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華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 論文題目 某汽油機(jī)曲軸飛輪組設(shè)計(jì) 專業(yè)班級 姓 名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 填表日期 2013年3月7日 二〇一三 年 三月 姓 名 開題時間 2013. 3 學(xué) 制 本科四年 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 論文題目 某汽油機(jī)曲軸飛輪組設(shè)計(jì) 導(dǎo)師組長 開題報(bào)告內(nèi)容： 1. 設(shè)計(jì)（或研究）的依據(jù)與意義 近年來隨著社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)體制和規(guī)模發(fā)生了很大改變，交通運(yùn)輸以及城鄉(xiāng)物流業(yè)的迅速發(fā)展，使中小功率汽油機(jī)銷量持續(xù)上升。由于不受爆燃的限制以及汽油自燃的需要，汽油機(jī)壓縮比很高。熱效率和經(jīng)濟(jì)性都要好于汽油機(jī)，同時在相同功率的情況下，汽油機(jī)的扭矩大，最大功率時的轉(zhuǎn)速低，因此，汽油機(jī)在配套使用中將更進(jìn)一步顯示出其優(yōu)越性。到目前為止，汽油機(jī)也已成為一種排放清潔、節(jié)省能源的動力。在歐洲，汽油車銷量已占汽車總銷量的40%多，美國市場的汽油車銷量也在逐漸增加。目前我國農(nóng)用車行業(yè)內(nèi)外環(huán)境，包括社會認(rèn)識、市場供求關(guān)系、產(chǎn)品和制造技術(shù)，都發(fā)生了許多新的變化。農(nóng)用車是我國一個特色的運(yùn)輸車品種，其投資少、運(yùn)輸能力強(qiáng)、產(chǎn)出大，正好滿足建設(shè)節(jié)約型社會、提高資源使用效率的需求，從整個國家來講，具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。目前我國中東部地區(qū)對農(nóng)用車仍然大量需要，并且西部經(jīng)濟(jì)有待進(jìn)一步發(fā)展的地區(qū)隨著發(fā)展農(nóng)民收入的增加，潛在的市場非常大，農(nóng)村運(yùn)輸工具的不足帶動了輕型和低速載貨汽車的發(fā)展，而汽油機(jī)車的經(jīng)濟(jì)性拉動了輕型汽油汽車的迅速發(fā)展，以及在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家政策的調(diào)整潮流下，國內(nèi)小型農(nóng)用工程機(jī)械市場前景非常好，產(chǎn)銷量迅趨火爆，發(fā)展前景廣闊。 本次設(shè)計(jì)的汽油機(jī)，轉(zhuǎn)速為2200r/min，12h標(biāo)定功率26KW。由于該汽油機(jī)比3、4缸汽油機(jī)氣缸數(shù)量少，轉(zhuǎn)速較低，因此發(fā)動機(jī)慣性較小，機(jī)械負(fù)荷降低，平衡振動較小，噪聲降低；工作頻率較小，活塞、氣缸蓋、氣缸套、排氣門等零件熱負(fù)荷降低；摩擦損失減小，機(jī)械效率上升，發(fā)動機(jī)壽命增加。因此該汽油機(jī)完全可以滿足農(nóng)用運(yùn)輸以及工程機(jī)械要求，發(fā)展前景十分廣闊。 2. 國內(nèi)外同類設(shè)計(jì)（或同類研究）的概況綜述 曲軸是在不斷變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)慣性力以及它們的力矩（轉(zhuǎn)矩和彎矩）共同作用下工作的，使曲軸既受扭轉(zhuǎn)又受彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。設(shè)計(jì)曲軸時，應(yīng)保證它有盡可能高的彎曲和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。曲軸各軸頸在很高的比壓下以很大的相對速度在軸承中相對滑動，由于曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)工況變化劇烈，有時不能保證液體潤滑，使曲軸壽命大大降低。所以設(shè)計(jì)曲軸時要使其摩擦表面耐磨。目前，美國、德國、日本等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家都正致力于開發(fā)綠色環(huán)保高性能發(fā)動機(jī)，傳統(tǒng)的曲軸材料和制造工藝已無法滿足其功能要求。這些汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家對曲軸加工十分重視，并不斷改進(jìn)曲軸加工工藝。而國內(nèi)目前在曲軸料、加工技術(shù)等方面十分落后，但隨著中國加入WTO國內(nèi)一些曲軸生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識到形 勢的緊迫性，為了提高產(chǎn)品競爭力，引進(jìn)了許多先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，使國內(nèi)的曲軸生產(chǎn)水平有了很大的提高，但總體上仍落后于日本和西方發(fā)達(dá)國家。 