自ZY3108发动机热力计算与曲轴 三维实体造型设计.docx
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自ZY3108发动机热力计算与曲轴三维实体造型设计
武汉理工大学
毕业设计(论文)
ZY3108发动机热力计算与曲轴三维实体造型设计
学院(系):
汽车工程学院
专业班级:
热动0801班
学生姓名:
张仕春
指导老师:
魏明锐
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
年 月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于1、保密囗,在 年解密后适用本授权书
2、不保密囗 。
(请在以上相应方框内打“√”)
作者签名:
年月日
导师签名:
年 月日
武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书
学生姓名:
张仕春 专业班级:
热动 0801
指导教师:
魏明锐 工作单位:
汽车工程学院
设计(论文)题目:
ZY3108发动机热力计算与曲轴三维实体造型设计
设计(论文)主要内容:
在给定的额定条件下,对发动机的工作过程进行热力计算,并对曲轴进行三维实体造型。
要求完成的主要任务:
1翻译外文资料,要求5000个汉字;
2阅读文献12篇,并写出摘要,其中外文不少于3篇;
3撰写开题报告;
4进行工作过程热力计算和三维实体造型
5绘制图纸,用计算机和手工绘制,工作量达2张零号图纸;
6完成毕业论文。
必读参考资料:
内燃机学;发动机设计;相关三维造型软件使用指南
指导教师签名:
魏明锐 系主任签名
院长签名(章)_____________
毕业设计参数:
3108柴油机设计
已知参数
机 型:
立式、直列、水冷、四冲程、自然吸气
燃烧室型式:
直喷式
气缸直 径:
108mm
活塞行程:
115mm(曲柄半径:
57.5mm)
缸 数:
3
标定功率(kW)/转速(r/min):
64/2600
每缸工作容积(L):
大气压力
环境温度
T0=293K
燃油平均质量成分:
C=0.87,H=0.126,O=0.004
燃油低热值:
Hμ=44100kJ/kg
曲轴旋转方向(从前端看):
顺时针
气门间隙(冷态):
进气门0.3~0.4,排气门0.4~0.5
冷却方式:
强制水冷
润滑方式:
压力、飞溅复合式
启动方式:
电启动
配气定时:
进气门开,上止点前17ºCA;进气门关,下止点后43ºCA
排气门开,下止点前61ºCA;排气门关,上止点后18ºCA
供油提前角:
上止点前18±2ºCA
武汉理工大学本科生毕业设计(论文)开题报告
1、目的及意义(含国内外的研究现状分析)
目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成,生产效率和自动化程度相对较低。
粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈,工序的质量稳定性差,容易产生较大的内应力,难以达到合理的加工余量。
一般精加工采用MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光,通常靠手工操作,加工质量不稳定。
随着贸易全球化的到来,各厂家已意识到了形势的严峻性,纷纷进行技术改造,全力提升企业的竞争力,近年来引进了许多先进设备和技术,进展速度很快。
就目前状况来讲,这些设备和技术基本依赖进口。
曲轴是内燃机的关键零件,引擎的主要旋转机件,装上连杆后,可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。
是发动机上的一个重要的机件,其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的,有两个重要部位:
主轴颈,连杆颈,(还有其他)。
主轴颈被安装在缸体上,连杆颈与连杆大头孔连接,连杆小头孔与汽缸活塞连接,是一个典型的曲柄滑块机构。
曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑.曲轴的旋转是发动机的动力源。
也是整个机械系统的源动力。
曲轴的尺寸大小在很大程度上影响着内燃机的外形尺寸和重量,以及工作可靠性和寿命。
曲轴的破坏事故可能引起其他零件的严重损坏。
随着内燃机的发展和强化。
曲轴的工作条件愈加严酷了,必须在设计上正确选择曲轴的结构形式和尺寸、材料与工艺,以求获得满意的技术经济效果。
但是,今天的汽车发动机曲轴制造业面临如下问题:
1。
多品种,小批量生产;
2。
交货时间大大减少;
3。
降低生产成本;
4。
难切削材料出现显着增加加工难度,加工提出了许多问题,如硬切削,需要加以解决;
5。
为了保护环境,需要很少或无切削液,干切削或干切削也就是说,它是基于上述自21世纪初,高速度,高精度,高效率的加工技术和设备,汽车曲轴生产迅速得到应用,生产效率大大提高,因此发动机曲轴生产线设备,以减少数量。
而本文主要着墨方向在于曲轴的三维实体造型方面,我选择使用的三维实体造型软件为PRO/E。
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。
Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。
是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念,并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。
