曲柄连杆机构优质毕业设计开题报告.doc

中 北 大 学毕业设计开题汇报学 生 姓 名：学 号：学 院、系：专 业：设 计 题 目：6 V150柴油机曲柄连杆机构运动学动力学分析及斜切口连杆组结构设计指导老师: 教授 年 月 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，依据所查阅文件资料，撰写字左右文件综述：文 献 综 述1.1 发动机发展简史 汽车整体技术日新月异，而作为汽车心脏发动机技术进步和创新步显得更受关注。回顾一下发动机发展历程或许更能使你了解这一百多年来汽车技术所发生巨大变革。发动机不一样形式，各有各自优缺点。18世纪中期，瓦特发明蒸汽机引发了欧洲工业革命。1770年，法国人居纽成功地把蒸汽机利用到了车子上，制作了世界第一辆三轮蒸汽机车。即使速度很慢，但开创了汽车新时代。这种蒸汽发动机缺点是：热量浪费太大，效率不高，只有简单往复式线性运动。1858年定居法国巴黎里诺发明了煤气发动机（单缸、二冲程、无压缩和电点火煤气机，输出功率为0.741.47KW，转速为100r/min，热效率为4%）。里诺煤气发动机以煤气和空气混合燃烧替换了往复式蒸汽机蒸汽，用电池和感应线圈产生电火花。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等，已经初步含有了现代发动机基础雏形，是内燃机初级产品，为现代汽车发动机出现打下了结构设计方面基础。法国工程师德罗沙认识到，要想尽可能提升内燃机热效率，就必需使单位气缸容积冷却面积尽可能减小，膨胀时活塞速率尽可能快，膨胀范围（冲程）尽可能长。在此基础上，她在1862年提出了著名等容燃烧四冲程循环：进气、压缩、燃烧和膨胀、排气。 1876年，德国人奥托制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机（单缸、卧式、以煤气为燃料、功率大约为2.21KW、180r/min）。在这部发动机上，奥托增加了飞轮，使运转平稳，把进气道加长，又改善了气缸盖，使混合气充足形成。奥托把三个关键技术思想：内燃、压缩燃气、四冲程融为一体，使这种内燃机含有效率高、体积小、质量轻和功率大等一系列优点。在1878年巴黎万国博览会上,被誉为“瓦特以来动力机方面最大成就”。等容燃烧四冲程循环由奥托实现,也被称为奥托循环。1886年1月29日，德国人奥姆勒和卡尔.本茨在里诺卧式气压煤气发动机和四冲程理论基础上制造出了第一台汽油发动机，使汽车正式进入汽油动力时代，1886年卡尔本茨制造出世界上第一辆以汽油为动力三轮汽车。该车装有卧置单缸二冲程汽油发动机,785CC容积,0.89匹马力,每小时行走15公里。柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放发动机。它是由德国发明家鲁道夫狄塞尔于1892年发明，柴油发动机工作过程其实跟汽油发动机一样，每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但因为柴油机用燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，所以可燃混合气形成及点火方法全部和汽油机不一样。 1957年，德国人汪克尔发明了转子活塞发动机，这是汽油发动机发展一个关键分支。转子发动机特点是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合机构，无曲轴连杆和配气机构，可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它零件数比往复活塞式汽油少40%，质量轻、体积小、转速高、功率大。和往复式发动机相比，转子发动机取消了无用直线运动，所以一样功率转子发动机尺寸较小，重量较轻，且振动和噪声较低，含有较大优势12。曲柄连杆机构是往复式内燃机中动力传输系统。曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换关键运动部分。在作功冲程中，它将燃料燃烧产生热能活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力；在其它冲程中，则依靠曲柄和飞轮转动惯性、经过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功发明条件。