柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含5張圖紙、說明書】

中文標(biāo)題：柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)外文題目：Diesel Engine Cooling System畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共76頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文31 頁）圖紙共5張完成日期 答辯日期附錄A譯文非線性不確定系統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)閻浮福特汽車公司，MD2115，SRL2122，Dearborn，MI48142，美國KEMAL H.SAHINHechshermer str.2/Geb.51,CPC系統(tǒng) GmbH,D-55131 Mainz，德國摘要：隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷發(fā)展，汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用計(jì)算機(jī)方法并給新車的開發(fā)帶來了更大的效率。大多數(shù)以虛擬為基礎(chǔ)的優(yōu)化方法的產(chǎn)生確定性最優(yōu)化沒有考慮到在模型虛擬和制造方面的多種影響。這種遺漏的主要原因是因?yàn)槠嚱Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的單一碰撞分析的計(jì)算時間即使用美國最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)也需要大量的時間。這就需要不確定性優(yōu)化方法的發(fā)展和執(zhí)行效率。在這篇文章中，一種包含元模型優(yōu)勢技術(shù)和非線性不確定性優(yōu)化方法的綜合的隨機(jī)優(yōu)化方法被提出以用于汽車的側(cè)面碰撞設(shè)計(jì)。非線性元模型用逐步回歸方法去代替昂貴的計(jì)算模型和應(yīng)用BONUS來得到不確定性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。汽車安全設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)問題曾經(jīng)用來描述這種方法。這一案例研究的目的是維持和加強(qiáng)汽車側(cè)面碰撞測試實(shí)驗(yàn)，盡量減少汽車重量。關(guān)鍵詞：元模型，非線性規(guī)劃，不確定性優(yōu)化，隨機(jī)優(yōu)化，汽車側(cè)面碰撞1. 簡介汽車碰撞的計(jì)算機(jī)分析對于減少新產(chǎn)品的開發(fā)時間是一個有效的工具?，F(xiàn)在非線性有限元基礎(chǔ)碰撞分析代碼普遍應(yīng)用與模擬汽車碰撞試驗(yàn)例如，前懸的影響，邊緣的影響，內(nèi)部前面影響，后懸影響。數(shù)字優(yōu)化是有用的系統(tǒng)的工具對于自動選擇優(yōu)先設(shè)計(jì)參數(shù)。這種方法在汽車工業(yè)得到了廣泛應(yīng)用并且取得了顯著效果。然而為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品使用性，在模型模擬，和制造上的不確定因素需要考慮。一種新的隨機(jī)優(yōu)化方法被稱作bonus由Sahin和Diwekar開發(fā)。Bonus用樣本估算目標(biāo)和約束因素通過不確定因素。這種技術(shù)在優(yōu)化過程中通過重復(fù)衡量的方法減少了過度繁瑣計(jì)算的重?fù)?dān)。然而汽車碰撞分析是密集的計(jì)算，它通過用當(dāng)前的計(jì)算機(jī)花費(fèi)幾小時到幾天的時間來控制一個虛擬。因此工程師利用許多元模型及時被用來建立代理模型（也被叫做元模型或響應(yīng)表面模型）去代替昂貴的計(jì)算模型以及時的方法去解決現(xiàn)實(shí)問題。本期刊提出了結(jié)合元模型和非線性系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的綜合方法進(jìn)行汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。車輛側(cè)面碰撞的問題，是眾所周知的自動化工業(yè)的基準(zhǔn)問題，被用來描述集成方法。這種方法被產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)研究者廣泛應(yīng)用區(qū)描述各種在元模型上的新方法，可靠性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化，隨機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)和多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化。表面模型的全球反映產(chǎn)生于用逐步回歸耦合優(yōu)化超立方體樣本的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)被認(rèn)為是這種研究的真正模型。傳統(tǒng)的Monte Carlo方法和BONUS是用來解決不確定性的優(yōu)化問題。通過Monte Carlo方法和BONUS的大量對比試驗(yàn)出來這樣的結(jié)論，優(yōu)化過程是通用的也同樣能夠應(yīng)用在其他工程領(lǐng)域。接下來的部分簡要的介紹了綜合BONUS算法，第三部分介紹了汽車側(cè)面碰撞問題目的在于盡量減少汽車重量以維持和加強(qiáng)汽車側(cè)面碰撞測試實(shí)驗(yàn)。第四部分提出了魯棒性基線和確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)以及考慮到多種不確定性的隨機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，即傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和BONUS算法。最后第五部分得出結(jié)論。2. 一種綜合的BONUS算法常用的隨機(jī)優(yōu)化方法包括兩種密集遞歸循環(huán)：（1）內(nèi)部樣本循環(huán)，和（2）外部優(yōu)化循環(huán)。內(nèi)部樣本循環(huán)普遍應(yīng)用的方法是Monte Carlo技術(shù)，這種技術(shù)是從假象輸入分布中隨機(jī)進(jìn)行樣本選擇來得到輸出分布和相關(guān)的統(tǒng)計(jì)特性，比如平均值，方差，或百分率。一種解決非線性規(guī)劃問題的外部優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)字方法是序列二次規(guī)劃。隨著優(yōu)化過程和新設(shè)計(jì)變量的確定，不確定變量的改變導(dǎo)致新的輸出分布。在優(yōu)化迭代中，甚至是小的樣本數(shù)據(jù)，對模型的重復(fù)評價是顯著的瓶頸。以有限元為基礎(chǔ)的整車結(jié)構(gòu)碰撞模擬式汽車工業(yè)用于評價汽車碰撞性能常用的設(shè)計(jì)工具。對于大多數(shù)的應(yīng)用中，為了解決問題及時的優(yōu)化和魯棒性分析用在元模型上，用不同的元模型方法以小數(shù)量的有限元模擬建立的。在衡量了一些元模型技術(shù)后，yang推薦使用第二多項(xiàng)式回歸模型和移動最小二乘回歸模型進(jìn)行汽車安全性優(yōu)化。在優(yōu)化過程中由Sahin和Diwekar開發(fā)的BONUS算法用來有效地估計(jì)隨機(jī)目標(biāo)和約束職能。傳統(tǒng)的方法依賴于開發(fā)一個樣本循環(huán)和評估由輸入分布產(chǎn)生的每一個樣本循環(huán)。另外，BONUS算法是通過整個輸入空間對均勻分布參數(shù)運(yùn)行模型首先產(chǎn)生基本分布的所有響應(yīng)，然后在對輸出分布的概率進(jìn)行密度估計(jì)的基礎(chǔ)上用衡量的方法對輸出分布進(jìn)行估算。在Sahin和Diwekar的期刊中可以找到BONUS算法的具體闡釋。這種技術(shù)的有點(diǎn)事在每一次迭代中對新樣本模型通過性的評估是對隨機(jī)優(yōu)化的計(jì)算集中。對于優(yōu)化計(jì)算來說利用每一次設(shè)計(jì)變量在目標(biāo)和約束職能上的小的增量和計(jì)算變量的無數(shù)的梯度擾動是至關(guān)重要的。另外一個優(yōu)勢是這種算法無需額外的昂貴的模型模擬便提供了開發(fā)完全設(shè)計(jì)空間的收斂概率。圖一顯示了用傳統(tǒng)的Monte Carlo方法和新的綜合BONUS方法進(jìn)行不確定性過程的優(yōu)化。首先，實(shí)驗(yàn)技術(shù)設(shè)計(jì)是通過輸入空間產(chǎn)生統(tǒng)一樣本，接下來用有限元模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二，利用有限元模型模擬結(jié)果通過元模型技術(shù)建立元模型。第三，最優(yōu)化解決方案是通過從不同初始點(diǎn)開始的大量樣本用Monte Carlo方法得到的。同BONUS算法比較這種設(shè)計(jì)被認(rèn)為是全面的真正的全面的解決方案。BONUS在最優(yōu)化設(shè)計(jì)中提出了魯棒評價，該評價開始與相同設(shè)置的不同初始點(diǎn)，一個對比得到了。最后得到了兩種算法的比較結(jié)果。圖1. 在不確定性下利用傳統(tǒng)Monte Carlo方法和新的綜合BONUS方法優(yōu)化3. 汽車側(cè)向碰撞設(shè)計(jì)問題汽車的側(cè)向碰撞模型在圖2中列舉出來。系統(tǒng)模型包括一個整車有限元結(jié)構(gòu)模型，一個有限元側(cè)向碰撞模擬模型，和有限元側(cè)面碰撞變形障礙模型。系統(tǒng)模型包括85941個外殼元素和96122個節(jié)點(diǎn)。在有限元模擬側(cè)面碰撞試驗(yàn)中，障礙物有48.89千米每小時的初始速率和碰撞汽車結(jié)構(gòu)。在一個原始的SGI2000的計(jì)算機(jī)上用RADIOSS軟件進(jìn)行非線性有限元模擬需要20小時。設(shè)計(jì)的目標(biāo)是盡量減少汽車重量以維持和加強(qiáng)側(cè)面碰撞性能。對于汽車的側(cè)面保護(hù)，汽車設(shè)計(jì)需要滿足或者超過汽車市場對側(cè)面碰撞需要和指定的規(guī)定。兩個基本的側(cè)面碰撞保護(hù)規(guī)則是美國聯(lián)邦汽車安全標(biāo)準(zhǔn)214號和美國經(jīng)濟(jì)委員會歐洲規(guī)則95號圖2.汽車側(cè)面碰撞模型在這項(xiàng)研究中，ECE側(cè)面碰撞試驗(yàn)被應(yīng)用。