【开题报告】汽车燃油泵总成三维设计—jh-a14

嘉兴学院南湖学院毕业论文（设计）开题报告题目汽车燃油泵总成三维设计JHA14（A）系别机建系专业机械设计制造及其自动化班级机械N101班学号201045679421学生姓名项兆辉一、选题的背景、意义（所选课题的历史前景、国内外研究现状和发展趋势）1历史前景公元前200年左右,古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的活塞泵，已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得到迅速发展。18401850年，美国HR沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置的蒸汽直接作用的活塞泵，标志着现代活塞泵的形成。19世纪是活塞泵发展的高潮时期，当时已用于水压机等多种机械中。然而随着需水量的剧增，从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。但是在高压小流量领域，往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增多1。利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多达芬奇所作的草图中。1689年，法国物理学家D帕潘发明了4叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵2。18511875年，带有导叶的多级离心泵相继发明，使发展高扬程离心泵成为可能。尽管早在1754年，瑞士数学家L欧拉提出了叶轮式水力机械的基本方程式，奠定了离心泵设计的理论基础，但直到19世纪末高速电动机的出现，使离心泵获得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。在英国的O雷诺和德国的K普夫莱德雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。2研究现状随着汽车工业的发展，人们对汽车环保提出了更高的要求，尤其是对汽车尾气的排放制定了严格的标准在此情况下，传统的化油器已趋于淘汰汽车燃油泵是一种应运而生的符合环保要求的产品燃油泵主要由泵体、永磁直流电动机和外壳3个部分组成，燃油泵的外壳两端卷边铆紧，使各个部件组成一个不可拆卸的总体其工作原理为永磁电动机通电后带动泵体旋转将燃油从进油器吸入，流经电动燃油泵的内部，再从出油口压出，给燃油系统供油燃油泵在国外高中档汽车中已广泛应用在国内，有些国产汽车也已开始使用燃油泵，如神龙富康、桑塔纳2000等燃油泵中的永磁直流电动机是关键部件，其运行性能直接影响燃油泵的性能目前国产的燃油泵配套永磁直流电动机存在效率偏低的情况，额定效率在35左右3，4而汽车电动燃油泵是汽车燃油供给系统重要的组成部分其作用是把燃油从油箱内吸出并通过喷油器供给发动机各气缸燃油泵质量的好坏将直接影响到整车性能5。它一般由泵体、电动机以及支撑罩3个部分组成其工作原理是电枢通电后带动泵体旋转。将燃油由进油口吸人流经电动燃油泵的内部再由出油口压出给燃油系统供油供给喷油器它必须在任何工况下向发动机提供充分的燃油。3发展趋势在现代汽车上，汽车电子在发动机上的应用主要为电子控制喷油和点火。电控燃油喷射装置因其性能优越而得到了日益普及，电子喷油装置可以保证获得与发动机各种工况相匹配的最佳空燃比和点火提前角，使其在输出一定功率的条件下最大限度节油和减少排放6。经过实验并修正得到发动机最佳工况时的供油控制规律、事先把供油控制规律编成程序存在微机的存储器中，当发动机工作时，ECU接收如空气流量计、氧传感器、进气温度传感器、曲轴位置传感器等各传感器的信号，按预先编好的运算程序进行运算，然后和内存中的最佳工况参数进行比较和判断并输出指令给执行器再调整供油量，使发动机一直在最优工作条件下运行，从而提高了发动机的综合性能7。电动燃油泵控制是电子控制喷油系统的重要组成部分，通过发动机ECU控制已经无法满足日益增长的对油泵寿命、功耗的要求，因此单独的油泵控制器更显必要，在应用电动燃油泵控制器后，可使电动燃油泵脱离ECU的控制，具有定时的作用，减少不必要的运转延长了电动燃油泵和起动机的使用寿命，同时防止发动机带故障运行起到特定的保护作用，使维修费用降低到最少，实现了更好的安全性8。