曲柄连杆机构作用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后气体作用在活塞顶上膨胀压力转变为曲轴旋转转矩，不停输出动力。一是将气体压力变为曲轴转矩，二是将活塞往复运动变为曲轴旋转运动3。连杆在运动过程中关键承受着气体压力和活塞组往复惯性力所产生交变载荷，另外，因为连秆在运动过程中变速摆动而产生惯性力矩，还使连杆承受数值较小弯矩。假如连杆在交变载荷作用下发生断裂，则将造成恶性破坏事故，甚至整台内燃机报废；假如连杆刚度不足则会对曲柄连杆机构工作带来不好影响。可见，连杆工作可靠性直接影响着内燃机工作可靠性4。1.2 曲柄连杆机构运动学分析概述内燃机中采取曲柄连杆机构型式很多，按运动学见解可分为三类，即：中心曲柄连杆机构、偏心曲柄连杆机构和主副连杆式曲柄连杆机构。其中，中心曲柄连杆机构特点是气缸中心线经过曲轴旋转中心，并垂直于曲柄回转轴线。这种型式曲柄连杆机构在内燃机中应用最为广泛通常单列式内燃机，采取并列连杆和叉形连杆v形内燃机，和对置式活塞内燃机曲柄连杆机构全部属于这一类5。机构运动学分析是研究两个或两个以上物体间相对运动，即位移、速度和加速度改变关系。如右图所表示，为中心轴式曲柄连杆机构简图。其中，已知是：l一连杆长度，指连杆大、小头孔中心距离：r一曲柄半径，指曲柄销中心和曲轴旋转中心距离；a一曲轴转角，指曲轴偏离气缸中心线角度；B一连杆摆角，指连杆中心线在其摆动平面内偏离气缸中心线角度；W一曲轴旋转角速度；经过这些，我们要研究和分析活塞位移x，活塞速度v，活塞加速度a，连杆速度和角加速度等67。1.3 曲柄连杆机构动力学分析概述动力学则是研究产生运动力。曲柄连杆机构动力学分析是内燃机结构设计基础，它是分析曲柄连杆机构中力作用情况，并从中找出影响内燃机曲轴输出扭矩、曲轴旋转均匀程度和动力不平衡根本原因，从而确定改善内燃机动力性能措旌。动力学分析还为内燃机关键零件强度、刚度、磨损、振动和轴承负荷等计算提供必需数据。运转着内燃机，其曲柄连杆机构中作用着气体对活塞压力、往复或旋转运动质量自重和惯性力、外部负荷对内燃机反作用力、运动副间摩擦阻力等。在动力学分析中，般将各运动部件自重和运动副之间摩擦阻力忽略不计，关键分析气体压力和惯性力在曲柄连秆机构中作用情况。1.4 连杆结构分析1.4.1 功用：将活塞力传给曲轴，变活塞往复运动为曲轴旋转运动。 1.4.2 组成：连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成。图 连杆组1-小头；2-杆身；3-大头；4、9-装配记号（朝前）；5-螺母；6-连杆盖；7-连杆螺栓；8-轴瓦；10-连杆体；11-衬套；12-集油孔 1.4.3 结构：小头用来安装活塞销，以连接活塞；杆身常做成“工”字形断面；大头和曲轴连杆轴颈相连。大头通常做成份开式，即连杆体大头和连杆盖。大头按切口形式分为平切口和斜切口两种。大头定位方法：连杆螺栓定位：靠连杆螺栓光圆柱部分和螺栓孔配合来定位。其定位精度较差，用于切口连杆。锯齿形定位：依靠接合面齿形定位。套或销定位：依靠套或销和连杆体（或盖）孔紧配合定位。止口定位图 斜切口连杆大头及其定位方法 喷油孔：有连杆大头面对气缸主承压面一侧，钻一喷油孔（1mm1.5mm），以润滑气缸主承压面。 1.4.4 连杆安装：一是不能破坏连杆杆身和盖配对及装合方向，在二在者同一侧打有配对标识；二是不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标识，大头侧面有缸号标识28。1.5 中国外曲柄机构及连杆设计趋势中国外曲柄连杆机构三大组成部分还是没有变。现在还是应用于内燃机领域，像五大机构两大系统或六大机构两大系统这么差异没什么实际意义。至于新发展趋势，是材料发面改善，比如碳材质，还有从数量发面发展，如双曲柄连杆机构以至于以后多连杆机构。而且，运动精度可靠性是曲柄连杆机构可靠性研究一个关键方面9。从汽车发动机连杆发展趋向可看出：（1）就连杆使用性能和生产成原来看，C 7 0 钢锤锻连杆和铁基粉末铸造连杆已日趋靠近，市场竞争将白热化。（2）温压连杆生产成本最低，至于使用性能汽车制造厂家能否接收尚待观察。毫无疑问，温压连杆一旦得到汽车制造厂家认可，将很快进入市场。（3）铝基粉末铸造连杆若开发成功，一定会对汽车发动机设计产生重大冲击，值得关注。（4）从连杆生产开展历程可看出，粉末冶金零件开发和应用，和汽车制造业所追求轻量化、改善零件性能、降低生产成本、保护环境等目标息息相关。