另外,它采用模块化方式,用户可以根据自身的需要进行选择,而不必安装所有模块。
Pro/E的基于特征方式,能够将设计至生产全过程集成到一起,实现并行工程设计。
它不但可以应用于工作站,而且也可以应用到单机上。
Pro/E采用了模块方式,可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等,保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
Pro/E的主要特性如下:
1.三维实体模型,三维实体模型除了可以将用户的设计概念以最真实的模型在计算机上呈现出来之外,用户可以随时计算出产品的体积、面积、质量中心、质量、惯性矩等,用以了解产品的真实性。
2.参数化设计,相对于产品而言,我们可以把它看成几何模型,而无论多么复杂的几何模型,都可以分解成有限数量的构成特征,而每一种构成特征,都可以用有限的参数完全约束,这就是参数化的基本概念。
3.基于特征建模
Pro/E是基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
4.单一数据库(全相关)
Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。
所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。
换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
例如,一旦工程详图有改变,NC(数控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。
这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合,使得一件产品的设计结合起来。
这一优点,使得设计更优化,成品质量更高,产品能更好地推向市场,价格也更便宜。
Pro/ENGINEER自1988年问世以来,十余年时间已经成为全世界及大中国地区最普遍的CAD/CAM系统。
Pro/E在今天俨然成为三维CAD/CAM系统的标准软件,广泛应用于3C产品、汽车电子、通信、机械、磨具、工业设计、机车、自行车、航天、家电、玩具等各行各业。
Pro/E可谓是一个全方位的三维产品开发软件,整合了零件设计、零件装配、NC加工、机构设计分析、动态仿真、动画制作、铸件设计、逆向工程、自动测量、结构分析、热流分析、简易模流分析、产品数据库管理、协同设计开发等功能于一体,其模块众多,功能齐全。
2、基本内容和技术方案
基本内容:
(1)图纸必须包含装配图和零件图,总制图量折合不少于2张0号图纸,其手绘图纸量折合不少于1张0号图纸,且手绘图纸不得与机绘图纸内容重复;
(2)毕业设计说明书不少于1万字;
(3)毕业设计文献检索不少于10篇,其中2篇外文(须中英文对照),文献检索每篇不少于200字;
(4)开题报告不少于1400字;
(5)翻译与本专业相关的外文资料不少于2万印刷字符,译成中文不少于5000字;
(6)毕业实习报告不少于2000字;
(7)毕业设计周记每周记载与设计相关的内容不少于800字;
(8)将毕业设计相关内容(机绘图纸、毕业说明书、文献检索、开题报告、外文翻译等)的所有电子文档集中刻录到一张光盘上。
技术方案:
1).收集资料网络上收集此毕业设计相关的资料
I.范围:
发动机设计、内燃机学、三维造型软件指导书
II.手段:
从图书馆电子资源下载;从图书馆借阅相关书籍
2).资料整理
(1)将收集到的材料进行整理,选取一些好的具有参考性的内容作为今后设计中的一个理论参考。
(2)整理说明书。
3).参数计算
根据老师给的数据或查阅相关资料,对发动机进行热力学计算,得到发动机相关参数。
4).实体建模
(1)用AutoCAD绘制凸轮轴的零件图和装配图;
(2)用UG进行凸轮轴三维实体造型设计;
3、进度安排
第1~2周(2.13~24)确定选题、校内搜集资料和外文翻译资料。
第3周(2.27~3.2)写出文献检索摘要,撰写开题报告。
第4~5周(3.3~3.16)赴外地实习、校外搜集资料,并提交实习日记、实习报告。
第6~7周(3.19~3.30)消化资料、整理论文提纲、设计概要,外文翻译译文。
第8~10周(4.2~4.20)提交开题报告和外文翻译译文,开始绘图。
第11~13周(4.23~5.11)撰写论文,绘图。
第14周(5.14~5.18)论文(设计)、图纸审查及打印。
第15~16周(5.21~6.29)学生提出答辩申请,并作答辩准备;教师审阅论文(图纸),审查确定学生答辩资格并予以公示。
第16周(5.30~6.1)毕业设计答辩。
4、指导教师意见
指导教师签名:
年 月日
目 录
摘要………………………………………………………………………………………………10
Abstract…………………………………………………………………………………………11
1.绪论……………………………………………………………………………………………12
2.2参数选择………………………………………………………………………………14
2.3计算过程………………………………………………………………………………15
2.3.1换气过程计算…………………………………………………………………15
2.3.2压缩过程计算…………………………………………………………………15
2.3.3燃烧过程计算…………………………………………………………………16
2.4指示参数计算…………………………………………………………………………18
2.5有效参数计算…………………………………………………………………………18