在側(cè)面碰撞的研究中的模擬響應(yīng)時主公制。ECE側(cè)面碰撞規(guī)定中指定的碰撞模擬標(biāo)準(zhǔn)包括腹路粘性標(biāo)準(zhǔn)車身轉(zhuǎn)向和公共symphysis力。模擬響應(yīng)必須滿足或超過ECE標(biāo)準(zhǔn)。其它側(cè)面碰撞設(shè)計(jì)的內(nèi)容是在中點(diǎn)時的B-Pillar速率和前門的B-Pillar速率。對于側(cè)面碰撞，厚度設(shè)計(jì)變量的增加在某種程度上可能會加強(qiáng)模擬實(shí)驗(yàn)性能。然而，他也會增加汽車重量，緊接著會造成燃料經(jīng)濟(jì)性上的欠缺。因此，必須尋找減輕重量和增加安全性能之間的平衡。這次研究的目標(biāo)就是在減輕汽車重量的同時保證汽車模擬測試性能。表1列舉了ECE規(guī)則和基準(zhǔn)模型的設(shè)計(jì)規(guī)則。因?yàn)楸酒诳难芯糠秶顷U述綜合BONUS方法的好處所以注意那些數(shù)字變量和設(shè)計(jì)目標(biāo)是illustrative。應(yīng)用于汽車側(cè)面碰撞試驗(yàn)的九個設(shè)計(jì)變量被汽車工程師證明了。設(shè)計(jì)變量是厚度和重要部分的material properties。所有的厚度設(shè)計(jì)變量都是連續(xù)的在一定范圍內(nèi)變化的x0是設(shè)計(jì)變量的基準(zhǔn)。這兩種材料設(shè)計(jì)變量是分離的，并且是低碳鋼或者高碳鋼。在側(cè)面碰撞模型中假設(shè)這些變量是在這9個設(shè)計(jì)變量周圍獨(dú)立的正常分布的非確定性變量。兩個輔助的不確定分離變量需要高碳鋼和低碳鋼材料的代替，兩個額外的不確定因素是障礙高度和碰撞位置，他們也符合正常分布。不確定變量的標(biāo)準(zhǔn)分布列在表2中。在這篇期刊中Gu建立的元模型用在了這一基本問題上。元模型技術(shù)在33個優(yōu)化超立方樣本上用二次方程式后退回歸的方法解決汽車側(cè)面碰撞問題，所有的這11個響應(yīng)的元模型總結(jié)如下：4. 隨機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)中，確定優(yōu)化設(shè)計(jì)在降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)費(fèi)用和提高使用性能上得到了廣泛應(yīng)用，然而在制造或工程模擬中實(shí)際上存在的不確定因此需要包括不確定性的隨機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了比較確定優(yōu)化設(shè)計(jì)和不確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的表現(xiàn)，這一部分首先解決確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題，見表三。確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)在不考慮不確定性因素的情況下通過基線設(shè)計(jì)提高了汽車側(cè)面碰撞測試性能同時減低了汽車重量。汽車碰撞隨機(jī)優(yōu)化問題在2中得以確切的闡述： 可以注意到如果一個分布響應(yīng)符合正常分布，一個特定限制的約束與百分之九十的可靠性是相同的。還可以了解到本文提出的這種方法可以很容易的通過改變目標(biāo)變量去執(zhí)行魯棒設(shè)計(jì)以達(dá)到盡量減小響應(yīng)的差異，比如重量。基于曲面元模型，傳統(tǒng)的方法解決了隨機(jī)優(yōu)化的問題，Monte Carlo利用魯棒評定對大量的樣本進(jìn)行了模擬。然后用開始于200個初始點(diǎn)的SQP尋找設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化方法。表四列舉了用傳統(tǒng)方法進(jìn)行基線魯棒評定的結(jié)果和確定性及隨機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)。這一結(jié)果顯示了不確定因素對基線設(shè)計(jì)和確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的影響。另一方面，隨機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)提高了汽車側(cè)面碰撞性能并減小了汽車的重量。傳統(tǒng)方法中隨機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用獎拿來與BONUS算法中的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行比較。因?yàn)锽ONUS得主要優(yōu)勢是在反復(fù)優(yōu)化中用衡量的方法估算目標(biāo)函書和約束函數(shù)去代替模型模擬，這種方法成功的主要是對相應(yīng)的真實(shí)價值的準(zhǔn)確預(yù)測。為了證明用反復(fù)衡量的方法估算的準(zhǔn)確性，在研究中用到了同一分布的200個獨(dú)立設(shè)計(jì)設(shè)置。為提供更全面的準(zhǔn)確圖片，應(yīng)用了三種不同的方法：絕對誤差平均值、絕對誤差分離標(biāo)準(zhǔn)、絕對誤差最大值。這些方法的方程式在方程式（3）（4）（5）準(zhǔn)確的給出。Yi代表50000次在元模型基礎(chǔ)上的Monte Carlo模擬得到的真實(shí)響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，另一字母代表相應(yīng)的BONUS預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)。ARAE代表從真實(shí)響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中分離出來的BONUS估算平均值。ARAE的標(biāo)準(zhǔn)值越小，BONUS估算越精確。SRAE代表絕對誤差的延伸，對于證明ARAE的主要區(qū)別是很有用的。即使在總體上ARAE的評定結(jié)果是精確的，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)一個大的MRAE暗示一個大的誤差。因此應(yīng)選擇小的MRAE值。計(jì)算ARAE,SRAE和MRAE的過程包括四步。它們分別是：第一步，在設(shè)計(jì)空間隨機(jī)生成200個相同分布的獨(dú)立設(shè)計(jì)。第二步，根據(jù)它們的不確定性分布生成50000個MCS值，啟用元模型得到響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，然后計(jì)算每個響應(yīng)的平均值和差值。第三步，生成一定數(shù)量的HSS樣本，運(yùn)用元模型得到基本分布的響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，并用BONUS中的衡量方法估算第一步中的200個設(shè)計(jì)中的每個響應(yīng)的平均值和差值。第四步，計(jì)算ARAE,SRAE和MRAE。表5代表與Monte Carlo模擬的200個獨(dú)立設(shè)計(jì)的所有響應(yīng)相比較下的BONUS估算中的ARAE,SRAE和MRAE值。通常，估算技術(shù)為真實(shí)響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)提供真實(shí)預(yù)測。ARAE的生成趨勢是隨著HSS樣本數(shù)量的增多誤差減少。然而在一些情況下，為了增加HSS樣本的數(shù)量，ARAE標(biāo)準(zhǔn)值也略有增長，但是這些并不是十分重要，事實(shí)上SRAE標(biāo)準(zhǔn)值比兩個ARAE標(biāo)準(zhǔn)值的差值要大的多。有兩個比10%大得多的ARAE響應(yīng)；它們因?yàn)檫@些約束的相互作用它們并不會產(chǎn)生負(fù)面的結(jié)果。這些至關(guān)重要的約束，像公共symphysis力量，低骨架轉(zhuǎn)向和B-Pillar速率顯示更好的精確性。令一個趨勢是隨著HSS樣本數(shù)量的增加SRAE標(biāo)準(zhǔn)值的減少，這意味著絕對誤差的擴(kuò)大在縮減。甚至在設(shè)計(jì)中BONUS估算的整車性能是好的，依然會在一些設(shè)計(jì)空間的一些范圍中存在著困難。這可以從MRAE標(biāo)準(zhǔn)中看出來。通常HSS樣本數(shù)量的增加時有幫助的，然而，這增加了計(jì)算時間，這是沒有預(yù)料到的。根據(jù)不同大量不同的HSS樣本數(shù)據(jù)用BONUS算法得到的結(jié)果見表六。多種優(yōu)化方式會出現(xiàn)在來自200個不同起始點(diǎn)的BONUS算法，表六僅僅列舉出了最好的方法。這些結(jié)果顯示：由于估算精確性的問題，樣本數(shù)量越少比如100和150個HSS點(diǎn)，用BONUS算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)可能不會滿足5000個MCS點(diǎn)所有的約束條件。結(jié)果顯示了用300個HSS點(diǎn)，BONUS算法能得到預(yù)想的滿足所有約束條件并且有好的目標(biāo)值的設(shè)計(jì)。當(dāng)樣本的數(shù)量繼續(xù)增加由500增大到2000，和300個HSS點(diǎn)比起來BONUS算法的優(yōu)化方式很容易的就可以滿足所有約束上的限制，但是在目標(biāo)值上有一點(diǎn)犧牲。可以看出來在考慮不確定性的情況下，BONUS算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)比那些基線設(shè)計(jì)更加輕量化并且在汽車側(cè)面碰撞上有更好的測試性能。5. 結(jié)論一種新的包含有模型技術(shù)和BONUS的綜合隨機(jī)優(yōu)化方法成功的應(yīng)用在汽車側(cè)面碰撞的基本問題上。結(jié)果闡述了綜合BONUS方法能夠在優(yōu)化循環(huán)中用元模型和近似技術(shù)代替模型模擬估算可能的約束和目標(biāo)值，這就減少了計(jì)算量。結(jié)果也顯示了BONUS算法在變量不確定性的條件下盡量減小汽車重量方面是以中很有價值的工具。此研究結(jié)論是在假想曲面元模型和FE模型有效和分布于不確定變量準(zhǔn)確地情況下得到的，。然而，模型的有效性和不確定性的系統(tǒng)分析的超出了論文的研究范圍。致謝我要感謝Urmila Diwekar先生在BONUS算法上的指導(dǎo)和支持。接下來，我要感謝兩位審閱者提供的寶貴意見。最后我要感謝Sandia 國家實(shí)驗(yàn)室在經(jīng)濟(jì)上對BONUS算法的援助。