曲柄連桿機構畢業(yè)設計開題報告

1、 中 北 大 學畢業(yè)設計開題報告學 生 姓 名：學 號：學 院、系：專 業(yè)：設 計 題 目：6 V150柴油機曲柄連桿機構運動學動力學分析及斜切口連桿組結構設計指導教師: 教授 年 月 日畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告1結合畢業(yè)設計情況，根據所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述1.1 發(fā)動機的發(fā)展簡史 汽車整體技術日新月異，而作為汽車的心臟發(fā)動機技術的進步和創(chuàng)新步顯得更受關注?；仡櫼幌掳l(fā)動機的發(fā)展歷程或許更能使你理解這一百多年來汽車技術所發(fā)生的巨大變革。發(fā)動機的不同形式，各有各自的優(yōu)缺點。18世紀中期，瓦特發(fā)明的蒸汽機引發(fā)了歐洲工業(yè)革命。1770年，法國人居紐成功地把

2、蒸汽機運用到了車子上，制作了世界第一輛三輪蒸汽機車。雖然速度很慢，但開創(chuàng)了汽車的新時代。這種蒸汽發(fā)動機的缺陷是：熱量浪費太大，效率不高，只有簡單的往復式的線性運動。1858年定居法國巴黎的里諾發(fā)明了煤氣發(fā)動機（單缸、二沖程、無壓縮和電點火的煤氣機，輸出功率為0.741.47KW，轉速為100r/min，熱效率為4%）。里諾的煤氣發(fā)動機以煤氣和空氣的混合燃燒取代了往復式蒸汽機的蒸汽，用電池和感應線圈產生電火花。這種發(fā)動機有氣缸、活塞、連桿、飛輪等，已經初步具備了現代發(fā)動機的基本雛形，是內燃機的初級產品，為現代汽車發(fā)動機的出現打下了結構設計方面的基礎。法國工程師德羅沙認識到，要想盡可能提高內燃機的

3、熱效率，就必須使單位氣缸容積的冷卻面積盡量減小，膨脹時活塞的速率盡量快，膨脹的范圍（沖程）盡量長。在此基礎上，他在1862年提出了著名的等容燃燒四沖程循環(huán)：進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣。 1876年，德國人奧托制成了第一臺四沖程往復活塞式內燃機（單缸、臥式、以煤氣為燃料、功率大約為2.21KW、180r/min）。在這部發(fā)動機上，奧托增加了飛輪，使運轉平穩(wěn)，把進氣道加長，又改進了氣缸蓋，使混合氣充分形成。奧托把三個關鍵的技術思想：內燃、壓縮燃氣、四沖程融為一體，使這種內燃機具有效率高、體積小、質量輕和功率大等一系列優(yōu)點。在1878年巴黎萬國博覽會上,被譽為“瓦特以來動力機方面最大的成就”。等容

4、燃燒四沖程循環(huán)由奧托實現,也被稱為奧托循環(huán)。1886年1月29日，德國人奧姆勒和卡爾.本茨在里諾臥式氣壓煤氣發(fā)動機以及四沖程理論的基礎上制造出了第一臺汽油發(fā)動機，使汽車正式進入汽油動力時代，1886年卡爾本茨制造出世界上第一輛以汽油為動力的三輪汽車。該車裝有臥置單缸二沖程汽油發(fā)動機,785CC容積,0.89匹馬力,每小時行走15公里。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)明家魯道夫狄塞爾于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，

5、因此可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。 1957年，德國人汪克爾發(fā)明了轉子活塞發(fā)動機，這是汽油發(fā)動機發(fā)展的一個重要分支。轉子發(fā)動機的特點是利用內轉子圓外旋輪線和外轉子圓內旋輪線相結合的機構，無曲軸連桿和配氣機構，可將三角活塞運動直接轉換為旋轉運動。它的零件數比往復活塞式汽油少40%，質量輕、體積小、轉速高、功率大。與往復式發(fā)動機相比，轉子發(fā)動機取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉子發(fā)動機尺寸較小，重量較輕，且振動和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢12。曲柄連桿機構是往復式內燃機中的動力傳遞系統。曲柄連桿機構是發(fā)動機實現工作循環(huán)，完成能量轉換的主要運動部分。在作功沖程中，它將燃料燃燒產生的熱能活

6、塞往復運動、由曲軸旋轉運動轉變?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變?yōu)榍S旋轉的轉矩，不斷輸出動力。一是將氣體的壓力變?yōu)榍S的轉矩，二是將活塞的往復運動變?yōu)榍S的旋轉運動3。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生慣性力矩，還使連桿承受數值較小的彎矩。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，甚至整臺內燃機報廢；如果連桿剛度不足則會對曲柄連桿機構的工作帶來

7、不好的影響。可見，連桿工作的可靠性直接的影響著內燃機工作的可靠性4。1.2 曲柄連桿機構運動學分析概述內燃機中采用曲柄連桿機構的型式很多，按運動學觀點可分為三類，即：中心曲柄連桿機構、偏心曲柄連桿機構和主副連桿式曲柄連桿機構。其中，中心曲柄連桿機構的特點是氣缸中心線通過曲軸的旋轉中心，并垂直于曲柄的回轉軸線。這種型式的曲柄連桿機構在內燃機中應用最為廣泛一般的單列式內燃機，采用并列連桿與叉形連桿的v形內燃機，以及對置式活塞內燃機的曲柄連桿機構都屬于這一類5。機構運動學分析是研究兩個或兩個以上物體間的相對運動，即位移、速度和加速度的變化關系。如右圖所示，為中心軸式曲柄連桿機構簡圖。其中，已知的是：

