4110柴油机连杆设计及有限元分析-开题报告

纸， 明书全套毕业设计均有 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 指导教师姓名 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 4110 柴油机 机连杆设计及有限元分析 一、课题研究现状、选题目的和意义 随着国家经济长期稳定发展，汽车工业也得到飞速提高，国内近几年汽车产量和销量如下表： 年度 总产量 总销量 乘用车 商用车 产量 销量 产量 销量 05 年 570 77 6 年 7 年 车产量和保有量的迅速增长导致了石油能源需求的矛盾加剧，使中国成为了石油进口大国，每年需进口石油总产量的百分之三十。 2004 年中国进口了 吨原油和4000 万吨成品油，共花了 420 亿美元，以后将会逐年增加。柴油车得平均油耗要低于汽油车百分之三十。一辆 奔驰 E 级柴油车平均耗油为 ，仅相当于国内排量 所以在发达国家，重型车使用柴油机占百分之百，轿车比例日益上升。 2004 年，欧盟新注册的轿车中，柴油机占 其中法国 69，德国 44；连不太推崇柴油车的美国 2004 年注册的柴油轿车也占 而在中国由于各方原因，2004 年的乘用车销量中柴油汽车仅占 普较占 轿车使用柴油机已成为发展潮流，我国商用车按吨位 上为重型， 下为轻型车。目前重车基本应用柴油发动机，而轻型车配柴油机只占 33。据统计， 2008年国内柴油市场达到 190 万台规模。其中 40 万台重型柴油机， 27 万台 中、轻型柴油机，比 06 年增加 8。 轿车柴油发动机占比例虽然小，但轿车总量大，且柴油机品种在逐步增加，如捷达动机、宝来 动机都是柴油机。近年玉柴研制出 可达到欧或欧标准。云内柴油机同长城哈佛、奇瑞瑞虎配套。大众柴油机向奔驰集团年供 12 万台。还有一大批新款欧标准汽车柴油机正在研制之中。 义 纸， 明书全套毕业设计均有 内燃机自十九世纪后期出现以来，经过一百多年的不断研究和改进，已经发展到比较完善的程度，它以热效率高、功率和转速范围宽广、比重量较小的优点，在动力机械中占有 极其重要的地位，广泛应用于国民经济和军事装备的各个领域。 连杆是内燃机中的重要的传动零件之一，其作用是连接活塞与曲轴，将作用在活塞上的力传给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出做功。连杆小端工作时作往复运动，大端作旋转运动，杆身作复杂的平面运动，因此连杆的受力情况十分复杂。连杆是内燃机中承受负荷最严重的零件之一，工作时同时承受着活塞传来的气体压力、往复惯性力和它本身摆动时所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化。在长期使用中，连杆会因活塞的剧烈推力和曲轴的高速运转等因素，出现弯曲和 扭曲现象。连杆一旦出现弯曲和扭曲，除了会使活塞拉缸外，还会致使活塞、气缸、曲轴等机件出现不正常磨损，并很容易引起疲劳破坏而断裂，导致发动机故障，直接关系到使用人的安全，造成极严重的后果。 以往，连杆的的制造以铸造法和锻造法为主； 20 世纪 80 年代以来，由于采用粉末锻造法大批量生产的粉锻连杆具有力学性能优、尺寸精度高、质量较轻及质量偏差很小等特点，因而相继在发达国家快速发展，逐渐取代铸造和锻造连杆。而高密度烧结法制造连杆也快速发展，并具有良好的力学性能。 现今随着计算机技术的迅速发展，特别是各种分析软件的日益成 熟，在发动机研制开发过程中，对其零部件进行计算机数值模拟已成为辅助设计的重要手段。目前，有限元法已日趋成熟实用，所应用的领域也越来越广并发挥着越来越重要的作用。有限元方法是近似求解一般连续问题的数值方法，它最先应用于结构的应力分析，很快就广泛应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续问题。对于一个连续体的求解问题，有限元法的实质就是将具有无限多个自由度的连续体，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，单元之间仅在节点处向连续，从而使问题简化为适合于数值求解的结构型问题，工程设计人员使用这些系统，就可以高效而正确 合理地确定最佳设计方案。