1）材料 曲軸材料有三種：中碳鋼、合金鋼和球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀。并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可采用各種熱處理和表面強(qiáng)化處理來提高抗疲勞強(qiáng)度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)質(zhì)鋼曲軸成本的1/3左右，因此在國內(nèi)外得到了泛的應(yīng)用。 本次設(shè)計(jì)的汽油機(jī)就采用球墨鑄鐵作為曲軸的材料。 2）機(jī)械加工技術(shù) 目前國內(nèi)的曲軸生產(chǎn)廠家多采用普通機(jī)床加工，生產(chǎn)效率和自動化程度較低。國外一些發(fā)達(dá)國家早已采用專用機(jī)床組成的自動化生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。本次設(shè)計(jì)的汽油機(jī)曲軸將采用專用機(jī)床來提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 3）熱處理和表面強(qiáng)化處理技術(shù)，曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強(qiáng)化處理。球墨鑄鐵曲軸一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝。國外一些球墨鑄鐵曲軸采用滾壓工藝與離子氮化進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化，可使整個曲軸的抗疲勞強(qiáng)度提高130%以上。本次設(shè)計(jì)的汽油機(jī)曲軸將采用圓角滾壓強(qiáng)化的氮化處理來提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度。 飛輪的作用是調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速變化，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。飛輪的關(guān)鍵尺寸是外徑，對于灰鑄鐵飛輪，圓周速度不要超過35～50m/s否則容易造成由于離心力過大，材料的抗拉不足而使飛輪損壞及材料碎裂飛出的事故。本次設(shè)計(jì)的汽油機(jī)飛輪采用灰鑄鐵材料。 3. 課題設(shè)計(jì)（或研究）的內(nèi)容 1）整機(jī)性能指標(biāo)與結(jié)構(gòu)參數(shù)選取 整機(jī)主要性能指標(biāo)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與論證。 2）專題設(shè)計(jì) 繪制曲軸、主軸承、飛輪等零件圖并說明其設(shè)計(jì)思想。 3）編程計(jì)算 飛輪設(shè)計(jì)計(jì)算。 4. 設(shè)計(jì)（或研究）方法 在設(shè)計(jì)過程中，要查閱相關(guān)書籍資料和各種相關(guān)期刊，以及有關(guān)395型汽油機(jī)及其它機(jī)型汽油機(jī)的相關(guān)知識，并了解一下國外該機(jī)型的一些主要參數(shù)以及基本要求，從而確定自己的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)在設(shè)計(jì)過程中，要與小組成員一起經(jīng)過仔細(xì)討論，確定主要零部件的結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行總體布置設(shè)計(jì)。總體方案確定后即可進(jìn)行主要零部件的初步設(shè)計(jì)，從而保證設(shè)計(jì)的各個部件能夠順利組裝。 （1）了解當(dāng)前國內(nèi)外進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)零件設(shè)計(jì)時使用的方法與手段，以及內(nèi)燃機(jī)零件設(shè) 計(jì)的發(fā)展與動向。尤其是了解在內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零件曲軸的設(shè)計(jì)方面有哪些經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)。了解當(dāng)前應(yīng)用廣泛的機(jī)械零部件三維設(shè)計(jì)軟件如CATIA, UGS，Pro/e與Solidworks等。 （2）根據(jù)提供的發(fā)動機(jī)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)曲軸與飛輪組各零件尺寸、使用的材料。 （3）用三維設(shè)計(jì)軟件對曲軸飛輪組所有零件進(jìn)行三維建模：包括整體式曲軸（全支承），曲軸前端的正時齒輪、皮帶輪、甩油盤等，扭轉(zhuǎn)減振器，飛輪及其齒圈等。