定单036-某汽油机曲轴飞轮组设计【开题报告】.doc

某汽油机曲轴飞轮组设计【3D-Proe三维图 】【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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3D-Proe
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汽油机 曲轴 飞轮 设计 proe 全套 cad 图纸 毕业论文 原创 资料
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摘 要

曲轴是汽油机最主要的部件之一。它的尺寸参数在很大程度上决定并影响着汽油机的整体尺寸和重量,汽油机的可靠性和寿命也在很大程度上取决于曲轴的强度。因此,设计新型汽油机或老产品进行改造时必须对曲轴强度进行严格的安全校核。

本文主要介绍了汽油机的总体设计思想的确定以及曲轴飞轮组零件的设计过程。内容包括汽油机总体设计方案的选择,动力性指标的确定,曲轴飞轮零件图的绘制时的参数选择,包括曲轴及飞轮结构的设计,制造时所需注意的加工过程以及检验产品时强度校核等内容。

本文还运用到了Pro/E三维软件制图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。

关键词:汽油机,曲轴,飞轮,Pro/E


ABSTRACT

Gasoline engine crankshaft is one of the main components. Its dimensions and influence largely determines the overall size and gasoline weight, reliability and life of gasoline also largely depends on the strength of the crankshaft. Thus, the strength of the crankshaft must be strict security check designing new or old gasoline engine when the product transformation. This paper describes the design process to determine and set of parts crankshaft flywheel gasoline overall design ideas. Including overall design choice gasoline, determining dynamic indicators parameter selection draw when the crankshaft flywheel parts diagram, including the crankshaft and flywheel design of the structure, the required attention to the manufacturing process and the time to test the product strength check content. The article also apply to the Pro / E three-dimensional mapping software on the crankshaft flywheel group all parts for three-dimensional modeling: including the overall crankshaft (full support), the front end of the crankshaft timing gears, pulleys, dumped oil pan, etc., torsional damper, flywheel and the ring gear and the like. Each virtual electronic components for assembly.

Keywords: Gasoline engine, Crankshaft, Flywheel, Pro/ E




目录

摘 要1

ABSTRACT1

第一章 绪论4

1.1 选题背景及意义4

1.2 国内外研究概况4

1.3 曲轴飞轮组概述5

1.3.1曲轴6

1.3.2曲轴扭转减振器6

1.3.3飞轮6

第二章 总体设计方案8

2.1汽油机设计要求8

2.2汽油机的主要参数8

2.2.1 参数要求8

2.3.2 参数选定9

第三章 曲轴设计10

3.1 曲轴设计要求10

3.2 曲轴结构设计10

3.2.1支承方式的选择10

3.2.2 结构型式的选择10

3.2.3 曲轴的轴向定位11

3.2.4曲轴端部结构设计11

3.2.5 润滑油道布置12

3.3 曲轴主要尺寸的确定13

3.3.1 曲柄销的直径和长度13

3.3.2 主轴颈的直径和长度14

3.3.3 曲柄臂14

3.3.4 曲轴圆角15

3.4 曲轴材料选择及毛坯制造15

3.5 曲轴的平衡15

3.5.1曲轴的平衡性分析15

3.5.1 曲轴平衡块的布置方式17

3.6 曲轴疲劳强度校核18

3.6.1 疲劳强度计算18

3.6.2 提高曲轴疲劳强度的结构措施23

3.6.3提高曲轴疲劳强度的工艺措施24

第四章 飞轮设计与计算26

4.1飞轮的作用26

4.2飞轮的设计与计算26

第五章 其他附件的设计29

5.1 主轴承的设计29

5.1.1主轴承的工作条件29

5.1.2 轴承材料选定30

5.1.3 轴瓦结构设计与主要尺寸的确定30

5.2 曲轴扭转减振器31

参考文献33

结 论34

致 谢35

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第一章 绪论

1.1 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。


内容简介:
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 nts 1 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 nts 2 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 35 50m/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 nts 3 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。 nts 4 ( 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 kW 100 2 标定转速 r/min 6500 3 标定 最大 扭矩 Nm 165 4 设计最大扭矩转速 r/min 5000 5 最低稳定转速 r/min 700 6 缸径 m 0.085 7 冲程 m 0.088 8 压缩比 10 9 缸数 4 10 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。 nts 5 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。nts 6 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 35 50m/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 )。 nts 7 在发动机工作中,曲轴承受周期性变化的气体压力、旋转质
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