发动机曲轴设计及有限元分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着发动机的不断强化，曲轴的工作条件愈加苛刻，保证曲轴的工作可靠性至关重要，其设计是否可靠，对柴油机的使用寿命有很大影响，因此在研制过程中需要给予高度重视。由于曲轴的形状及其载荷比较复杂，对其采用经典力学的方法进行结构分析往往有局限性。有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法，是分析各种结构问题的强有力的工具，使用有限元法可以方便地进行分析并为设计提供理论依据。[1]

目前通过许多大型cad软件，人们可以不加简化的建立汽车发动机的许多复杂零部件的有限元网络模型现将结构划分成某些区域节点并不连续的有限元网格，再通过施加节点间位移约束消除模型变形的不协调。另外部分大型软件不仅可以实现单个零件基于几何模型的有限元网格自动生成，对装配模型的有限元网格的建立或多零件的有限元网格的模型装配也可以方便的实现。而目前汽车发动机中最复杂的零部件包括曲轴，可根据cad实体模型直接建立非常精确的有有限元网络模型，为这些先前几乎无法进行可靠计算的零部件，提供了一条可行的设计途径。[2][3]

曲轴是发动机中最重要、载荷最大的零件之一。曲轴承受着气缸内的气体压力及往复和旋转质量惯性力引起的周期性变化的杂合，并对外输出扭矩，理论和实践表明，发动机的曲轴的破坏形式主要是弯曲破坏。因此在曲轴内产生交变的弯曲应力，可以引起曲轴疲劳失效，而一旦曲轴失效，就可能引起其他零件随之破坏。所以对于整体式多缸曲轴，如何比较准确地得到应力、变形的大小及分布，对用于指导曲轴的设计和改进，具有重要意义。[4]

有限元法随着计算机科学的发展，在包括汽车发动机在内的几乎所有工程领域得到愈来愈广泛的运用。有限元技术的出现，为工程设计领域提供了一个强有力的计算工具，经过迄今约办半个世纪的发展，它已日趋成熟使用，在近乎所有的工程设计领域发挥着越来越重要的作用。而汽车发动机零部件的设计是有限元技术最早的应用领域之一。有限元技术的应用提高了汽车发动机零部件设计的可靠性，缩短了设计周期，大大推动了汽车发动机工业的发展。[3][15]

2. 研究的基本内容与方案

1.基本内容

(1)确定发动机的参数

(2)运动学与动力学计算

3. 研究计划与安排

1-3周：查阅相关书籍，了解设计所需要的相关知识，并且完成开题报告;

4-6周：去工厂或实验室观察曲轴的实际生产和加工过程，全面了解和认识曲轴；7-10周：绘制出所要设计的曲轴的二维、三维尺寸图，设计完后做相应的检查；

11-14周：根据设计结果建立有限元分析计算模型，进行曲轴强度分析和模态分析，研究分析计算结果并提出改进方案15周：完成毕业论文；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 徐兀.汽车发动机现代设计[m].北京：人民交通出版社.1995

[2] 丁培杰,吴昌华.柴油机曲轴计算方法发展的回顾、现状与展望[j].汽车发动机工程.2003

[3] 苏铁雄,张儒华,蔡坪等.利用有限元法研究曲轴弯曲应力的变化规律[j].1995