畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 設(shè) 計(jì) 題 目 : 基于逆向工程的 C51 變速器設(shè)計(jì) 院 系 名 稱(chēng) : 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) : 車(chē)輛工程 07-1 班 學(xué) 生 姓 名 : 導(dǎo) 師 姓 名 : 開(kāi) 題 時(shí) 間 : 2011 年 3 月 11 日 指導(dǎo)委員會(huì) 審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日 開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)要求 一、“開(kāi)題報(bào)告”參考提綱 1. 課題研究目的 和意義 ； 2. 文獻(xiàn)綜述（ 課題研究 現(xiàn)狀及分析）； 3. 基本內(nèi)容 、 擬解決的主要問(wèn)題 ； 4. 技術(shù)路線(xiàn)或研究方法； 5. 進(jìn)度安排； 6. 主要參考文獻(xiàn)。 二、“開(kāi)題報(bào)告”撰寫(xiě)規(guī)范 請(qǐng)參照黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及畢業(yè)論文撰寫(xiě)規(guī)范要求 。 字?jǐn)?shù)應(yīng)在 4000 字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生姓名 系部 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)、班級(jí) 車(chē)輛工程 07-1 班 指導(dǎo)教師姓名 職稱(chēng) 教授 從事 專(zhuān)業(yè) 車(chē)輛工程、 交通工程 是否外聘 是 否 題目名稱(chēng) 基于有限元分析的轎車(chē)鋁合金車(chē)輪設(shè)計(jì) 一、 課題研究 現(xiàn)狀、 選題 目的 和意義 1、 課題研究現(xiàn)狀 1）鋁合金車(chē)輪的起源，發(fā)展 長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，鋼制車(chē)輪在車(chē)輪制造業(yè)中占主導(dǎo)地位，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，對(duì)車(chē)輛安全、環(huán)保、節(jié)能的要求日趨嚴(yán)格，鋁合金車(chē)輪以其美觀(guān)、質(zhì)輕、節(jié)能、散熱好、耐腐蝕、加工性能好等特點(diǎn)，逐步取代鋼制車(chē)輪。鋁合金車(chē)輪的出現(xiàn)到如今漸漸替代鋼制車(chē)輪 是一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展階段。在20 世紀(jì)初，一些熱衷于賽車(chē)的愛(ài)好者，為了能使車(chē)輛更輕以提高賽車(chē)速度，想方設(shè)法對(duì)車(chē)輛各零部件作輕量化的改進(jìn)，其中車(chē)輪是重點(diǎn)減輕的主要對(duì)象。 1923 年， Bugatti 公司大膽地將砂型鑄造的鋁合金車(chē)輪裝上了賽車(chē)，加世紀(jì) 30 年代聯(lián)邦德國(guó)汽車(chē)聯(lián)合會(huì)、拜爾 (BMW)發(fā)動(dòng)機(jī)公司及戴姆勒一奔馳汽車(chē)公司，正式將鋼制輻條式輪轂與鋁制扎制輪輞相結(jié)合的車(chē)輪裝上汽車(chē)，為鋁合金車(chē)輪的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。二次世界大戰(zhàn)和世界性的能源危機(jī)大大刺激了汽車(chē)商的輕量化需求。 1945 年汽車(chē)廠(chǎng)商紛紛開(kāi)展批量生產(chǎn)鋁合金車(chē)輪的研究，重 要集中在鋁合金車(chē)輪的材質(zhì)和成形工藝方面，但由于車(chē)輪的特殊安全要求，仍未能實(shí)施批量生產(chǎn)。直至 20 世紀(jì) 50 年代末，聯(lián)邦德國(guó)還只能少量地生產(chǎn)鋁合金車(chē)輪。 1970 年末，拜爾發(fā)動(dòng)機(jī)公司率先將鑄造鋁合金車(chē)輪作為特殊部件裝到了 2002 型轎車(chē)上， 1972 年又在雙門(mén)小轎車(chē)上成批裝上了鑄造鋁合金車(chē)輪，開(kāi)始了鑄造鋁合金車(chē)輪批量用于轎車(chē)的新局面。 