曲柄连杆机构毕业设计开题分析方案.docx

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曲柄连杆机构毕业设计开题分析方案

中北大学

毕业设计开题报告

学生姓名：

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专业：

设计题目：

6V150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

指导教师:

教授

年月日

毕业设计开题报告

1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

文献综述

1.1发动机的发展简史

汽车整体技术日新月异，而作为汽车的心脏——发动机技术的进步和创新步显得更受关注。

回顾一下发动机的发展历程或许更能使你理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。

发动机的不同形式，各有各自的优缺点。

18世纪中期，瓦特发明的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运用到了车子上，制作了世界第一辆三轮蒸汽机车。

虽然速度很慢，但开创了汽车的新时代。

这种蒸汽发动机的缺陷是：

热量浪费太大，效率不高，只有简单的往复式的线性运动。

1858年定居法国巴黎的里诺发明了煤气发动机<单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机，输出功率为0.74—1.47KW，转速为100r/min，热效率为4%）。

里诺的煤气发动机以煤气和空气的混合燃烧取代了往复式蒸汽机的蒸汽，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，已经初步具备了现代发动机的基本雏形，是内燃机的初级产品，为现代汽车发动机的出现打下了结构设计方面的基础。

法国工程师德罗沙认识到，要想尽可能提高内燃机的热效率，就必须使单位气缸容积的冷却面积尽量减小，膨胀时活塞的速率尽量快，膨胀的范围<冲程）尽量长。

在此基础上，他在1862年提出了著名的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，又改进了气缸盖，使混合气充分形成。

奥托把三个关键的技术思想：

内燃、压缩燃气、四冲程融为一体，使这种内燃机具有效率高、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的成就”。

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以及四冲程理论的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的三轮汽车。

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的发动机。

它是由德国发明家鲁道夫•狄塞尔于1892年发明的，柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。

但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。

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的一个重要分支。

转子发动机的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的机构，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。

它的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。

与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，且振动和噪声较低，具有较大优势[1][2]。

曲柄连杆机构是往复式内燃机中的动力传递系统。

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分。

在作功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、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，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。

曲柄连杆机构的作用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。

一是将气体的压力变为曲轴的转矩，二是将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动[3]。

连杆在运动的过程中主要承受着气体压力和活塞组往复惯性力所产生的交变载荷，此外，由于连秆在运动过程中的变速摆动而产生惯性力矩，还使连杆承受数值较小的弯矩。

如果连杆在交变载荷作用下发生断裂，则将导致恶性破坏事故，甚至整台内燃机报废；如果连杆刚度不足则会对曲柄连杆机构的工作带来不好的影响。

可见，连杆工作的可靠性直接的影响着内燃机工作的可靠性[4]。

1.2曲柄连杆机构运动学分析概述

内燃机中采用曲柄连杆机构的型式很多，按运动学观点可分为三类，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，中心曲柄连杆机构的特点是气缸中心线通过曲轴的旋转中心，并垂直于曲柄的回转轴线。

这种型式的曲柄连杆机构在内燃机中应用最为广泛．一般的单列式内燃机，采用并列连杆与叉形连杆的v形内燃机，以及对置式活塞内燃机的曲柄连杆机构都属于这一类[5]。

机构运动学分析是研究两个或两个以上物体间的相对运动，即位移、速度和加速度的变化关系。

如右图所示，为中心轴式曲柄连杆机构简图。

其中，已知的是：

l一连杆长度，指连杆大、小头孔中心的距离：

r一曲柄半径，指曲柄销中心与曲轴旋转中心的距离；

a一曲轴转角，指曲轴偏离气缸中心线的角度；

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的角度；

W一曲轴旋转角速度；

通过这些，我们要研究和分析活塞的位移x，活塞的速度v，活塞的加速度a，连杆的速度和角加速度等[6][7]。

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的力。

曲柄连杆机构的动力学分析是内燃机结构设计的基础，它是分析曲柄连杆机构中力的作用情况，并从中找出影响内燃机曲轴的输出扭矩、曲轴旋转的均匀程度和动力不平衡的根本原因，从而确定改善内燃机动力性能的措旌。

动力学分析还为内燃机主要零件的强度、刚度、磨损、振动和轴承负荷等计算提供必要的数据。

运转着的内燃机，其曲柄连杆机构中作用着气体对活塞的压力、往复或旋转运动质量的自重和惯性力、外部负荷对内燃机的反作用力、运动副间的摩擦阻力等。

在动力学分析中，～般将各运动部件的自重和运动副之间的摩擦阻力忽略不计，主要分析气体压力和惯性力在曲柄连秆机构中的作用情况。

1.4连杆的结构分析

1.4.1功用：

将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。

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构造：

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——与曲轴的连杆轴颈相连。

大头一般做成分开式，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。

大头的定位方式：

①连杆螺栓定位：

靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的配合来定位。

其定位精度较差，用于切口连杆。

②锯齿形定位：

依靠接合面的齿形定位。

③套或销定位：

依靠套或销与连杆体<或盖）的孔紧配合定位。

④止口定位

图斜切口连杆大头及其定位方式

喷油孔：

有的连杆的大头面对气缸主承压面的一侧，钻一喷油孔<1mm～1.5mm），以润滑气缸主承压面。

1.4.4连杆的安装：

一是不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二在者的同一侧打有配对标记；二是不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记，大头侧面有缸号标记[2][8]。

