曲柄連桿機(jī)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、 中 北 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號(hào)：學(xué) 院、系：專(zhuān) 業(yè)：設(shè) 計(jì) 題 目：6 V150柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析及斜切口連桿組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師: 教授 年 月 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 汽車(chē)整體技術(shù)日新月異，而作為汽車(chē)的心臟發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新步顯得更受關(guān)注。回顧一下發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程或許更能使你理解這一百多年來(lái)汽車(chē)技術(shù)所發(fā)生的巨大變革。發(fā)動(dòng)機(jī)的不同形式，各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。18世紀(jì)中期，瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)引發(fā)了歐洲工業(yè)革命。1770年，法國(guó)人居紐成功地把

2、蒸汽機(jī)運(yùn)用到了車(chē)子上，制作了世界第一輛三輪蒸汽機(jī)車(chē)。雖然速度很慢，但開(kāi)創(chuàng)了汽車(chē)的新時(shí)代。這種蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的缺陷是：熱量浪費(fèi)太大，效率不高，只有簡(jiǎn)單的往復(fù)式的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)。1858年定居法國(guó)巴黎的里諾發(fā)明了煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)（單缸、二沖程、無(wú)壓縮和電點(diǎn)火的煤氣機(jī)，輸出功率為0.741.47KW，轉(zhuǎn)速為100r/min，熱效率為4%）。里諾的煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)以煤氣和空氣的混合燃燒取代了往復(fù)式蒸汽機(jī)的蒸汽，用電池和感應(yīng)線(xiàn)圈產(chǎn)生電火花。這種發(fā)動(dòng)機(jī)有氣缸、活塞、連桿、飛輪等，已經(jīng)初步具備了現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的基本雛形，是內(nèi)燃機(jī)的初級(jí)產(chǎn)品，為現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)打下了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)。法國(guó)工程師德羅沙認(rèn)識(shí)到，要想盡可能提高內(nèi)燃機(jī)的

3、熱效率，就必須使單位氣缸容積的冷卻面積盡量減小，膨脹時(shí)活塞的速率盡量快，膨脹的范圍（沖程）盡量長(zhǎng)。在此基礎(chǔ)上，他在1862年提出了著名的等容燃燒四沖程循環(huán)：進(jìn)氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣。 1876年，德國(guó)人奧托制成了第一臺(tái)四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)（單缸、臥式、以煤氣為燃料、功率大約為2.21KW、180r/min）。在這部發(fā)動(dòng)機(jī)上，奧托增加了飛輪，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，把進(jìn)氣道加長(zhǎng)，又改進(jìn)了氣缸蓋，使混合氣充分形成。奧托把三個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)思想：內(nèi)燃、壓縮燃?xì)?、四沖程融為一體，使這種內(nèi)燃機(jī)具有效率高、體積小、質(zhì)量輕和功率大等一系列優(yōu)點(diǎn)。在1878年巴黎萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)上,被譽(yù)為“瓦特以來(lái)動(dòng)力機(jī)方面最大的成就”。等容

4、燃燒四沖程循環(huán)由奧托實(shí)現(xiàn),也被稱(chēng)為奧托循環(huán)。1886年1月29日，德國(guó)人奧姆勒和卡爾.本茨在里諾臥式氣壓煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)以及四沖程理論的基礎(chǔ)上制造出了第一臺(tái)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，使汽車(chē)正式進(jìn)入汽油動(dòng)力時(shí)代，1886年卡爾本茨制造出世界上第一輛以汽油為動(dòng)力的三輪汽車(chē)。該車(chē)裝有臥置單缸二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī),785CC容積,0.89匹馬力,每小時(shí)行走15公里。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是燃燒柴油來(lái)獲取能量釋放的發(fā)動(dòng)機(jī)。它是由德國(guó)發(fā)明家魯?shù)婪虻胰麪栍?892年發(fā)明的，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)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，

