机械类毕业设计开题报告.pdf

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1、1/10 山 东 科 技 大 学 本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 汽车后备箱开启机构设计和有限元分析 学 院 名 称 交通学院 专 业 班 级 车辆工程 11-1 学 生 姓 名 苏凯 学 号 1101040325 指 导 教 师 薛凤先 填表时间：2015 年 4 月 10 日 2/10 设计（论文）题目 设计（论文）类型（划“”）工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 其它 一、本课题的研究目的和意义 据中国汽车工业协会统计分析，2013 全年我国汽车产销量分别为 2211.68 万辆和 2198.41 万辆，比上年分别增长 14.8%和 13.9%，增幅比上年分别提高了 10.2

2、个百分点和 9.6 个百分点，产销又一次刷新了全球纪录，已经连续 5 年蝉联全球第一。而汽车后备箱及发动机舱盖开启机构作为汽车不可少的一个关键零配件，具有广阔的市场前景，目前市场上汽车后备箱开启机构的产品主要是气弹簧机构，气弹簧特点是在其工作过程性能稳定，而且使用噪音小、价格低。但气弹簧是一种气压机构，虽然市场上的气弹簧种类繁多，但其原理都几乎相同，均是在其缸体的内部充入高压惰性气体或者是油气混合物。所以，气弹簧不可避免的存在密封问题，而密封损坏也是影响气弹簧寿命的主要原因。目前，液压与气压密封技术已趋于完善，如果想要提高密封的质量，就需要更好的材料，这样就会增加产品的价格。另一方面，气弹簧只

3、能够在最短和最长工作位置停止，无法自行在行程中任意一个位置停止。而研发的汽车后备箱开启机构不仅拥有气弹簧尺寸小、可靠性高及容易布置等优点，而且还能够在机构运动过程中的任意位置停止。由于该机构不是采用液压与气压机构，所以不会存在漏气漏油等问题。鉴于以上汽车后备箱开启机构的优点，一定会在市场上有很大的份额，因此该机构的研发具有很强的实用性。3/10 二、本课题的主要研究内容（提纲）由于该课题是同昆山麦格纳汽车系统有限公司合作项目，所以研究的主要内容是按照该公司的技术要求进行的。以汽车后备箱开启机构作为研究对象，并对其受力、应力分布、性能的影响因素进行研究。主要研究内容如下：（1）汽车后备箱开启机构

4、的结构设计。根据该公司的技术要求，设计出满足该要求的机构，并对其关键部位进行校核，使得机构满足强度和刚度要求。还需要进行验证性试验，以验证机构的可行性。（2）汽车后备箱开启机构的理论分析。当汽车后备箱开启机构确定后，要对其进行理论分析，以得到关于机构所能提供的最大支撑力的表达式，由该式可得到影响机构最大支撑力的因素，同时为公司的生产提供可靠的依据。（3）汽车后备箱开启机构的有限元分析。有限元分析主要研究带缺口活塞内外径对机构所提供的最大支撑力的影响。（4）汽车后备箱开启机构的试验研究。通过数值模拟正交试验、低温试验和寿命试验研究不同因素对机构性能的影响。4/10 三、文献综述（国内外研究情况及

5、其发展）国外对汽车后备箱及发动机舱盖开启机构的研究起步较早，主要集中在对气弹簧的研究。1974 年，Oehler 和 Gerhard 就比较了气弹簧与普通钢弹簧之间的区别，并指出在一些方面气弹簧代替普通钢弹簧的可能性。1985 年，Eismont 在安全阀上使用气弹簧代替了传统弹簧，提高了安全阀的密封性以及其他性能。1988 年，Bossio 等人对气弹簧的泄漏量进行了研究，并且描述了验证模型准确性的试验台。1991 年，Yagyu 等第一次研究了在压力为非正弦规律变化的情况下，气体与杠壁之间的热传递情况。1993 年，Kornhauser,A.A.等进一步对气弹簧热传递进行了研究，并且通过一