參考文獻(xiàn)Choi, K.K. and B.D. Youn. (2001). “Hybrid Analysis Method for Reliability-Based Design Optimization.”In Proceedings of ASME Design Engineering Technical Conferences, Pittsburgh, PA, paperDETC2001/DAC-21044, pp. 110.Choi, K.K., B.D. Youn, and R.J. Yang. (2001). “Moving Least Square Method for Reliability-Based DesignOptimization.” In Proceedings of 4th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization,Dalian, China, pp. 16.Du, X. and W. Chen. (2002). “Sequential Optimization and Reliability Assessment Method for EfficientProbabilistic Design.” In Proceedings of ASME 2002 Design Automation Conference, Montreal, Canada,paper DETC2002/DAC-34127, pp. 114.Fu, Y. (2003). “A New Hybrid Stochastic Optimization Method for Vehicle Structural Design.” In Proceedingsof SAE World Congress, Detroit, MI, paper 2003-01-0881, pp. 110.Fu, Y., S. Wang, U.M. Diwekar, and K.H. Sahin. (2002). “A Stochastic Optimization Application for VehicleStructures.” In Proceedings of ASME 2002 Design Engineering Technical Conferences, Montreal,Canada, paper DETC2002/DAC-34075, pp. 110.Gu, L. and R.J. Yang. (2002). “Large-Scale Reliability Based Optimization for Vehicle Crash Safety.” InProceedings of the American Statistical Association, Statistical Computing Section (CD-ROM), pp. 110. Alexandria, VA: American Statistical Association.Gu, L. and R.J. Yang. (2003). “Recent Applications on Reliability-Based Optimization of AutomotiveStructures.” In Proceedings of SAE 2003 World Congress and Exhibition, Detroit MI, paper 2003-01-0152, pp. 112.Gu, L., R.J. Yang, C.H. Tho, M. Makowski, O. Faruque, and Y. Li. (2001). “Optimization and Robustnessfor Crashworthiness of Side Impact.” International Journal of Vehicle Design 26(4), 348360.Koch, P.N., R.J. Yang, and L. Gu. (2004). “Design for Six Sigma through Robust Optimization.” in Structuraland Multidisciplinary Optimization 26, 235248.Kodiyalam, S., R.J. Yang, L. Gu, and C.H. Tho. (2004). “Multidisciplinary Design Optimization of a VehicleSystem in a Scalable, High Performance Computing Environment.” Structural and MultidisciplinaryOptimization 26, 256263.Sahin, K.H. and U.M. Diwekar. (2004). “Better Optimization of Nonlinear Uncertain Systems (BONUS):A New Algorithm for Stochastic Programming Using Reweighting for Density Estimation.” Annals ofOperational Research 132, 4768.Silverman, B.W. (1998). Density Estimation for Statistics and Data Analysis. Boca Raton, FL: Chapman &Hall.Yang, R.J. and L. Gu. (2004). “Experience with Approximate Reliability-Based Optimization Methods.”Structural and Multidisciplinary Optimization 26, 152159.Yang, R.J., L. Gu, L. Liaw, C. Gearhart, C.H. Tho, X. Liu, and B.P. Wang. (2000). “Approximations forSafety Optimization of Large Systems.” In Proceedings of ASME Design Engineering Technical Conferences,Baltimore, MD, paper DETC2000/DAC-14245, pp. 110.Yang, R.J., L. Gu, C.H. Tho, K.K. Choi, and B.D. Youn. (2002a). “Reliability-Based MultidisciplinaryDesign Optimization of a Full Vehicle System.” In Proceedings of 43rd AIAA SDM Conference, Denver,CO, paper AIAA-2002-1758, pp. 19.Yang, R.J., L. Gu, C.H. Tho, K.K. Choi, and B.D. Youn. (2002b). “Reliability-Based MultidisciplinaryDesign Optimization of Vehicle Structures.” In Proceedings of IMechE Statistics and Analytical Methodsin Automotive Engineering, London, UK, pp. 19.Yang, R.J., C.H. Tho, and L. Gu. (2002). “Recent Development in Multidisciplinary Design Optimizationof Vehicle Structures.” In Proceedings of 9th AIAA/ISSMO Symposium on MAO, Atlanta, GA, paperAIAA-2002-5606, pp. 18.Youn, B.D., K.K. Choi, and R.J. Yang. (2003). “Efficient Evaluation Approaches for Probabilistic Constraintsin Reliability-Based Design Optimization.” In Proceedings of 5th World Congress on Structuraland Multidisciplinary Optimization, Venice, Italy, pp. 110.Youn, B.D., K.K. Choi, R.J. Yang, and L. Gu. (2004). “Reliability-Based Design Optimization for Crashworthinessof Vehicle Side Impact.” Structural and Multidisciplinary Optimization 26, 272283.附錄B外文文獻(xiàn) 29壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 I 摘要 柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時氣缸內(nèi)的燃燒溫度達(dá)到 1800到 2000，瞬時溫度高達(dá) 3000，與高 溫燃?xì)庀嗷ソ佑|的零件（如缸蓋，活塞，氣缸，氣閥，噴油器等）受到強(qiáng)烈的加熱，如 不加以適當(dāng)?shù)睦鋮s，發(fā)動機(jī)會過熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常，發(fā)生早燃和爆燃現(xiàn)象， 與高溫接觸零件過熱，導(dǎo)致材料機(jī)械性能降低，和產(chǎn)生嚴(yán)重的熱應(yīng)力，導(dǎo)致變形和裂紋， 另外溫度過高會使得機(jī)油變質(zhì)，燒損和結(jié)焦失去潤滑性能，破壞潤滑油膜，零件的摩擦 和磨損加劇，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的動力性，可靠性，經(jīng)濟(jì)性，耐久性，全面惡化。 如果系統(tǒng)的冷卻能力過強(qiáng)，機(jī)油被燃油稀釋（即因缸壁過冷，可燃混合氣體在缸壁 冷凝并聚集，沖刷缸筒上的潤滑油膜，未蒸發(fā)的燃油經(jīng)缸壁流到油底殼，稀釋機(jī)油） ，同 時惡化混合氣體形成及燃燒，增加機(jī)油粘度和摩擦效率，造成零件間的磨損加劇，摩擦 損失增加，柴油機(jī)工作粗暴，另外通過冷卻系統(tǒng)帶走的熱量是燃油燃燒的熱量，一般約 占燃燒熱量的 20%-30%，這是一種損失，如果冷卻過強(qiáng)，散熱損失增加，會降低發(fā)動機(jī) 的經(jīng)濟(jì)性。 因此發(fā)動機(jī)過冷或者過熱（即發(fā)動機(jī)冷卻能力過強(qiáng)或者過弱）都會對發(fā)動機(jī)的動力 性，經(jīng)濟(jì)性，工作可靠性帶來不利的影響。因此設(shè)計(jì)良好的冷卻系統(tǒng)，能夠保證發(fā)動機(jī) 始終處于最適宜的溫度下工作，已獲得較高的發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性能，動力性能，工作可靠性 指標(biāo)等。