二、相关研究的最新成果及动态随着现在科技的发展，电动燃油泵将成为我们最新研究的成果之一9。电动燃油泵的功用是从油箱中吸入燃油，将油压提高到规定值，然后通过供给系统到喷油器。一般燃油泵装在燃油箱内，燃油穿过燃油泵内部。安全阀的开启压力大约在343441KPA。电动燃油泵装有止回阀以改善发动机起动性能，并保持合适的燃油供给系统剩余压力防止产生气阻10。电动燃油泵为了能利用燃油进行冷却，通常做成永磁式驱动电动机、泵体和外壳三部分11。按结构的不同，电动燃油泵可为滚柱式、涡轮式、和叶片式等。按安装位置的不同，电动燃油泵又可分为内装式和外装式。内装式电动燃油泵安装在油箱内部，优点是不易产生气阻和泄漏，有利于热箱输送，且工作噪声小；外装式电动燃油泵串接在油箱外部的输油管路中，容易布置，但噪声大，且易产生气泡形成气阻，外装式一般采用滚柱式电动燃油泵。1滚柱式滚柱式电动燃油泵属外装泵，主要由驱动电动机、滚珠泵、安全阀、止回阀。和阻尼减震器等组成。滚柱式电动燃油泵是装有滚珠的转子与泵体间偏心安装。转子凹槽内的滚珠在旋转惯性力的作用下紧压在泵体内表面12。相邻两滚柱与泵体内表面形成一个油腔。在转子转动过程中，油腔的容积不断发生变化，在转向进油腔时容积增大，吸入燃油；在转向出油腔时，容积减小，压力升高并泵出燃油。燃油喷射系统中，要求燃油泵供给比发动机最大喷油量要多的燃油，因而燃油泵的最大工作压力比实际需求值大得多，但系统油压不能过高，故在燃油泵中设有一安全阀。燃油泵工作压力升高到400KPA时，安全阀打开，燃油泵出油腔与吸油腔相通，燃油在泵内循环，避免供油压力过高。为了防止发动机停转时，供油压力突然下降而引起燃油倒流，在燃油泵出油口安装了止回阀。当发动机熄火时，燃油泵停止转动，止回阀关闭，这样在供给系统中仍有残余压力。油路中残余压力的存在有利于发动机再起动，并能避免高温时气阻现象的发生。由于滚柱泵工作过程的非连续性，在油路中的油压有波动，因此在燃油泵出油端还装有阻尼减震器。阻尼减震器内的膜片和弹簧组成的缓冲系统吸收燃油的压力波，减低压力波动和噪声，提高喷油控制精度。2涡轮式涡轮式电动燃油泵属内装泵，主要由驱动电动机、涡轮泵、止回阀和安全阀等组成。涡轮式电动燃油泵的驱动电动机、止回阀和安全阀等的工作过程与滚柱式电动燃油泵相似。燃油泵部分主要由一个或两个叶轮、外壳和泵盖组成。当叶轮旋转时，叶轮边缘的叶片把燃油从进油口压向出油口。涡轮式电动燃油泵的特点是供油压力的脉动小，供油系统中不需要设置减震阀，因而易于实现小型化，适合装在油箱内，简化供给系统管路，降低噪声。由于它输送率低，故主要用于低压且输送量大的场合。3转子式和叶片式转子式燃油泵工作原理与滚柱式十分内似，主要是利用内外转子啮合过程中腔室容积大小的变化，将燃油以一定的压力泵出。由于泵腔数目较多，因而出油压力波动较滚柱式小。叶片式电动燃油泵工作原理则类似于涡轮式，主要利用液体之间的动能转换实现燃油的输送和压力升高。叶片和涡轮式的主要区别在于叶轮的形状、数目和滚道布置。优点是两者都能以蒸汽和燃油的混合物运转，并能通过适合的放气口分立蒸汽，防止气阻，如图274所示，分别为齿轮式和叶片式电动燃油泵工作原理图。由于燃油极易挥发，加上油泵工作时温度升高和吸油时产生局部真空，更助长了燃油的汽化，特别是燃油泵吸油腔内存在的气泡，将泵油量明显减少，从而导致输油压力的波动。为此，在现代汽车上，电动燃油泵采用双级泵的结构形式并将其安装在油箱内的趋势日益明显。双级泵是由初级泵和主输油泵两者合成一个组件，由一只电动机驱动的结构。初级泵采用的是侧槽泵，它能分离吸油端产生的蒸汽，并以较低的压力将燃油送到主油泵内。主输油泵一般采用齿轮泵或涡轮泵，用以提高泵油压力。它们相互独立并轴向串联，由同一根电枢轴驱动。这种双级电动燃油泵具有良好的热起动能力，其主输油泵起着主导作用，初级泵起改善热燃油输送性能的作用。4燃油泵的控制电控燃油喷射系统燃油泵控制的基本要求是当点火开关打开后，ECU将控制燃油泵工作25S，以建立必须的油压。此时若不起动发动机，ECU控制燃油泵保持正常运转。燃油泵的转速由外加电压决定。通常燃油泵总是在一定的转速下运转，因而输出油量不变。在发动机高速、大负荷工况下需油量大，有必要提高燃油泵转速以增加泵油量。当发动机工作抓低速，中小负荷工况时，应使燃油泵低速运转以减少泵的磨损及不必要的电能消耗，故在一些发动机中对燃油泵设置了转速控制机构，对电动燃油泵的转速进行控制。