6、个无量纲的变量修正了结果，最终得到的理论模型能够很好的预测结果。1999 年，Komatsu 等人推广了气弹簧的运用，将其应用在机器人机械式安全系统上，主要是运用了气弹簧的缓冲性能。2000 年，De SouzaOliveira 等对温度对气弹簧的影响进行了研究，通过对气弹簧的改进减小了温度的变化对气弹簧性能的影响。2002 年，M.E.H.Tijani 在热声制冷机上装入气弹簧系统，该气弹簧系统是作为一种转换机械谐振频率的特殊工具使用，从而使电声效率达到了 35%。2007 年，Norihiko Saga 等创造性的将气弹簧应用在仿生机械手上，通过其和人工肌肉气压驱动器的配合，能够很好的模拟

7、人手臂的运动及其所能提供的力。同年，牛津大学科学工程系的 P.B.Bailey 对间隙式密封的线性压缩机中的气弹簧进行了研究，通过大量的试验得到了关于气弹簧损失的计算公式。2011 年，Pohl,Sven-Erik 等对充入的高压气体和改变钢管体积两种气弹簧机构进行5/10 了研究，通过试验和结果分析，最终得到前者比后者性能更好。上世纪八十年代，气弹簧已经发展成为一个技术成熟的行业。随着气弹簧技术的成熟，其也得到了广泛的应用，同时也申请了很多关于气弹簧技术及其应用的专利。目前，在国际上，生产规模较大、技术较成熟的气弹簧生产企业主要是德国的 STABLIUS 公司、SUSPA 公司、DICTAT

8、OR 公司以及瑞典的 KALLER 公司等。以上这些企业生产的气弹簧不仅产品种类多，而且还可以通过对气弹簧内部结构的不同设计，能够达到不同场合的使用要求，从而能够很好的满足消费者的需求。此外，因为他们生产的气弹簧产品不仅性能稳定，而且工作可靠，因此，这几个公司几乎垄断了高端气弹簧的市场。国外生产的气弹簧的主要工作温度在-10+80之间，在使用防冷冻液的时候，其最低的使用温度能够达到-30。国外的生产厂家均会对这种汽车后备箱及发动机舱盖的开启机构进行疲劳试验测试（寿命试验）。汽车的疲劳试验测试包括低温疲劳试验、常温疲劳试验以及高温疲劳试验等。大部分气弹簧生产企业都是按照企业标准或者是合同要求进行

9、相关的疲劳试验。国内对汽车后备箱以及发动机舱盖开启机构的要求起步相对较晚，但和国外一样都主要集中在对气弹簧的研究，而且发展速度也相对较快。1990 年，刘世豪针对广东某厂对气弹簧的需求，提出了一种套筒式气弹簧，并得到了厂家的认可。1991 年，刘昌仁提出了一种双铰链机构的开启机构。1994 年，陈文炳在参考引进资料的基础上，制定出设计和制造标准，并自行研制了一系列加工工艺装备及专用检测设备，6/10 生产的气弹簧产品满足技术要求。1995 年，西北工业大学张琦和葛思擘详细介绍了气弹簧的典型机构及其特点，并且建立了气弹簧的数学 模型，然后对机构的静特性进行了试验研究，最后得到了提高该机构寿命及其

10、运动稳定性的有效途径。1996 年，王存海对气弹簧进行了初步改进，使得气弹簧的使用寿命比原来增加了一倍。1999 年，王殿武在四连杆的基础上提出了一种四连杆铰链气弹簧助力式开启机构，其运动平缓、开启力小。2002 年，彭成允和詹捷提出了一种新的密封技术，从而延长了气弹簧的寿命。2004 年，王存海通过对气弹簧的缸体内添加一个浮动活塞，将气弹簧的一室空气结构变成了两室空气结构，并且使用密封油代替原来的高压惰性气体，从而大大降低了泄露，提 高了该机构的使用寿命。2006 年，刘影根据气弹簧的工作原理，对轿车用引擎盖气弹簧进行了结构分析及力学分析，其计算过程及其分析结果能为实际的气弹簧设计开发过程提

