开题报告-弹性胶泥缓冲器打压装置设计及有限元分析

大学毕业设计开题报告学生姓名学号学院、系专业机械设计制造及其自动化设计题目弹性胶泥缓冲器打压装置设计及有限元分析指导教师年月日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102），不能只写最后2位或1位数字；5有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“20040315”；6指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕业设计开题报告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述文献综述弹性胶泥缓冲器是欧洲铁路联合系统UIC在80年代初首先使用的一种高技术含量、高性能指标缓冲器产品,弹性胶泥缓冲器的使用介质是处于粘态的高分子材料。这是一种没有经过硫化交联反应的有机硅化合物,它具有较高的粘度、良好的弹性、可压缩性和流动性等特征,其可以在80250之间的温度范围内使用,物理机械性能在此温度范围内都具有较高的稳定性、抗老化性,且无臭、无毒,对环境和人员无污染,它具有固、液两种状态的属性,是车钩缓冲器理想的缓冲介质材料。在没有复原弹簧作用的条件下,利用其高弹性特点可以实现缓冲器的复原回程利用其压缩性实现缓冲器的压缩行程利用其良好的流动性可以实现缓冲器的大容量,低阻抗能力。这种材料的流动粘度大小可根据实际使用的需要来进行调整,这样比较容易地解决了液压缓冲器密封难的问题。弹性胶泥缓冲器的基本工作原理将弹性胶泥材料装进一个能够承受一定压力的缓冲器活塞缸体内,根据实际应用的需要增加一定的预压缩力,当弹性胶泥缓冲器活塞柱受到一定的压力静压力或冲击力时,活塞利用活塞缸内节流孔或节流间隙以及弹性胶泥材料本身体积被压缩后反作用力产生一定的阻抗力。当弹性胶泥材料受到的预压缩力越大和活塞的运动速度越快,则产生的阻抗力也越大,这有利于提高缓冲器在大冲击下的容量。当缓冲器的活塞被压缩后,缓冲器体内的弹性胶泥处于压缩状态,当作用在活塞柱上外力撤消后,弹性胶泥的体积则会自行产生膨胀,将活塞推回到原始位置,在这个过程中弹性胶泥材料以较慢的速度通过节流孔或节流间隙流回原位,这样就实现了缓冲器的回程运作。弹性胶泥缓冲器的主要有缸体、活塞、活塞杆、粘弹性胶泥和密封装置几部分组成，而对活塞和缸体的工艺分析是整个缓冲器加工的重中之重。同样的设计可以通过不同的工艺方法来实现，工艺不同，所用的加工设备，工艺设备也就不同，其质量和生产率也会有差别。工艺是生产中最活跃的因素，有了某种工艺方法才有相应的工具和设备出现，反过来，这些工具和设备的发张又提高了该工艺方法的技术性能和水平，扩大了其应用范围。（一）胶泥缓冲器打压机构的设计胶泥打压机是一种填充装置，他的主要目的是将胶泥通过高压注射到胶泥缓冲器中，其基本结构缸体、活塞、活塞杆、缸盖、密封圈等组成。特点是压力范围最广,效率高。在胶泥缓冲器和胶泥打压机中都会涉及到密封问题，只有保证密封效果，才能使压缩机各部分在正常工作情况下使用,保证压缩机的使用寿命和工作可靠性。1常见密封环结构及工作原理斜口环为目前使用的结构形式,它们均是成对使用,用定位销使其开口错开,将通道堵住其密封原理是背压自紧阻塞密封。2密封环与活塞杆的配合由试验得知,在层流范围内当四周间隙均匀时通过填料与活塞杆之间的间隙,泄漏量与间隙的三镒方成正比。因此此间隙值越小越好。考虑到添充聚四氟乙烯的热膨胀系数较大,设计中可将密封环与活塞杆的配合取用机轴制的小过盈配合。3表面粗糙度密封环之间是靠错开缺口将通道挡住。所以密封环两端要求有较高的表面粗糙度。密封环内孔与活塞杆为一往复运动摩擦组。聚四氟乙烯自润滑机理说明,在摩擦过程中,摩擦表面上会形成一层润滑保护膜,它的抗剪切强度与粘着力很小。从试验及润滑保护膜形成机理分析中得知。密封内孔的表面粗糙度以16为宜。过高的表面粗糙度难于建立自润滑膜。使用中常常遇到这种情况本来运行中机器填函的密封性能较好,但停机一段时间后再开机往往有泄漏现象。而且这种泄漏现象往住要坚持较长时间才能稳定,有的干脆就再也不能正常工作了。这是因为新密封环内表面刚开始的表面粗糙度适宜。开机后,在镯形弹簧径向预紧力和背压自紧气体力作用下。经过逐渐磨合。自润滑膜顺利建立起来。但停机后再开的填函。由于它已经被磨合得很光滑,再开起来自润滑膜较难于建立。有时需要运行较长时间才能建立,这样就影响到填函的可靠性和寿命。当然,内孔表面粗糙度太差易使密封环被粘附磨损和磨粒磨损,使其失效。二ANSYS简介ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如PRO/ENGINEER,NASTRAN,ALOGOR,IDEAS,AUTOCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。软件主要包括三个部分前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。三ANSYS软件提供的分析类型1结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。2结构动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。3结构非线性分析结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。4动力学分析ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。5热分析程序可处理热传递的三种基本类型传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热结构耦合分析能力。6电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。7流体动力学分析ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。8声场分析程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。