冷卻系統(tǒng)的功用就是使發(fā)動機(jī)在各種工況下都保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，冷卻 系統(tǒng)既要防止發(fā)動機(jī)過熱，又要防止冬季發(fā)動機(jī)過冷，在冷態(tài)下的發(fā)動機(jī)啟動之后，冷 卻系統(tǒng)還要保證發(fā)動機(jī)迅速升溫，盡快達(dá)到正常的工作溫度。 關(guān)鍵詞：散熱器；風(fēng)扇；冷卻水泵；硅油風(fēng)扇離合器；節(jié)溫器 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 II 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 III Abstract Cylinder diesel engine running inside the combustion temperature reaches 1800 to 2000,the instantaneous temperature up to 3000 ,and the high temperature gas components in contact with each other (such as cylinder head, piston, cylinder, valve, injector, etc.) by the strong heating,If not properly cooled,the engine will overheat,inflatable coefficient decreased,abnormal combustion,burning and exploding phenomenon occurred early,with the high temperature contact parts overheat,resulting in lower mechanical properties of materials, and severe heat stress,leading to deformation and crack In addition,the oil temperature is too high will cause deterioration,loss of coke burning and lubricating properties,destruction of oil film,part of the friction and wear increased,resulting in engine power,reliability,economy, durability,overall deterioration. If the systems cooling capacity is too strong,oil is the fuel dilution (ie, cooling due to cylinder wall,combustible gas mixture in the cylinder wall,condensation and aggregation of erosion on the cylinder lubricating oil film,not by evaporation of the fuel flow to the sump cylinder wall,diluted oil), while deterioration of gas mixture formation and combustion,increasing efficiency of oil viscosity and friction,causing increased wear between parts,friction losses increase in gross engine work, while the heat through the cooling system is the fuel burn away the heat, generally about burning calories -30% to 20%,which is a loss,if the cooling is too strong, increase the heat loss will reduce the engines economy. So the engine cold or hot (ie, engine cooling is too strong or too weak) will be the engine of power,economy, adversely affect the reliability of work. Therefore,well-designed cooling system ensures the engine always work under the most suitable temperature,the engine has been high economic performance, dynamic performance,operational reliability 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 IV indicators.Function of the cooling system is to make the engine in various operating conditions are maintained at the appropriate temperature range,cooling systems,it is necessary to prevent the engine overheating,and also to prevent the winter cold engine,the engine under cold start,the cooling system also ensure that the engine quickly warming up to normal operating temperature as quickly as possible. Keywords: radiator；fan; cooling water pump; silicon oil fan clutch; Thermostats 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 目錄 1 緒論 .1 1.1 汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)概述 .1 1.2 汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀 .3 1.3 汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)向高效化發(fā)展 .6 2 散熱器的設(shè)計(jì) .7 2.1 發(fā)動機(jī)散熱量計(jì)算 .7 2.2 散熱器材料的選擇 .7 2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選擇 .7 3 節(jié)溫器的設(shè)計(jì) .14 3.1 節(jié)溫器的功能 .14 3.2 節(jié)溫器的結(jié)構(gòu)及工作原理 .14 3.3 節(jié)溫器的設(shè)計(jì) .14 4.硅油風(fēng)扇離合器結(jié)構(gòu)及工作原理 .16 5 冷卻風(fēng)扇的選擇 .18 6 冷卻水泵的設(shè)計(jì) .24 6.1 確定泵的進(jìn)出口直徑 .24 6.2 葉輪軸面投影尺寸 .25 6.3 其余幾何參數(shù)的確定和這些參數(shù)對泵的性能的影響 .27 6.4 葉片數(shù)的確定 .31 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6.5 排擠系數(shù) .312 7 冷卻液的選擇 .33 8 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 .34 9 結(jié)論和展望 .36 結(jié)論 .36 展望 .36 參考文獻(xiàn) .37 致謝 .38 附錄 A 譯文 .39 附錄 B 外文文獻(xiàn) .54 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 1 1 緒論 1.1 汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)概述 組成：發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)由散熱器、冷卻水泵、冷卻風(fēng)扇、節(jié)溫器等主要部件組成 發(fā) 動 機(jī) 水 泵 節(jié) 溫 器 電 控 冷卻 風(fēng) 扇 散 熱器 蓋 電 動 機(jī) 圖 1-1：為發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的組成 Figure 1-1: For engine cooling system composition 車用內(nèi)燃機(jī)是車輛的動力源，它將燃料燃燒所釋放出的熱能裝化成為驅(qū)動車輛行駛 的機(jī)械能，其工作可靠性在很大程度上決定著車輛有效而可靠的工作，而影響內(nèi)燃機(jī)工 作可靠性和耐久性的重要因素之一就是熱負(fù)荷，如果內(nèi)燃機(jī)零部件受溫度過高超出材料 的受熱極限，將直接導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)零件受到損壞。因此，內(nèi)燃機(jī)受熱部件的適度冷卻是極 其重要的。 良好的冷卻系統(tǒng)不僅能保證發(fā)動機(jī)正常工作，而且能夠提高發(fā)動機(jī)的使用壽命，減 少受熱零部件的熱損耗，這也減少了維修和更換受熱部件的費(fèi)用，間接的降低了車輛的 維修成本，而良好的冷卻系統(tǒng)也提高了車輛的行駛質(zhì)量 1。 現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)的冷卻方式共兩種：風(fēng)冷和水冷。 車輛應(yīng)用的主要以水冷為主，故不對風(fēng)冷做更多研究，此方式以水及防凍液作為介 質(zhì)，將發(fā)動機(jī)高溫部件釋放的熱量帶走，以保證發(fā)動機(jī)能夠正常運(yùn)行。其中按照冷卻水 在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的方式分為自然循環(huán)冷卻和強(qiáng)制循環(huán)冷卻。 自然循環(huán)冷卻主要利用水在不同溫度下密度變化的性質(zhì)，產(chǎn)生自然對流，使冷卻水 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 在冷卻系內(nèi)循環(huán)流動，分為蒸發(fā)式和熱流式。 