11、供参考。2007 年，王天利等基于 LabVIEW 软件以及 NI 公司的硬件设备，独立地开发一种基于虚拟仪器的测控系统。这个测控系统能够绘制任意速度以及任意行程的弹力位移曲线，而且还能够准确显示特征力值。这个测试系统的控制非常灵活、性能很完善、测控精度也非常稳定，而且其界面也比 较友好，所以其能够满足绝大多数气弹簧测试的要求，从而为气弹簧的测试提供了便利。2010 年，方益奇和孙玲玲对气弹簧的刚度计算公式进行了研究，并且分析了气弹簧的运动范围和安装位置，从而为气弹簧的选型提供了依据。同年，青岛科技大学的单宝明设计了一个测试气弹簧性能的测试系统。该系统能够很好的满足气弹簧生产的技术7/10 要

12、求，为气弹簧的大批量生产提供了方便。2011 年，张小委等人从气弹簧工作的基本原理出发，运用余弦定理和 MATLAB 软件对气弹 簧的安装进行了设计。四、拟解决的关键问题 1、开启机构的结构、尺寸设计；2、开启机构静力学仿真；3、开启机构结构优化。8/10 五、研究思路和方法 1、了解汽车后备箱开启机构发展概况及趋势；2、确定机构的传动方案；3、开启机构的设计计算，尺寸的确定；4、机构的的刚度校核；5、机构的有限元分析；6、计算结果与分析；7、结构优化。六、本课题的进度安排 3 到 4 周 确定毕业设计课题，搜集相关资料；4 到 5 周 写开题报告；6 到 7 周 阅读相关型号机构资料参数，确

13、定总体尺寸，进行校核 8 到 9 周 确定各个零件详细尺寸参数，并建立三维模型；10 到 11 周 进行有限元分析，并进行优化；12 到 13 周 写毕业设计报告；14 到 15 周 准备毕业设计答辩。9/10 七、参考文献 1 汪家利,乐玉汉,李辉.后背门气弹簧布置与撑力计算J.汽车工程师,2010(07):30-32.2 谭能埅,王志杰.SUV 掀背门气撑杆布置与优化J.科技传播,2013(07):94-95.3 张琦,葛思擘.新型支撑-气弹簧的结构与特性分析J.机械科学与技术,1995(6):85-89.4 肖子恒.气弹簧高低温疲劳试验方法与装置开发研究D.北京:机械科学研究总院机械设计

14、及理论学科硕士学位论文.2012:2-3.5 刘世豪.套筒式气弹簧的工作原理与设计方法J.机械开发,1990(04):18-20.6 刘昌仁.大客车行李舱门开启闭机构的设计研究C:四川省汽车工程学会第一 届二次年会论文集,中国重庆,1991:118-122.7 陈文炳.气弹簧设计与制造简介J.汽车研究与开发,1994(06):23-26.8 王存海.气弹簧泄漏分析与改进J.液压与气动,1996(04):27-28.9 王殿武.四连杆铰链气弹簧助力式开启机构的设计J.汽车技术,1999(05):7-9.10 彭成允,詹捷.氮气弹簧及其密封方法J.现代制造工程,2002(10):69-70.11

15、王存海.两室结构气弹簧J.机床与液压,2004(07):154-155.12 刘影.轿车用引擎盖气弹簧的结构及力学分析J.潍坊学院学报,10/10 2006,6(4):56-59.13 方益奇,孙玲玲.气弹簧的刚度计算与安装位置研究J.机床与液压,2010,38(8):70-83.14 He Fawei.Research on accuracy design of mechanical designJ.AppliedMechanics and Materials,2012(184-185):184-185.15 Cui Yulian,Zhang Bingxi,Song Zhongkang.Preliminary study on innovativemechanical design method classificationJ.Advanced Materials Research,2011(308-310):64-367.指导教师意见 指导教师（签名）：年 月 日 所在系（所）意见 负责人（签章）：年 月 日