CD4108发动机动力计算与曲轴三维实体造型及有限元分析开题报告
2020-02-20 09:02
1. 研究目的与意义（文献综述）
发动机是汽车的心脏，为汽车提供动力，密切关系着汽车的动力性、燃油经济性、平顺性，其动力性能指标主要是指功率、转矩、转速等。汽车的动力性、经济性决定了汽车的性能是否优良。发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制等方面都有了很大的提高，但其基本原理人仍然没有改变。曲轴是内燃机中承受冲击载荷传递动力的关键零件，弯曲和扭转是曲轴振动过程中的主要变形方式，曲轴工作时在交变载荷的作用下，会使曲轴产生振动和轴向窜动。因此，曲轴除了要有足够的刚度，强度和韧度外，还应具有很好的平衡性。
我们需要对曲轴进行动平衡计算，改进结构参数以减小不平衡量，从而改善发动机的各项性能。三维造型的准确性、造型的快慢直接影响曲轴的质量和生产周期，研究曲轴的造型设计不仅对提高汽车产品的质量具有重要意义，同时对缩短相关产品的生产周期具有重要意义。利用有限元分析软件ansys对曲轴进行结构分析，主要工作是确定应力对曲轴的影响，比较各种材料并提供可能的解决方案。最后的结果被用于曲轴的优化设计。
针对曲轴的三维实体造型及动力学参数优化设计研究，国内学者做了大量工作：尹必峰、刘胜吉、潘文东通过普遍使用的autocad软件对295直喷式柴油机曲轴进行三维实体造型，论述了三维实体造型的一般方法[1]；刘向军用advisor软件来进行车用发动机的动力匹配分析，得出国内发动机的不足，突出车辆匹配的重要性[2]；陈然、曹咏弘、孙华东利用pro/e建立内燃机曲轴的简化模型，导入ansys进行模态分析，得出曲轴除了要有足够的刚度，强度和韧度外，还应具有很好的平衡性[3]；李倩根据曲轴的对称性，利用ug软件提供的“镜像体”命令对曲轴造型，提高了作图速度[4]；景银萍、崔志琴、刘威、黄坤利用灵敏度分析法、优化算法和设计参数法相结合的方法，对曲轴模型进行动力学参数优化设计，使曲轴的动力学模型与实际更吻合[5]；商海昆、支亚辉、冯国胜、胡春萍、钱超、孙晓伟利用solidworks建立曲轴的三维实体模型，运用ansys workbench的静力分析模块和fatigue tool工具箱，对曲轴在各缸最大爆发压力下的强度和可靠性进行分析，得出各缸爆发时的最大应力位置均出现在爆发缸所在的两个相邻轴颈连接处，即连杆轴颈过度圆角处[6]；文怀军、闫雪华通过有限元方法得到将曲轴材料由锻钢改为球墨铸铁的设计及优化方案[7]；石来华应用发动机一维模拟软件gt-power建立某四缸车用汽油机工作过程的计算分析模型，计算发现优化进气系统后发动机的中、高转速区域的动力性能得到了较大改善，但对发动机低转速的动力性能的改善作用不大[8]；凌建群建立汽车加速过程消耗的计算方法，得出，无论直接挡加速还是起步换挡加速加速油耗和加速时间都成反比的关系[9]；贺洋洋、申琪、郭昌盛、张昌明、熊超、邢思利用catia软件对汽车发动机曲轴进行参数化建模，并结合ansys workbench软件进行有限元分析，对曲轴进行优化设计，得到曲轴的最优参数[10]。
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究（设计）的基本内容
此次设计围绕cd4108发动机曲轴的设计与仿真，曲轴主要的评价指标包括各缸最大爆发压力下的强度和可靠性等，依据这些参数，建立cd4108发动机曲轴的仿真模型，对发动机整体进行动力学计算分析和对曲轴进行三维实体造型，在分析过程中运用有限元分析软件和经验公式对曲轴工作状态下的强度进行分析，分析动力学分析结果，计算得到了其相应时刻的应力和应变分布规律，找出了曲轴受力的危险部位，为曲轴的动态疲劳分析提供数据，为曲轴的优化设计提供参考。
2.2 研究（设计）的目标
3. 研究计划与安排
此次毕业设计的进度安排的总体内容，如下表所示：
| 周 次【2019】 | 工 作 内 容 |
| 毕业实习周 （2019.1.6~1.18） | 赴校外实习、搜集设计资料，并提交实习日记、实习报告。 |
| 毕业设计预备周 （2019.1.3-2019.1.18） | 确定指导教师人选，对未选好导师的学生进行调剂分配。确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。 |
| 1~ 2 （2.18~3.1） | 学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。 |
| 3~ 4 （3.4 ~ 3.15） | 进行外文翻译，并提交外文翻译译文。 |
| 5~ 6（3.18~ 3.29） | 设计类，下达绘图任务，开始绘图。 研究类，制定试验方案或下达编程任务，开始试验及编程。 |
| 7~ 8（4.1~ 4.12） | 继续完成绘图、试验或编程任务； 撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）。 |
| 9 ~ 11（4.15~ 4.26） | 完成绘图、试验或编程； 完善毕业设计说明书、毕业论文； |
| 12（4.29~5.10） | 网上提交毕业设计说明书、毕业论文、绘图等附件材料； 提交答辩申请。 |
| 13~14（5.13~ 5.24） | 教师审阅毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）和（图纸），审查确定学生答辩资格并予以公示。 |
| 15（5.27～5.31） | 根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文，并网上提交；准备答辩PPT。 |
| 16（6.3~ 6.7） | 毕业设计答辩。 |
| 备注： | 此表是拟定时间。如有变化，以实际为准。 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 尹必峰,刘胜吉,潘文东.三维实体造型法在柴油机平衡和曲轴动平衡计算分析中的应用[j].小型内燃机,2000(06):11-13 21.
[2] 刘向军.车用发动机动力匹配的若干问题[j].湖南农机,2001(04):14-15 18.
[3] 陈然,曹咏弘,孙华东.基于ansys的内燃机曲轴的模态分析[j].煤炭工程,2015,47(04):108-109 113.
