开题报告-某汽油机曲轴飞轮组设计

华南理工大学广州学院本科生毕业设计（论文）开题报告论文题目 某汽油机曲轴飞轮组设计 专业班级 姓 名 学生学号 指导教师 填表日期 2013年3月7日 二一三 年 三月姓 名开题时间2013. 3学 制本科四年专业班级指导教师论文题目某汽油机曲轴飞轮组设计导师组长开题报告内容：1. 设计（或研究）的依据与意义近年来随着社会的发展，农业经济体制和规模发生了很大改变，交通运输以及城乡物流业的迅速发展，使中小功率汽油机销量持续上升。由于不受爆燃的限制以及汽油自燃的需要，汽油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，汽油机的扭矩大，最大功率时的转速低，因此，汽油机在配套使用中将更进一步显示出其优越性。到目前为止，汽油机也已成为一种排放清洁、节省能源的动力。在欧洲，汽油车销量已占汽车总销量的40%多，美国市场的汽油车销量也在逐渐增加。目前我国农用车行业内外环境，包括社会认识、市场供求关系、产品和制造技术，都发生了许多新的变化。农用车是我国一个特色的运输车品种，其投资少、运输能力强、产出大，正好满足建设节约型社会、提高资源使用效率的需求，从整个国家来讲，具有长远的战略意义。目前我国中东部地区对农用车仍然大量需要，并且西部经济有待进一步发展的地区随着发展农民收入的增加，潜在的市场非常大，农村运输工具的不足带动了轻型和低速载货汽车的发展，而汽油机车的经济性拉动了轻型汽油汽车的迅速发展，以及在农村经济发展和国家政策的调整潮流下，国内小型农用工程机械市场前景非常好，产销量迅趋火爆，发展前景广阔。 本次设计的汽油机，转速为2200r/min，12h标定功率26KW。由于该汽油机比3、4缸汽油机气缸数量少，转速较低，因此发动机惯性较小，机械负荷降低，平衡振动较小，噪声降低；工作频率较小，活塞、气缸盖、气缸套、排气门等零件热负荷降低；摩擦损失减小，机械效率上升，发动机寿命增加。因此该汽油机完全可以满足农用运输以及工程机械要求，发展前景十分广阔。2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述曲轴是在不断变化的气体压力、往复和旋转惯性力以及它们的力矩（转矩和弯矩）共同作用下工作的，使曲轴既受扭转又受弯曲，产生疲劳应力状态。设计曲轴时，应保证它有尽可能高的弯曲和扭转强度。曲轴各轴颈在很高的比压下以很大的相对速度在轴承中相对滑动，由于曲轴运转工况变化剧烈，有时不能保证液体润滑，使曲轴寿命大大降低。所以设计曲轴时要使其摩擦表面耐磨。目前，美国、德国、日本等汽车工业发达国家都正致力于开发绿色环保高性能发动机，传统的曲轴材料和制造工艺已无法满足其功能要求。这些汽车工业发达国家对曲轴加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。而国内目前在曲轴料、加工技术等方面十分落后，但随着中国加入WTO国内一些曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，为了提高产品竞争力，引进了许多先进的设备和技术，使国内的曲轴生产水平有了很大的提高，但总体上仍落后于日本和西方发达国家。 1）材料 曲轴材料有三种：中碳钢、合金钢和球墨铸铁。由于球墨铸铁切削性能良好，可获得较理想的结构形状。并且和钢质曲轴一样可采用各种热处理和表面强化处理来提高抗疲劳强度、硬度和耐磨性。球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右，因此在国内外得到了泛的应用。本次设计的汽油机就采用球墨铸铁作为曲轴的材料。2）机械加工技术 目前国内的曲轴生产厂家多采用普通机床加工，生产效率和自动化程度较低。国外一些发达国家早已采用专用机床组成的自动化生产线，生产效率和产品质量大大提高。本次设计的汽油机曲轴将采用专用机床来提高生产效率和产品质量。3）热处理和表面强化处理技术，曲轴的热处理关键技术是表面强化处理。球墨铸铁曲轴一般采用感应淬火或氮化工艺。国外一些球墨铸铁曲轴采用滚压工艺与离子氮化进行复合强化，可使整个曲轴的抗疲劳强度提高130%以上。本次设计的汽油机曲轴将采用圆角滚压强化的氮化处理来提高曲轴的抗疲劳强度。 飞轮的作用是调节曲轴转速变化，稳定转速。飞轮的关键尺寸是外径，对于灰铸铁飞轮，圆周速度不要超过3550m/s否则容易造成由于离心力过大，材料的抗拉不足而使飞轮损坏及材料碎裂飞出的事故。本次设计的汽油机飞轮采用灰铸铁材料。3. 课题设计（或研究）的内容 1）整机性能指标与结构参数选取整机主要性能指标及结构参数的选择与论证。2）专题设计绘制曲轴、主轴承、飞轮等零件图并说明其设计思想。3）编程计算 飞轮设计计算。4. 设计（或研究）方法在设计过程中，要查阅相关书籍资料和各种相关期刊，以及有关395型汽油机及其它机型汽油机的相关知识，并了解一下国外该机型的一些主要参数以及基本要求，从而确定自己的主要结构参数在设计过程中，要与小组成员一起经过仔细讨论，确定主要零部件的结构方案，进行总体布置设计。