2110柴油機(jī) 活塞連桿畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告

1、河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告（學(xué)生填表）學(xué)院：車(chē)輛與動(dòng)力工程 2011年 3 月18 日課題名稱(chēng)2100A型柴油機(jī)設(shè)計(jì)（活塞連桿組設(shè)計(jì)）學(xué)生姓名邢寶鋒專(zhuān)業(yè)班級(jí)熱發(fā)072課題類(lèi)型工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師楊鐵皂職稱(chēng)副教授課題來(lái)源生產(chǎn)1. 設(shè)計(jì)（或研究）的依據(jù)與意義活塞是內(nèi)燃機(jī)上最關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)件，它在高溫高壓下承受反復(fù)交變載荷，被稱(chēng)為內(nèi)燃機(jī)的心臟。它的工作情況直接關(guān)系到高速內(nèi)燃機(jī)的工作可靠性和使用耐久性，同時(shí)直接影響到內(nèi)燃機(jī)的排放性能。活塞的結(jié)構(gòu)和所處的工作環(huán)境十分復(fù)雜，在工作狀態(tài)下受到高壓燃?xì)鈮毫Α⒏咚偻鶑?fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力、側(cè)向壓力和摩擦力等周期性載荷作用，產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械變形。高壓氣體燃燒產(chǎn)生的

2、高溫使活塞頂部乃至整個(gè)活塞溫度很高，且溫度分布很不均勻，導(dǎo)致活塞產(chǎn)生熱應(yīng)力和熱變形。熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷耦合將導(dǎo)致活塞產(chǎn)生裂紋、活塞環(huán)膠結(jié)以及拉缸等。因此，活塞設(shè)計(jì)在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)中十分關(guān)鍵。發(fā)動(dòng)機(jī)連桿則是承受強(qiáng)烈沖擊力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力最高的動(dòng)力學(xué)負(fù)荷部件，其在工作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，由于連桿在運(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)不好的影響。例如:連桿大頭變形使連桿螺栓承受附加彎矩，大頭孔失圓使軸瓦的工作條件和潤(rùn)滑惡化;

3、桿身在曲軸平面內(nèi)的彎曲使活塞在氣缸內(nèi)歪斜，造成活塞與氣缸、軸瓦與曲柄銷(xiāo)的偏磨、活塞組與氣缸間漏氣、竄油等問(wèn)題?？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。而連桿制造技術(shù)的好壞直接影響著連桿的使用性能和經(jīng)濟(jì)性能以及一個(gè)企業(yè)的生存和發(fā)展，傳統(tǒng)的制造技術(shù)漸漸不能適應(yīng)現(xiàn)在生產(chǎn)的要求。而脹斷技術(shù)與傳統(tǒng)連桿加工技術(shù)相比，脹斷工藝是以整體加工代替分體加工，不但省去和簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)工藝之中的很多加工工序，而且提高了連桿的性能、降低成本。脹斷工藝可減少機(jī)加工工序60%，節(jié)省設(shè)備投資25%，減少刀具費(fèi)用35%，節(jié)省能源40%，生產(chǎn)成本可降低1520%。因此如何在設(shè)計(jì)中提高活塞連桿組的強(qiáng)度、剛度和工作性能，在

4、整個(gè)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)中具有十分重要的意義。2. 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)設(shè)計(jì)（或同類(lèi)研究）的概況綜述活塞方面，從上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始，數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)以及柴油機(jī)公司對(duì)活塞都進(jìn)行了深入的研究。其研究的主要內(nèi)容是：活塞的溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力、熱疲勞、熱沖擊和機(jī)械強(qiáng)度等。對(duì)活塞的熱沖擊、耦合傳熱、瞬態(tài)分析、滑油傳熱以及積炭等方面都做了大量的研究。同時(shí)，對(duì)活塞的數(shù)值模擬計(jì)算，科研人員不斷地尋求專(zhuān)業(yè)的數(shù)值計(jì)算方法，來(lái)提高分析解決問(wèn)題的能力。國(guó)內(nèi)對(duì)活塞熱負(fù)荷的研究主要是在高校進(jìn)行，對(duì)于利用經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)公式得出平均邊界換熱系數(shù)，再根據(jù)平均燃?xì)鉁囟葘?duì)活塞進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析的研究，國(guó)內(nèi)研究的比較深入?；谟?jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)

