4G63发动机曲轴设计及有限元分析
直列四缸发动机曲轴ansys分析
直列四缸发动机曲轴a n s y s分析本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March有限元分析课程报告直列四缸发动机曲轴有限元分析姓名：学号：分数：年月日目录1.引言 .......................................................................................................错误!未定义书签。
2.曲轴有限元模型的建立........................................................................错误!未定义书签。
3.曲轴网格划分 .......................................................................................错误!未定义书签。
确定物理场和网格划分法.............................................................错误!未定义书签。
确定全局网格参数设置.................................................................错误!未定义书签。
确定局部网格参数设置.................................................................错误!未定义书签。
网格质量检查 ................................................................................错误!未定义书签。
调整网格划分 ................................................................................错误!未定义书签。
车用柴油机曲轴结构有限元分析
为 了控 制有 限元 网格 的疏 密 程 度 ，有 利 于网 格
为该机 曲轴 的结 构设 计提 供 理 论依 据 。
关键 词 ： 柴油 机 曲轴
Ｋｅ ｏ ｄｓ ｙＷ ｒ ：
有 限元
Ｄｉｓ ｌ ｎｇ ｎｅ，Ｃｒ ｎｋ ｈ ｔ ｅ ｅ ｅ ｉ ａ ｓ ａｆ， ，ＦＥＡ
曲轴是 发 动机 中最 大 的运动 件 ，而且 其 结构 形 状 和受 力状 况 都相 当 复杂 ， 发 动机 的总体 尺寸 、 对 重 量、 可靠 性及 制 造成 本 等 各项 指标 都具 有重 大 影 响 ， 因此 在 曲轴 的设 计 过程 中 ， 须对 它 的 疲劳 强 度 、 必 刚 度 、 颈 的耐 磨性 等 ， 行 严格 地 校 核分 析 。本 文所 轴 进
目的 。
条 件 。计算 时 程序 根 据 接触 状 态 自动 在 接触 面 』建 二
立 接触 单 元 ， 递 作用 力 ， 成 接触 模 拟 。两 端 主轴 传 完
颈外 圆周 表 面 由主轴 承 座 内孔通 过 接 触单 元 约束 其
径 向 自由度 ； 主轴 承座 上半 部 分 （ 体部 分 ） 机 约束 其
主轴 颈 、 曲柄 臂 、 曲柄 销 、 曲柄 销大 小 油道 、主轴 承
盖、 主轴 承座 和 部分 机 体进 行 了三 维 实 体特 征 建模 ， 并组 成 曲轴 单 拐有 限元 分 析计 算 的几何 模 型 。 该 柴油 机 为并 列式 连 杆 ，其 初 步设 计 的 四种 结 构 方案 分别 为 ： 曲柄 销直 径 为 Ｏ１０ 曲柄 销 圆角 和 ０、 主轴 颈 圆角 为 Ｒ ，后 文简 称 Ｄ１０ ５方案 ；曲柄 销 ５ ０Ｒ 直 径 为 Ｏ１５ 曲柄销 圆 角 和主 轴 颈 圆角 为 Ｒ ， 文 ０、 ５后
利用有限元分析方法研究汽车发动机缸体的刚度优化设计
利用有限元分析方法研究汽车发动机缸体的刚度优化设计随着汽车科技的不断发展，汽车发动机的性能和效率得到了极大的提升。
作为发动机的核心部件，缸体的刚度优化设计对于提高发动机的工作效率和可靠性至关重要。
本文将利用有限元分析方法来研究汽车发动机缸体的刚度优化设计。
首先，有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，可以对结构在不同工况下的力学特性进行模拟和分析。
通过建立一个合适的有限元模型，可以准确地预测缸体在不同受力情况下的应力分布和变形情况。
在进行有限元分析前，需要对缸体的几何形状进行建模。
将缸体分为多个单元，每个单元都具有自己的材料性能和几何形状。
然后，通过在每个单元上应用适当的力和边界条件，可以模拟实际工况下的受力情况。
有限元分析的第一步是对缸体进行网格划分。
合适的网格划分对于结果的准确性和计算效率具有重要影响。
较为典型的划分方法包括四边形单元和六面形单元。
这些单元的尺寸和形状需要根据具体情况进行选择，以保证模拟结果的准确性。
在模拟过程中，我们考虑不同的工况，例如发动机在启动、加速和高速行驶等运行状态下的受力情况。
通过对这些工况下缸体的有限元分析，可以获得缸体的应力和变形情况。
在分析结果的基础上，我们可以对缸体的结构进行优化设计。
例如，在关键应力集中区域加强材料或改变缸体的几何形状，以提高其刚度和强度。
同时，优化设计还需考虑到缸体的质量和成本，以实现一个最佳的设计方案。
通过有限元分析方法进行缸体的刚度优化设计可以带来诸多好处。
首先，准确的应力和变形分析可以帮助工程师更好地理解缸体在不同受力情况下的性能。
其次，优化设计可以提高缸体的刚度和强度，从而提高整个发动机的工作效率和可靠性。
总结而言，利用有限元分析方法进行汽车发动机缸体的刚度优化设计是一种有效的手段。
通过建立合适的有限元模型和进行准确的应力和变形分析，可以实现缸体设计方案的优化。
这种方法为提高汽车发动机的性能和可靠性提供了一种有效的工具。
柴油机曲轴静力学有限元分析
柴油机曲轴静力学有限元分析
柴油机曲轴的静力学有限元分析是一种在柴油机领域中非常重要的研究方法。
它不仅可以用来分析柴油机曲轴本身的结构强度，提高柴油机的可靠性和使用寿命，而且可以进一步分析柴油机系统协作运作时的工作状态。
柴油机曲轴的静力学有限元分析技术由基础的实验技术和建模技术构成，是一
种计算技术，可以以极快的计算速度进行位移分布和应力应变分布的研究，从而获取可靠的结构强度参数。
有限元分析技术采用三角形或者四边形对模型进行网格划分，将曲轴整个结构模型划分成若干空间小元，再根据空间小元形状进行相应物理量的划分，用来求解围绕曲轴结构出现的位移和应力应变分布规律。