日本鋁合金車(chē)輪工業(yè)是在 1970 年后至 1984 年之間快速發(fā)展起來(lái)的，在 1984 年的年產(chǎn)量達(dá) 640萬(wàn)件。意大利在 1979 年曾生產(chǎn) 150 萬(wàn)件。到 1980 年，西歐共生產(chǎn) 700 多萬(wàn)件鋁合金車(chē)輪 (其 中 50%是鑄造鋁合金車(chē)輪 )，并以年產(chǎn) 6%7%的速度遞增。 1988 年，美國(guó)生產(chǎn)的車(chē)輛中，鋁合金車(chē)輪已作為好幾種車(chē)型的系列部件， Pontiac SE 車(chē)型的 Grand Prix 車(chē)更是采用了涂裝彩色條帶狀的鋁合金車(chē)輪。通用汽車(chē)公司生產(chǎn)的 Gorvette 車(chē)和另外兩種 Grand Prix 車(chē)型也采用了鋁合金車(chē)輪 ；Pontiao Fiero的一種新車(chē)采用了表面為黑色的鋁合金車(chē)輪 ；Dodge Dynasty 車(chē)也把花邊式樣的鋁合金車(chē)輪裝了上去。同年，福特公司在 Merkur Scorprio 轎車(chē)上也裝上了鋁合金車(chē)輪，并把鋁合金 車(chē)輪定為公司系列的標(biāo)準(zhǔn)件。 20 世紀(jì) 80 年代初，美國(guó)原裝轎車(chē)鋁合金車(chē)輪裝車(chē)率大約 4%一 5%，如今已超過(guò) 40%。而日本目前轎車(chē)鋁合金車(chē)輪裝車(chē)率超過(guò) 45%，歐洲國(guó)家超過(guò) 50%。 SY-025-BY-3 我國(guó)鋁合金車(chē)輪工業(yè)起步較晚，最早使用鋁合金車(chē)輪是在 20 世紀(jì) 80 年代初，國(guó)營(yíng)洪都機(jī)械廠(chǎng)將砂型鑄造的鋁合金車(chē)輪裝在邊三輪摩托車(chē)上，但是數(shù)量很少，未形成氣候。到加世紀(jì) 80 年代末，我國(guó)出現(xiàn)了第一個(gè)具有現(xiàn)代規(guī)模的戴卡輪轂制造有限公司，其規(guī)模和設(shè)備都進(jìn)入了世界先進(jìn)行列。加世紀(jì) 90 年代初，在廣東出現(xiàn)了既生產(chǎn)汽車(chē)，又生產(chǎn)摩托車(chē)鋁合金車(chē)輪的南海中南鋁合金輪 轂有限公司，這兩個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)的生產(chǎn)設(shè)備都已達(dá)到國(guó)際水平。但這段時(shí)期，因國(guó)內(nèi)汽車(chē)和摩托車(chē)對(duì)鋁合金車(chē)輪的裝車(chē)欲望還很低，鋼圈仍占據(jù)著絕對(duì)統(tǒng)治市場(chǎng)的地位。隨著我國(guó)公路設(shè)施的飛速發(fā)展，這兩個(gè)企業(yè)也分別在汽車(chē)、摩托車(chē)行業(yè)中積極地宣傳，鋁合金車(chē)輪開(kāi)始以極其迅猛之勢(shì)在全國(guó)得到推廣，生產(chǎn)鋁合金車(chē)輪的工廠(chǎng)也像雨后春筍般出現(xiàn)，蔓延至全國(guó)。 2002 年，我國(guó)轎車(chē)的鋁合金車(chē)輪裝車(chē)率已接近 45%；摩托車(chē)的鋁合金車(chē)輪裝車(chē)率已逾 50%。綜上所述，不難看出，鋁合金車(chē)輪是現(xiàn)代車(chē)輛輕量化、高速化、現(xiàn)代化的必然產(chǎn)物。 2）鋁合金車(chē)輪的制造工藝 目前， 整體式鋁合金車(chē)輪的成形工藝有鑄造、鍛造兩大方法。全世界 95%的鋁合金車(chē)輪采用鑄造工藝，鑄造又可細(xì)分為低壓鑄造、重力鑄造和擠壓鑄造。國(guó)外鋁合金車(chē)輪的制造方法以低壓鑄造為主，大概占全部產(chǎn)量的 80%以上，少數(shù)企業(yè)采用鍛造法、焊接組裝法生產(chǎn)。最近，國(guó)外出現(xiàn)無(wú)氣孔壓鑄新工藝 (充氧壓鑄法 )，日本輕金屬株式會(huì)社、美國(guó)鑄鍛公司已開(kāi)始應(yīng)用于生產(chǎn)。 國(guó)內(nèi)鋁合金車(chē)輪制造普遍采用成本較低的低壓鑄造工藝，約占全部產(chǎn)量的 80%以上，其次是采用最簡(jiǎn)便的重力鑄造工藝，約占其全部產(chǎn)量的 20%不到。上海金合利采用擠壓鑄造工藝，其產(chǎn)品質(zhì)量都有提 高，取得較好的效果。在鋁合金車(chē)輪加工方面，一般采用數(shù)控機(jī)床和高精度自動(dòng)化柔性加工系統(tǒng) ；采用自動(dòng)化涂裝工藝，噴粉技術(shù)在表面涂裝方面漸有替代噴漆之勢(shì)，少數(shù)企業(yè)還采用先進(jìn)的真空電鍍涂裝技術(shù) ；在熱處理試驗(yàn)檢測(cè)方面，基本都接近或達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。 