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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用中 北 大 学毕业设计开题报告学学 生 姓 名：号：学院 、 系 ：专业 ：设 计 题 目：6 V150 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0 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用毕 业 设 计开 题 报 告文 献 综 述1.1 发动机的进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；回忆一下发动机的进展历程或许更能
2、使你懂得这一百多年来汽车技术所发 生的庞大变革；发动机的不同形式,各有各自的优缺点；18 世纪中期,瓦特创造的蒸汽机引发了欧 洲工业革命； 1770 年,法国人居纽胜利地把蒸 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：热量铺张太 大,效率不高,只有简洁的往复式的线性运动；1858 年定居法国巴黎的里诺创造了煤气发动机 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
3、、活塞、连杆、飞轮等,已经初步具备了现代发动机 的基本雏形,是内燃机的初单缸、二冲程、无压缩和电点火的级产品,为现代汽车发动机的显现打下了结构设计方面的基础；法国工程师德罗沙熟悉到,要想尽可能提高内燃机的热效率,就必需使单位气缸 容积的冷却面积尽量减小,膨胀时活塞的速率尽量快,膨胀的范畴 冲程）尽量长；在1 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用此基础上,他在 1862 年提出了闻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
4、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,
5、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；.狄塞 柴油发动机是燃烧柴油来猎取能量释放的发动机；它是由德国创造家鲁道夫 尔于 1892 年创造的,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 也经受进气、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,德国人汪克尔创造了转子活塞发动机,这是汽油发动机进展的一个重要 分支；转子发动机的特点是利用
6、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12；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,就依靠 曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动,为下一次作功制
7、造条件；曲柄2 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用连杆机构的作用是供应燃烧场所,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担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摇摆而产生惯性力矩,仍使连杆承担数值较 小的弯矩；假如连杆在交变载荷作用下发生断裂,就将导致恶性破坏事故,甚至整台内燃机报废；假如连杆刚度不足就
8、会对曲柄连杆机构的工作带来不好的影响；可见,连杆工作的牢靠性直接的影响着内燃机工作的牢靠性 4 ；1.2 曲柄连杆机构运动学分析概述内燃机中采纳曲柄连杆机构的型式许多,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,采纳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 ；机构运动学分析是讨论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
9、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,指连杆中心线在其摇摆平 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,我们要讨论和分析活塞的位移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 67；1.3 曲柄连杆机构动力学分析概述3 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用动力学就是讨论产生运动的力；曲柄连杆机构
10、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形,并从中找出影响内燃机曲轴的输出扭 矩、曲轴旋转的匀称程度和动力不平稳的根本缘由,从而确定改善内燃机动力性能的 措旌；动力学分析仍为内燃机主要零件的强度、刚度、磨损、振动和轴承负荷等运算 供应必要的数据；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视不计,主要分析气体压力和惯性力在曲柄连秆机构中的作用情形；1.4 连杆的结构分析1.4.1 功用：将活塞的力传给曲轴,
11、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；4 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使
12、用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：连杆螺栓定位：靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的协作来定位；其定位精度较差,用于切口连杆；锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位；套或销定位：依靠套或销与连杆体或盖）的孔紧协作定位；止口定位图斜切口连杆大头及其定位方式压1mm1.5mm）,以润喷油孔：有的连杆的大头面对气缸主承压面的一侧,钻一喷油孔滑气缸主承面；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 28；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
13、分仍是没有变；现在仍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；至于新的进展 趋势,是材料发面的改进,比如碳材质的,仍有从数量发面进展,如双曲柄连杆机构 以至于以后的多连杆机构；而且,运动精度牢靠性是曲柄连杆机构牢靠性讨论的一个 重要方面 9 ；从汽车发动机连杆的进展趋向可看出：1）就连杆的使用性能与生产成原来看,C 7 0 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看；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）铝基粉末锻造连杆如开发成功,肯定会对
14、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、爱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5 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 生产与进展应赐予足够重视10 ；个人资料整理仅限学习使用1.6 本次设计的任务1把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
15、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. 运算机绘制出零件图,图纸绘制必需符合国家标准；参考文献1 成伟华 . 汽车概论 . 重庆：重庆高校出版社,2022.12-19 2 吉林高校汽车工程系 . 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 ,2005,316）：27-30 4 关文达,汽车构造 第 2 版） . 北京：清华高校出版社, 2022 5 王晓云 . 曲柄连杆机构动力学分析与设计系统讨论 科技高校出版社, 2006
16、 . 硕士学位论文 . 西安：西安建筑6 赵丽英 . 内燃机曲柄连杆机构动力学讨论 . 硕士学位论文 . 天津：天津高校出版社,2004 7 李瑞琴 . 机械原理 M. 北京：国防工业出版社 .2022 8 凌凯. 汽车原理 . 北京：北京邮电高校出版社 .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：华中科技高校出版社, 2005 10 韩凤麟 . 汽车发动机连杆进展趋向 .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
17、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：北京理工高校出版社,2004 14 濮良贵 , 纪名刚主编 . 机械设计 第八版） M 高等训练出版社 2007 15 吴宗泽、罗圣国 . 机械设计课程设计手册 M. 高等训练出版社 .2006 6 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用毕 业 设 计开 题 报 告本课题要讨论或解决的问题和拟采纳的讨论手段 途径）：2.1 本课题要讨论或解决的问题 1对曲柄连杆机构的运动学、动力
18、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运算机绘制出零件图；5. 运算机软件的操作以及必要的编程；2.2 拟实行的讨论方法 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进展的,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畴非常广泛,主要有优化设计、有限元分析、运算机帮助设计、多刚体动力学分析、运算机帮助工程热力学分析等；2. 曲柄连杆机构的全部运动零件按运动性质可分为三组：、活塞销及挡圈,其沿气缸轴线作往复直线运动,
19、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；组成,它作复合平面运动；连杆组质量换算的原就是保持系统的动力学等效性,实际运算中为了简化起见,通常用静力等效原就将连杆组件的质量换算为连杆大头和连杆小头质量； 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 的一样；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头时,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 sin7
20、 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 , 为斜切口与杆身轴线间的夹角；运算大头盖时应取最大转速工况；类似于连杆小头运算,有两个未知数需要事先求出,即作用在危急断面 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 150-200 MPa；4. 依据设计出机构用 国家标准；Auto CAD 或者 UG等绘图软件对相关零件进行绘制,并参考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
21、使用；8 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用毕 业 设 计开 题 报 告指导老师看法 ：9 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用指导老师：年月日所在系审查看法：系主任：年月日申明：全部资料为本人收集整理,仅限个人学习使用,勿做商业用途；10 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用11 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 12 页