9压电分析用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析软件主要包括三个部分前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；ANSYS的前处理模块ANSYS的前处理模块主要有两部分内容实体建模和网格划分。实体建模ANSYS程序提供了两种实体建模方法自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。ANSYS程序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和删除。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。网格划分ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。目前最新版本ANSYS120同级别的软件还有ADINA、ABAQUS、MSC等，ADINA和ABAQUS在非线性计算功能方面比ANSYS强，ABAQUS没有流体计算模块，ADINA不能做电磁分析但是ADINA是目前做流固耦合最好的软件。载荷在ANSYS中，载荷包括边界条件和外部或内部作用力函数，在不同的分析领域中有不同的表征，但基本上可以分为6大类自由度约束、力（集中载荷）、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。1、自由度约束（DOFCINSTRAINTS）将给定的自由度用已知量表示。例如在结构分析中约束是指位移和对称边界条件，而在热力学分析中则指的是温度和热通量平行的边界条件。2、力（集中载荷）（FORCE）是指施加于模型节点上的集中载荷或者施加于实体模型边界上的载荷。例如结构分析中的力和力矩，热力分析中的热流速度，磁场分析中的电流段。3、面载荷（SURFACELOAD）是指施加于某个面上的分布载荷。例如结构分析中的压力，热力学分析中的对流和热通量。4、体载荷（BODYLOAD）是指体积或场载荷。例如需要考虑的重力，热力分析中的热生成速度。5、惯性载荷（INERTIALOADS）是指由物体的惯性而引起的载荷。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的惯性力。6、耦合场载荷（COUPLEDFIELDLOADS）是一种特殊的载荷，是考虑到一种分析的结果，并将该结果作为另外一个分析的载荷。例如将磁场分析中计算得到的磁力作为结构分析中的力载荷。参考文献学术期刊1段有春弹性胶泥的特性及其缓冲器的研究现状精细与专用化学品2010,092杨俊杰重载组合列车机车缓冲器关键技术参数研究中国铁道科学2010,033张友南,黄友剑,陈忠海弹性胶泥车钩缓冲器的研究和应用进展特种橡胶制品2001，0457594李克兴林乐弹性胶泥缓冲器试验研究情况铁道车辆1996，1023245曹思盛大型活塞式压缩机气缸体的成形工艺中国铸造装备与技术2005，226316张夏林奥威柴油发动机气缸体设计技术条件与工艺要求MC发动机制造，2008，476807QKX80型弹性胶泥缓冲器通过铁道部技术审查铁道车辆2006，108徐志辉改善压缩机高压密封填函的性能内蒙古石油化工，2007，12272学术会议论文集8朱闰平，杨军缓冲减振用弹性胶泥阻尼材料9张国辉，李世杰活塞式压缩机设计的基本原则科技论坛，图书10冯冠大典型零件机械加工工艺北京机械工业出版社，2003，11何庆机械制造专业毕业设计指导与范例北京化学工业出版社，2007，1612王先奎机械制造工艺学北京机械工业出版社，2006，学位论文13贾九红胶泥缓冲器的耗能机理研究与设计博士学位论文上海上海交通大学,200714赵旭东活塞加工工艺流程和生产模式的研究及应用硕士学位论文山东山东大学15陈占清活塞复位式液压缓冲器的研究硕士学位论文上海交通大学,200716梁冠华重载货车缓冲器特性研究硕士学位论文西南交通大学,2009毕业设计开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）研究的问题11确定胶泥打压机的结构。对活塞、活塞杆、缸体、缸盖等零件设计计算。2画出胶泥缓冲器打压机构的装配图和各零件的零件图。3设计计算缓冲器的打压机构4应用ANSYS分析缓冲器打压机构的缸体和活塞的强度5主要对装填机构进行结构设计，重点是打压机构的零件尺寸计算，其中包括缸体壁厚的设计计算，活塞杆直径的设计，活塞的设计，缸盖的设计以及缸体长度的确定。6编写设计说明书。拟采用的研究途径1熟悉研析任务书的要求分析设计任务书，明确设计的主要任务和要求以及工作条件、工作内容、技术要求等；2相关参考资料的搜集胶泥缓冲器打压机构是类似与活塞式压缩机的一种通用机械，在设计的时候应该满足一下基本原则（1）满足缓冲器的压力限制，及有关的使用条件的要求。（2）又足够长的使用寿命，足够高的可靠性。（3）有良好的动力平衡性。（4）维护检修方便。（5）制造工艺性良好。（6）机器的尺寸小、重量轻。气缸中高压气的泄漏有两种途径,一是缸腔之间通过活塞与气缸壁之间的间隙相互窜气而产生内泄漏,这是高压气耗损的主要形式二是向缸体外泄漏。现有的密封形式有两种,分别是密封件密封和机械间隙密封。前者密封可靠,但密封面摩擦力大后者摩擦力很小,但对相关零件的配合精度和表面质量要求高,加工难度大。与活塞连为一体的活塞轴,与定子及前后缸盖的动配合圆弧面采用机械间隙密封结构,通过提高相关零件的加工与配合精度、加大结合面尺寸,来保证密封的可靠性缸体与前后缸盖之间静配合面用紫铜垫圈密封,通过螺栓预紧连接来保证气密性。3仔细研究相关参考资料认真研读资料，掌握胶泥缓冲器打压机构的结构、特性以及胶泥缓冲器打压机构的工作原理，然后选定自己研究的胶泥缓冲器打压机构的型式，大胆地进行改进和创新。为下一步的设计计算做好准备。4胶泥缓冲器打压机构的总体设计和各零件的设计根据胶泥缓冲器打压机构的用途、压力和密封性等采用相应的方案对其进行总体设计；并设计活塞、活塞杆、缸体、缸盖、密封环等零件；5绘制胶泥缓冲器打压机构装配图及各主要零件图绘制胶泥缓冲器打压机构装配草图；进行缸套的结构设计和活塞组部件设计；校核零件的寿命；计算各零件的尺寸大小，及精度要求画出零件图。6编写设计说明书写明整个设计的主要计算和一些