對各組件進(jìn)行虛擬電子裝配。 （4）對曲軸的受力情況與動平衡進(jìn)行分析與計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)與改進(jìn)，描述曲軸的生產(chǎn)加工特點(diǎn)及加工方式，了解其生產(chǎn)工藝，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。 （5）總結(jié)并得出結(jié)論。 5.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 3.1本課題要研究或解決的問題 (1)完成發(fā)動機(jī)曲軸飛輪組連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)動力學(xué)分析和曲軸組的工作載荷的計(jì)算和分析； (2)對發(fā)動機(jī)曲軸的主軸頸、連桿軸頸、曲軸飛輪組臂、潤滑油通道、平衡重及曲軸兩端等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2完成發(fā)動機(jī)曲軸的強(qiáng)度分析，并用計(jì)算機(jī)繪制出零件圖； 3.2.2 擬采取的研究方法 （1）文獻(xiàn)研究法 文獻(xiàn)研究法是根據(jù)一定的研究目的或課題，通過調(diào)查文獻(xiàn)來獲得資料，從而全面地、正確地了解掌握所要研究問題的一種方法。文獻(xiàn)研究法被子廣泛用于各種學(xué)科研究中。 （2）傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析方法主要有圖解法和解析法?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法是動態(tài)發(fā)展的，從狹義來說是為設(shè)計(jì)而建立的各種數(shù)學(xué)模型及求解這些模型的技術(shù)。它在內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用的范圍十分廣泛，主要有優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、多剛體動力學(xué)分析、計(jì)算機(jī)輔助工程熱力學(xué)分析等。 （1）技術(shù)參數(shù) 序號 工作過程計(jì)算參數(shù) 單位 數(shù)量 備注 1 設(shè) 計(jì) 指 標(biāo) 標(biāo)定有效功率 kW 100 2 標(biāo)定轉(zhuǎn)速 r/min 6500 3 標(biāo)定最大扭矩 Nm 165 4 設(shè)計(jì)最大扭矩轉(zhuǎn)速 r/min 5000 5 最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 r/min 700 6 缸徑 m 0.085 7 沖程 m 0.088 8 壓縮比 10 9 缸數(shù) 4 10 燃料 汽油 參考文獻(xiàn)： (1)《汽車發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)》，陸際清主編，北京：清華大學(xué)出版社 (2)”Internal Combustion Engine Fundamentals”, John B. Heywood, Mcgrow-Hill,inc. (3)《內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造》，林波，李興虎主編，北京：北京大學(xué)出版社，2008年8月 (4)《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》，周龍保主編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年1月 (5)《汽車發(fā)動機(jī)原理》，吳建華 主編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年7月 (6)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》，袁兆成主編， 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012年1月 指導(dǎo)教師（導(dǎo)師組）意見： 簽 名： 年 月 日 審查小組意見： 審查小組負(fù)責(zé)人（簽 名）： 年 月 日 備注： 1、 要有10篇以上相關(guān)文章的閱讀量。 2、 理、工科開題報(bào)告撰寫要求在2500字左右，人文社科開題報(bào)告在3500字左右，包括論文選題的背景和意義、工作任務(wù)分析、調(diào)研報(bào)告、方案擬定與分析、畢業(yè)論文撰寫提綱及實(shí)施計(jì)劃、文獻(xiàn)綜述（理、工科可不提交文獻(xiàn)綜述）等。 3、 電腦打印，用A4紙，內(nèi)容為小四號宋體，行距為固定值20磅。 4、 文獻(xiàn)綜述（按文獻(xiàn)綜述格式打?。└皆陂_題報(bào)告后面一起裝訂。 文獻(xiàn)綜述內(nèi)容： 1.