5、因此可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式都與汽油機(jī)不同。 1957年，德國(guó)人汪克爾發(fā)明了轉(zhuǎn)子活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，這是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是利用內(nèi)轉(zhuǎn)子圓外旋輪線(xiàn)和外轉(zhuǎn)子圓內(nèi)旋輪線(xiàn)相結(jié)合的機(jī)構(gòu)，無(wú)曲軸連桿和配氣機(jī)構(gòu)，可將三角活塞運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。它的零件數(shù)比往復(fù)活塞式汽油少40%，質(zhì)量輕、體積小、轉(zhuǎn)速高、功率大。與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)取消了無(wú)用的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因而同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸較小，重量較輕，且振動(dòng)和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢(shì)12。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)中的動(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

6、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(guò)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)3。連桿在運(yùn)動(dòng)的過(guò)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(guò)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(lái)

7、不好的影響?？梢?jiàn)，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4。1.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析概述內(nèi)燃機(jī)中采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的型式很多，按運(yùn)動(dòng)學(xué)觀(guān)點(diǎn)可分為三類(lèi)，即：中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)、偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)和主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu)。其中，中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是氣缸中心線(xiàn)通過(guò)曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，并垂直于曲柄的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)。這種型式的曲柄連桿機(jī)構(gòu)在內(nèi)燃機(jī)中應(yīng)用最為廣泛一般的單列式內(nèi)燃機(jī)，采用并列連桿與叉形連桿的v形內(nèi)燃機(jī)，以及對(duì)置式活塞內(nèi)燃機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)都屬于這一類(lèi)5。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是研究?jī)蓚€(gè)或兩個(gè)以上物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即位移、速度和加速度的變化關(guān)系。如右圖所示，為中心軸式曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。其中，已知的是：

8、l一連桿長(zhǎng)度，指連桿大、小頭孔中心的距離：r一曲柄半徑，指曲柄銷(xiāo)中心與曲軸旋轉(zhuǎn)中心的距離；a一曲軸轉(zhuǎn)角，指曲軸偏離氣缸中心線(xiàn)的角度；B一連桿擺角，指連桿中心線(xiàn)在其擺動(dòng)平面內(nèi)偏離氣缸中心線(xiàn)的角度；W一曲軸旋轉(zhuǎn)角速度；通過(guò)這些，我們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，連桿的速度和角加速度等67。1.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析概述動(dòng)力學(xué)則是研究產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析是內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它是分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)中力的作用情況，并從中找出影響內(nèi)燃機(jī)曲軸的輸出扭矩、曲軸旋轉(zhuǎn)的均勻程度和動(dòng)力不平衡的根本原因，從而確定改善內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性能的措旌。動(dòng)力學(xué)分析還為內(nèi)燃機(jī)主要零件的

9、強(qiáng)度、剛度、磨損、振動(dòng)和軸承負(fù)荷等計(jì)算提供必要的數(shù)據(jù)。運(yùn)轉(zhuǎn)著的內(nèi)燃機(jī)，其曲柄連桿機(jī)構(gòu)中作用著氣體對(duì)活塞的壓力、往復(fù)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的自重和慣性力、外部負(fù)荷對(duì)內(nèi)燃機(jī)的反作用力、運(yùn)動(dòng)副間的摩擦阻力等。在動(dòng)力學(xué)分析中，般將各運(yùn)動(dòng)部件的自重和運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦阻力忽略不計(jì)，主要分析氣體壓力和慣性力在曲柄連稈機(jī)構(gòu)中的作用情況。1.4 連桿的結(jié)構(gòu)分析1.4.1 功用：將活塞的力傳給曲軸，變活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 1.4.2 組成：連桿組由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等組成。圖 連桿組1-小頭；2-桿身；3-大頭；4、9-裝配記號(hào)（朝前）；5-螺母；6-連桿蓋；7-連桿螺栓；8-軸瓦；10-連桿