8、l一連桿長度，指連桿大、小頭孔中心的距離：r一曲柄半徑，指曲柄銷中心與曲軸旋轉中心的距離；a一曲軸轉角，指曲軸偏離氣缸中心線的角度；B一連桿擺角，指連桿中心線在其擺動平面內偏離氣缸中心線的角度；W一曲軸旋轉角速度；通過這些，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 曲柄連桿機構動力學分析概述動力學則是研究產生運動的力。曲柄連桿機構的動力學分析是內燃機結構設計的基礎，它是分析曲柄連桿機構中力的作用情況，并從中找出影響內燃機曲軸的輸出扭矩、曲軸旋轉的均勻程度和動力不平衡的根本原因，從而確定改善內燃機動力性能的措旌。動力學分析還為內燃機主要零件的

9、強度、剛度、磨損、振動和軸承負荷等計算提供必要的數據。運轉著的內燃機，其曲柄連桿機構中作用著氣體對活塞的壓力、往復或旋轉運動質量的自重和慣性力、外部負荷對內燃機的反作用力、運動副間的摩擦阻力等。在動力學分析中，般將各運動部件的自重和運動副之間的摩擦阻力忽略不計，主要分析氣體壓力和慣性力在曲柄連稈機構中的作用情況。1.4 連桿的結構分析1.4.1 功用：將活塞的力傳給曲軸，變活塞的往復運動為曲軸的旋轉運動。 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（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 構造：小頭用來安裝活塞銷，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。套或銷定位：依靠套或銷與連桿體（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氣缸主承壓面的一側，鉆一噴油孔（1mm1.5mm），以潤滑氣缸主承壓面。 1.4.4 連桿的安裝：一是不能破壞連桿桿身與蓋的配對及

11、裝合方向，在二在者的同一側打有配對標記；二是不能裝反，也不能亂缸，在桿身上有方向標記，大頭側面有缸號標記28。1.5 國內外曲柄機構及連桿設計的趨勢國內外曲柄連桿機構三大組成部分還是沒有變?，F在還是應用于內燃機領域，像五大機構兩大系統或者六大機構兩大系統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，比如碳材質的，還有從數量發(fā)面發(fā)展，如雙曲柄連桿機構以至于以后的多連桿機構。而且，運動精度可靠性是曲柄連桿機構可靠性研究的一個重要方面9。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）

12、溫壓連桿的生產成本最低，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)動機的設計產生重大沖擊，值得關注。（4）從連桿的生產開展歷程可看出，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與發(fā)展應給予足夠重視10。1.6 本次設計的任務1掌握活塞組各零部件的結構、功用和作用原理；2對6V150柴油機的活塞連桿組機構進行運動學、動力學分析以確定連桿組的工作載荷；3對6V150柴油機斜切口連桿體、連桿大頭

13、進行結構設計；4對6V150柴油機斜切口連桿體、連桿大頭進行強度分析；5. 計算機繪制出零件圖，圖紙繪制必須符合國家標準；參考文獻1成偉華.汽車概論.重慶：重慶大學出版社，2008.12-192吉林大學汽車工程系.汽車構造M.北京：人民交通出版社，2006.2-63束永平，夏長高.汽車發(fā)動機曲柄連桿機構動力學分析.東華大學學報，2005,31（6）：27-304關文達，汽車構造（第2版）.北京：清華大學出版社，20095王曉云.曲柄連桿機構動力學分析與設計系統研究.碩士學位論文.西安：西安建筑科技大學出版社，20066趙麗英.內燃機曲柄連桿機構動力學研究.碩士學位論文.天津：天津大學出版社，2

14、0047李瑞琴.機械原理M.北京：國防工業(yè)出版社.20088凌凱.汽車原理.北京：北京郵電大學出版社.20059房志軍. LJ377MV汽油機曲柄連桿機構的設計與有限元分析.碩士學位論文.武漢：華中科技大學出版社，200510 韓鳳麟.汽車發(fā)動機連桿發(fā)展趨向.MC現代汽車零部件，2006，6:48-5411王望予.汽車設計（第4版）M.北京：機械工業(yè)出版社，200512余志生.汽車理論（第3版）M.北京：機械工業(yè)出版社，200013顧柏良等譯.BOSCH汽車工程手冊M.北京：北京理工大學出版社，2004 14濮良貴,紀名剛主編.機械設計（第八版）M高等教育出版社200715吳宗澤、羅圣國.機械

15、設計課程設計手冊M.高等教育出版社.2006畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告本課題要研究或解決的問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題 1對曲柄連桿機構的運動學、動力學分析； 2. 曲柄連桿機構運動零件的質量換算；3. 對6V150柴油機斜切口連桿體、連桿大頭進行結構設計和強度分析；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。2.2 擬采取的研究方法1. 傳統的內燃機工作機構運動學、動力學分析方法主要有圖解法和解析法?，F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學模型及求解這些模型的技術。它在內燃機產品設計中應用的范圍十分廣泛，主要有優(yōu)

16、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.曲柄連桿機構的所有運動零件按運動性質可分為三組：（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，認為其質量集中在活塞銷中心，即活塞組的質量為它們的質量之和。（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。連桿組質量換算的原則是保持系統的動力學等效性，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量換算為連桿大頭和連桿小頭質量。（3）曲軸包括曲柄銷、曲柄臂、主軸頸等。一般將曲軸質量換算到曲柄銷中心上，換算原則是離心慣性力相等，即換算質量的離心慣性力與實際不平衡質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，全部往復運動質量的慣性力與除去大頭蓋后的連桿旋轉質量產生的離心力之和，對于斜切口的連桿，等式右端需乘以sin，為斜切口