選題背景及意義 近年來隨著社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)體制和規(guī)模發(fā)生了很大改變，交通運(yùn)輸以及城鄉(xiāng)物流業(yè)的迅速發(fā)展，使中小功率汽油機(jī)銷量持續(xù)上升。由于不受爆燃的限制以及汽油自燃的需要，汽油機(jī)壓縮比很高。熱效率和經(jīng)濟(jì)性都要好于汽油機(jī)，同時在相同功率的情況下，汽油機(jī)的扭矩大，最大功率時的轉(zhuǎn)速低，因此，汽油機(jī)在配套使用中將更進(jìn)一步顯示出其優(yōu)越性。到目前為止，汽油機(jī)也已成為一種排放清潔、節(jié)省能源的動力。在歐洲，汽油車銷量已占汽車總銷量的40%多，美國市場的汽油車銷量也在逐漸增加。目前我國農(nóng)用車行業(yè)內(nèi)外環(huán)境，包括社會認(rèn)識、市場供求關(guān)系、產(chǎn)品和制造技術(shù)，都發(fā)生了許多新的變化。農(nóng)用車是我國一個特色的運(yùn)輸車品種，其投資少、運(yùn)輸能力強(qiáng)、產(chǎn)出大，正好滿足建設(shè)節(jié)約型社會、提高資源使用效率的需求，從整個國家來講，具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。目前我國中東部地區(qū)對農(nóng)用車仍然大量需要，并且西部經(jīng)濟(jì)有待進(jìn)一步發(fā)展的地區(qū)隨著發(fā)展農(nóng)民收入的增加，潛在的市場非常大，農(nóng)村運(yùn)輸工具的不足帶動了輕型和低速載貨汽車的發(fā)展，而汽油機(jī)車的經(jīng)濟(jì)性拉動了輕型汽油汽車的迅速發(fā)展，以及在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家政策的調(diào)整潮流下，國內(nèi)小型農(nóng)用工程機(jī)械市場前景非常好，產(chǎn)銷量迅趨火爆，發(fā)展前景廣闊。 本次設(shè)計(jì)的2110汽油機(jī)，轉(zhuǎn)速為2200r/min，12h標(biāo)定功率26KW。由于該汽油機(jī)比3、4缸汽油機(jī)氣缸數(shù)量少，轉(zhuǎn)速較低，因此發(fā)動機(jī)慣性較小，機(jī)械負(fù)荷降低，平衡振動較小，噪聲降低；工作頻率較小，活塞、氣缸蓋、氣缸套、排氣門等零件熱負(fù)荷降低；摩擦損失減小，機(jī)械效率上升，發(fā)動機(jī)壽命增加。因此該汽油機(jī)完全可以滿足農(nóng)用運(yùn)輸以及工程機(jī)械要求，發(fā)展前景十分廣闊。 2. 國內(nèi)外研究概況 曲軸是在不斷變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)慣性力以及它們的力矩（轉(zhuǎn)矩和彎矩）共同作用下工作的，使曲軸既受扭轉(zhuǎn)又受彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。設(shè)計(jì)曲軸時，應(yīng)保證它有盡可能高的彎曲和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。曲軸各軸頸在很高的比壓下以很大的相對速度在軸承中相對滑動，由于曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)工況變化劇烈，有時不能保證液體潤滑，使曲軸壽命大大降低。所以設(shè)計(jì)曲軸時要使其摩擦表面耐磨。目前，美國、德國、日本等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家都正致力于開發(fā)綠色環(huán)保高性能發(fā)動機(jī)，傳統(tǒng)的曲軸材料和制造工藝已無法滿足其功能要求。這些汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家對曲軸加工十分重視，并不斷改進(jìn)曲軸加工工藝。而國內(nèi)目前在曲軸材料、加工技術(shù)等方面十分落后，但隨著中國加入WTO國內(nèi)一些曲軸生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識到形勢的緊迫性，為了提高產(chǎn)品競爭力，引進(jìn)了許多先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，使國內(nèi)的曲軸生產(chǎn)水平有了很大的提高，但總體上仍落后于日本和西方發(fā)達(dá)國家。 1）材料 曲軸材料有三種：中碳鋼、合金鋼和球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀。并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可采用各種熱處理和表面強(qiáng)化處理來提高抗疲勞強(qiáng)度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)質(zhì)鋼曲軸成本的1/3左右，因此在國內(nèi)外得到了泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)的2110汽油機(jī)就采用球墨鑄鐵作為曲軸的材料。 