曲柄連桿機構(gòu)畢業(yè)設(shè)計開題報告

1、 中 北 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計開題報告學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號：學(xué) 院、系：專 業(yè)：設(shè) 計 題 目：6 V150柴油機曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)動力學(xué)分析及斜切口連桿組結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)教師: 教授 年 月 日畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)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(shù)日新月異，而作為汽車的心臟發(fā)動機技術(shù)的進步和創(chuàng)新步顯得更受關(guān)注。回顧一下發(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(shù)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(fù)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(zhuǎn)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(fù)式蒸汽機的蒸汽，用電池和感應(yīng)線圈產(chǎn)生電火花。這種發(fā)動機有氣缸、活塞、連桿、飛輪等，已經(jīng)初步具備了現(xiàn)代發(fā)動機的基本雛形，是內(nèi)燃機的初級產(chǎn)品，為現(xiàn)代汽車發(fā)動機的出現(xiàn)打下了結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的基礎(chǔ)。法國工程師德羅沙認識到，要想盡可能提高內(nèi)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(chǔ)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(fù)活塞式內(nèi)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(zhuǎn)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(guān)鍵的技術(shù)思想：內(nèi)燃、壓縮燃氣、四沖程融為一體，使這種內(nèi)燃機具有效率高、體積小、質(zhì)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(xiàn),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(chǔ)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?shù)婪虻胰麪栍?892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(jīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子發(fā)動機的特點是利用內(nèi)轉(zhuǎn)子圓外旋輪線和外轉(zhuǎn)子圓內(nèi)旋輪線相結(jié)合的機構(gòu)，無曲軸連桿和配氣機構(gòu)，可將三角活塞運動直接轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。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)動機相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動機取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉(zhuǎn)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(gòu)是往復(fù)式內(nèi)燃機中的動力傳遞系統(tǒng)。曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動部分。在作功沖程中，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能活

6、塞往復(fù)運動、由曲軸旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gòu)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(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，不斷輸出動力。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)運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)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(fù)慣性力所產(chǎn)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(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，甚至整臺內(nèi)燃機報廢；如果連桿剛度不足則會對曲柄連桿機構(gòu)的工作帶來

