畢業(yè)設(shè)計(jì)(活塞連桿)開題報(bào)告

1、河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告（學(xué)生填表）課題名稱492柴油機(jī)設(shè)計(jì)（活塞連桿組）學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)熱發(fā)073課題類型工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師職稱教授課題來源學(xué)院：車輛與動(dòng)力工程學(xué)院2011年3月22日1.設(shè)計(jì)（或研究）的依據(jù)與意義內(nèi)燃機(jī)，是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放 出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)?；钊环Q為發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟。它是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的零件之一。其功用是承受 氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞直接與 瞬時(shí)溫度2200攝氏度的高溫氣體接觸，其頂部溫度達(dá) 300 C 400 C，且溫度分 布不均勻；在做功行程時(shí)活塞頂部承受著很大的氣體壓

2、力，汽油機(jī)達(dá) 4MPa5MPa，柴油機(jī)高達(dá)8MP9MPa，甚至更高；此外，活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn) 動(dòng)線速度可達(dá)11m/s16m /s；在這種惡劣的條件下工作。活塞承受著高溫、 高壓的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。因此活塞作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中傳遞能量的一個(gè)非常重要 的構(gòu)件，對(duì)其材料具有特殊的要求：密度小、質(zhì)量輕、熱傳導(dǎo)性好、熱膨脹系數(shù) ??；并具有足夠的高溫強(qiáng)度、耐磨和耐蝕性能、尺寸穩(wěn)定性好。另外還應(yīng)具有容 易制造、成本低廉的特點(diǎn)?，F(xiàn)代道路交通設(shè)施的完善以及物資流通速度的加快促使汽車工業(yè)制造出快 速、高效的交通運(yùn)輸工具而對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提出了更高的要求：提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和 功率一活塞工作速度達(dá)11m/s16m /s,功率達(dá)

3、到450馬力或更高。隨著汽車 發(fā)動(dòng)機(jī)向高速化、大功率方向的發(fā)展，活塞材料除對(duì)常溫強(qiáng)度、硬度、延伸率、 熱膨脹系數(shù)等性能要求不斷提高外，還對(duì)其高溫性能（如高溫拉伸強(qiáng)度、高溫疲勞 強(qiáng)度、導(dǎo)熱率）及耐磨性能提出了更高的要求。因此合理選擇活塞制造材料對(duì)于新 型發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)至關(guān)重要。連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的 往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。 連桿在工作中，除承受燃燒室燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。 因此，連桿在一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng) 力。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變

4、形。通常疲勞斷裂的部位是在連 桿上的三個(gè)高應(yīng)力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性能； 又要求具有足夠的鋼性和韌性。活塞連桿組的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)有非常大的影響，它的設(shè)計(jì)決定了內(nèi)燃機(jī)的壓縮 比，活塞連桿組的設(shè)計(jì)的不合理會(huì)使內(nèi)燃機(jī)的壓縮比過大或過小，這樣，內(nèi)燃機(jī)可能發(fā)生爆燃或柴油機(jī)壓縮不著火，活塞與缸套之間不能形成油膜產(chǎn)生不良摩 擦，從而遭受強(qiáng)烈的磨損，并且可能出現(xiàn)滑動(dòng)表面的拉毛 燒傷等事故，甚至其他 一些非正常現(xiàn)象也會(huì)發(fā)生，而是內(nèi)燃機(jī)的功率下降，油耗增加，排放惡化。而活 塞組零件的壽命決定了內(nèi)燃機(jī)的修理間隔，大功率內(nèi)燃機(jī)中，活塞組的熱負(fù)荷往 往限制了內(nèi)燃機(jī)的強(qiáng)化潛力，2. 國內(nèi)外同類設(shè)

5、計(jì)（或同類研究）的概況綜述現(xiàn)代先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其活塞的設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜，已發(fā)展成為集輕質(zhì)高強(qiáng)度新材 料、異形外圓復(fù)合型面（裙部為中凸變橢圓型面）、異形銷孔等多項(xiàng)新技術(shù)于一體 的高技術(shù)含量的產(chǎn)品?；钊募庸ぞ纫蟾?，其裙部橫向橢圓度精度達(dá) 0.005mm,縱向中凸曲線精度達(dá) 0.005-0.01mm。目前國內(nèi)外輕、中型汽車汽、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以及轎車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞大多采用了共 晶（亞共晶）型AI-S合金。該類合金含Si量一般在8. 5%-13%，為了提高合金的 室溫及高溫性能在其中加入了 Cu、Mg、Mn、Ni等合金元素進(jìn)行多元合金化。國 外著名發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠（如Cummins、Renault等）和國內(nèi)玉柴、錫

6、柴等發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠 均采用此類材料制造的活塞。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)功率、扭矩、噪聲、排放的要求越來越高，人們把目光投向另 一種更為理想的活塞材料 一一過共晶型A1-Si合金。這類合金含Si量高達(dá)17% 26%，而隨著Si含量的增加，合金的線脹系數(shù)減小，耐磨性和體積穩(wěn)定性相應(yīng) 提高，且合金密度也隨之減小，用其制造發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，可在設(shè)計(jì)上縮小氣缸筒內(nèi) 壁與活塞之間的間隙，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。國外對(duì)過共晶型Al-Si合金的研究應(yīng)用較早，使用范圍已從摩托車活塞擴(kuò)大到載貨汽車的活塞上。國內(nèi)近些年也對(duì) 該類活塞材料進(jìn)行了大量的研究，但實(shí)際應(yīng)用的還較少。隨著大馬力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)快速發(fā)展，尤其是重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓、中冷技