总体方案确定后即可进行主要零部件的初步设计，从而保证设计的各个部件能够顺利组装。（1）了解当前国内外进行内燃机零件设计时使用的方法与手段，以及内燃机零件设计的发展与动向。尤其是了解在内燃机关键零件曲轴的设计方面有哪些经验与技术。了解当前应用广泛的机械零部件三维设计软件如CATIA, UGS，Pro/e与Solidworks等。 （2）根据提供的发动机技术参数设计曲轴与飞轮组各零件尺寸、使用的材料。 （3）用三维设计软件对曲轴飞轮组所有零件进行三维建模：包括整体式曲轴（全支承），曲轴前端的正时齿轮、皮带轮、甩油盘等，扭转减振器，飞轮及其齿圈等。对各组件进行虚拟电子装配。 （4）对曲轴的受力情况与动平衡进行分析与计算，并根据计算结果对其进行结构造型设计与改进，描述曲轴的生产加工特点及加工方式，了解其生产工艺，验证设计的合理性。 （5）总结并得出结论。5.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：3.1本课题要研究或解决的问题(1)完成发动机曲轴飞轮组连杆机构进行运动学动力学分析和曲轴组的工作载荷的计算和分析；(2)对发动机曲轴的主轴颈、连杆轴颈、曲轴飞轮组臂、润滑油通道、平衡重及曲轴两端等进行结构设计3.2完成发动机曲轴的强度分析，并用计算机绘制出零件图；3.2.2 拟采取的研究方法（1）文献研究法文献研究法是根据一定的研究目的或课题，通过调查文献来获得资料，从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题的一种方法。文献研究法被子广泛用于各种学科研究中。（2）传统的内燃机工作机构运动学、动力学分析方法主要有图解法和解析法。现代设计理论和方法是动态发展的，从狭义来说是为设计而建立的各种数学模型及求解这些模型的技术。它在内燃机产品设计中应用的范围十分广泛，主要有优化设计、有限元分析、计算机辅助设计、多刚体动力学分析、计算机辅助工程热力学分析等。（1）技术参数序号工作过程计算参数单位数量备注1设计指标标定有效功率kW1002标定转速r/min65003标定最大扭矩Nm1654设计最大扭矩转速r/min50005最低稳定转速r/min7006缸径m0.0857冲程m0.0888压缩比109缸数410燃料汽油 参考文献：(1)汽车发动机设计，陆际清主编，北京：清华大学出版社 (2)”Internal Combustion Engine Fundamentals”, John B. Heywood, Mcgrow-Hill,inc. (3)内燃机构造，林波，李兴虎主编，北京：北京大学出版社，2008年8月 (4)内燃机学，周龙保主编，北京：机械工业出版社，2005年1月 (5)汽车发动机原理，吴建华 主编，北京：机械工业出版社，2005年7月 (6)内燃机设计，袁兆成主编， 北京：机械工业出版社，2012年1月 指导教师（导师组）意见：签 名： 年 月 日审查小组意见：审查小组负责人（签 名）： 年 月 日备注：1、 要有10篇以上相关文章的阅读量。2、 理、工科开题报告撰写要求在2500字左右，人文社科开题报告在3500字左右，包括论文选题的背景和意义、工作任务分析、调研报告、方案拟定与分析、毕业论文撰写提纲及实施计划、文献综述（理、工科可不提交文献综述）等。3、 电脑打印，用A4纸，内容为小四号宋体，行距为固定值20磅。4、 文献综述（按文献综述格式打印）附在开题报告后面一起装订。文献综述内容：1.选题背景及意义近年来随着社会的发展，农业经济体制和规模发生了很大改变，交通运输以及城乡物流业的迅速发展，使中小功率汽油机销量持续上升。由于不受爆燃的限制以及汽油自燃的需要，汽油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，汽油机的扭矩大，最大功率时的转速低，因此，汽油机在配套使用中将更进一步显示出其优越性。到目前为止，汽油机也已成为一种排放清洁、节省能源的动力。在欧洲，汽油车销量已占汽车总销量的40%多，美国市场的汽油车销量也在逐渐增加。目前我国农用车行业内外环境，包括社会认识、市场供求关系、产品和制造技术，都发生了许多新的变化。农用车是我国一个特色的运输车品种，其投资少、运输能力强、产出大，正好满足建设节约型社会、提高资源使用效率的需求，从整个国家来讲，具有长远的战略意义。目前我国中东部地区对农用车仍然大量需要，并且西部经济有待进一步发展的地区随着发展农民收入的增加，潜在的市场非常大，农村运输工具的不足带动了轻型和低速载货汽车的发展，而汽油机车的经济性拉动了轻型汽油汽车的迅速发展，以及在农村经济发展和国家政策的调整潮流下，国内小型农用工程机械市场前景非常好，产销量迅趋火爆，发展前景广阔。 本次设计的2110汽油机，转速为2200r/min，12h标定功率26KW。