1、河南科技大學畢業設計（論文）開題報告（學生填表）學院：車輛與動力工程 2011年 3 月18 日課題名稱2100A型柴油機設計（活塞連桿組設計）學生姓名邢寶鋒專業班級熱發072課題類型工程設計指導教師楊鐵皂職稱副教授課題來源生產1. 設計（或研究）的依據與意義活塞是內燃機上最關鍵的運動件，它在高溫高壓下承受反復交變載荷，被稱為內燃機的心臟。它的工作情況直接關系到高速內燃機的工作可靠性和使用耐久性，同時直接影響到內燃機的排放性能。活塞的結構和所處的工作環境十分復雜，在工作狀態下受到高壓燃氣壓力、高速往復運動產生的慣性力、側向壓力和摩擦力等周期性載荷作用，產生機械應力和機械變形。高壓氣體燃燒產生的

2、高溫使活塞頂部乃至整個活塞溫度很高，且溫度分布很不均勻，導致活塞產生熱應力和熱變形。熱負荷和機械負荷耦合將導致活塞產生裂紋、活塞環膠結以及拉缸等。因此，活塞設計在內燃機設計中十分關鍵。發動機連桿則是承受強烈沖擊力和動態應力最高的動力學負荷部件，其在工作中主要承受著氣體壓力和活塞組往復慣性力所產生的交變載荷，此外，由于連桿在運動過程中的變速擺動而產生慣性力矩，還使連桿承受數值較小的彎矩。如果連桿在交變載荷作用下發生斷裂，則將導致惡性破壞事故，甚至整臺內燃機報廢;如果連桿剛度不足則會對曲柄連桿機構的工作帶來不好的影響。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滑惡化;

3、桿身在曲軸平面內的彎曲使活塞在氣缸內歪斜，造成活塞與氣缸、軸瓦與曲柄銷的偏磨、活塞組與氣缸間漏氣、竄油等問題。可見，連桿工作的可靠性直接的影響著內燃機工作的可靠性。而連桿制造技術的好壞直接影響著連桿的使用性能和經濟性能以及一個企業的生存和發展，傳統的制造技術漸漸不能適應現在生產的要求。而脹斷技術與傳統連桿加工技術相比，脹斷工藝是以整體加工代替分體加工，不但省去和簡化了傳統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。脹斷工藝可減少機加工工序60%，節省設備投資25%，減少刀具費用35%，節省能源40%，生產成本可降低1520%。因此如何在設計中提高活塞連桿組的強度、剛度和工作性能，在

4、整個內燃機設計中具有十分重要的意義。2. 國內外同類設計（或同類研究）的概況綜述活塞方面，從上個世紀80年代開始，數值模擬技術發展迅速，國內外的科研機構以及柴油機公司對活塞都進行了深入的研究。其研究的主要內容是：活塞的溫度場、熱應力、熱疲勞、熱沖擊和機械強度等。對活塞的熱沖擊、耦合傳熱、瞬態分析、滑油傳熱以及積炭等方面都做了大量的研究。同時，對活塞的數值模擬計算，科研人員不斷地尋求專業的數值計算方法，來提高分析解決問題的能力。國內對活塞熱負荷的研究主要是在高校進行，對于利用經驗和半經驗公式得出平均邊界換熱系數，再根據平均燃氣溫度對活塞進行穩態熱分析的研究，國內研究的比較深入。基于計算機技術的發

5、展和普及，最近國外公司對柴油機活塞的機械疲勞研究多采用對比發動機耐久試驗數據，以計算機建模和仿真計算等來模擬熱負荷與機械負荷對活塞結構的影響，從而判斷活塞的可靠性。在試驗上，國外在20世紀70年代已開始熱沖擊研究。如英國里卡多公司建立了熱流和熱傳導試驗臺，用于熱流的流向和熱流的分配研究，德國馬勒公司對活塞的研究主要是通過整機試驗，馬勒公司的35個整機試驗臺用于研究各種活塞的可靠性。俄羅斯在發動機熱負荷的試驗研究上既有穩態研究，也有最新的瞬態研究手段。在燃燒室零件的應力分析方面，已經完成了對燃燒室零件的穩態熱彈性應力、準靜態熱應力以及熱彈性應力與機械應力迭加的分析。美國Wisconsin大學Ma

6、dison分校Yong Liu和RDREITZ運用有限差分法對內燃機燃燒室部件進行了循環瞬態模擬，分析模型綜合考慮了活塞組、潤滑油膜、缸套以及缸蓋等，提高了缸內傳熱模擬的精度。國外目前研究的重點是瞬態傳熱、整機熱分析和絕熱發動機。連桿方面，在滿足性能指標的前提下，連桿的材料和制造技術關聯很大，連桿在毛坯材料方面：國內傳統工藝連桿毛坯材料一般采用42CrMo 、35CrMo 、40MnVB、45CrMnB、40Cr 、45 、40CrMnB S40C等調質鋼和S43CVS1 (進口) 35MnV、40MnS等非調質鋼。19841994年期間，康明斯生產線用調質鋼毛坯40MnBH(GB5216-8

7、5),1995年全面轉用非調質鋼材料毛坯38MnV。而德國發動機系統和零部件的專家MahleGmbH公司先后推出C70 S 6BY鋼、36MnVS4BY鋼、 70MnVS4BY鋼等。在加工工藝方面：國內外連桿生產方式大致有：鍛造、鑄造、粉末冶金等，傳統鍛造有將連桿體和蓋分開鍛造、連桿體和蓋整體鍛造兩種。60年代中期粉末熱鍛技術開始發展起來，從80年代以來粉末冶金注射成型（PIM）成功的得到應用，大多數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，即脹斷工藝（或者裂解工藝），該工藝是用切

8、口(或用機械方法或用激光束制造預裂紋) 斷裂,使大端連桿蓋從連桿體移去。國內部分汽車廠及設備制造廠如一汽- 大眾、上海大眾和上海通用等都采用了該技術。3. 課題設計（或研究）的內容12100A柴油機的總體方案分析與設計；2熱計算，32100A型柴油機橫剖視圖，活塞連桿部件裝配圖；4活塞、活塞環設計與計算，對活塞裙部要求設計中凸橢圓裙部；連桿、連桿大頭、連桿襯套、連桿軸瓦、連桿螺栓設計與計算；5設計說明書。4. 設計（或研究）方法1. 四年的有關機械的課本理論知識，具備一定的設計能力。2. 有校內圖書館，可以從中查閱相關的工具書和資料。3. 有網絡資料室，可在里面查閱與設計相關最新資料及相關文章。4. 通過多次實地參觀對該設計方面有了一定的感性認識。5. 有指導教師及組內同學對于疑難問題的幫助和探討。6. 有個人電腦可以進行繪圖和查找相關資料和網上交流。7. 通