3）基于 CAD/CAE 技術(shù)的設(shè)計(jì)方法 國(guó)外企業(yè)對(duì) CAD/CAE 技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，在汽車(chē)領(lǐng)域中有限元技術(shù)應(yīng)用也較為廣泛。如采用 CAD 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)，采用 CAE 技術(shù)計(jì)算汽車(chē)零部件的應(yīng)力和變形、進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的分析 ；采用多體動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行汽車(chē)整車(chē)操縱穩(wěn)定性和行駛 平穩(wěn)性的動(dòng)態(tài)仿真分析 ；采用有限元法進(jìn)行汽車(chē)碰撞分析、汽車(chē)噪聲分析、結(jié)構(gòu)疲勞分析、振動(dòng)模態(tài)分析等。國(guó)內(nèi) CAD 技術(shù)運(yùn)用也較為普遍，許多汽車(chē)整車(chē)及相關(guān)零部件制造企業(yè)早已使用 UG、 PROE/、 CATIA 等計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主要工具，實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)。而 CAE 技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)人員的知識(shí)水平要求較高，因此應(yīng)用范圍有所局限，較多運(yùn)用于高校及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的研究，在企業(yè)中涉足較少。但近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)于國(guó)際接軌，對(duì)企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)要求日漸提高， CAE 技術(shù)也慢慢在企業(yè)中發(fā)展起來(lái)，不少大型生產(chǎn)企業(yè)已引進(jìn)大型有限元軟件并培訓(xùn)起自己的 技術(shù)人員。實(shí)際應(yīng)用表明，有限元技術(shù)的應(yīng)用給企業(yè)帶來(lái)了許多實(shí)際效益。它使設(shè)計(jì)人員能在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行模擬仿真，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中潛在并予以修改，縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，因此在汽車(chē)及其零部件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中己占有無(wú)可替代的地位。 CAD/CAE 技術(shù)的提高對(duì)增強(qiáng)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)自主研發(fā)能力和企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力有著重要的意義。 在 CAE 技術(shù)中，有限單元法是其中運(yùn)用最成功、最廣泛的一種數(shù)值方法。它是隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一種現(xiàn)代計(jì)算方法，是矩陣方法在結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)等領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用 。它首先在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域 -飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分析中應(yīng)用的一種有效數(shù)值分析方法，隨后廣泛的應(yīng)用于熱傳導(dǎo)、電磁場(chǎng)、流體力學(xué)等連續(xù)性問(wèn)題。