由于该汽油机比3、4缸汽油机气缸数量少，转速较低，因此发动机惯性较小，机械负荷降低，平衡振动较小，噪声降低；工作频率较小，活塞、气缸盖、气缸套、排气门等零件热负荷降低；摩擦损失减小，机械效率上升，发动机寿命增加。因此该汽油机完全可以满足农用运输以及工程机械要求，发展前景十分广阔。2. 国内外研究概况曲轴是在不断变化的气体压力、往复和旋转惯性力以及它们的力矩（转矩和弯矩）共同作用下工作的，使曲轴既受扭转又受弯曲，产生疲劳应力状态。设计曲轴时，应保证它有尽可能高的弯曲和扭转强度。曲轴各轴颈在很高的比压下以很大的相对速度在轴承中相对滑动，由于曲轴运转工况变化剧烈，有时不能保证液体润滑，使曲轴寿命大大降低。所以设计曲轴时要使其摩擦表面耐磨。目前，美国、德国、日本等汽车工业发达国家都正致力于开发绿色环保高性能发动机，传统的曲轴材料和制造工艺已无法满足其功能要求。这些汽车工业发达国家对曲轴加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。而国内目前在曲轴材料、加工技术等方面十分落后，但随着中国加入WTO国内一些曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，为了提高产品竞争力，引进了许多先进的设备和技术，使国内的曲轴生产水平有了很大的提高，但总体上仍落后于日本和西方发达国家。 1）材料 曲轴材料有三种：中碳钢、合金钢和球墨铸铁。由于球墨铸铁切削性能良好，可获得较理想的结构形状。并且和钢质曲轴一样可采用各种热处理和表面强化处理来提高抗疲劳强度、硬度和耐磨性。球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右，因此在国内外得到了泛的应用。本次设计的2110汽油机就采用球墨铸铁作为曲轴的材料。 2）机械加工技术 目前国内的曲轴生产厂家多采用普通机床加工，生产效率和自动化程度较低。国外一些发达国家早已采用专用机床组成的自动化生产线，生产效率和产品质量大大提高。本次设计的2110汽油机曲轴将采用专用机床来提高生产效率和产品质量。 3）热处理和表面强化处理技术，曲轴的热处理关键技术是表面强化处理。球墨铸铁曲轴一般采用感应淬火或氮化工艺。国外一些球墨铸铁曲轴采用滚压工艺与离子氮化进行复合强化，可使整个曲轴的抗疲劳强度提高130%以上。本次设计的2110汽油机曲轴将采用圆角滚压强化的氮化处理来提高曲轴的抗疲劳强度。 飞轮的作用是调节曲轴转速变化，稳定转速。飞轮的关键尺寸是外径，对于灰铸铁飞轮，圆周速度不要超过3550m/s否则容易造成由于离心力过大，材料的抗拉不足而使飞轮损坏及材料碎裂飞出的事故。本次设计的2110汽油机飞轮采用灰铸铁材料。3.曲轴飞轮组概述曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、扭转减振器、皮带轮、正时齿轮(或链条)等组成。如图2-42所示是曲轴飞轮组的总体结构。3.1曲 轴曲轴是承受连杆传来的力，并将其转变为扭矩，然后通过飞轮输出，另外，还用来驱动发动机的配气机构及其他辅助装置(如发电机、风扇、水泵、转向油泵等)。在发动机工作中，曲轴承受周期性变化的气体压力、旋转质量的离心力和往复惯性力以及它们的力矩的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷，产生疲劳应力状态。为了保证工作可靠，因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要求耐磨而且润滑良好，还必须有很高的动平衡要求。3.2曲轴扭转减振器在发动机工作过程中，连杆作用在曲轴上的力呈周期性变化。这样就会使质量较小的曲拐相对于质量较大的飞轮有扭转摆动(曲拐转速较飞轮转速忽快忽慢)，这就是曲轴的扭转振动。当这种扭转振动的自振率频与连杆传来的呈周期性变化的激振频率成整数倍关系时，曲轴便会产生共振。这种现象既损失发动机的功率，也会破坏曲轴和装在上面的驱动齿轮、链轮、链条等附件，严重时甚致将曲轴扭断。为消除这种现象，曲轴前端装有扭转减振器3.3飞轮飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，其主要功用是将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点。保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，此外，飞轮又往往用作摩擦式离合器的驱动件。4参考文献1内燃机科技丛书_高速柴油机概念设计与实践_许道延_20032汽车发动机现代设计_徐兀_19953姜洪宇，黄春元国内外曲轴加工技术的现状及发展.黑龙江科技信息，20084内燃机学_周龙保_20005邵立新，段立霞.内燃机曲轴结构设计的方法.农机使用维修，20088