此方法已成为工程技术领域不可缺少的的一个强有力的计算分析工具，其在发动机零部件的设计分析中的应用亦有了很大的进展。连杆在工作中所受的各种外载荷复杂且做周期性变化，而且，即使是同一类型的连杆，连杆与连杆之间的物性参数、几何形状也存在差异，因此，在分析连杆的应力和应变时，要考虑这些不确定的因素，才能得到更符合实际的结果。这就需要用到采用传统材料力学公式使得计算的结果更为精确的有限元方法对连杆进行三维应力应变分析，以研究其在不同情况下的应力、应变状态及危险部位。 柴油机是目前 产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。柴油机行业的发展对我国工业车用柴油机的发展越来越受到重视，成为柴油机纸， 明书全套毕业设计均有 行业增长速度最快的行业，也是我国大力发展的一个行业。车用柴油发动机市场按其配套车型可分为货车柴油机发动机市场和客、轿车用柴油机市场两大类。当前柴油发动机企 业 重 点 角 逐 的 市 场 是 轻 型 载 货 车 柴 油 机 市 场 和 客 、 轿 车 柴 油 机 市 场 。 但是，由于受各种因素的影响，我国的柴油机研究还是落后于世界先进水平。经历多年的市场实践，国内柴油发动机生产企业已不再满 足于凭借引进产品获得市场上的暂时领先，而认识到核心技术是最关键的，只有通过引进、消化、吸收的途径，自己掌握了核心技术，企业才会有发展后劲并获得可持续发展的条件。随着我国汽车事业的进一步发展，作为汽车配套中最重要的一个环节，柴油机技术的发展瓶颈已日益凸显。因此，必须研发具有我国自主知识产权的柴油机，以提高我国汽车制造的国产率。 发动机连杆的研究是一个很复杂的、很有前景的研究领域，有很多需要完善和提高的地方。对发动机连杆精确的分析，可以为设计、生产、改进发动机提供可靠的相关数据和理论依据，缩短发动机的开发、改进 的周期和成本，提高其可靠性和经济性。 纸， 明书全套毕业设计均有 二、 设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 1确定发动机技术参数 . 2对连杆进行结构分析和受力分析 . 3对连杆各部分 进行结构设计 和尺寸计算 . 4应用 软件建立三维立体模型 . 5应用 件对连杆进行有限元分析 . 1为满足应力对连杆结构进行设计 . 2应用 其进行边界条件限制、受力分析 . 纸， 明书全套毕业设计均有 三 、技术路线（研究方法） 四、 进度安排 第 1 2 周 选题，领取任务书，调研，搜集资料，撰写开题报告； 第 3 5 周 根据发动机参数设计连 杆结构、计算连杆尺寸 ； 第 6 8 周 绘制连杆总装配草图 ，中期答辩； 第 9 13 周 利用 建立三维立体模型 模型进行有限元 分析，并撰写设计说明书； 第 14 周 完善设计并提交指导教师审核； 第 15 更改并最终完成设计，准备答辩； 第 17 周 毕业答辩。 连杆结构设计 连杆尺寸计算 连杆 运动、 受力 、 结构 分析 调研和查阅相关资料 利用 软件建立三维立体模型 应用 件对连杆进行有限元分析 确定发动机连杆的 各项技术参数 完成图纸，设计说明书 绘制连杆总装配图 纸， 明书全套毕业设计均有 五、参考文献 1陆耀祖 M2004 2袁兆成 M1995 3杨连生 M国农业机械出版社， 1981 4柴油机设计手册编辑委员会 上 )J1984 5吴兆汉 M1995 6张小虞 M民交通出版社， 2007 7石津俊 发动机连杆 弯曲疲劳强度的可靠性分析 J 武汉工学院学报 ， 2005 8尚晓江，邱峰等 构有限元高级分析方法与范例应用 M2006 9李皓月，周田朋等 程计算应用教程 M2003 10谭继锦 汽车有限元法 M2005 11马迅，胡振华 J2004 12汪景峰 D2004 13李景涌 M2002 14苏铁熊，吕彩琴，张翼等 J2002 15石津俊 发动机曲轴弯曲疲劳强度的可靠性分析 J 武汉工学院学报 ， 2005 7 16王