開題報(bào)告（學(xué)生填表）學(xué)院：車輛與交通工程學(xué)院 課題名稱 L4100 柴油機(jī)設(shè)計(jì)（曲柄連桿機(jī)構(gòu)）學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 課題類型指導(dǎo)教師 職稱 課題來源1. 設(shè)計(jì)（或研究）的依據(jù)與意義柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動(dòng)機(jī)。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(dòng)機(jī)的工作過程其實(shí)跟汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的，每個(gè)工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程。但由于柴油機(jī)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(diǎn)火方式都與汽油機(jī)不同。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)的動(dòng)力傳遞系統(tǒng)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)部分。在作功沖程中，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)、由曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，對(duì)外輸出動(dòng)力；在其它沖程中，則依靠曲柄和飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性、通過連桿帶動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)，為下一次作功創(chuàng)造條件。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用是提供燃燒場(chǎng)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(dòng)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(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 連桿在運(yùn)動(dòng)的過程中主要承受著氣體壓力和活塞組往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，此外，由于連稈在運(yùn)動(dòng)過程中的變速擺動(dòng)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(dǎo)致惡性破壞事故，甚至整臺(tái)內(nèi)燃機(jī)報(bào)廢；如果連桿剛度不足則會(huì)對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作帶來不好的影響。可見，連桿工作的可靠性直接的影響著內(nèi)燃機(jī)工作的可靠性。主要參考文獻(xiàn)[1]束永平，夏長(zhǎng)高.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析.東華大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,31（6）：27-30 [2]關(guān)文達(dá)，汽車構(gòu)造（第 2 版）.北京：清華大學(xué)出版社，2009 [3.蔣德明 《內(nèi)燃機(jī)原理》機(jī)械工業(yè)出版社 1994 5[4]周龍寶，內(nèi)燃機(jī)學(xué)， 機(jī)械工業(yè)出版社[5]楊連生，內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 機(jī)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(shè)計(jì)（或同類研究）的概況綜述國內(nèi)外曲柄連桿機(jī)構(gòu)三大組成部分還是沒有變?，F(xiàn)在還是應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，像五大機(jī)構(gòu)兩大系統(tǒng)或者六大機(jī)構(gòu)兩大系統(tǒng)這樣的差別沒什么實(shí)際意義。至于新的發(fā)展趨勢(shì)，是材料發(fā)面的改進(jìn)，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(jī)構(gòu)以至于以后的多連桿機(jī)構(gòu)。而且，運(yùn)動(dòng)精度可靠性是曲柄連桿機(jī)構(gòu)可靠性研究的一個(gè)重要方面。 從汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(rèn)可，將很快進(jìn)入市場(chǎng)。（3）鋁基粉末鍛造連桿若開發(fā)成功，一定會(huì)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大沖擊，值得關(guān)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(yīng)用，和汽車制造業(yè)所追求的輕量化、改進(jìn)零件性能、降低生產(chǎn)成本、保護(hù)環(huán)境等目標(biāo)息息相關(guān)。因此，汽車制造業(yè)對(duì)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(shè)計(jì)，主要是經(jīng)驗(yàn)對(duì)比設(shè)計(jì)，然后通過裝機(jī)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行修正，也有的利用在活塞裙部符合材料層后進(jìn)行額定工況的磨合試驗(yàn)，然后對(duì)磨合的裙部外形尺寸進(jìn)行精密測(cè)量和擬合，來確定裙部型面，這種方法耗時(shí)，而且大量的實(shí)驗(yàn)使得成本提高。開發(fā)周期長(zhǎng)，已不能滿足用戶的要求。八十年代國外有關(guān)研究有：利用有限元法對(duì)柴油機(jī)活塞進(jìn)行了數(shù)值分析，詳細(xì)論述了有限元方法在柴油機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，給出了溫度場(chǎng)，熱變形，機(jī)械變形以及應(yīng)力場(chǎng)，反應(yīng)了一般柴油機(jī)活塞在這方面的變化趨勢(shì)。柴油機(jī)的總體設(shè)計(jì)是在注重節(jié)約能源的同時(shí)又加強(qiáng)了對(duì)排放性的要求，提高了產(chǎn)品的適用性。對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，通過發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿活塞組的改進(jìn)設(shè)計(jì)來提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、降低有害物排放。3. 課題設(shè)計(jì)（或研究）的內(nèi)容設(shè)計(jì)指標(biāo)：D×S=105 ×125mm,12h 功率 40kw/2200r/min。設(shè)計(jì)要求：1、整機(jī)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(shè)計(jì)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(guān)資料和文獻(xiàn)，完成 L4100 柴油機(jī)總體方案設(shè)計(jì)，滿足整機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的要求；對(duì)照參考圖觀察同類發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物，進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)相關(guān)零件設(shè)計(jì)。4. 設(shè)計(jì)（或研究）方法4.1 本課題要研究或解決的問題 1．對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析； 2. 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)零件的質(zhì)量換算； 3. 對(duì) 6V150 柴油機(jī)斜切口連桿體、連桿大頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析；4．計(jì)算機(jī)繪制出零件圖； 5. 計(jì)算機(jī)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(jī)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析方法主要有圖解法和解析法。現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，從狹義來說是為設(shè)計(jì)而建立的各種數(shù)學(xué)模型及求解這些模型的技術(shù)。它在內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用的范圍十分廣泛，主要有優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、多剛體動(dòng)力學(xué)分析、計(jì)算機(jī)輔助工程熱力學(xué)分析等。 2..曲柄連桿機(jī)構(gòu)的所有運(yùn)動(dòng)零件按運(yùn)動(dòng)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(fù)直線運(yùn)動(dòng)，每點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一樣，認(rèn)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(fù)合平面運(yùn)動(dòng)。連桿組質(zhì)量換算的原則是保持系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)等效性，實(shí)際計(jì)算中為了簡(jiǎn)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(shí)際不平衡質(zhì)量的離心慣性力應(yīng)該相等。 3.對(duì)連桿大頭的計(jì)算作如下的假設(shè)： 1)連桿大頭與大頭蓋作為一個(gè)整體； 2)作用力所引起的單位長(zhǎng)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(shè)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(jìn)氣沖程開始時(shí)，全部往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(duì)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(jì)算大頭蓋時(shí)應(yīng)取最大轉(zhuǎn)速工況。 類似于連桿小頭計(jì)算，有兩個(gè)未知數(shù)需要事先求出，即作用在危險(xiǎn)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(yīng)力為 一般內(nèi)燃機(jī)連桿大頭蓋的應(yīng)力許可值為 150-200 MPa。 4.根據(jù)設(shè)計(jì)出機(jī)構(gòu)用 Auto CAD 或者 Solidwork 等繪圖軟件對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行繪制，并參考國家標(biāo)準(zhǔn)。 5.通過上網(wǎng)、查閱資料和請(qǐng)教老師等進(jìn)行學(xué)習(xí)相關(guān)軟件的操作和使用。5. 實(shí)施計(jì)劃第 4-5 周 查閱相關(guān)資料，寫開題報(bào)告，確定總體設(shè)計(jì)方案。第 6-10 周 進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，繪制零件圖、整機(jī)裝配圖。第 11-14 周 翻譯外文資料，撰寫設(shè)計(jì)說明書，進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日教研室意見教研室主任簽字： 年 月 日