由于本設(shè)計(jì)以強(qiáng)制循環(huán)冷卻作為冷卻水的循環(huán)方式，故對自然循環(huán)冷卻的循環(huán)方式 不做更多說明。 強(qiáng)制循環(huán)冷卻方式是利用離心泵高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，迫使冷卻水不段循環(huán)，分 開式和閉式兩種形式。 我設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)主要是，利用離心泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力使冷卻水循環(huán)，通過 散熱器將熱量散發(fā)到外界中去，使水的溫度降低，進(jìn)入下水箱，在水泵的作用下繼續(xù)循 環(huán)冷卻內(nèi)燃機(jī)的高溫部件，如此反復(fù)循環(huán)，以達(dá)到降低發(fā)動機(jī)高溫部件的溫度的目的。 1.2 汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀 國內(nèi)冷卻系統(tǒng)的現(xiàn)狀： 目前國內(nèi)的冷卻系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的冷卻節(jié)溫器、保溫簾和冷卻風(fēng)扇。節(jié)溫器仍主要 以石蠟和乙醚作為反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)緩慢，截面損失大，失效率高。保溫簾則由人工控制， 冷卻風(fēng)扇由發(fā)動機(jī)曲軸驅(qū)動，且三者之間控制互不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致機(jī)械能損失。 發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)主要由發(fā)動機(jī)冷卻水套、散熱器、冷卻水泵、節(jié)溫器及冷卻風(fēng)扇等 部件組成。散熱器是冷卻系統(tǒng)中最重要的一部分，其作用是通過流動的空氣將冷卻系統(tǒng) 中流過散熱器的循環(huán)水溫度降低，以達(dá)到降低發(fā)動機(jī)受熱零部件的溫度的目的。散熱器 的制造材料現(xiàn)如今有兩種：鋁和銅。由于銅的導(dǎo)熱性能好，而且經(jīng)過與一些材料進(jìn)行結(jié) 合（表面鍍鋅或?qū)\塊附在散熱器的表面）能夠耐腐蝕，且易于釬焊加工。所以我國大 部分車輛都應(yīng)用這種銅質(zhì)的散熱器。況且銅制管片式散熱器是我國散熱器行業(yè)的傳統(tǒng)產(chǎn) 品，其優(yōu)點(diǎn)是散熱器芯子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，剛性好，散熱芯部不易被塵土和油垢等堵塞。缺 點(diǎn)是同等芯子的正面面積下，散熱面積小，散熱效果明顯較差。且由于銅的價格和資源 問題，不僅在散熱器厚度上有所改進(jìn)，也在結(jié)構(gòu)上有所突破 2。上世紀(jì) 70 年代后期開始 研制和生產(chǎn)管帶式散熱器，以達(dá)到代替管片式散熱器，但由于國內(nèi)加工工藝水平的限制， 生產(chǎn)管帶式散熱器仍具有一定的困難。自從國家采用了新的標(biāo)準(zhǔn)來制造銅散熱器，導(dǎo)致 散熱器的壽命明顯降低，腐蝕嚴(yán)重，使銅散熱器失去了原本具有的耐腐蝕的特性，于是 將鋁制散熱器推到了人們的眼前，由于鋁資源較銅資源豐富，并且密度小，僅為 2.3g/ ，導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能優(yōu)良，再加上其表面易形成氧化膜，所以耐腐蝕性能好，且鋁3m 的融化溫度較低，流動性好，很容易按照模具的形狀生產(chǎn)出各種復(fù)雜形狀的產(chǎn)品，根據(jù) 上面的闡述可以總結(jié)出鋁制散熱器的幾大優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕，成本低，散熱效果好，節(jié)約能 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 3 源，使用壽命長，裝卸方便，可以看出在經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性上鋁制散熱器很明顯要優(yōu)于銅 制散熱器。從以上可以看出鋁制散熱器將取代銅制散熱器。 據(jù)相關(guān)資料介紹，我國對于鋁制散熱器的研究和開發(fā)要相對于國外落后一段時間， 現(xiàn)在的鋁制的散熱器也只是應(yīng)用到轎車和微型車的冷卻系統(tǒng)中。其制作工藝基本屬于國 際上 70 年代的水平，采用圓鋁管加百葉窗式翅片經(jīng)脹管工藝成型 3。隨著科技的進(jìn)步， 世界上的散熱器的生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，國內(nèi)對散熱器的加工工藝也在不段進(jìn)步，國內(nèi)部分 的生產(chǎn)企業(yè)已可以生產(chǎn)質(zhì)量稍好的散熱器，隨之而來的工藝上的問題也擺在人們的面前， 既生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品外觀粗糙，廢品率高和生產(chǎn)成本增加等。一汽集團(tuán)于 1996 年向美國 某汽車企業(yè)進(jìn)口的鋁制散熱器的生產(chǎn)線已達(dá)到國際水平。哈爾濱某企業(yè)也應(yīng)用該進(jìn)口工 藝生產(chǎn)鋁制散熱器，鋁材料選用國內(nèi)自制的鋁復(fù)鋅板，在無腐蝕和無污染的環(huán)境下，使 用自制的國際先進(jìn)，國內(nèi)首創(chuàng)的焊接技術(shù)，確保了焊接質(zhì)量 4。所生產(chǎn)的鋁制散熱器外觀 不氧化，達(dá)到了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求和使用標(biāo)準(zhǔn)，及產(chǎn)品的性能指標(biāo)，尤其是焊接工藝達(dá)到 了和國際同等產(chǎn)品和國內(nèi)先進(jìn)水平。該公司由于設(shè)備和原材料均使用國內(nèi)產(chǎn)品，投資少， 成本低，工藝靈活性很大，適合了我國汽車工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小和品種規(guī)格多種多樣的現(xiàn)狀， 具有高起點(diǎn)，高性能，高技術(shù)，低成本和國家化的特點(diǎn)。這不僅推動了我國汽車生產(chǎn)工 業(yè)水平的進(jìn)步，同時也拉進(jìn)了我國汽車生產(chǎn)工藝與國際汽車生產(chǎn)工業(yè)的距離。 我國從“八五”期間開始進(jìn)行扁圓管的試制，經(jīng)過了失敗，改進(jìn)再失敗再改進(jìn)的相 當(dāng)艱苦的歷程，最后從設(shè)備，工夾具到工藝過程摸索出一套成熟的扁圓管生產(chǎn)工藝，再 配以開窗翅片經(jīng)過高溫釬焊制成高性能散熱器，改產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和成型工藝與一汽進(jìn) 口的美國汽車生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品屬于同一類型，雖然我國生產(chǎn)的產(chǎn)品相對于進(jìn)口工 藝的質(zhì)量和散熱效果還有差距，但國產(chǎn)的產(chǎn)品與進(jìn)口的生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)出的產(chǎn)品在競爭 上還有一定的優(yōu)勢。我國生產(chǎn)的鋁制散熱器以通過了長春散熱器研究所的檢測，成功的 通過了耐高溫壓力脈沖性能、耐震動性能、負(fù)壓密封性能、散熱性能這四項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，這四 項(xiàng)實(shí)驗(yàn)滿足德國大眾汽車公司 TL-VW874 標(biāo)準(zhǔn)。這是國內(nèi)唯一通過這響標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品 5。 而這也預(yù)示著國內(nèi)汽車生產(chǎn)工藝已和國際汽車生產(chǎn)工藝的差距越來越小。 我國的汽車工業(yè)起步較晚，所以和汽車工業(yè)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)都相對滯后，國內(nèi)自行設(shè)計(jì) 和 50 年代從蘇聯(lián)引進(jìn)的發(fā)動機(jī)普遍采用，鋼板風(fēng)扇，鋼板風(fēng)扇是以圓鋼板制成托架再與 薄鋼板葉片鉚接而成，由于加工誤差的積累和結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)的不足，風(fēng)扇的效率較低，性 能較差，功率消耗和噪聲都很大，明顯不能滿足汽車生產(chǎn)的節(jié)能和無污染的要求，自從 70 年代以來，國外的汽車生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的冷卻風(fēng)扇主要以塑料風(fēng)扇為主，而當(dāng)時我國的 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 汽車生產(chǎn)企業(yè)仍然生產(chǎn)和使用鋼板風(fēng)扇 6。不過隨著科技的進(jìn)步和國內(nèi)汽車生產(chǎn)企業(yè)的研 發(fā)投入，我國的工程塑料的開發(fā)和研制及生產(chǎn)工藝也相對成熟，已有部分車型應(yīng)用了塑 料風(fēng)扇，國內(nèi)工程塑料風(fēng)扇年產(chǎn)量也達(dá)到了數(shù)十萬只。 風(fēng)扇在冷卻系統(tǒng)中雖然不是最重要的，但缺了風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)將陷入癱瘓的狀態(tài)，好 的風(fēng)扇和一個質(zhì)量一般的散熱器配合只能起到一般的散熱效果，而好的散熱器和一般的 風(fēng)扇配合起到的效果也只能是一般冷卻效果，只有讓好的風(fēng)扇和好的散熱器配合才能達(dá) 到良好的冷卻效果。目前國內(nèi)的輕型貨車和客車的風(fēng)扇仍采用傳統(tǒng)的定傳動比的控制方 式，這種控制方式是以發(fā)動機(jī)曲軸通過 V 帶以固定比驅(qū)動風(fēng)扇，由于受到曲軸的轉(zhuǎn)速的 變化的限制，冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速及冷卻能力只能隨發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化而變化，不能隨著發(fā) 動機(jī)的熱符合的增大和改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速提高冷卻速度，進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，這直接導(dǎo)致發(fā)動 機(jī)受熱部件的溫度過高而影響發(fā)動機(jī)的使用壽命，也影響發(fā)動機(jī)的工作質(zhì)量 7。