2）機(jī)械加工技術(shù) 目前國內(nèi)的曲軸生產(chǎn)廠家多采用普通機(jī)床加工，生產(chǎn)效率和自動化程度較低。國外一些發(fā)達(dá)國家早已采用專用機(jī)床組成的自動化生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。本次設(shè)計(jì)的2110汽油機(jī)曲軸將采用專用機(jī)床來提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 3）熱處理和表面強(qiáng)化處理技術(shù)，曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強(qiáng)化處理。球墨鑄鐵曲軸一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝。國外一些球墨鑄鐵曲軸采用滾壓工藝與離子氮化進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化，可使整個曲軸的抗疲勞強(qiáng)度提高130%以上。本次設(shè)計(jì)的2110汽油機(jī)曲軸將采用圓角滾壓強(qiáng)化的氮化處理來提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度。 飛輪的作用是調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速變化，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。飛輪的關(guān)鍵尺寸是外徑，對于灰鑄鐵飛輪，圓周速度不要超過35～50m/s否則容易造成由于離心力過大，材料的抗拉不足而使飛輪損壞及材料碎裂飛出的事故。本次設(shè)計(jì)的2110汽油機(jī)飛輪采用灰鑄鐵材料。 3.曲軸飛輪組概述 曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器、皮帶輪、正時齒輪(或鏈條)等組成。如圖2-42所示是曲軸飛輪組的總體結(jié)構(gòu)。 3.1曲 軸 曲軸是承受連桿傳來的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?，然后通過飛輪輸出，另外，還用來驅(qū)動發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他輔助裝置(如發(fā)電機(jī)、風(fēng)扇、水泵、轉(zhuǎn)向油泵等)。 在發(fā)動機(jī)工作中，曲軸承受周期性變化的氣體壓力、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力和往復(fù)慣性力以及它們的力矩的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。為了保證工作可靠，因此要求曲軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，各工作表面要求耐磨而且潤滑良好，還必須有很高的動平衡要求。 3.2曲軸扭轉(zhuǎn)減振器 在發(fā)動機(jī)工作過程中，連桿作用在曲軸上的力呈周期性變化。這樣就會使質(zhì)量較小的曲拐相對于質(zhì)量較大的飛輪有扭轉(zhuǎn)擺動(曲拐轉(zhuǎn)速較飛輪轉(zhuǎn)速忽快忽慢)，這就是曲軸的扭轉(zhuǎn)振動。當(dāng)這種扭轉(zhuǎn)振動的自振率頻與連桿傳來的呈周期性變化的激振頻率成整數(shù)倍關(guān)系時，曲軸便會產(chǎn)生共振。這種現(xiàn)象既損失發(fā)動機(jī)的功率，也會破壞曲軸和裝在上面的驅(qū)動齒輪、鏈輪、鏈條等附件，嚴(yán)重時甚致將曲軸扭斷。為消除這種現(xiàn)象，曲軸前端裝有扭轉(zhuǎn)減振器 3.3飛輪 飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤，其主要功用是將在作功行程中輸入于曲軸的功能的一部分貯存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲柄連桿機(jī)構(gòu)越過上、下止點(diǎn)。保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出扭矩盡可能均勻，并使發(fā)動機(jī)有可能克服短時間的超載荷，此外，飛輪又往往用作摩擦式離合器的驅(qū)動件。 4．參考文獻(xiàn) [1]內(nèi)燃機(jī)科技叢書_高速柴油機(jī)概念設(shè)計(jì)與實(shí)踐_許道延_2003 [2]汽車發(fā)動機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)_徐兀_1995 [3]姜洪宇，黃春元．國內(nèi)外曲軸加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展.黑龍江科技信息，2008 [4]內(nèi)燃機(jī)學(xué)_周龍保_2000 [5]邵立新，段立霞.內(nèi)燃機(jī)曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法.農(nóng)機(jī)使用維修，2008 8