7、 術(shù)的應(yīng)用以及大缸徑高壓縮比、低排放要求的不斷提高。傳統(tǒng)鋁合金活塞材料已 無法滿足其使用要求，因而國內(nèi)外眾多活塞材料研究機(jī)構(gòu)和制造商推出了許多新 型活塞材料。如鋼頂鋁裙材料、陶瓷材料、樹脂基復(fù)合材料、碳及碳纖維增強(qiáng)碳 基復(fù)合材料等等。傳統(tǒng)連桿加工工藝中其材料一般采用45鋼、40C r或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼，但現(xiàn)在國外所廣泛采用的先進(jìn)連桿裂解（conrod fracture splitti ng ）的加工技術(shù)要求 其脆性較大，硬度更高，因此，以德國汽車企業(yè)生產(chǎn)的新型連桿材料如C70S6高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、SPLITASCO系列鍛鋼、FRACTIM鍛鋼和S53CV-FS鍛鋼等（以 上均為德國din標(biāo)

8、準(zhǔn)）。合金鋼雖具有很高強(qiáng)度，擔(dān)對(duì)應(yīng)力集中很敏感。所以，在 連桿外形、過度圓角等方面需嚴(yán)格要求，還應(yīng)注意表面加工質(zhì)量以提高疲勞強(qiáng)度， 否則高強(qiáng)度合金鋼的應(yīng)用并不能達(dá)到預(yù)期果。我國非調(diào)質(zhì)鋼正逐步取代調(diào)質(zhì)鋼，國外幾乎完全采用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)連桿。一 汽大眾捷達(dá)和上海大眾桑塔納轎車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，一汽引進(jìn)的道依茨和開發(fā)的 CA6DLS列柴油機(jī)連桿，設(shè)計(jì)強(qiáng)度均在900MPe以上，均采用裂解連桿大頭接合面 （裂解法）的生產(chǎn)技術(shù)。國外還采用粉末燒結(jié)鍛造工藝生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿。粉末冶金連桿的強(qiáng)度、 韌性通過鍛造提高粉坯的密度和添加合金元素，使粉末鍛造連桿具有足夠的淬透 性以達(dá)到鍛鋼連桿的水平。日本生產(chǎn)的Fe-0.5C

9、-2.0Cu-0.09S 及 Pe-0.55C?2.0Cu-0.2S粉末燒結(jié)鍛造連桿的密度達(dá)到7.82z/cm3 （理論密度的99.8%），試驗(yàn)證明，達(dá)到了鍛鋼連桿的疲勞性能，可節(jié)約材料40%降低成本10% 節(jié)約能源50%鈦合金連桿比鋼制連桿的質(zhì)量可減輕 30%使連桿往復(fù)慣性力大幅 度降低。鈦合金連桿的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比鋼制連桿發(fā)動(dòng)機(jī)提高700r/m in，使輸出功率大幅度提高，還可顯著降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，有利環(huán)保。目前，國外對(duì)連桿對(duì)分離面的最新加工方法是脹斷工藝。利用初始的人為的斷裂源（用拉刀加工V型槽或用激光加工V型槽），再用一個(gè)脹開裝置將大頭孔沿 V 型槽處斷開。斷開后的連桿體、蓋分離面具有完全嚙

10、合的犬牙交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)，能保 證分離面精確吻合，同時(shí)簡化了連桿螺栓孔的加工工序，節(jié)省材料、人工和設(shè)備, 且效率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。3. 課題設(shè)計(jì)（或研究）的內(nèi)容1查閱相關(guān)資料，確定總設(shè)計(jì)方案；2:根據(jù)總體布局，繪制柴油機(jī)縱、橫剖圖；3:完成配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；4:撰寫設(shè)計(jì)說明書（12000字）；5:翻譯外文技術(shù)資料（10000字符）。其中，活塞連桿組各零件圖及總成圖、橫剖圖用計(jì)算機(jī)繪制；縱剖圖用手 工繪制；設(shè)計(jì)圖紙不少于3張0號(hào)圖紙；設(shè)計(jì)說明書按照學(xué)校要求格式用 計(jì)算機(jī)打印并裝訂；查閱參考文獻(xiàn)不少于15篇。4. 設(shè)計(jì)（或研究）方法內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)隨生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)設(shè)備及用途的不相同，進(jìn)行小組成員過仔細(xì) 討論，確定主要各零部件的結(jié)構(gòu)方案，分配好任務(wù)，進(jìn)行總體布置設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì) 過程中，要查閱相關(guān)書籍資料和各種期刊國內(nèi)外論文，以及有關(guān)395柴油機(jī)（如195 295 495等柴油機(jī)）的相關(guān)知識(shí)，并了解一下國內(nèi)外該機(jī)型的一些主要設(shè) 計(jì)參數(shù)以及基本要求，憑所學(xué)理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比，利用有限元方法分析， 也可以有依據(jù)的加入一些自己的想法，擬定幾種方案，進(jìn)行多方案討論、分析和 比較，經(jīng)過反復(fù)修訂后得出初步方案，確定自己設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定之后 即可主要零部件的初