基于柴油机曲轴静力学有限元分析，有助于精准的研究机组曲轴的结构强度分布，从而对机组的设计有着良好的参考价值，提高了机组的可靠性与使用寿命。
此外，还可以从有限元分析中确定柴油机的重心位置和最小惯性，辅助元件结构的优化提高柴油机系统的整体运行性能。
总之，柴油机曲轴静力学有限元分析技术可以实现快速、准确的结构强度分析，对于提高柴油机的可靠性和使用寿命以及实现机组整体动态优化都具有重要意义，是高等学校学习工程技术不可或缺的重要课程和实践内容。
柴油机曲轴强度的三维有限元分析
柴油机曲轴强度的三维有限元分析
曲轴是汽车发动机的核心部件，强度的耐受力是汽车发动机的重要性能指标之一。
随着汽车发动机的发展，柴油机曲轴的强度是汽车发动机比较重要的研究课题。
柴油机曲轴强度的研究主要通过有限元分析来进行，有限元分析是一种计算机模拟技术，可以很好地表示柴油机曲轴的强度。
通过将复杂的多维几何模型转换为有限元数据，可以快速地模拟出柴油机曲轴的强度。
在进行有限元分析之前，必须首先建立柴油机曲轴的三维模型，用于准确表示曲轴的详细几何信息和物理参数，其中最重要的是曲轴的弹性参数。
模型的建立可以通过CAD软件或CATIA软件完成，而且可以很容易地调整和改进曲轴的几何尺寸和物理参数。
接下来，就需要将柴油机曲轴的三维模型转换为有限元模型，有限元模型可以表示曲轴的几何尺寸和物理参数，这也是有限元分析的关键步骤。
在有限元模型的建立中，还要考虑柴油机曲轴的热应力和振动响应的影响，以便更准确地模拟曲轴的强度。
有了有限元模型，就可以灵活地进行有限元分析，开始对曲轴的强度进行模拟。
有限元分析需要指定曲轴的应力状态和荷载情况，根据不同的应力状态和荷载情况，可以分析出曲轴的极限强度和疲劳寿命。
此外，还可以通过有限元分析，更精确地研究柴油机曲轴的热应力和振动响应，以及曲轴的不同部件在受力和受荷的分布情况，这些
将有助于更好地设计柴油机曲轴，提高曲轴的强度和可靠性。
总之，利用有限元分析，可以有效地研究柴油机曲轴的强度，而有限元分析的过程至少包括三维模型的建立，有限元模型的建立和有限元分析，这是实现柴油机曲轴强度可靠性评估的关键环节。
4G63发动机曲轴设计及有限元分析-任务书
第6～8周绘制连杆总装配图，中期答辩；
第9～13周利用Pro/E建立模型，Ansys分析，并撰写设计说明书；
第14周完善设计并提交指导教师审核；
第15-16周更改并最终完成设计，准备答辩；
第17周毕业答辩。
五、主要参考资料
[1]网络类中国机械CAD论坛等
[2]期刊类中国期刊网等
[3]书籍类曲轴设计、PRO/E、Ansys图书等
六、备注
指导教师签字：
年月日
教பைடு நூலகம்室主任签字：
年月日
毕业设计任务书
学生姓名
系部
汽车与交通工程学院
专业、班级
指导教师姓名
职称
从事
专业
车辆工程
是否外聘
否
题目名称
4G63发动机曲轴设计及有限元分析
一、设计（论文）目的、意义
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，使用有限元法可方便地进行分析并为设计提供理论依据。
二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）
设计内容：
在给定发动机参数的基础上设计曲轴，在PRO/E软件平台上建立零件的等比例物理模型，利用有限元ANSYS软件，研究其应力、应变状态及其危险部位。
技术要求：
要求曲轴设计满足发动机参数，利用PRO/E曲轴三维整体模型，利用有限元ANSYS软件进行静力学分析，采用的边界条件合理，保证计算精度。
毕业设计（论文）-发动机曲轴连杆机构仿真及有限元分析设计-adams
全套图纸加扣 3012250582曲轴连杆活塞组件虚拟样机的建立学院名称：机械工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化0501 班学生姓名：号：学指导教师：2009 年6 月摘要柴油机的气缸、活塞、连杆、曲轴以及主轴承组成一个曲柄连杆机构。
柴油机通过曲柄连杆机构，将活塞的往复运动转换为曲轴的回转运动，使气缸内燃油燃烧所产生的热能转变为曲轴输出的机械功。
可见，曲柄连杆机构是柴油机重要的传力机构。
对其运动和受力情况进行分析和研究，是十分必要的。
这种分析研究既是解决柴油机的平衡、振动和总体设计等课题的基础，也是对其主要零部件在强度、刚度、磨损等方面进行计算和校验时的依据。
本文在曲柄连杆机构理论分析的基础上，利用多体动力学理论，三维造型软件Pro/E 及动力学分析软件ADAMS对内燃机曲柄连杆机构的动力学问题进行了虚拟样机仿真分析。
并以CT484Q柴油机为研究对象，在Pro/E中建立CT484柴油机曲柄连杆机构的虚拟样机模型，导入ADAMS中进行动力学分析，绘制出虚拟样机模型中各连接位置处受力仿真结果曲线。
通过本文的研究，展示了一种简捷、高效的机械设计分析手段，对今后同类型的研究乃至更大规模的仿真分析积累了一些经验。
本文的研究也可以为今后内燃机机构的造型、优化设计提供参考依据。
关键词：内燃机，曲柄连杆机构，ADAMS，虚拟样机，仿真AbstractThe Cylinder, piston, connecting rod, crankshaft and main bearings of diesel engine Compose of a crank-connecting rod mechanism. Through the crank-connecting rod mechanism, Diesel engine convert the piston reciprocating motion to the rotary movement of the crankshaft, and make the cylinder generated by fuel combustion energy into mechanical work output of the crankshaft. This shows that diesel engine crank linkage is an important body for transmission force. It is necessary to analysis and research its movement and force. This analysis is the foundation to solve the balance of diesel engine, vibration