限元法的實質(zhì)就是將具有無限多個自由度的連續(xù)體,理想化為只有有限個自由度的單元集合體,單元之間僅在節(jié)點處向連續(xù),從而使問題簡化為適合于數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)型問題,工程設(shè)計人員使用這些系統(tǒng),就可以高效而正確合理地確定最佳設(shè)計方案。此方法已成為工程技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的的一個強有力的計算分析工具,其在發(fā)動機零部件的設(shè)計分析中的應用亦有了很大的進展。連桿在工作中所受的各種外載荷復雜且做周期性變化,而且,即使是同一類型的連桿,連桿與連桿之間的物性參數(shù)、幾何形狀也存在差異,因此,在分析連桿的應力和應變時,要考慮這些不確定的因素,才能得到更符合實際的結(jié)果。這就需要用到采用傳統(tǒng)材料力學公式使得計算的結(jié)果更為精確的有限元方法對連桿進行三維應力應變分析,以研究其在不同情況下的應力、應變狀態(tài)及危險部位。
3.研究目的
柴油機是目前產(chǎn)業(yè)化應用的各種動力機械中熱效率最高、能量利用率最好、最節(jié)能的機型。柴油機行業(yè)的發(fā)展對我國工業(yè)車用柴油機的發(fā)展越來越受到重視,成為柴油機行業(yè)增長速度最快的行業(yè),也是我國大力發(fā)展的一個行業(yè)。車用柴油發(fā)動機市場按其配套車型可分為貨車柴油機發(fā)動機市場和客、轎車用柴油機市場兩大類。當前柴油發(fā)動機企業(yè)重點角逐的市場是輕型載貨車柴油機市場和客、轎車柴油機市場。 但是,由于受各種因素的影響,我國的柴油機研究還是落后于世界先進水平。經(jīng)歷多年的市場實踐,國內(nèi)柴油發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)已不再滿足于憑借引進產(chǎn)品獲得市場上的暫時領(lǐng)先,而認識到核心技術(shù)是最關(guān)鍵的,只有通過引進、消化、吸收的途徑,自己掌握了核心技術(shù),企業(yè)才會有發(fā)展后勁并獲得可持續(xù)發(fā)展的條件。隨著我國汽車事業(yè)的進一步發(fā)展,作為汽車配套中最重要的一個環(huán)節(jié),柴油機技術(shù)的發(fā)展瓶頸已日益凸顯。因此,必須研發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的柴油機,以提高我國汽車制造的國產(chǎn)率。
發(fā)動機連桿的研究是一個很復雜的、很有前景的研究領(lǐng)域,有很多需要完善和提高的地方。對發(fā)動機連桿精確的分析,可以為設(shè)計、生產(chǎn)、改進發(fā)動機提供可靠的相關(guān)數(shù)據(jù)和理論依據(jù),縮短發(fā)動機的開發(fā)、改進的周期和成本,提高其可靠性和經(jīng)濟性。
2、 設(shè)計(論文)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1.基本內(nèi)容
[1]確定發(fā)動機技術(shù)參數(shù).
[2]對連桿進行結(jié)構(gòu)分析和受力分析.
[3]對連桿各部分進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸計算.
[4]應用Pro/E軟件建立三維立體模型.
[5]應用ANSYS軟件對連桿進行有限元分析.
2. 擬解決的主要問題
[1]為滿足應力對連桿結(jié)構(gòu)進行設(shè)計.
[2]應用ANSYS對其進行邊界條件限制、受力分析..
三、技術(shù)路線(研究方法)
完成圖紙,設(shè)計說明書
應用ANSYS軟件對連桿進行有限元分析
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)動機連桿的各項技術(shù)參數(shù)
調(diào)研和查閱相關(guān)資料
連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計
連桿尺寸計算
連桿運動、受力、結(jié)構(gòu)分析
4、 進度安排
第1-2周 選題,領(lǐng)取任務(wù)書,調(diào)研,搜集資料,撰寫開題報告;
第3~5周 根據(jù)發(fā)動機參數(shù)設(shè)計連桿結(jié)構(gòu)、計算連桿尺寸;
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對模型進行有限元分析,并撰寫設(shè)計說明書;
第14周 完善設(shè)計并提交指導教師審核;
第15-16周 更改并最終完成設(shè)計,準備答辯;
第17周 畢業(yè)答辯。
五、參考文獻
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六、備注
指導教師意見:
簽字: 年 月 日
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