開題報告（學生填表）學院：車輛與交通工程學院 課題名稱 L4100 柴油機設計（曲柄連桿機構(gòu)）學生姓名 專業(yè)班級 課題類型指導教師 職稱 課題來源1. 設計（或研究）的依據(jù)與意義柴油發(fā)動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動機。它是由德國發(fā)明家魯?shù)婪?狄塞爾于 1892 年發(fā)明的，柴油發(fā)動機的工作過程其實跟汽油發(fā)動機一樣的，每個工作循環(huán)也經(jīng)歷進氣、壓縮、作功、排氣四個行程。但由于柴油機用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻較汽油低，因此可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。曲柄連桿機構(gòu)是柴油機的動力傳遞系統(tǒng)。曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動部分。在作功沖程中，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能活塞往復運動、由曲軸旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，對外輸出動力；在其它沖程中，則依靠曲柄和飛輪的轉(zhuǎn)動慣性、通過連桿帶動活塞上下運動，為下一次作功創(chuàng)造條件。曲柄連桿機構(gòu)的作用是提供燃燒場所，把燃料燃燒后氣體作用在活塞頂上的膨脹壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，不斷輸出動力。一是將氣體的壓力變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，二是將活塞的往復運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。 連桿在運動的過程中主要承受著氣體壓力和活塞組往復慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，此外，由于連稈在運動過程中的變速擺動而產(chǎn)生慣性力矩，還使連桿承受數(shù)值較小的彎矩。如果連桿在交變載荷作用下發(fā)生斷裂，則將導致惡性破壞事故，甚至整臺內(nèi)燃機報廢；如果連桿剛度不足則會對曲柄連桿機構(gòu)的工作帶來不好的影響?？梢?，連桿工作的可靠性直接的影響著內(nèi)燃機工作的可靠性。主要參考文獻[1]束永平，夏長高.汽車發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)動力學分析.東華大學學報，2005,31（6）：27-30 [2]關文達，汽車構(gòu)造（第 2 版）.北京：清華大學出版社，2009 [3.蔣德明 《內(nèi)燃機原理》機械工業(yè)出版社 1994 5[4]周龍寶，內(nèi)燃機學， 機械工業(yè)出版社[5]楊連生，內(nèi)燃機設計 機械工業(yè)出版社[6]陳家瑞 ，汽車構(gòu)造 人民交通出版社2. 國內(nèi)外同類設計（或同類研究）的概況綜述國內(nèi)外曲柄連桿機構(gòu)三大組成部分還是沒有變。現(xiàn)在還是應用于內(nèi)燃機領域，像五大機構(gòu)兩大系統(tǒng)或者六大機構(gòu)兩大系統(tǒng)這樣的差別沒什么實際意義。至于新的發(fā)展趨勢，是材料發(fā)面的改進，比如碳材質(zhì)的，還有從數(shù)量發(fā)面發(fā)展，如雙曲柄連桿機構(gòu)以至于以后的多連桿機構(gòu)。而且，運動精度可靠性是曲柄連桿機構(gòu)可靠性研究的一個重要方面。 從汽車發(fā)動機連桿的發(fā)展趨向可看出：（1）就連桿的使用性能與生產(chǎn)成本來看，C －7 0 鋼錘鍛連桿和鐵基粉末鍛造連桿已日趨接近，市場競爭將白熱化。（2）溫壓連桿的生產(chǎn)成本最低，至于使用性能汽車制造廠家能否接受尚待觀察。毫無疑問，溫壓連桿一旦得到汽車制造廠家認可，將很快進入市場。（3）鋁基粉末鍛造連桿若開發(fā)成功，一定會對汽車發(fā)動機的設計產(chǎn)生重大沖擊，值得關注。（4）從連桿的生產(chǎn)開展歷程可看出，粉末冶金零件的開發(fā)與應用，和汽車制造業(yè)所追求的輕量化、改進零件性能、降低生產(chǎn)成本、保護環(huán)境等目標息息相關。因此，汽車制造業(yè)對粉末冶金零件的生產(chǎn)與發(fā)展給予足夠重視。