5、展和普及，最近國(guó)外公司對(duì)柴油機(jī)活塞的機(jī)械疲勞研究多采用對(duì)比發(fā)動(dòng)機(jī)耐久試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以計(jì)算機(jī)建模和仿真計(jì)算等來(lái)模擬熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷對(duì)活塞結(jié)構(gòu)的影響，從而判斷活塞的可靠性。在試驗(yàn)上，國(guó)外在20世紀(jì)70年代已開(kāi)始熱沖擊研究。如英國(guó)里卡多公司建立了熱流和熱傳導(dǎo)試驗(yàn)臺(tái)，用于熱流的流向和熱流的分配研究，德國(guó)馬勒公司對(duì)活塞的研究主要是通過(guò)整機(jī)試驗(yàn)，馬勒公司的35個(gè)整機(jī)試驗(yàn)臺(tái)用于研究各種活塞的可靠性。俄羅斯在發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷的試驗(yàn)研究上既有穩(wěn)態(tài)研究，也有最新的瞬態(tài)研究手段。在燃燒室零件的應(yīng)力分析方面，已經(jīng)完成了對(duì)燃燒室零件的穩(wěn)態(tài)熱彈性應(yīng)力、準(zhǔn)靜態(tài)熱應(yīng)力以及熱彈性應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力迭加的分析。美國(guó)Wisconsin大學(xué)Ma

6、dison分校Yong Liu和RDREITZ運(yùn)用有限差分法對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒室部件進(jìn)行了循環(huán)瞬態(tài)模擬，分析模型綜合考慮了活塞組、潤(rùn)滑油膜、缸套以及缸蓋等，提高了缸內(nèi)傳熱模擬的精度。國(guó)外目前研究的重點(diǎn)是瞬態(tài)傳熱、整機(jī)熱分析和絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)。連桿方面，在滿(mǎn)足性能指標(biāo)的前提下，連桿的材料和制造技術(shù)關(guān)聯(lián)很大，連桿在毛坯材料方面：國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)工藝連桿毛坯材料一般采用42CrMo 、35CrMo 、40MnVB、45CrMnB、40Cr 、45 、40CrMnB S40C等調(diào)質(zhì)鋼和S43CVS1 (進(jìn)口) 35MnV、40MnS等非調(diào)質(zhì)鋼。19841994年期間，康明斯生產(chǎn)線(xiàn)用調(diào)質(zhì)鋼毛坯40MnBH(GB5216-8

7、5),1995年全面轉(zhuǎn)用非調(diào)質(zhì)鋼材料毛坯38MnV。而德國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和零部件的專(zhuān)家MahleGmbH公司先后推出C70 S 6BY鋼、36MnVS4BY鋼、 70MnVS4BY鋼等。在加工工藝方面：國(guó)內(nèi)外連桿生產(chǎn)方式大致有：鍛造、鑄造、粉末冶金等，傳統(tǒng)鍛造有將連桿體和蓋分開(kāi)鍛造、連桿體和蓋整體鍛造兩種。60年代中期粉末熱鍛技術(shù)開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，從80年代以來(lái)粉末冶金注射成型（PIM）成功的得到應(yīng)用，大多數(shù)連桿制造中使用的中碳鋼和低合金鋼逐步由新鋼種和粉末冶金的鍛造材料所代替。在連桿體與連桿蓋分離工藝方面大部分采取的有鋸斷、銑斷等工藝；最新工藝是使用斷裂分開(kāi)，即脹斷工藝（或者裂解工藝），該工藝是用切

8、口(或用機(jī)械方法或用激光束制造預(yù)裂紋) 斷裂,使大端連桿蓋從連桿體移去。國(guó)內(nèi)部分汽車(chē)廠及設(shè)備制造廠如一汽- 大眾、上海大眾和上海通用等都采用了該技術(shù)。3. 課題設(shè)計(jì)（或研究）的內(nèi)容12100A柴油機(jī)的總體方案分析與設(shè)計(jì)；2熱計(jì)算，32100A型柴油機(jī)橫剖視圖，活塞連桿部件裝配圖；4活塞、活塞環(huán)設(shè)計(jì)與計(jì)算，對(duì)活塞裙部要求設(shè)計(jì)中凸橢圓裙部；連桿、連桿大頭、連桿襯套、連桿軸瓦、連桿螺栓設(shè)計(jì)與計(jì)算；5設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。4. 設(shè)計(jì)（或研究）方法1. 四年的有關(guān)機(jī)械的課本理論知識(shí)，具備一定的設(shè)計(jì)能力。2. 有校內(nèi)圖書(shū)館，可以從中查閱相關(guān)的工具書(shū)和資料。3. 有網(wǎng)絡(luò)資料室，可在里面查閱與設(shè)計(jì)相關(guān)最新資料及相關(guān)文章。4. 通過(guò)多次實(shí)地參觀對(duì)該設(shè)計(jì)方面有了一定的感性認(rèn)識(shí)。5. 有指導(dǎo)教師及組內(nèi)同學(xué)對(duì)于疑難問(wèn)題的幫助和探討。6. 有個(gè)人電腦可以進(jìn)行繪圖和查找相關(guān)資料和網(wǎng)上交流。7. 通