重型卡车柴油发动机曲柄连杆机构设计及动力学分析开题报告
2020-04-21 04:04
1. 研究目的与意义（文献综述）
选题背景及意义
21世纪以来，我国汽车工业飞速发展，我国汽车保有量也随着汽车工业的发展和人民生活水平的提高大幅度增加。重型卡车柴油发动机具有扭矩大、输出功率高的优点，在很多行业的应用也越来越广泛，尤其是在物流运输行业和基础设施建设行业有着举足轻重的地位。然而，随着全球能源短缺和环境污染问题日益突出，近几年来还面临着越来越多的新能源动力汽车的竞争，电动汽车行业巨头特斯拉最近也推出了旗下semi电动卡车，大有向卡车领域进军之势。为了应对面临的各种问题，如今的汽车行业都朝着轻量化发展，对于重型卡车来说，为了满足扭矩大、输出功率高的要求以及柴油机压缩着火的特性，重型卡车的发动机一般都比较笨重，发动机的轻量化势必会带来结构安全和运行寿命问题。与此同时汽车保有量的日益增长让车辆噪声成为了城市噪声的最主要来源，尤其对于卡车等以柴油机作为动力源的车辆来说，发动机的噪声和振动都比较大，一方面给城市噪声控制带来困扰，另一方面会通过底盘等途径传递到驾驶室内，降低汽车的平顺性和舒适性，使得驾驶员在行驶过程中容易产生疲劳，影响驾驶安全。这也是一直以来采用柴油发动机的家用车在市场上不受消费者青睐的原因之一。
作为柴油机的核心运动件和传力件，曲柄连杆机构对发动机的性能和寿命有着非常重要的影响。随着柴油机向着高速、轻量化方向发展，同时运行机构中各种强化指标要求更加严格，连杆的工作条件也越来越复杂。在进行发动机曲柄连杆机构的设计时，一方面希望其有足够的强度和刚度，提高发动机的可靠性和耐久性，另一方面又希望尽量轻量化，减小发动机的振动和噪声。通过对柴油机曲柄连杆机构的优化设计并运用计算机软件建模进行动力学仿真分析，得到曲柄连杆机构在实际运行工况下的动力学特性，这对发动机的制造和性能的提升有重大意义。
研究目的
振动、噪声已经成为内燃机设计的一个重要指标，是否具有良好的振声性能已是决定内燃机能否被市场接受的重要条件。本课题主要是针对目前重型卡车柴油发动机振动和噪声大的问题，对曲轴和连杆机构进行结构优化设计和动力学分析，应用三维建模solidworks软件对其动力学特性进行研究分析，模拟曲轴实际的工作状态，观察曲轴的运动有没有发生干涉，得到曲轴主轴颈、连杆轴颈载荷、活塞、连杆等惯性力以及发动机的输出特性，为发动机曲柄连杆机构的设计与改进提供重要依据。
2. 研究的基本内容与方案
基本内容
本课题主要运用理论分析和计算机模拟相结合的方法，对曲柄连杆机构进行结构设计，包括主轴颈、曲柄臂、曲柄销、平衡重和曲轴两端的设计，并对曲轴进行疲劳强度校核。采用solidworks软件进行三维实体建模和动力学仿真分析，得到曲轴主轴颈、连杆轴颈载荷、活塞、连杆等惯性力以及发动机的输出特性，具体研究内容如下：
（1）依据相关文献资料，进行柴油机结构参数、曲柄连杆机构主要尺寸参数以及曲轴、连杆、活塞等零件主要尺寸公差的选择与确定。
（2）绘制曲柄连杆机构零件图，主要包括主轴颈、曲柄臂、曲柄销、平衡重和曲轴两端的设计。
3. 研究计划与安排
| 周次（时间） | 工作内容 |
| 18～19（2018.1.2～2018.1.13） | 赴外地实习、校外搜集资料，并提交实习日记及实习报告。 |
| 20（2018.1.14～2018.1.18） | 确定毕业论文选题、毕业设计（论文）任务书、校内资料收集。 |
| 1～2(2018.2.26～2018.3.9) | 学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。 |
| 3～4(2018.3.12～2018.3.23) | 进行外文翻译，并提交外文翻译译文。 |
| 5～6(2018.3.26～2018.4.6) | 绘图，撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）。 |
| 7～8(2018.4.9～2018.4.20) | 撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类），绘图。 |
| 9～11(2018.4.23～2018.5.11) | 完成绘图，并完成网上提交毕业设计说明书。 |
| 12(2018.5.14～2018.5.18) | 学生书面提交毕业设计说明书、图纸或论文，并打印成册。并书面提交答辩申请，并作答辩准备； |
| 13～14（2018.5.21～2018.6.1） | 教师审阅毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）和（图纸），审查确定学生答辩资格并予以公示。 |
| 15（2018.6.4～2018.6.8） | 毕业设计答辩。 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1]陆佑方. 柔性多体系统动力学[m]. 高等教育出版社，1996.
[2]郑启福. 内燃机动力学[m]. 国防工业出版社，1991.
[3]王晓云. 曲柄连杆机构动力学分析与设计系统研究[d]. 西安建筑科技大学，2006.