10、體；11-襯套；12-集油孔 1.4.3 構(gòu)造：小頭用來(lái)安裝活塞銷(xiāo)，以連接活塞；桿身常做成“工”字形斷面；大頭與曲軸的連桿軸頸相連。大頭一般做成分開(kāi)式，即連桿體大頭和連桿蓋。大頭按切口形式分為平切口和斜切口兩種。大頭的定位方式：連桿螺栓定位：靠連桿螺栓的光圓柱部分與螺栓孔的配合來(lái)定位。其定位精度較差，用于切口連桿。鋸齒形定位：依靠接合面的齒形定位。套或銷(xiāo)定位：依靠套或銷(xiāo)與連桿體（或蓋）的孔緊配合定位。止口定位圖 斜切口連桿大頭及其定位方式 噴油孔：有的連桿的大頭面對(duì)氣缸主承壓面的一側(cè)，鉆一噴油孔（1mm1.5mm），以潤(rùn)滑氣缸主承壓面。 1.4.4 連桿的安裝：一是不能破壞連桿桿身與蓋的配對(duì)及

11、裝合方向，在二在者的同一側(cè)打有配對(duì)標(biāo)記；二是不能裝反，也不能亂缸，在桿身上有方向標(biāo)記，大頭側(cè)面有缸號(hào)標(biāo)記28。1.5 國(guó)內(nèi)外曲柄機(jī)構(gòu)及連桿設(shè)計(jì)的趨勢(shì)國(guó)內(nèi)外曲柄連桿機(jī)構(gòu)三大組成部分還是沒(méi)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(méi)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9。從汽車(chē)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(lái)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）

12、溫壓連桿的生產(chǎn)成本最低，至于使用性能汽車(chē)制造廠(chǎng)家能否接受尚待觀(guān)察。毫無(wú)疑問(wèn)，溫壓連桿一旦得到汽車(chē)制造廠(chǎng)家認(rèn)可，將很快進(jìn)入市場(chǎng)。（3）鋁基粉末鍛造連桿若開(kāi)發(fā)成功，一定會(huì)對(duì)汽車(chē)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(kāi)展歷程可看出，粉末冶金零件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，和汽車(chē)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(chē)制造業(yè)對(duì)粉末冶金零件的生產(chǎn)與發(fā)展應(yīng)給予足夠重視10。1.6 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)1掌握活塞組各零部件的結(jié)構(gòu)、功用和作用原理；2對(duì)6V150柴油機(jī)的活塞連桿組機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析以確定連桿組的工作載荷；3對(duì)6V150柴油機(jī)斜切口連桿體、連桿大頭

13、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；4對(duì)6V150柴油機(jī)斜切口連桿體、連桿大頭進(jìn)行強(qiáng)度分析；5. 計(jì)算機(jī)繪制出零件圖，圖紙繪制必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；參考文獻(xiàn)1成偉華.汽車(chē)概論.重慶：重慶大學(xué)出版社，2008.12-192吉林大學(xué)汽車(chē)工程系.汽車(chē)構(gòu)造M.北京：人民交通出版社，2006.2-63束永平，夏長(zhǎng)高.汽車(chē)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）：27-304關(guān)文達(dá)，汽車(chē)構(gòu)造（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社，20095王曉云.曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究.碩士學(xué)位論文.西安：西安建筑科技大學(xué)出版社，20066趙麗英.內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究.碩士學(xué)位論文.天津：天津大學(xué)出版社，2

14、0047李瑞琴.機(jī)械原理M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社.20088凌凱.汽車(chē)原理.北京：北京郵電大學(xué)出版社.20059房志軍. LJ377MV汽油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與有限元分析.碩士學(xué)位論文.武漢：華中科技大學(xué)出版社，200510 韓鳳麟.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿發(fā)展趨向.MC現(xiàn)代汽車(chē)零部件，2006，6:48-5411王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)（第4版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200512余志生.汽車(chē)?yán)碚摚ǖ?版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200013顧柏良等譯.BOSCH汽車(chē)工程手冊(cè)M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2004 14濮良貴,紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）M高等教育出版社200715吳宗澤、羅圣國(guó).機(jī)械

15、設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)M.高等教育出版社.2006畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：2.1本課題要研究或解決的問(wèn)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。2.2 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?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，從狹義來(lái)說(shuō)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)

16、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(xiāo)及擋圈，其沿氣缸軸線(xiàn)作往復(fù)直線(xiàn)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(xiāo)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(jiàn)，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(xiāo)、曲柄臂、主軸頸等。一般將曲軸質(zhì)量換算到曲柄銷(xiāo)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(kāi)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sin，為斜切口