近年來國 內(nèi)各汽車企業(yè)也不斷開發(fā)自動電控冷卻風(fēng)扇，并且已通過實(shí)踐證明此種產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù) 性能的可靠性，不僅能減少發(fā)動機(jī)的磨損而且能提高發(fā)動機(jī)的使用壽命。據(jù)相關(guān)資料介 紹，輕型載重汽車改裝自動電控冷卻系統(tǒng)后比原裝風(fēng)扇每 100 公里節(jié)約汽油 2.32 升，節(jié) 油率高達(dá) 14%。國產(chǎn)轎車上基本都已采用電動電子控制方式。電子控制方式的優(yōu)點(diǎn)是預(yù) 熱迅速，自動電控冷卻風(fēng)扇根據(jù)發(fā)動機(jī)水溫的反饋信號來控制電扇的開關(guān)，使風(fēng)扇的啟 動迅速。由于冷卻風(fēng)扇脫離了發(fā)動機(jī)曲軸的限制，只要水溫達(dá)到 95 度風(fēng)扇立刻開始轉(zhuǎn)動， 高溫的冷卻水和冷卻空氣溫差增大，使散熱器的散熱效率更高，解決了冷卻水溫度過高 的問題。由于電控冷卻風(fēng)扇的開關(guān)有電子設(shè)備控制，在冷卻水溫過低的時候風(fēng)扇停止轉(zhuǎn) 動，減少了冷卻系統(tǒng)的能量損失，另外冷卻風(fēng)扇和曲軸脫離后，風(fēng)扇和風(fēng)罩及散熱器等 可以安裝到一起，保證了風(fēng)扇和風(fēng)罩的同心度，增大了容積效率 8。與傳統(tǒng)冷卻風(fēng)扇相比， 功率消耗減少了 90%，節(jié)省燃油 10%。 國外汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的現(xiàn)狀： 國外的冷卻系統(tǒng)的技術(shù)水平比較先進(jìn)，我國的汽車散熱器生產(chǎn)工藝水平與國際相比 仍有 20 年的差距。長期以來，銅一直是散熱器的首選材料，為達(dá)到節(jié)約能源和減少環(huán)境 污染，汽車工業(yè)向輕量化發(fā)展，提出了“全鋁汽車”的口號，從這個角度看，鋁自然成 為最佳的選擇材料，上實(shí)際 50 年代后期，國際上就開始研制鋁制散熱器。 當(dāng)然國外在研制該散熱器的時候也遇到了很多的困難，首先是焊接問題，鋁在自然 狀態(tài)下是不能焊接的，于是隨后就開發(fā)出氣脹的方式，還有油脹和機(jī)械膨脹的方式和方 法使管子與散熱片結(jié)合在一起 9。到 1993 年，伏特汽車公司將無針釬焊技術(shù)應(yīng)用到汽車 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 5 散熱器上，此技術(shù)是最先進(jìn)的散熱管與帶結(jié)合技術(shù)，金屬表面的氧化膜在釬焊溫度時受 釬焊合金中的合金物質(zhì)作用而被變質(zhì)和去除，釬焊前對金屬表面進(jìn)行脫脂利用蒸汽和化 學(xué)方法，在惰性氣體和真空狀態(tài)下對部件進(jìn)行焊接。 傳統(tǒng)的冷卻方式已明顯不能滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的速度，基于以上的情況，于是 有各種各樣新型設(shè)備相繼出現(xiàn)在現(xiàn)代汽車的冷卻系統(tǒng)中，比如；由電動冷卻風(fēng)扇取代了 原來的皮帶傳動冷卻風(fēng)扇，德國大眾汽車公司在中國申請的專利。該專利在汽車散熱器 前方設(shè)置空氣吸入口和輔助通口，加快了散熱器的冷卻速度，減少了電動風(fēng)扇的電能消 耗。但散熱器輔助通口在自下向上吸入冷卻空氣，很容易將道路上的塵土和雜物吸入， 造成散熱器臟污和堵塞，使散熱器散熱效率降低。隨著科技的進(jìn)步，冷卻風(fēng)扇已由傳統(tǒng) 的控制方式改為只能控制方式，風(fēng)扇的冷卻能力隨著發(fā)動機(jī)散熱的需要而自動精確的調(diào) 節(jié)，提高了發(fā)動機(jī)的預(yù)熱速度，使其始終保持最佳的工作溫度，減少功率消耗 90%，節(jié) 省燃油 10%。 1.3 汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)向高效化發(fā)展 由于現(xiàn)如今能源危機(jī)，世界各國都提倡利用各種新型能源作為內(nèi)燃機(jī)動力源，比如 將汽油和酒精的混合氣作為內(nèi)燃機(jī)的燃料，也有的直接采用酒精作為內(nèi)燃機(jī)的燃料，更 換燃料就會使內(nèi)燃機(jī)的缸體所散發(fā)出的熱量也不同，這就為產(chǎn)生新型的發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng) 創(chuàng)造了更新?lián)Q代的環(huán)境，同時也迫使發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)向節(jié)能化方向和高效化方向發(fā)展， 而種種更新的結(jié)果將導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)的進(jìn)步和更新。 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 2 散熱器的設(shè)計(jì) 2.1 發(fā)動機(jī)散熱量計(jì)算 本文以發(fā)動機(jī)（CA4GE3）作為設(shè)計(jì)對象，類型：水冷四沖程，四缸，其額定功率為 85kw 5200r/m，最大轉(zhuǎn)矩 190N.m 3200r/m，低端轉(zhuǎn)矩 165N.m 1500r/m，壓縮比 9.7:1 發(fā)動 機(jī)排量 2254ml，并進(jìn)行計(jì)算，冷卻系統(tǒng)散熱量 ，理論上發(fā)動機(jī)的散熱量應(yīng)該在發(fā)動機(jī)Q 的熱平衡實(shí)驗(yàn)中確定，由于條件限制，故本文中參數(shù)以相關(guān)書籍的介紹為參考，并利用 該數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算 冷卻系統(tǒng)散熱量計(jì)算公式： =（0.600.75） （2-1 ）QeN 或用經(jīng)驗(yàn)公式 =A /3600 （2-egPuh 2） 式中：A 為傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比，本文中取 A=0.25， 為燃料eg 消耗率，kg/kwh, 為發(fā)動機(jī)有效功率， kw， 為燃料低熱值，kj/kg，汽油取Puh =43100kj/kg，uh 根據(jù)以上公式將研究對象的各數(shù)值 =26.5kw， =265g/kwhpeg 計(jì)算得 =21（kj/s）Q 2.2 散熱器材料的選擇 我將采用鋁作為冷卻器的材料，主要是鋁質(zhì)散熱器相對于銅質(zhì)散熱器經(jīng)濟(jì)，而且鋁 的密度相對于銅也小，也既同樣大的散熱器鋁質(zhì)的要比銅質(zhì)的輕很多，而散熱效果基本 相同。鋁質(zhì)散熱器的缺點(diǎn)是不易纖焊，若設(shè)計(jì)一種免焊的鋁質(zhì)散熱器取代銅質(zhì)散熱器是 可行的。本文將通過對散熱器的散熱量的計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計(jì)出能夠滿足生產(chǎn)需要和 工作需要的散熱器。 2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選擇 本設(shè)計(jì)采用橫流式結(jié)構(gòu)(圖 1 所示),散熱器水室呈左右布置,左水室從中間隔成進(jìn)水室 3 和出水室 1,右水室 8 為貫通。 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 7 圖 2-1 為散熱器的總體構(gòu)成 Fig 2-1for radiator overall constitution 1.為出水室 2.為隔板 3.為進(jìn)水室 4.散熱片 5.散熱管 6.密封膠墊 7.主片 8.右水室 水室,冷卻水從進(jìn)水室流入,經(jīng)上半部散熱水管,到達(dá)右水室,再經(jīng)下半部散熱水管到達(dá) 出水室,水流在散熱器中流經(jīng)的路程比直流式散熱器增加,散熱效果更好。散熱器的芯子是 由鋁水管 5 穿過鋁散熱片 4 的孔而成,孔的一面壓有翻邊,以增加孔與水管的接觸面積。主 片 6 上有帶翻邊圓孔的密封墊 7,芯子的水管穿過密封墊及主片對應(yīng)的孔后,露出部分被脹 開,緊壓密封墊,實(shí)現(xiàn)水管與主片之間的密封。此外,密封墊還起著左、右水室與主片之間的 密封作用。上述結(jié)構(gòu)免去了散熱片與水管,主片與水管,左、右水室與主片之間的釬焊。 鋁制散熱器的優(yōu)點(diǎn)在上面已經(jīng)有闡述，故不再說明選鋁做為散熱器的原因，下面簡 單介紹下本鋁制散熱器的特點(diǎn)：根據(jù)資料介紹，本鋁制散熱器經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測定相對于銅制 散熱器的燃油消耗率特性的曲線圖： 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 圖 2-2 為耗油特性對比 Fig2-2 for fuel consumption characteristic contrast 1. 銅散熱器 2.鋁散熱器 圖 2-3 為功率特性對比 Fig 2-3for power characteristic contrast 1.銅散熱器 2.鋁散熱器 功率/KW 耗油率/g/(kwh) 轉(zhuǎn)速/r/min 功率/kw 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 9 從上面的計(jì)算中可以得到該鋁質(zhì)散熱器與銅質(zhì)散熱器相比其重量為 3kg，而銅質(zhì)散熱 器的質(zhì)量為 10kg，此散熱器要比銅質(zhì)散熱器輕很多，而且鋁相對于銅又便宜很多，所以 在本系統(tǒng)中我選擇鋁作為散熱器的材料。 綜上所述可以確定鋁制散熱器無論在性能，經(jīng)濟(jì)性，以及機(jī)動車安裝了鋁制散熱器 后的動力特性等方面都相對于銅制散熱器有很大的提高，所以我選擇了鋁制散熱器作為 本冷卻系統(tǒng)的散熱器。 