有限元技術(shù)的日益成熟，使之應(yīng)用領(lǐng)域越發(fā)的廣泛，至今已遍及機(jī)械、土木、汽車(chē)、航空航天、材料、電子等工程領(lǐng)域。 有限元方法的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，就是將實(shí)際結(jié)構(gòu)假想成許多稱(chēng)為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體，將求解域看成許多稱(chēng)為有限元的小的互相連接的子域組成，對(duì)每個(gè)單元假定一個(gè)合適的近似解，推導(dǎo)求解整個(gè)域的滿(mǎn)足條件的解，從而得到問(wèn)題的解。目前，我國(guó)工程領(lǐng)域運(yùn)用較多的大型分析軟件有 ANSYS、 I-DEAS、 MSC/PATRAN、 MSC/NASTRAN、 ABQAUS、 ALGOR 等。 2、課題研究目的和意義 實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，是汽車(chē)節(jié)能的最有效途徑之一。汽車(chē)減輕自重，不僅可減小汽車(chē)的行駛阻力，降低油耗，還有利于改善汽車(chē)的轉(zhuǎn)向、加速、制動(dòng)等性能，有利于降低噪聲、減輕振動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)大功率創(chuàng)造條件。同時(shí)輕量化帶來(lái)的低油耗，使汽車(chē)的廢氣排放減少，對(duì)環(huán)境的污染程度也減小。汽車(chē)輕量化有兩大途徑：一是采用輕量化材料，例如采用超高強(qiáng)度鋼板，鋁合金、鎂合金等輕質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵材料；一是優(yōu)化、更改 汽車(chē)的結(jié)構(gòu)，縮小零部件尺寸，最大限度地減輕零部件的質(zhì)量。 全球汽車(chē)工業(yè)越來(lái)越注重汽車(chē)的輕量化，表現(xiàn)在鋁及其合金在汽車(chē)材料中所占的比重越來(lái)越大。鋁的比重是鐵的 1/3，具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，其機(jī)械加工性能比鐵高 4.5 倍，且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蝕性；鋁的鑄造工業(yè)性能也比較好，可以獲得薄壁復(fù)雜鑄件?，F(xiàn)代轎車(chē)日益廣泛使用鋁材，已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，例如轎車(chē)輪圈就是一個(gè)最明顯的例子， 80 年代初，大部分轎車(chē)還是使用鋼質(zhì)輪圈，而今絕大部分轎車(chē)都是用鋁合金輪圈了。本課題借助 CAD 軟件Pro/E，有限元分析軟件 ANSYS 作為虛擬樣機(jī)工具對(duì)給定的鋁合金車(chē)輪進(jìn)行強(qiáng)度分析，在保證強(qiáng)度和可靠性的前提下，對(duì)車(chē)輪進(jìn)行優(yōu)化，以進(jìn)一步減少車(chē)輪質(zhì)量，降低成本。 二、設(shè)計(jì)（論文） 的基本內(nèi)容 、 擬解決的主要問(wèn)題 1.設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1)轎車(chē)鋁合金 車(chē)輪 的初步設(shè)計(jì)； 2)Pro/E 建立 車(chē)輪 三維模型； 3)有限元進(jìn)行車(chē)輪強(qiáng)度靜態(tài)分析； 4)驗(yàn)證結(jié)果的可行性， 改進(jìn)設(shè)計(jì)，完成 設(shè)計(jì) 。 2.擬解決的主要問(wèn)題 1)通過(guò)查閱車(chē)輪的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，初步確定車(chē)輪的參數(shù)、尺寸。 2)通過(guò)對(duì) ANSYS 軟件的學(xué)習(xí)，掌握使用 ANSYS 軟件進(jìn)行有限元分析的方法。對(duì)車(chē)輪模 型進(jìn)行強(qiáng)度靜態(tài)分析。 3)根據(jù)分析結(jié)果檢驗(yàn)車(chē)輪模型強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求，改進(jìn)設(shè)計(jì)。 