and overall design, It is the basis for validate and calculate the strength, stiffness, wear, etc.In this paper, based on the theoretical analysis of crank-connecting rod mechanism, use of multi-body dynamics theory, and use the three-dimensional modeling software, Pro/ E and the dynamic analysis software ADAMS to carry out crank and connecting rod for internal combustion engine body dynamics simulation of a virtual prototype simulation. And study CT484Q Diesel Engine, established linkage of the virtual prototype of diesel engine model In Pro/ E, then do dynamic analysis in ADAMS and draw the connection position of the power curve for the simulation result.Through this paper, the study demonstrated a simple and efficient means of mechanical design and analysis for future research as well as the same type of simulation analysis and accumulate some experience. The study of this paper can provide reference for the modeling and optimal design.Key words: Internal Combustion Engine, Crank-connecting rod mechanism, ADAMS, Virtual Prototyping目录第一章绪论··················································1.1 研究的意义···············································1.2 内燃机曲柄连杆机构的工作特点以及难点·····························1.3 国内外研究及手段···········································1.3.1计算机辅助设计（CAD）·····································1.3.2 多体动力学分析（MBS）···································1.3.3 有限元分析···········································1.3.4优化设计理论··········································1.4 主要研究内容和方法··········································第二章曲柄连杆机构的动力学理论分析·······························2.1 内燃机工作过程分析··········································2.1.1压缩始点气体状态·········································2.1.2压缩终点气体状态········································2.1.3燃烧过程及燃烧终点气体状态·································2.1.4膨胀终点气体状态········································2.2 曲柄连杆机构的运动分析·······································2.3曲柄连杆机构的动力学分析······································2.3.1曲柄连杆机构的质量换算····································2.3.2曲柄连杆机构的惯性力和惯性力矩······························2.3.3曲柄连杆机构的动力学分析··································2.4 内燃机工作过程计算··········································第三章曲轴连杆活塞组件的虚拟样机································3.1Pro/E 系统的建模原理及其特点····································3.1.1参数化设计············································3.1.2 特征建模的基本思想······································3.1.3全相关的单一数据库······································3.2 曲柄、连杆、活塞组件几何模型的建立以及装配··························3.2.1活塞组件的建模·········································3.2.2 连杆组建的建模········································3.2.3曲轴组件的建模·········································3.2.4曲轴连杆活塞组件的总装配···································第四章曲柄连杆机构的运动学和动力学分析·····························4.1ADAMS简介及其基本原理·······································4.1.1 运动学和动力学基本概念···································4.1.2 