汽油机涡轮增压器逆向设计研究

论文摘要

涡轮增压器能在发动机排量不变的情况下,提高其动力性能,降低尾气排放,最初主要用于柴油发动机。最近,汽油发动机也越来越多地安装了涡轮增压器。用于汽油机的涡轮增压器研制的困难程度远远高于柴油机用涡轮增压器,而且国内因为起步较晚,技术上落后于国外,因此尽快掌握国外的先进技术变的非常重要。本文以现有的一款汽油发动机增压器为基础,以高尺寸精度、高曲面质量为目标展开了如下的设计研究工作。研究了汽油发动机涡轮增压器的结构和工作原理,为下面的研究奠定了理论基础。研究了汽油机涡轮增压器的数字化策略,实现了对复杂零件如涡轮、叶轮、压气机壳、涡轮壳的高精度、高质量的数字化。首先对涡轮增压器的几个重要部件进行了详细分析,全面阐述了这几个部件的测量方式的确定、测量点云的重定位等一系列合理的数字化策略;其次对主要的几个高要求的部位进行了逆向建模;最后实现了整个涡轮增压器的数字化设计。为了确保所得到的数字模型满足一定的强度和振动等性能要求,用有限元软件对模型进行了计算,从而为样件的生产提供了保证。对生产的样件进行了一系列的实验,包括高温疲劳实验,压气机性能实验,涡轮增压器整机实验。实验结果表明,所设计的涡轮增压器与国外增压器原型性能相近。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 发动机增压技术
• 1.2 发动机增压的目的和作用
• 1.3 发动机废气涡轮增压原理与结构
• 1.3.1 废气涡轮增压器原理
• 1.3.2 废气涡轮增压器结构
• 1.4 国内外增压技术发展状况
• 1.4.1 国外发动机进气增压技术的发展
• 1.4.2 国内发动机进气增压技术的发展
• 1.4.3 汽油机进气增压技术的发展
• 1.5 本文主要内容
• 第二章 涡轮增压器逆向设计
• 2.1 逆向工程简介
• 2.1.1 逆向工程概论
• 2.1.2 逆向工程的应用
• 2.1.3 逆向工程中的关键技术
• 2.1.4 CAD 模型重建
• 2.2 逆向工程在涡轮增压器设计中的应用
• 2.2.1 涡轮增压器重要部件概述
• 2.2.2 涡轮增压器重要部件的测量
• 2.2.3 点的预处理
• 2.2.4 曲面重建与误差控制
• 2.3 CAD 模型重建
• 2.3.1 CAD 软件介绍
• 2.3.2 模型完善
• 2.4 本章小结
• 第三章 涡轮增压器重要部件的有限元分析
• 3.1 有限元法简介
• 3.1.1 有限元法的基本思想
• 3.1.2 有限元法分类
• 3.1.3 求解有限元问题的基本步骤
• 3.1.4 线弹性分析有限单元法的基本步骤
• 3.2 涡轮增压器材料的选用
• 3.2.1 涡轮叶轮的材料
• 3.2.2 压气机叶轮材料
• 3.2.3 其他零件的材料
• 3.3 有限元法在涡轮增压器中的应用
• 3.3.1 有限元网格划分
• 3.3.2 叶片固有频率和振型的计算
• 3.3.3 应力与变形分析
• 3.3.4 有限元计算中的单位
• 3.4 本章小结
• 第四章 涡轮增压器的可靠性实验
• 4.1 涡轮壳的热疲劳实验
• 4.1.1 实验内容
• 4.1.2 实验目的
• 4.1.3 实验仪器
• 4.1.4 实验步骤
• 4.1.5 实验结果及分析
• 4.2 压气机性能实验
• 4.2.1 压气机特性简介
• 4.2.2 压气机特性实验
• 4.2.3 压气机特性分析
• 4.3 涡轮增压器性能实验
• 4.3.1 发动机的转速扭矩特性
• 4.3.2 发动机的转速功率特性
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文