三、技術(shù)路線(xiàn)（研究方法） 四、進(jìn)度安排 （ 1）知識(shí)準(zhǔn)備、調(diào)研、收集資料、完成開(kāi)題報(bào)告 第 1 2 周（ 2.28 3.11） （ 2） 整理資料、提出問(wèn)題、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)草稿、熟悉 Pro/E、 ANSYS 軟件的使用 第 3 5周（ 3.14 4.1） （ 3）理論聯(lián)系實(shí)際分析問(wèn)題、解決問(wèn)題， 使用 Pro/E、 ANSYS 軟件 完成鋁合金車(chē)輪的三維設(shè)計(jì)、進(jìn)行強(qiáng)度 分析 等部分設(shè)計(jì)內(nèi)容，中期檢查 第 6 8 周（ 4.4 4.22） （ 4）改進(jìn)完成設(shè)計(jì)，改進(jìn)完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，指導(dǎo)教師審核，學(xué)生修改 第 9 12 周 (4.25 5.20) （ 5） 評(píng)閱教師評(píng)閱、學(xué)生修改 第 13 周（ 5.23 5.27） （ 6） 畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯 第 14 周（ 5.30 6.3） 車(chē)型選擇 車(chē)輪設(shè)計(jì) 輪輞設(shè)計(jì) 輪輻設(shè)計(jì) 用 Pro/E 建立三維模型 用 ANSYS 進(jìn)行強(qiáng)度靜態(tài)分析 驗(yàn)證結(jié)果可行性 改進(jìn)設(shè)計(jì) 完成設(shè)計(jì) 是否滿(mǎn)足要求 （ 7）畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 第 15 16 周（ 6.6 6.17） （ 8）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第 17 周（ 6.20 6.24） 五、 參考文獻(xiàn) 1趙玉濤 .鋁合金車(chē)輪制造技術(shù) M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004 2詹友剛 .Pro/ENGINEER中文野火版 4.0曲面設(shè)計(jì)教程 M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2009.1 3劉惟信 .汽車(chē)設(shè)計(jì) .北京：清華大學(xué)出版社 M， 2006.1 4劉坤主編；吳磊編著 .ANSYS有限元方法精解 M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2004.8 5博弈創(chuàng)作室編著 .ANSYS7.0基礎(chǔ)教程與實(shí)例詳解 M.北京：中國(guó)水利水電出版社， 2003 6余志生 .汽車(chē)?yán)碚?M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2010.1 7王霄鋒，王波 .汽車(chē)車(chē)輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 J.機(jī)械強(qiáng)度， 2002， 24(1):066 069 8趙震偉，王波 .應(yīng)用有限元軟件指導(dǎo)車(chē)輪的結(jié)構(gòu) 改進(jìn) J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造， 2000(5):27 28 9趙震偉 ,王波 ,王霄峰 ,管迪華 .應(yīng)用有限元軟件指導(dǎo)車(chē)輪的結(jié)構(gòu)改進(jìn) J.機(jī)械強(qiáng)度， 2000（ 10）：27 28 10曲文君 .基于 Pro E的低壓鑄造鋁合金輪轂的設(shè)計(jì)與靜力學(xué)分析 J.制造業(yè)自動(dòng)化， 2009（ 7）：161 163 11武海濱 ,閆紹平 ,儀登利 .鋁合金輪轂的有限元分析 J.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ),2010(4):282 284 12閆勝昝 .鋁合金車(chē)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有限元分析 D.杭州：浙江大學(xué)， 2008 13孫紅梅 .轎車(chē)鋁合金車(chē)輪模態(tài)計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì) D.秦皇島：燕山大學(xué)， 2007 14GB-T 3487-2005.汽車(chē)輪輞規(guī)格系列 S,2005 15 H.Akbulut. on optim