ADAMS中多刚体动力写方程的建立······························4.2ADAMS 中的运动学和动力学分析···································4.2.1 曲柄连杆机构刚体模型的转化和输入·····························4.2.2 曲轴轴系多刚体动力学仿真分析·······························第五章结论与展望·············································5.1 总结····················································5.2 展望····················································致谢························································参考文献·····················································附录·························································第一章绪论1.1研究的意义内燃机是目前世界上应用最广泛的热动力装置，自1860年法国人设计出第一台煤气发动机以来，内燃机无论是在结构上还是在性能上都较以前有了很大的进步。
4G63(4)发动机机械结构特点
曲轴轴承的安装
按下表选择尺寸符合曲轴主轴颈的轴承。
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轴承选择例：
曲轴轴承尺寸识别记号或颜色
如果曲轴主轴颈识别颜色为 “黄”，主轴孔径识别记号为 “1”，则选择识别记号为“2”、 颜色为“黄”的第1、2、4、5轴 承及识别记号为“1”、识别颜色 为“绿”的第3轴承。
如果曲轴上无识别颜色漆，则测 量主轴颈并根据测量值选择相应 组别的轴承。
油漆标记
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2.1.3.前端盖板
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●前端盖板是采用硬质铝合金低压铸造而成，并加工成各种座及螺孔； ●机油泵及滤清器系统均设置在前端盖板上，盖板本身就是机油泵的前部壳体；
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●前曲轴油封、机油泵油封、上平衡轴油封均压装在前盖板上； ●与缸体前端组合成横向油道，并设有一油道润滑下平衡轴后轴承； ●上下平衡轴都支承在前端盖板上，下平衡轴并兼作机油泵从动轴。
用于发动机中的FIPG是室温硬化(RTV)式的，以100克管的方式提供 (件号MD970389用于发动机，MD997740用于变速箱)。RTV与大气中水 分发生反应后硬化，因此通常被用在金属端面上。
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解体
不需采用特殊办法即可容易地拆开用密封胶组装的部件。但在某些场合 有必要用木槌或类似工具轻轻敲打部件，破坏结合面的密封胶，或用平 整光滑而且薄的密封胶刮刀轻轻打入接合面，但要充分注意不要损伤结 合面。拆卸发动机油底壳时，请使用油底壳专用拆卸工具(MD998727)。
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●缸盖螺栓为柔性螺栓。 气缸盖螺栓的安装 在装配气缸盖螺栓时，
应确认螺栓长度适合 限定值，若大于限定 值，应更换螺栓。 极限值(A)：最大 99.4mm 对螺栓的螺纹部分和 垫圈涂机油。
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用专用工具（MB991654），并按照拧 紧顺序，将螺栓拧到规定的扭矩。
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黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要本设计以4G63发动机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件曲轴等进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机有限元分析。
首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。
其次分别对曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。
再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构中曲轴的几何模型。
而曲轴，作为发动机的主要运动部件，其性能优劣直接影响到发动机的可靠性和寿命。
在周期性变化的动载荷作用下，曲轴内将产生交变的弯曲应力和扭转应力，极易在过渡圆角等应力集中部位发生弯曲疲劳破坏和扭转破坏。
随着发动机的不断强化，曲轴的工作条件愈加苛刻。
本文对发动机曲轴进行符合实际条件的建模，采用ANSYS对其进行三维有限元分析，研究了整体曲轴的变形和应力状况，根据应力响应结果并结合材料特性，校核了载荷下的强度，为发动机曲轴改进设计中的分析提供了理论依据。
关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；曲轴；Pro/E；有限元分析I黑龙江工程学院本科生毕业设计ABSTRACTThe 4G63 engine design parameters as a reference, on four-cylinder gasoline engine crank crankshaft, etc. The main components of structural design calculations, and the crank was on the theory of kinematics and dynamics analysis Finite element analysis computer.First, the kinematics and dynamics of theoretical knowledge as the basis, the