燃油泵控制电路是电子控制系统设计差异较大的电路之一，不同车型有不同的控制方法，要认真掌握如桑塔纳2000GSIAJR发动机燃油泵控制电路，电动燃油泵由发动机控制单元J220控制，点火开关接通后，电动燃油泵继电器线圈电路为继电器盒内15号线继电器端子86继电器内线圈继电器端子8506导线控制单元J220T80/4端子控制单元J220内部电路搭铁。继电器线圈通电后，继电器内常开触点闭合，继电器盒内30号线继电器端子30继电器内触点继电器端子87继电器盒N接柱，向电动燃油泵及其他电子控制系统执行器供电。三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标31研究内容（1）应用UG和SOLIDWORKS相关的三维制图软件对燃油泵的总体结构进行设计，确定其基本尺寸参数和结构分布。（2）对燃油泵的结构进行静态特性分析，利用所学知识完成设计计算说明书。32研究方法（技术路线）（1）文献检索接受任务后，明确本课题的任务要求，分析本课题中的重点和研究难点，查阅相关文献资料，了解该领域目前已有的研究成果及发展动向；（2）撰写开题报告、文献综述报告、及外文翻译材料；（3）针对设计的基本要求，选择合理的机械结构及传动装置，进行系统的整体方案设计；（4）利用CAD软件对燃油泵的总体结构的草图设计，初步确定燃油泵的基本参数和结构尺寸，并进行初步的参数校核以满足任务的基本要求；（5）利用三维软件（UG或SOLIDWORKS），依据参数进行零件体的建模，并完成子装配体及总装配体的组建工作。通过软件进行装配的模拟运作，并完成最终的图纸设计，导出工程图。（6）对汽车燃油泵结构进行静态特性分析，确定最终的系统设计方案，撰写毕业设计说明书。33研究难点对汽车燃油泵输油性能的测试方法主要采用油液检测法，这种传统的测试方法存在以下难点1燃油泵电机的开关，压力表、流量计的读数，流量阀的开关调节等都为人工手动操作，耗费大量的时间，效率低，不适合用于汽车燃油泵大批量生产检测；2）由于存在刻度误差和测量人员的视觉误差等，使油泵检测系统的系统误差较大，已不能满足对现代燃油泵测量精度要求；3）由于燃油泵的种类繁多，规格参数各异，对产品的合格与否的人工判断工作量大，不太准确，不利于实现检测的自动化和保证检测的准确率13。此外还有一种利用真空度法14测量汽车燃油泵性能的方法，但是如果燃油泵不在燃油中空转，非常容易烧坏油泵内部电机，使整个燃油泵报废。鉴于传统的燃油泵测试方法的弊端和局限性，提出了一种适用于燃油泵生产质量检测的新方法，即研究出基于单片机技术的汽车燃油泵质量智能测试系统。笔者设计的燃油泵检测系统由表盘指针向数字化迈进的关键一步，包括对压力、流量、电压、电流等传感器的数据采集，单片机与PC机接口设计，PC机对测量数据的校正、显示以及数据库的管理。系统采用两级微机制,上位机选用PC机作为主机，下位机采用C8051F330单片机作为从机。上位机程序采用VB程序语言编写，完成人机界面的设计，串口编程设计，与下位机单片机的通信设计，数据的处理和数据库的编写以及燃油泵产品序列号生成系统；34预期达到的目标本文基于SOLIDWORKS和UG等三维建模针对毕业设计的燃油泵特殊的设计方式应用模块化的思想设计了一套全自动化的燃油泵机构。该机构的设计思路新颖，注重工艺的合理性并且在零件位置精度的保证上给予了特别的重视让整套机构的加工工艺的合理性以及电容剪切折弯的精度都有了很大提升同时对机构的控制流程也给予了清晰的梳理。四、论文详细工作进度和安排20131115接受任务，查阅文献，撰写文献综述、开题报告及外文翻译稿；2013111520131227完成文献综述和开题报告、外文翻译稿；2013122720140311完成燃油泵的总体结构设计，绘制装配图及工程图；2014031220140420实习；2014042020140510撰写设计说明书（论文）；2014051120140520整理完善各种设计材料，答辩。五、主要参考文献1周中坚,卢耀祖机械与汽车结构的有限元分析上海同济大学出版社,19972徐起贺，王伟平，邓子林，机械设计基础，科学出版社200793权利，郭中醒微特电机产业发展概述J微特电机，2002，30640424HTTP/WWWCNDOTNET/DOTMARKET/CARS/CARTEXT/XIUXIANSHISHANG/ZHISHI/PANDINGHTM5程浩电动燃油泵装配生产线预测试试验台研究与开发D武汉武汉理工大学，20066钱人一，现代汽车发动机电子控制M，上海交通大学出版社，P21P247黄河汽车电喷系统基本原理M上海上海交通大学出版社，2003