所以，汽车制造业对粉末冶金零件生产和发展应给足够重视10。1.6 此次设计任务1掌握活塞组各零部件结构、功用和作用原理；2对6V150柴油机活塞连杆组机构进行运动学、动力学分析以确定连杆组工作载荷；3对6V150柴油机斜切口连杆体、连杆大头进行结构设计；4对6V150柴油机斜切口连杆体、连杆大头进行强度分析；5. 计算机绘制出零件图，图纸绘制必需符合国家标准；参考文件1成伟华.汽车概论.重庆：重庆大学出版社，.12-192吉林大学汽车工程系.汽车结构M.北京：人民交通出版社，.2-63束永平，夏长高.汽车发动机曲柄连杆机构动力学分析.东华大学学报，,31（6）：27-304关文达，汽车结构（第2版）.北京：清华大学出版社，5王晓云.曲柄连杆机构动力学分析和设计系统研究.硕士学位论文.西安：西安建筑科技大学出版社，6赵丽英.内燃机曲柄连杆机构动力学研究.硕士学位论文.天津：天津大学出版社，7李瑞琴.机械原理M.北京：国防工业出版社.8凌凯.汽车原理.北京：北京邮电大学出版社.9房志军. LJ377MV汽油机曲柄连杆机构设计和有限元分析.硕士学位论文.武汉：华中科技大学出版社，10 韩凤麟.汽车发动机连杆发展趋向.MC现代汽车零部件，6:48-5411王望予.汽车设计（第4版）M.北京：机械工业出版社，12余志生.汽车理论（第3版）M.北京：机械工业出版社，13顾柏良等译.BOSCH汽车工程手册M.北京：北京理工大学出版社， 14濮良贵,纪名刚主编.机械设计（第八版）M高等教育出版社15吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册M.高等教育出版社.毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或处理问题和拟采取研究手段（路径）：2.1本课题要研究或处理问题 1对曲柄连杆机构运动学、动力学分析； 2. 曲柄连杆机构运动零件质量换算；3. 对6V150柴油机斜切口连杆体、连杆大头进行结构设计和强度分析；4计算机绘制出零件图；5. 计算机软件操作和必需编程。2.2 拟采取研究方法1. 传统内燃机工作机构运动学、动力学分析方法关键有图解法和解析法。现代设计理论和方法是动态发展，从狭义来说是为设计而建立多种数学模型及求解这些模型技术。它在内燃机产品设计中应用范围十分广泛，关键有优化设计、有限元分析、计算机辅助设计、多刚体动力学分析、计算机辅助工程热力学分析等。2.曲柄连杆机构全部运动零件按运动性质可分为三组：（1）活塞组包含活塞、活塞环(压缩环和气环)、活塞销及挡圈，其沿气缸轴线作往复直线运动，每点运动状态一样，认为其质量集中在活塞销中心，即活塞组质量为它们质量之和。（2）连杆组由连杆及附件(连杆组由连杆及附件(连杆轴瓦、连杆衬套、连杆螺栓等)组成，它作复合平面运动。连杆组质量换算标准是保持系统动力学等效性，实际计算中为了简化起见，通常见静力等效标准将连杆组件质量换算为连杆大头和连杆小头质量。（3）曲轴包含曲柄销、曲柄臂、主轴颈等。通常将曲轴质量换算到曲柄销中心上，换算标准是离心惯性力相等，即换算质量离心惯性力和实际不平衡质量离心惯性力应该相等。3. 对连杆大头计算作以下假设：1)连杆大头和大头盖作为一个整体；2)作用力所引发单位长度载荷是按余弦规律沿大头盖分布3)轴瓦和大头盖变形是相同大头盖断面假设是不变，且其大小和中间端面一致；大头曲率半径假定等于螺栓中心距二分之一。连杆大头盖最大载荷是在进气冲程开始时，全部往复运动质量惯性力和除去大头盖后连杆旋转质量产生离心力之和，对于斜切口连杆，等式右端需乘以sin，为斜切口和杆身轴线间夹角。计算大头盖时应取最大转速工况。类似于连杆小头计算，有两个未知数需要事先求出，即作用在危险断面I上弯距和法向力，分别是：据此能够求出作用于大头盖中间断面弯距和法向力分别为在中间断面应力为通常内燃机连杆大头盖应力许可值为150-200 MPa。4.依据设计出机构用Auto CAD或UG等绘图软件对相关零件进行绘制，并参考国家标准。5.经过上网、查阅资料和请教老师等进行学习相关软件操作和使用。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导老师意见： 指导老师： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日