1.5国内外曲柄机构及连杆设计的趋势

国内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者六大机构两大系统这样的差别没什么实际意义。

至于新的发展趋势，是材料发面的改进，比如碳材质的，还有从数量发面发展，如双曲柄连杆机构以至于以后的多连杆机构。

而且，运动精度可靠性是曲柄连杆机构可靠性研究的一个重要方面[9]。

从汽车发动机连杆的发展趋向可看出：

<1）就连杆的使用性能与生产成本来看，C－70钢锤锻连杆和铁基粉末锻造连杆已日趋接近，市场竞争将白热化。

<2）温压连杆的生产成本最低，至于使用性能汽车制造厂家能否接受尚待观察。

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）铝基粉末锻造连杆若开发成功，一定会对汽车发动机的设计产生重大冲击，值得关注。

<4）从连杆的生产开展历程可看出，粉末冶金零件的开发与应用，和汽车制造业所追求的轻量化、改进零件性能、降低生产成本、保护环境等目标息息相关。

因此，汽车制造业对粉末冶金零件的生产与发展应给予足够重视[10]。

1.6本次设计的任务

1．掌握活塞组各零部件的结构、功用和作用原理；

2．对6V150柴油机的活塞连杆组机构进行运动学、动力学分析以确定连杆组的工作载荷；

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，图纸绘制必须符合国家标准；

参考文献

[1]成伟华.汽车概论.重庆：

重庆大学出版社，2008.12-19

[2]吉林大学汽车工程系.汽车构造[M].北京：

人民交通出版社，2006.2-6

[3]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，2005,31<6）：

27-30

[4]关文达，汽车构造<第2版）.北京：

清华大学出版社，2009

[5]王晓云.曲柄连杆机构动力学分析与设计系统研究.硕士学位论文.西安：

西安建筑科技大学出版社，2006

[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，2004

[7]李瑞琴.机械原理[M].北京：

国防工业出版社.2008

[8]凌凯.汽车原理.北京：

北京邮电大学出版社.2005

[9]房志军.LJ377MV汽油机曲柄连杆机构的设计与有限元分析.硕士学位论文.武汉：

华中科技大学出版社，2005

[10]韩凤麟.汽车发动机连杆发展趋向.MC现代汽车零部件，2006，6:

48-54

[11]王望予.汽车设计<第4版）[M].北京：

机械工业出版社，2005[12]余志生.汽车理论<第3版）[M].北京：

机械工业出版社，2000[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，2004[14]濮良贵,纪名刚主编.机械设计<第八版）[M]．高等教育出版社．2007[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.2006

毕业设计开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段<途径）：

2.1本课题要研究或解决的问题

1．对曲柄连杆机构的运动学、动力学分析；

2.曲柄连杆机构运动零件的质量换算；

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.计算机软件的操作以及必要的编程。

2.2拟采取的研究方法

1.传统的内燃机工作机构运动学、动力学分析方法主要有图解法和解读法。

现代设计理论和方法是动态发展的，从狭义来说是为设计而建立的各种数学模型及求解这些模型的技术。

它在内燃机产品设计中应用的范围十分广泛，主要有优化设计、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.曲柄连杆机构的所有运动零件按运动性质可分为三组：

<1）活塞组包括活塞、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，每点的运动状态一样，认为其质量集中在活塞销中心，即活塞组的质量为它们的质量之和。

<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。

连杆组质量换算的原则是保持系统的动力学等效性，实际计算中为了简化起见，通常用静力等效原则将连杆组件的质量换算为连杆大头和连杆小头质量。

<3）曲轴包括曲柄销、曲柄臂、主轴颈等。

一般将曲轴质量换算到曲柄销中心上，换算原则是离心惯性力相等，即换算质量的离心惯性力与实际不平衡质量的离心惯性力应该相等。

3.对连杆大头的计算作如下的假设：

1>连杆大头与大头盖作为一个整体；

2>作用力所引起的单位长度载荷是按余弦规律沿大头盖分布的

3>轴瓦和大头盖变形是相同的大头盖的断面假设是不变的，且其大小与中间端面的一致；大头的曲率半径假定等于螺栓中心距的一半。

连杆大头盖的最大载荷是在进气冲程开始时，全部往复运动质量的惯性力与除去大头盖后的连杆旋转质量产生的离心力之和，对于斜切口的连杆，等式右端需乘以sinΨ，Ψ为斜切口与杆身轴线间的夹角。

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上的弯距和法向力，分别是：

据此可以求出作用于大头盖中间断面的弯距和法向力分别为

在中间断面的应力为

一般内燃机连杆大头盖的应力许可值为150-200MPa。

4.根据设计出机构用AutoCAD或者UG等绘图软件对相关零件进行绘制，并参考国家标准。

5.通过上网、查阅资料和请教老师等进行学习相关软件的操作和使用。

毕业设计开题报告

指导教师意见：

指导教师：

年月日

所在系审查意见：

系主任：

年月日