7、不好的影響?？梢?，連桿工作的可靠性直接的影響著內(nèi)燃機工作的可靠性4。1.2 曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)分析概述內(nèi)燃機中采用曲柄連桿機構(gòu)的型式很多，按運動學(xué)觀點可分為三類，即：中心曲柄連桿機構(gòu)、偏心曲柄連桿機構(gòu)和主副連桿式曲柄連桿機構(gòu)。其中，中心曲柄連桿機構(gòu)的特點是氣缸中心線通過曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，并垂直于曲柄的回轉(zhuǎn)軸線。這種型式的曲柄連桿機構(gòu)在內(nèi)燃機中應(yīng)用最為廣泛一般的單列式內(nèi)燃機，采用并列連桿與叉形連桿的v形內(nèi)燃機，以及對置式活塞內(nèi)燃機的曲柄連桿機構(gòu)都屬于這一類5。機構(gòu)運動學(xué)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(guān)系。如右圖所示，為中心軸式曲柄連桿機構(gòu)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(zhuǎn)中心的距離；a一曲軸轉(zhuǎn)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(nèi)偏離氣缸中心線的角度；W一曲軸旋轉(zhuǎn)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(gòu)動力學(xué)分析概述動力學(xué)則是研究產(chǎn)生運動的力。曲柄連桿機構(gòu)的動力學(xué)分析是內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，它是分析曲柄連桿機構(gòu)中力的作用情況，并從中找出影響內(nèi)燃機曲軸的輸出扭矩、曲軸旋轉(zhuǎn)的均勻程度和動力不平衡的根本原因，從而確定改善內(nèi)燃機動力性能的措旌。動力學(xué)分析還為內(nèi)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(shù)據(jù)。運轉(zhuǎn)著的內(nèi)燃機，其曲柄連桿機構(gòu)中作用著氣體對活塞的壓力、往復(fù)或旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量的自重和慣性力、外部負荷對內(nèi)燃機的反作用力、運動副間的摩擦阻力等。在動力學(xué)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(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)運動為曲軸的旋轉(zhuǎn)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(gòu)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(cè)，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(cè)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(cè)面有缸號標記28。1.5 國內(nèi)外曲柄機構(gòu)及連桿設(shè)計的趨勢國內(nèi)外曲柄連桿機構(gòu)三大組成部分還是沒有變?，F(xiàn)在還是應(yīng)用于內(nèi)燃機領(lǐng)域，像五大機構(gòu)兩大系統(tǒng)或者六大機構(gòu)兩大系統(tǒng)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(zhì)的，還有從數(shù)量發(fā)面發(fā)展，如雙曲柄連桿機構(gòu)以至于以后的多連桿機構(gòu)。而且，運動精度可靠性是曲柄連桿機構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)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(shè)計產(chǎn)生重大沖擊，值得關(guān)注。（4）從連桿的生產(chǎn)開展歷程可看出，粉末冶金零件的開發(fā)與應(yīng)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(chǎn)成本、保護環(huán)境等目標息息相關(guān)。因此，汽車制造業(yè)對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6V150柴油機的活塞連桿組機構(gòu)進行運動學(xué)、動力學(xué)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(jié)構(gòu)設(shè)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(xué)出版社，2008.12-192吉林大學(xué)汽車工程系.汽車構(gòu)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(gòu)動力學(xué)分析.東華大學(xué)學(xué)報，2005,31（6）：27-304關(guān)文達，汽車構(gòu)造（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社，20095王曉云.曲柄連桿機構(gòu)動力學(xué)分析與設(shè)計系統(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)燃機曲柄連桿機構(gòu)動力學(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(xué)出版社.20059房志軍. LJ377MV汽油機曲柄連桿機構(gòu)的設(shè)計與有限元分析.碩士學(xué)位論文.武漢：華中科技大學(xué)出版社，200510 韓鳳麟.汽車發(fā)動機連桿發(fā)展趨向.MC現(xiàn)代汽車零部件，2006，6:48-5411王望予.汽車設(shè)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(xué)出版社，2004 14濮良貴,紀名剛主編.機械設(shè)計（第八版）M高等教育出版社200715吳宗澤、羅圣國.機械

15、設(shè)計課程設(shè)計手冊M.高等教育出版社.2006畢 業(yè) 設(shè) 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(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)分析； 2. 曲柄連桿機構(gòu)運動零件的質(zhì)量換算；3. 對6V150柴油機斜切口連桿體、連桿大頭進行結(jié)構(gòu)設(shè)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(tǒng)的內(nèi)燃機工作機構(gòu)運動學(xué)、動力學(xué)分析方法主要有圖解法和解析法。現(xiàn)代設(shè)計理論和方法是動態(tài)發(fā)展的，從狹義來說是為設(shè)計而建立的各種數(shù)學(xué)模型及求解這些模型的技術(shù)。它在內(nèi)燃機產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用的范圍十分廣泛，主要有優(yōu)

16、化設(shè)計、有限元分析、計算機輔助設(shè)計、多剛體動力學(xué)分析、計算機輔助工程熱力學(xué)分析等。2.曲柄連桿機構(gòu)的所有運動零件按運動性質(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))、活塞銷及擋圈，其沿氣缸軸線作往復(fù)直線運動，每點的運動狀態(tài)一樣，認為其質(zhì)量集中在活塞銷中心，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)合平面運動。連桿組質(zhì)量換算的原則是保持系統(tǒng)的動力學(xué)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(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、曲柄臂、主軸頸等。一般將曲軸質(zhì)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(zhì)量的離心慣性力與實際不平衡質(zhì)量的離心慣性力應(yīng)該相等。3. 對連桿大頭的計算作如下的假設(shè)：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(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氣沖程開始時，全部往復(fù)運動質(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，對于斜切口的連桿，等式右端需乘以sin，為斜切口