通過發(fā)動機(jī)散熱量的數(shù)值可以直接算出冷卻系統(tǒng)中冷卻水的循環(huán)量和冷卻空氣的需 要量； = （ ） ； = （ ） 10； （2-3）VQtC3/msaVapQtC3/ms 式中 冷卻水在內(nèi)燃機(jī)中循環(huán)時的允許溫升，對強(qiáng)制循環(huán)冷卻系 空氣進(jìn)入散熱器以前與通過散熱器以后的溫度差，at C 水的密度， 3/kgm 空氣密度， a 水的比熱容， kj/(kg )CCA 空氣的比熱容， kj/(kg )p 式中的冷卻水溫度變化量是 =12 ，空氣經(jīng)過散熱器的溫度變化量是tC =15 ，水的密度取 =1000kg/ ，空氣密度取 =1.01kg/ ，水的比熱容取atC 3ma3m =4.187kj/(kg )，空氣的比熱容取 =1.047kj/(kg )ApA 代入后得 =4.3* /s， =1.362 /sV4103aV3 散熱器散熱面積的計(jì)算可根據(jù)有關(guān)參考文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)算， （2-4）1( )22hnhwlathwhphahpQrKffCUf 式中 高溫水回路散熱量， kj 單節(jié)高溫部分傳熱系數(shù)，h 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 單節(jié)高溫散熱面積，hf 2m 單節(jié)高溫通水面積， w 單節(jié)高溫通風(fēng)面積，ahf 2 高溫水流速， 3/ms 高溫水密度，wh23kg 高溫水定壓比熱，kj/(kg )pCCA 冷卻空氣定壓比熱， kj/(kg )a 通過散熱器的風(fēng)速，U/ms 單節(jié)高溫水進(jìn)口溫度， ，wlht C 高溫散熱器單節(jié)進(jìn)風(fēng)溫度 , ，at 式中單節(jié)高溫部分傳熱系數(shù) =48.5 ，單節(jié)高溫散熱面積 =9.2 ，高溫水密hK0.4286aUhf2m 度 =968kg/ ;高溫水定壓比熱 =4205kj/(kg )，wh3mpCC 將以上各參數(shù)代入上式（1）中，可得； （2-()nharU 5） 同理可得： （2-6） 1111( )2nlwal wpapQrtKffCUf 式中 低溫散熱器單節(jié)個數(shù)；nl 低溫水回路散熱器，kj1 單節(jié)低溫散熱面積，f 2m 單節(jié)低溫通水面積，1w 單節(jié)低溫通風(fēng)面積，af 2 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 11 單節(jié)低溫部分傳熱系數(shù)，1K 低溫水流速，w/ms 低溫水密度， 13kg 低溫水定壓比熱， kj/(kg ) pwCC 單節(jié)低溫水進(jìn)口溫度， ， 1t 低溫散熱器單節(jié)進(jìn)口溫度， ， a 式中單節(jié)低溫部分傳熱系數(shù) =112.1 ，低溫水密度 =978kg/ ，低溫水定1K0.126aU1w3m 壓比熱 =4186 ，1pwC/JkgC 由上式（1） （3）計(jì)算可知，在風(fēng)速相同的情況下，高低溫單節(jié)的數(shù)量是不同的，兩 者之間存在著沖突的現(xiàn)象。而實(shí)際上，對于雙流道散熱器的單節(jié)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的原因， 所以式 是成立的，但每個單節(jié)的高低溫部分的散熱面積卻是不相同的。綜合考nhlr 慮了發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的高低溫水回路散熱器的冷卻效率，可以認(rèn)為，在計(jì)算過程中，取 散熱器單節(jié)的個數(shù)為， 0.6.4nhnlrr （2-7） 根據(jù)上式可以計(jì)算出散熱器的散熱面積， （2-()hlFrff 8） 式中： 雙流道散熱器單節(jié)的散熱面積， 。f 2m 同時，在散熱器設(shè)計(jì)中,散熱器應(yīng)散出的熱量即 ;冷卻水的循環(huán)量 應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹鬟^QV 散熱器水管的流量;冷卻空氣量 應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹鬟^散熱器的空氣量,則散熱器的正面積 ， aV rF = / ( ) （2-9）rFaVv2m 式中 為散熱器正前面的空氣流速,取 =8m/s,則 =0.17 ;取散熱芯子高為 0.32m,avrF2m 寬為 0.56m,散熱器的水管數(shù) i 為3 i= /( ) （2-10）Vvf 式中 為水在散熱器水管中的流速 ,取 =0.8m/s; 為每根水管的橫斷面積,選直徑為vf 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 6.5mm 的鋁管,f 0 =0.332*10-4m2 計(jì)算出 i=16.2 根,取 i=17 根,上、下兩部分散熱 芯共計(jì) 34 根。散熱器的散熱表面積 F 為 F= ( ) ( ) （2-11）QRKt2 式中 散熱器傳熱系數(shù), =0.07RK 散熱器冷卻水和冷卻空氣的平均溫度差, t 式中的 =0.07，散熱器的冷卻水溫度的變化范圍是 =61.5;計(jì)算出 F=5.02RKt2m 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 13 3 節(jié)溫器的設(shè)計(jì) 3.1 節(jié)溫器的功能 節(jié)溫器是控制冷卻液流動路徑的閥門。當(dāng)發(fā)動機(jī)冷起動時，冷卻液的溫度較低，這 時節(jié)溫器將冷卻液流向三熱器的通道關(guān)閉，使冷卻液經(jīng)水泵入口直接流入機(jī)體或氣缸蓋 水套，以便使冷卻液能夠迅速升溫。如果不安裝節(jié)溫器，讓溫度較低的冷卻液經(jīng)過散熱 器冷卻后返回發(fā)動機(jī)，則冷卻液的溫度將長時間不能升高，發(fā)動機(jī)也將長時間在低溫下 運(yùn)轉(zhuǎn)。同時，車廂內(nèi)的暖風(fēng)系統(tǒng)以及用冷卻液加熱的進(jìn)氣管 、化油器預(yù)熱系統(tǒng)都在長時 間內(nèi)不能發(fā)揮作用能。 由于國內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)展水平的限制，許多國內(nèi)生產(chǎn)的節(jié)溫器基本都是利用乙醚和石 蠟等作為反應(yīng)介質(zhì)來控制節(jié)溫器的開啟和關(guān)閉，我認(rèn)為如果將節(jié)溫器的開關(guān)與冷卻風(fēng)扇 的電控系統(tǒng)連接并應(yīng)用電控系統(tǒng)對其進(jìn)行控制，那將使發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻效率有大 的改觀，由于資料限制，本問將采用傳統(tǒng)的石蠟作為反應(yīng)介質(zhì)對節(jié)溫進(jìn)行開啟和關(guān)閉的 控制。 3.2 節(jié)溫器的結(jié)構(gòu)及工作原理 蠟式節(jié)溫器有單閥型及雙閥型之分，單閥型蠟式節(jié)溫器主要結(jié)構(gòu)含彈簧、石蠟、膠 管、感溫體、節(jié)溫器閥、閥座、隔圈、密封圈、節(jié)溫器蓋、螺母、推桿、上支架、下支 架等。 當(dāng)冷卻液溫度低于規(guī)定值時，節(jié)溫器在彈簧作用下關(guān)閉冷卻液流向散熱器的通道。冷卻 液經(jīng)旁通孔和水泵返回發(fā)動機(jī)，進(jìn)行小循環(huán)。當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到規(guī)定值后，石蠟開始熔 化逐漸變成液體，體積隨之增大并壓迫橡膠管使其收縮。在橡膠管收縮的同時對推桿作 用以向上的推力。由于推桿上端固定，因此，推桿對膠管和感溫體產(chǎn)生向下的反推力使 其閥門打開。這時冷卻液經(jīng)節(jié)溫器進(jìn)入散熱器，并由散熱器經(jīng)水泵流回發(fā)動機(jī)，進(jìn)行大 循環(huán)。 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 3.3 節(jié)溫器的設(shè)計(jì) 石蠟節(jié)溫器的關(guān)鍵主要是應(yīng)用了石蠟在溫度變化的情況下其物理形態(tài)發(fā)生改變的特 性，當(dāng)溫度在低于規(guī)定值的時候，石蠟呈固態(tài)，節(jié)溫器閥在彈簧的作用下關(guān)閉冷卻頁流 向三熱器的通道，冷卻液經(jīng)旁通孔和水泵返回發(fā)動機(jī)，進(jìn)行小循環(huán)。當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到 規(guī)定值后，石蠟開始熔化逐漸變成液體，體積隨之增大并壓迫橡膠管使其收縮。在橡膠 管收縮的同時對推桿作用以向上的推力。由于推桿上端固定，因此，推桿對膠管和感溫 體產(chǎn)生向下的反推力使閥門開啟。這時冷卻液經(jīng)節(jié)溫器閥進(jìn)入散熱器，并由散熱器經(jīng)水 泵流回發(fā)動機(jī)，進(jìn)行大循環(huán)。 此節(jié)溫器的特性是：當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到 85 度的時候，節(jié)溫器閥開始打開。當(dāng)溫度達(dá) 到 105 度的時候，節(jié)溫器閥全開，其升程為 7mm。 雖然這將導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)的冷卻效率的降低，但出于生產(chǎn)成本考慮，再加上節(jié)溫器在 該冷卻系統(tǒng)中所占的比重要明顯低于散熱器和冷卻風(fēng)扇等構(gòu)件，所以我設(shè)計(jì)了此種節(jié)溫 器。 3.4 節(jié)溫器的布置 一般水冷系統(tǒng)的冷卻液在機(jī)體進(jìn)，從汽缸蓋流出，大多數(shù)節(jié)溫器布置在汽缸蓋出水 管路中，這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，容易排出冷卻系統(tǒng)內(nèi)的氣泡，器缺點(diǎn)是節(jié)溫 器在工作時會產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，例如，在冬季冷啟動發(fā)動機(jī)時，由于冷卻液溫度低，節(jié)溫 器閥關(guān)閉，冷卻液在進(jìn)行小循環(huán)時，溫度很快升高，節(jié)溫器閥開啟，與此同時，散熱器 內(nèi)的低溫冷卻液流入機(jī)體，使冷卻液又冷了下來，節(jié)溫器閥重新關(guān)閉，等到冷卻液溫度 再次升高，節(jié)溫器閥又再次打開，直到全部冷卻液溫度穩(wěn)定后，節(jié)溫器閥才趨于不在重 復(fù)開閉，節(jié)溫器閥在短時間反復(fù)開閉的現(xiàn)象，稱為節(jié)溫器振蕩，當(dāng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時候， 講增加汽車的燃油消耗量。 節(jié)溫器也可以布置在散熱器的出水管路中，這種布置方式可以減輕或消除節(jié)溫器振 蕩現(xiàn)象，并能精確地控制冷卻液溫度，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，多用于高性能的得汽 車及在冬季經(jīng)常告訴行駛的汽車上。 