2.6计算小结………………………………………………………………………………19
4.曲轴的详细建模过程…………………………………………………………………………21
4.1主轴颈的建模…………………………………………………………………………21
4.1.1选择基准平面并绘制草图……………………………………………………21
4.1.2使用拉伸命令得到主轴颈……………………………………………………21
4.2曲柄臂的建模…………………………………………………………………………21
4.2.1完成曲柄臂的草绘……………………………………………………………21
4.2.2拉伸曲柄臂的草绘……………………………………………………………22
4.2.3在曲柄臂上进行移除材料命令………………………………………………22
4.3曲柄销的建模…………………………………………………………………………23
4.4利用镜像得到一组单元曲拐的结构…………………………………………………24
4.4.1建立辅助线和辅助平面………………………………………………………24
4.4.2利用镜像得到单元曲拐………………………………………………………24
4.5在单元曲拐上给油孔造型……………………………………………………………25
4.5.1横油孔的造型及倒圆角………………………………………………………25
4.5.2斜油孔的造型及倒圆角………………………………………………………25
4.6通过平移和旋转复制两个单元曲拐………………………………………………25
4.7曲轴前端的建模……………………………………………………………………26
4.7.1曲轴前端的基本形状的建模…………………………………………………26
4.7.2曲轴前端的键槽的建模………………………………………………………27
4.7.3曲轴前端的螺孔的建模………………………………………………………27
4.8曲柄后端的建模……………………………………………………………………28
4.8.1曲柄后端基本轮廓的造型…………………………………………………28
4.8.2在曲柄后端面上钻孔………………………………………………………28
4.总结……………………………………………………………………………………………30
参考文献…………………………………………………………………………………………31
致谢………………………………………………………………………………………………32
摘 要
本文根据ZY3108发动机的参数对其进行热力过程计算,之外,本文还运用PRO/E对曲轴进行了三维实体造型。
本文根据ZY3108发动机的基本参数,选择一些参数对该发动机进行热力计算,验算计算结果是否满足要求,并通过计算,画出发动机的P-V图,更直观的了解发动机的运转状态。
本文通过ZY3108发动机的相关图纸和数据,对ZY3108发动机的曲轴进行三维实体造型,所运用的软件为PRO/E。
曲轴主要由平面拉伸而成,结构较为简单,图形较为规则,也不具备较高难度的孔洞等,其中较为困难的地方在于油孔的定位、曲柄臂的草图绘制、曲柄臂上的去除材料等。
在进行斜油孔的造型时要通过一系列的辅助线、辅助平面以帮助定位,获得较好的效果。
PRO/E的全相关特性,也让造型过程更加容易和方便。
关键词:
热力计算;曲轴;三维实体造型 ;PRO/E
Abstract
ZY3108engine parametersto thethermodynamic processcalculation,inaddition, thisarticlealsoincludethree-dimensionalsolid modelingof thecamshaft.Basedonthe basic parametersofthe ZY3108engine,Selectsomeofthe parametersoftheenginetomakethethermodynamiccalculation.wecheck thecalculations tomeettherequirements,anddraw theP-Vdiagramofenginebycalculatingtounderstandof theengineoperation statemoreIntuitively.Thisarticleusethe drawings anddata oftheZY3108enginetomakethe three-dimensionalsolid modeling forcrankshaftofZY3108engine,thesoftwareweuse isPRO/E.Crankshaftismainlystretchedfromplane,structure issimpleandgraphicsis regular.Itdoesnothaveahigherdegree ofdifficultyholes.Thedifficulties arethatthe positioningofthe oilpassages,thesketchofthecrankarm,thematerial removalofcrankarm.Duringtheobliqueshape oftheoilpassagesshould useaseries ofguidesand auxiliaryplanestolocateandtoobtaingoodresults.Therelevantfeaturesof thePRO/Emakethe modelingprocess easierandmoreconvenient.
