毕业设计(活塞连杆)开题报告.doc

河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）学院：车辆与动力工程学院 2011 年3月22日课题名称492柴油机设计（活塞连杆组）学生姓名专业班级热发073课题类型工程设计指导教师职称教授课题来源1. 设计（或研究）的依据与意义内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。 活塞被称为发动机的心脏。它是发动机中最重要的零件之一。其功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。在发动机工作时，活塞直接与瞬时温度2200摄氏度的高温气体接触，其顶部温度达300400，且温度分布不均匀；在做功行程时活塞顶部承受着很大的气体压力，汽油机达4MPa5MPa，柴油机高达8MP9MPa，甚至更高；此外，活塞在气缸内往复运动线速度可达11ms16ms；在这种恶劣的条件下工作。活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。因此活塞作为汽车发动机中传递能量的一个非常重要的构件，对其材料具有特殊的要求：密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小；并具有足够的高温强度、耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好。另外还应具有容易制造、成本低廉的特点。现代道路交通设施的完善以及物资流通速度的加快促使汽车工业制造出快速、高效的交通运输工具而对汽车发动机提出了更高的要求：提高发动机转速和功率活塞工作速度达11ms16ms，功率达到450马力或更高。随着汽车发动机向高速化、大功率方向的发展，活塞材料除对常温强度、硬度、延伸率、热膨胀系数等性能要求不断提高外，还对其高温性能(如高温拉伸强度、高温疲劳强度、导热率)及耐磨性能提出了更高的要求。因此合理选择活塞制造材料对于新型发动机的开发至关重要。连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。活塞连杆组的设计对整个有非常大的影响，它的设计决定了内燃机的压缩比，活塞连杆组的设计的不合理会使内燃机的压缩比过大或过小，这样，内燃机可能发生爆燃或柴油机压缩不着火，活塞与缸套之间不能形成油膜产生不良摩擦，从而遭受强烈的磨损，并且可能出现滑动表面的拉毛 烧伤等事故，甚至其他一些非正常现象也会发生，而是内燃机的功率下降，油耗增加，排放恶化。而活塞组零件的寿命决定了内燃机的修理间隔，大功率内燃机中，活塞组的热负荷往往限制了内燃机的强化潜力，2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述现代先进的发动机，其活塞的设计相当复杂，已发展成为集轻质高强度新材料、异形外圆复合型面(裙部为中凸变椭圆型面)、异形销孔等多项新技术于一体的高技术含量的产品。活塞的加工精度要求高，其裙部横向椭圆度精度达0.005mm，纵向中凸曲线精度达0.005-0.01mm。目前国内外轻、中型汽车汽、柴油发动机以及轿车发动机活塞大多采用了共晶(亚共晶)型Al-S合金。该类合金含Si量一般在85-13，为了提高合金的室温及高温性能在其中加入了Cu、Mg、Mn、Ni等合金元素进行多元合金化。国外著名发动机制造厂(如Cummins、Renault等)和国内玉柴、锡柴等发动机制造厂均采用此类材料制造的活塞。随着发动机对功率、扭矩、噪声、排放的要求越来越高，人们把目光投向另一种更为理想的活塞材料过共晶型A1-Si合金。这类合金含Si量高达1726，而随着Si含量的增加，合金的线胀系数减小，耐磨性和体积稳定性相应提高，且合金密度也随之减小，用其制造发动机活塞，可在设计上缩小气缸筒内壁与活塞之间的间隙，从而提高发动机效率。国外对过共晶型Al-Si合金的研究应用较早，使用范围已从摩托车活塞扩大到载货汽车的活塞上。国内近些年也对该类活塞材料进行了大量的研究，但实际应用的还较少。随着大马力汽车发动机快速发展，尤其是重型柴油发动机涡轮增压、中冷技术的应用以及大缸径高压缩比、低排放要求的不断提高。传统铝合金活塞材料已无法满足其使用要求，因而国内外众多活塞材料研究机构和制造商推出了许多新型活塞材料。如钢顶铝裙材料、陶瓷材料、树脂基复合材料、碳及碳纤维增强碳基复合材料等等。传统连杆加工工艺中其材料一般采用45钢、40r或40MnB等调质钢，但现在国外所广泛采用的先进连杆裂解（conrod fracture splitting）的加工技术要求其脆性较大，硬度更高，因此，以德国汽车企业生产的新型连杆材料如C70S6高碳微合金非调质钢、SPLITASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和S53CV-FS锻钢等(以上均为德国din标准)。合金钢虽具有很高强度，担对应力集中很敏感。所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。我国非调质钢正逐步取代调质钢，国外几乎完全采用非调质钢生产连杆。一汽大众捷达和上海大众桑塔纳轿车发动机连杆，一汽引进的道依茨和开发的CA6DL系列柴油机连杆，设计强度均在900MPa以上，均采用裂解连杆大头接合面（裂解法）的生产技术。国外还采用粉末烧结锻造工艺生产汽车发动机连杆。粉末冶金连杆的强度、韧性通过锻造提高粉坯的密度和添加合金元素，使粉末锻造连杆具有足够的淬透性以达到锻钢连杆的水平。日本生产的Fe-0.5C-2.0Cu-0.09S 及 Pe-0.55C?2.0Cu-0.2S粉末烧结锻造连杆的密度达到7.82z/cm3（理论密度的99.8%），试验证明，达到了锻钢连杆的疲劳性能，可节约材料40%，降低成本10%，节约能源50%。钛合金连杆比钢制连杆的质量可减轻30%，使连杆往复惯性力大幅度降低。钛合金连杆的发动机转速比钢制连杆发动机提高700r/m in，使输出功率大幅度提高，还可显著降低发动机噪声，有利环保。目前，国外对连杆对分离面的最新加工方法是胀断工艺。利用初始的人为的断裂源(用拉刀加工V型槽或用激光加工V型槽)，再用一个胀开装置将大头孔沿V型槽处断开。断开后的连杆体、盖分离面具有完全啮合的犬牙交错的结构，能保证分离面精确吻合，同时简化了连杆螺栓孔的加工工序，节省材料、人工和设备，且效率高，适合大规模生产。 3. 课题设计（或研究）的内容1：查阅相关资料，确定总设计方案；2：根据总体布局，绘制柴油机纵、横剖图；3：完成配气机构设计；4：撰写设计说明书（12000字）；5：翻译外文技术资料（10000字符）。其中，活塞连杆组各零件图及总成图、横剖图用计算机绘制；纵剖图用手工绘制；设计图纸不少于3张0号图纸；设计说明书按照学校要求格式用计算机打印并装订；查阅参考文献不少于15篇。4. 设计（或研究）方法内燃机设计应随生产规模，生产设备及用途的不相同，进行小组成员过仔细讨论，确定主要各零部件的结构方案，分配好任务，进行总体布置设计，在设计过程中，要查阅相关书籍资料和各种期刊 国内外论文，以及有关395柴油机（如195 295 495等柴油机）的相关知识，并了解一下国内外该机型的一些主要设计参数以及基本要求，凭所学理论知识和经验进行类比，利用有限元方法分析，也可以有依据的加入一些自己的想法，拟定几种方案，进行多方案讨论、分析和比较，经过反复修订后得出初步方案，确定自己设计的主要结构参数，确定之后即可主要零部件的初步设计，再设计的过