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 15 4.硅油風(fēng)扇離合器結(jié)構(gòu)及工作原理 硅油風(fēng)扇離合器是用硅油作介質(zhì)，利用硅油高粘度的特性來傳遞轉(zhuǎn)矩，發(fā)送機(jī)負(fù)荷 增加時，水溫升高，從散熱器吹來的熱空氣使得雙金屬片感溫片受熱而扭轉(zhuǎn)變形帶動閥 銷轉(zhuǎn)動，并通過感溫片變形量的大小控制進(jìn)油閥的開度，進(jìn)油孔打開時，硅油從貯油腔 進(jìn)入工作腔內(nèi)，在液體摩擦作用下，風(fēng)扇離合器嚙合，從動板隨主動板轉(zhuǎn)動，風(fēng)扇開始 工作，發(fā)動機(jī)溫度降低時氣流溫度隨之降低，當(dāng)經(jīng)過感溫片的氣體溫度低于某一溫度時， 感溫片回轉(zhuǎn)帶動閥銷關(guān)閉閥孔，工作腔內(nèi)的硅油在慣性力的作用下流回貯油室，風(fēng)扇離 合器回到分離狀態(tài)，從而起到調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)水溫的目的。 4.1 硅油風(fēng)扇離合器的功能 汽車在行駛過程中，由于環(huán)境條件和運(yùn)行工況的變化，發(fā)動機(jī)的熱狀況也在改變， 因此，必須隨時調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的冷卻強(qiáng)度，例如，在炎熱的夏季，發(fā)動機(jī)在低速，大負(fù)荷 下工作，冷卻液的溫度很高時，風(fēng)扇應(yīng)該告訴旋轉(zhuǎn)，以增加冷卻風(fēng)量，增強(qiáng)散熱器的散 熱能力， ，而在寒冷的冬天，冷卻液的溫度很低時，或在汽車高速行駛有強(qiáng)勁的迎面風(fēng)吹 過散熱器時候，風(fēng)扇繼續(xù)工作就變的號無意義了，不僅白白消耗發(fā)動機(jī)功率，而且還產(chǎn) 生很大的噪聲，試驗(yàn)證明，水冷系統(tǒng)只有 25%的時間需要風(fēng)扇，而在冬季需要風(fēng)扇的時 間就更短，因此，根據(jù)發(fā)動機(jī)的熱狀況隨時對冷卻體統(tǒng)加以調(diào)節(jié)就變得十分重要了，在 風(fēng)扇與冷卻風(fēng)扇之間裝置硅油風(fēng)扇離合器，是實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)的方法之一，而硅油風(fēng)扇離 合器是一種能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作溫度自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速以維持正常的發(fā)送機(jī)工作溫度 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 的裝置，硅油風(fēng)扇離合器不僅可以有效地減少發(fā)動機(jī)有效功率的損耗，改善發(fā)送機(jī)的經(jīng) 濟(jì)性，提高發(fā)動機(jī)的壽命，而且可以有效地降低發(fā)動機(jī)的噪聲，具有廣闊的發(fā)展前景。 4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)指標(biāo)主動軸轉(zhuǎn)速 =3500r/min;全嚙合風(fēng)扇轉(zhuǎn)速 3290r/min;全嚙合差轉(zhuǎn)率snfn 6%；風(fēng)扇軸功率 =69.5kw；風(fēng)扇風(fēng)量 =1.44m /s。fNfQ3 主動板與離合器殼體間隙的優(yōu)化設(shè)計(jì) 硅油離合器常用的回油機(jī)構(gòu)為突臺式，臺階附近的壓力如圖所示。油槽硅油碰到凸 臺后，因?yàn)榱鲃邮茏璁a(chǎn)生擠壓力，該力克服回油孔的阻力后，硅油經(jīng)回油孔流回貯油腔。 進(jìn)油口在開啟狀態(tài)時，實(shí)現(xiàn)硅油在離合器內(nèi)的循環(huán)；在開啟狀態(tài)時，實(shí)現(xiàn)離合器工作腔 的排空，使得離合器調(diào)速。所以回油機(jī)構(gòu)泵油壓力及端面泄油量的大小，對離合器的調(diào) 速靈敏性和傳遞轉(zhuǎn)矩有很大的影響。合理確定回油機(jī)構(gòu)尺寸，可以有效地提高硅油離合 器的性能。 對于凸臺回油機(jī)構(gòu)，流體一元流動的 Renolds 的方程為： P/x（ /u-p/x）=-6vh/x （1）3h 在區(qū)域 內(nèi)有 h= =常數(shù)， 內(nèi)有 h= =常數(shù)， 在等溫條件下為常數(shù)，壓力梯度1B1h2B2h dp/dx 為常量，對上式積分得： （dp/dx） = / (2)1maxp1 （dp/dx） = / (3)22B 單位時間內(nèi)沿 x 方向流過單位寬度的流量 q 為：x q =1* =u* /2- /12 *（dp /dx） =u h /2- /12 *（dp/dx ） （4）x hldy013h1x232 將式（2） 、式（3） 、代入式（4）得： 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 17 P =6u （ - ）/ （ / + / ）=6u （k-1）/ （k / +1/ ）max3h231h2B322h31B2 式中的 k= / ，要得到 ，需合理確定回油機(jī)構(gòu)各參數(shù)，由圖 2 得 =B- ,當(dāng)硅1maxp 12B 油離合器整體結(jié)構(gòu)確定后，B 也隨之確定，因此 p 中只有 k、B 為變量，故取2 =0 (5)2/p =0 （6）k 由式（5）得：B= (K +1) (7)2B3/ 由式（6）得：B= (2k -3k +1)（8）2 由式（7） 、式（8）得：（k +1）/ （2k -3k +1） （9）3/ 32 解得：k=1+ ，此時 p 有最大值，相應(yīng)的 / =k （2k-3）=3.66.21B2 3.3 主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取 =0.3mm =（ +2） =0.724，取 =0.7mm，取 =0.4mm，則2h1l2h1h1B = /3.655=1.094mm，取 =1.1mm，離合器的扭矩 M=9550p/n=190N.m，硅油動力粘2B1 B 度 = *10 =3*10 gs/mm 。式中 為硅油運(yùn)動粘度，則 =3*10 mm /s，則主動板直55242 徑為 =2* =469mm。發(fā)熱量 Q=6324 =1317.80KJ ， 為離合器差轉(zhuǎn)消耗0D4/Mtl LpLp 功率。 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 5 冷卻風(fēng)扇的選擇 在發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)中，散熱器的空間體積占機(jī)車?yán)鋮s室的大部分體積，冷卻風(fēng)扇的 大小直接影響到冷卻系統(tǒng)散熱效果和散熱效率，而冷卻風(fēng)扇的功率消耗作為機(jī)車的性能 參數(shù)，又占機(jī)車輔助功率消耗的大部分。散熱面積過大，將增加設(shè)備的投入成本，但冷 卻系統(tǒng)的運(yùn)用功率卻相應(yīng)減小，減少冷卻系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用，而散熱面積過小，冷卻系 統(tǒng)的運(yùn)用功率便相應(yīng)增加。因此，研究兩者之間的相互關(guān)系是致關(guān)重要的，本文將假定 在 的環(huán)境溫度下對風(fēng)扇的工作特性進(jìn)行了解和相應(yīng)的計(jì)算分析，以及在某環(huán)境溫度下40 選擇良好的冷卻風(fēng)扇與散熱器進(jìn)行配合，以達(dá)到提高散熱效率的目的。 風(fēng)扇消耗的功率可以表示為 affVHN （5-2ahrU 2） 式中： 單個風(fēng)扇范圍內(nèi)的通過散熱器的空氣量， ；aV 3/ms H風(fēng)扇的全壓， ；Pa 風(fēng)扇的效率， kwf 冷卻空氣密度， ；a3/kgm 在內(nèi)燃機(jī)車中，風(fēng)扇全壓主要是由散熱器單節(jié)空氣阻力、風(fēng)道阻力和出口氣流動壓 組成。在計(jì)算過程中，風(fēng)道阻力取散熱器單節(jié)空氣阻力的 10%計(jì)算。 散熱器單節(jié)空氣阻力采用公式； （5-1.675.42aaPU 3） 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 19 出口氣流動壓； （5-21adfVhF 4） 式中 風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)截面積，fF2m 由以上各式計(jì)算可得； （5- 1.6752(1.42)ahahaff frUrUFN 5） 冷卻風(fēng)扇與散熱器之間的配合，在冷卻系統(tǒng)中起的作用明顯不同，只有使冷卻風(fēng)扇 與散熱器間功率和散熱面積符合一定的散熱要求，才能達(dá)到良好的散熱效果。 在環(huán)境溫度和其他參數(shù)已知相同的情況下，根據(jù)上面的公式（1） （2） （4） ，得到圖 1 風(fēng)速 2/()kgms 圖 5-1 示為單節(jié)個數(shù)與冷卻風(fēng)扇功率的匹配關(guān)系 Fig 5-1 representation for single-node integer and cooling fan power match relations 1單個冷卻風(fēng)扇消耗功率；2散熱器單節(jié)個數(shù) 由公式（3）和（5）可得到下圖 柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 散熱面積 3/Fm 圖 5-2 示為風(fēng)扇總功率與散熱面積的關(guān)系 Fig 5-2 representation for ventilator total output and radiating surface relations 由以上兩圖可知：當(dāng)散熱器單節(jié)散熱個數(shù)為 48 節(jié)（散熱面積為 1166.88 ）時，風(fēng)2m 速為 12.7 ， =70.2kw，但冷卻風(fēng)扇消耗的功率理論上比實(shí)際上較大，因?yàn)樵?/()kgmsfN 計(jì)算過程中計(jì)算風(fēng)扇全壓是按照 48 節(jié)計(jì)算的，這樣會導(dǎo)致風(fēng)速偏大，因而單個風(fēng)扇的實(shí) 際所消耗的功率需要進(jìn)行修正，修正為 69.5kw，這樣就解決了風(fēng)扇實(shí)際消耗的功率與理 論消耗功率不同的誤差。 根據(jù)公式 得到，每 100kw 的散熱量需要的散熱面積是 ()hlFrff