motion law of crank rod system and the structural problems in sports, and a comprehensive analysis of the precise analysis results obtained. Next to the crankshaft respectively detailed structure design, and a structure strength and stiffness checking. Again, use 3d CAD software: Pro/e established in crank rod system of crankshaft geometric model. And, as the main engine crankshaft, its performance movement part quality directly affect the engine reliability and life expectancy. In periodically dynamic load, crankshaft will produce alternating within the bending stress of the torsional stress, easily with the stress concentration areas such as transitional fillet bending fatigue damage occurred and twisting damage. With the engine crankshaft constantly strengthened, the more harsh working conditions. This paper to accord with the actual conditions of engine crankshaft modeling, using ANSYS, the three-dimensional finite element analysis of the whole of the crankshaft research, according to the deformation and stress conditions stress response results and material properties, checked with the strength of the load for design improvement, the analysis engine crankshaft provides theoretical basis.Key words: Engine；Crank；Stress Analysis；Crankshaft Pro / E；Finite Element AnalysisII黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 选题的目的和意义 (1)1.2 国内外的研究现状 (2)1.3 设计研究的主要内容 (3)第2章曲柄连杆机构受力分析 (5)2.1 曲柄连杆机构的类型及方案选择 (5)2.2 曲柄连杆机构运动学 (5)2.1.1 活塞位移 (6)2.1.2 活塞的速度 (7)2.1.3 活塞的加速度 (7)2.2 曲柄连杆机构中的作用力 (8)2.2.1 气缸内工质的作用力 (8)2.2.2 机构的惯性力 (8)2.3 本章小结 (16)第3章曲轴的设计 (17)3.1 曲轴的结构型式和材料的选择 (17)3.1.1 曲轴的工作条件和设计要求 (17)3.1.2 曲轴的结构型式 (17)3.1.3 曲轴的材料 (18)3.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 (18)3.2.1 曲柄销的直径和长度 (18)3.2.2 主轴颈的直径和长度 (18)3.2.3 曲柄 (19)3.2.4 平衡重 (19)3.2.5 油孔的位置和尺寸 (19)黑龙江工程学院本科生毕业设计3.2.6 曲轴两端的结构 (20)3.2.7 曲轴的止推 (20)3.3 曲轴的疲劳强度校核 (21)3.3.1 作用于单元曲拐上的力和力矩 (21)3.3.2 名义应力的计算 (25)3.4 本章小结 (27)第4章曲轴的有限元分析 (28)4.1 对Pro/E软件基本功能的介绍 (28)4.2 曲轴的创建 (28)4.2.1 曲轴的特点分析 (28)4.2.2 曲轴的建模思路 (28)4.2.3 曲轴的建模步骤 (28)4.3 对ANSYS软件的介绍 (30)4.4曲轴的有限元分析 (30)4.4.1 曲轴受力条件与简化 (30)4.4.2 曲轴的静力学分析 (31)4.5本章小结 (37)结论 (38)参考文献 (39)致谢······································································································································40黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章绪论1.1 选题的目的和意义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。
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。
曲轴连杆机构作为发动机的传递运动和动力的机构，通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。
因此，曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。
随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。
在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题[1]。
通过设计，确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和部件结构，包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等，以满足实际生产的需要。