而國內(nèi)活塞裙部的型面設計，主要是經(jīng)驗對比設計，然后通過裝機實驗來進行修正，也有的利用在活塞裙部符合材料層后進行額定工況的磨合試驗，然后對磨合的裙部外形尺寸進行精密測量和擬合，來確定裙部型面，這種方法耗時，而且大量的實驗使得成本提高。開發(fā)周期長，已不能滿足用戶的要求。八十年代國外有關研究有：利用有限元法對柴油機活塞進行了數(shù)值分析，詳細論述了有限元方法在柴油機設計中的應用，給出了溫度場，熱變形，機械變形以及應力場，反應了一般柴油機活塞在這方面的變化趨勢。柴油機的總體設計是在注重節(jié)約能源的同時又加強了對排放性的要求，提高了產(chǎn)品的適用性。對于畢業(yè)設計要求，通過發(fā)動機曲柄連桿活塞組的改進設計來提高發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、降低有害物排放。3. 課題設計（或研究）的內(nèi)容設計指標：D×S=105 ×125mm,12h 功率 40kw/2200r/min。設計要求：1、整機裝配圖（縱剖）；活塞、連桿、曲軸零件圖。（總圖量不少于三張 A0 圖，其中手工繪圖不少于一張 A0 圖。）2、撰寫設計說明書，不少于 12000 字。3、翻譯外文資料，不少于 10000 字符。通過審閱相關資料和文獻，完成 L4100 柴油機總體方案設計，滿足整機動力性、經(jīng)濟性和排放性能的要求；對照參考圖觀察同類發(fā)動機實物，進行曲柄連桿機構(gòu)相關零件設計。4. 設計（或研究）方法4.1 本課題要研究或解決的問題 1．對曲柄連桿機構(gòu)的運動學、動力學分析； 2. 曲柄連桿機構(gòu)運動零件的質(zhì)量換算； 3. 對 6V150 柴油機斜切口連桿體、連桿大頭進行結(jié)構(gòu)設計和強度分析；4．計算機繪制出零件圖； 5. 計算機軟件的操作以及必要的編程。4.2 擬采取的研究方法 1. 傳統(tǒng)的內(nèi)燃機工作機構(gòu)運動學、動力學分析方法主要有圖解法和解析法。現(xiàn)代設計理論和方法是動態(tài)發(fā)展的，從狹義來說是為設計而建立的各種數(shù)學模型及求解這些模型的技術。它在內(nèi)燃機產(chǎn)品設計中應用的范圍十分廣泛，主要有優(yōu)化設計、有限元分析、計算機輔助設計、多剛體動力學分析、計算機輔助工程熱力學分析等。 2..曲柄連桿機構(gòu)的所有運動零件按運動性質(zhì)可分為三組：（1）活塞組包括活塞、活塞環(huán)(壓縮環(huán)和氣環(huán)) 、活塞銷及擋圈，其沿氣缸軸線作往復直線運動，每點的運動狀態(tài)一樣，認為其質(zhì)量集中在活塞銷中心，即活塞組的質(zhì)量為它們的質(zhì)量之和。（2）連桿組由連桿及附件(連桿組由連桿及附件(連桿軸瓦、連桿襯套、連桿螺栓等)組成，它作復合平面運動。連桿組質(zhì)量換算的原則是保持系統(tǒng)的動力學等效性，實際計算中為了簡化起見，通常用靜力等效原則將連桿組件的質(zhì)量換算為連桿大頭和連桿小頭質(zhì)量。（3）曲軸包括曲柄銷、曲柄臂、主軸頸等。一般將曲軸質(zhì)量換算到曲柄銷中心上，換算原則是離心慣性力相等，即換算質(zhì)量的離心慣性力與實際不平衡質(zhì)量的離心慣性力應該相等。 3.對連桿大頭的計算作如下的假設： 1)連桿大頭與大頭蓋作為一個整體； 2)作用力所引起的單位長度載荷是按余弦規(guī)律沿大頭蓋分布的 3)軸瓦和大頭蓋變形是相同的大頭蓋的斷面假設是不變的，且其大小與中間端面的一致；大頭的曲率半徑假定等于螺栓中心距的一半。 連桿大頭蓋的最大載荷是在進氣沖程開始時，全部往復運動質(zhì)量的慣性力與除去大頭蓋后的連桿旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的離心力之和，對于斜切口的連桿，等式右端需乘以 sinΨ ，Ψ 為斜切口與桿身軸線間的夾角計算大頭蓋時應取最大轉(zhuǎn)速工況。 類似于連桿小頭計算，有兩個未知數(shù)需要事先求出，即作用在危險斷面 I 上的彎距和法向力，分別是： 據(jù)此可以求出作用于大頭蓋中間斷面的彎距和法向力分別為 在中間斷面的應力為 一般內(nèi)燃機連桿大頭蓋的應力許可值為 150-200 MPa。 4.根據(jù)設計出機構(gòu)用 Auto CAD 或者 Solidwork 等繪圖軟件對相關零件進行繪制，并參考國家標準。 5.通過上網(wǎng)、查閱資料和請教老師等進行學習相關軟件的操作和使用。5. 實施計劃第 4-5 周 查閱相關資料，寫開題報告，確定總體設計方案。第 6-10 周 進行相關計算，繪制零件圖、整機裝配圖。第 11-14 周 翻譯外文資料，撰寫設計說明書，進行答辯。指導教師意見指導教師簽字： 年 月 日教研室意見教研室主任簽字： 年 月 日