keywords :
Thermodynamiccalculation; Crankshaft; Three DimensionalSolidModeling;PRO/E
1 绪论
曲轴是内燃机的关键零件,引擎的主要旋转机件,装上连杆后,可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。
是发动机上的一个重要的机件,其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的,有两个重要部位:
主轴颈,连杆颈,(还有其他)。
主轴颈被安装在缸体上,连杆颈与连杆大头孔连接,连杆小头孔与汽缸活塞连接,是一个典型的曲柄滑块机构。
曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑.曲轴的旋转是发动机的动力源。
也是整个机械系统的源动力。
曲轴的尺寸大小在很大程度上影响着内燃机的外形尺寸和重量,以及工作可靠性和寿命。
曲轴的破坏事故可能引起其他零件的严重损坏。
随着内燃机的发展和强化。
曲轴的工作条件愈加严酷了,必须在设计上正确选择曲轴的结构形式和尺寸、材料与工艺,以求获得满意的技术经济效果。
而本文着力于用Pro/ENGINEER软件对曲轴进行三维实体建模。
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。
Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。
是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念,并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。
另外,它采用模块化方式,用户可以根据自身的需要进行选择,而不必安装所有模块。
Pro/E的基于特征方式,能够将设计至生产全过程集成到一起,实现并行工程设计。
它不但可以应用于工作站,而且也可以应用到单机上。
Pro/E采用了模块方式,可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等,保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
Pro/E的主要特性如下:
1.三维实体模型,三维实体模型除了可以将用户的设计概念以最真实的模型在计算机上呈现出来之外,用户可以随时计算出产品的体积、面积、质量中心、质量、惯性矩等,用以了解产品的真实性。
2. 参数化设计,相对于产品而言,我们可以把它看成几何模型,而无论多么复杂的几何模型,都可以分解成有限数量的构成特征,而每一种构成特征,都可以用有限的参数完全约束,这就是参数化的基本概念。
3.基于特征建模
Pro/E是基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
4.单一数据库(全相关)
Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。
所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。
换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
例如,一旦工程详图有改变,NC(数控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。
这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合,使得一件产品的设计结合起来。
这一优点,使得设计更优化,成品质量更高,产品能更好地推向市场,价格也更便宜。
Pro/ENGINEER自1988年问世以来,十余年时间已经成为全世界及大中国地区最普遍的CAD/CAM系统。
Pro/E在今天俨然成为三维CAD/CAM系统的标准软件,广泛应用于3C产品、汽车电子、通信、机械、磨具、工业设计、机车、自行车、航天、家电、玩具等各行各业。
Pro/E可谓是一个全方位的三维产品开发软件,整合了零件设计、零件装配、NC加工、机构设计分析、动态仿真、动画制作、铸件设计、逆向工程、自动测量、结构分析、热流分析、简易模流分析、产品数据库管理、协同设计开发等功能于一体,其模块众多,功能齐全。
另外,Pro/E还具备机构运动分析模块(Mechanism),机构运动分析模块(Mechanism)是Pro/Engineer中一个集运动仿真和机构分析于一身的功能强大的模块。
该模块能够对设计进行模拟仿真校验,如运动仿真显示,运动干涉检验,运动轨迹、位移、速度、加速度计算等。
在各类机械传动结构中,曲柄滑块有着广泛的应用,根据曲柄滑块机构设计的原理,提出在Pro/E中实现曲柄滑块设计及实体造型的方法,并利用Pro/E的运动分析模块(Mechanism)对曲柄滑块进行运动分析和仿真,提供对曲柄滑块的优化设计。
在机械运动中,往复运动是很常见的一种运动,此运动机构在现实生活中运用相当广泛,通过Pro/E的模拟仿真校验,输出运动曲线及运动轨迹,能够更加直观地了解并掌握该机构运动的规律,大大简化机构的设计开发过程。
在近年来比较热门的CAD软件中,除了Pro/E以外,UG也受到了业内的广泛使用,UG在参数化设计上虽然比不上Pro/E,但造型设计却比Pro/E要方便一些。
随着计算机辅助技术的发展,传统的AutoCad为代表的二位设计越来越不能满足工业生产、设计的需求。
三维模拟虚拟设计是机械设计的必然趋势。
三维设计软件UGNX1.0功能强大,UG能更方便地对设计的产品进行装配,在装配分析中能够及时地发现设计中的问题,并能轻易地修改。
用UG实现复杂机构的三维运动仿真技术不仅能应用于CAD,还可用来辅助教学C
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