【正文】 西安科技大學(xué) 車輛工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目 錄 1 緒論 柴油機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的的作用 2 小型柴油機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì) 4 2 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及受力分析 連桿的工作情況及受力分析 7 連桿的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 12 連桿材料和結(jié)構(gòu)的選定 15 3 連桿的基本設(shè)計(jì) 連桿主要比例及長(zhǎng)度的 確定 16 連桿小頭的設(shè)計(jì) 18 連桿身的設(shè)計(jì) 20 兩桿大頭的設(shè)計(jì) 21 4 連桿的強(qiáng)度校核 連桿小頭的校核 23 連桿身的校核 27 ：連桿大頭的校核 29 5 連桿螺栓的設(shè)計(jì) 及校核 連桿螺栓的預(yù)緊力 31 連桿螺 栓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 33 連桿螺栓的強(qiáng)度校核 35 6 結(jié)論 桿組的損壞形式及改進(jìn)措施 36 連桿的強(qiáng)化工藝 38 栓疲勞強(qiáng)度的措施 39 1 1 緒論 柴油機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 內(nèi)燃機(jī)行業(yè)是我國(guó)機(jī)械工業(yè)中的一個(gè)十分重要的行業(yè) ， 對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用 。內(nèi)燃機(jī)是汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、船舶、內(nèi)燃機(jī)車、地質(zhì)和石油鉆機(jī)、軍用、通用機(jī)械、移動(dòng)和備用電站等裝備的主要配套動(dòng)力。 “ 十五 ” 期間，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)將進(jìn)入重大結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展時(shí)期。內(nèi)燃機(jī)行業(yè)將適應(yīng)市場(chǎng)需要，加快技術(shù)創(chuàng)新步伐，為汽車、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械等重點(diǎn)工業(yè)。農(nóng)業(yè)和交通領(lǐng)域的發(fā)展提供更多的高效、節(jié)能、低污染和高質(zhì)量的新一代內(nèi)燃機(jī)。同時(shí)，隨著我國(guó)改革開(kāi)放步伐的加快和加入 WTO，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)將面臨更激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，也將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。據(jù) 1999 年不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)生產(chǎn)企業(yè) 844 家，生產(chǎn)的產(chǎn)品有 280 個(gè)以上基本型。全行業(yè)共有 76萬(wàn)名職工， 1999 年共生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī) 1820 萬(wàn)臺(tái)， 億 kW，全年工業(yè)總產(chǎn)值 775 億元，銷售收入 761億元，出口創(chuàng)匯 億美元。 1999年，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)總產(chǎn)量中，柴油機(jī) ，占總產(chǎn)量的 48％；汽油機(jī) ，占總產(chǎn)量的 52％；還有極少量的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)。改革開(kāi)放以后，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和企業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一些調(diào)整，取得了很大的成績(jī)。在產(chǎn)品方面，通過(guò)自行開(kāi)發(fā)和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展了 360 多個(gè)系列品種的新產(chǎn)品，有了一批可供汽車、農(nóng)用運(yùn)輸車、拖拉 機(jī)、船舶等產(chǎn)品選擇配套的較好機(jī)型。企業(yè)由生產(chǎn)單一品種向多品種、系列化轉(zhuǎn)變；在科技方面，高新技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品中開(kāi)始取得較廣泛的應(yīng)用。我國(guó)已能自行開(kāi)發(fā)研制中小功率內(nèi)燃機(jī)，直噴燃燒系統(tǒng)得到推廣應(yīng)用，增壓和增壓中冷技術(shù)的應(yīng)用取得突破和發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度有所提高，車用發(fā)動(dòng)機(jī)已采用電控技術(shù)和多氣門結(jié)構(gòu)、尤其轎車用電噴汽油機(jī)已成為主流產(chǎn)品；在企業(yè)組織結(jié)構(gòu)方面，已出現(xiàn)了幾家市場(chǎng)占有率較高、有一定市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和發(fā)展勢(shì)頭的大型企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)，一些產(chǎn)品的產(chǎn)量已向名牌企業(yè)集中。通過(guò)股份制改造和建立現(xiàn)代企業(yè)制度，企業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨向合 理，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量得到提高。內(nèi)燃機(jī)行業(yè)要以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以改革為動(dòng)力，以結(jié)構(gòu)調(diào)整為重點(diǎn)，以提高經(jīng)濟(jì)效益為中心，重點(diǎn)支持一批有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力的大型企業(yè)集團(tuán)和重點(diǎn)骨干企業(yè)，堅(jiān)持科技興業(yè)和技術(shù)創(chuàng)新，全面提高以企業(yè)為中心的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力及核心競(jìng)爭(zhēng)力，加快產(chǎn)品升級(jí)換代步伐，努力適應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求。為把我國(guó)由內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)大國(guó)變?yōu)閮?nèi)燃機(jī)生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ) ，極大地推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的總量目標(biāo)是：根據(jù)市場(chǎng)分析及我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測(cè) “ 十五 ” 期間內(nèi)燃機(jī)行業(yè)在產(chǎn)值產(chǎn)量方面的年增長(zhǎng)率在 6％－ 9％，內(nèi)燃機(jī)商品量達(dá)到 kW，工業(yè)總產(chǎn)值 1000億元，其中內(nèi)燃機(jī)配附件產(chǎn)值達(dá)到 240億元，出口創(chuàng)匯達(dá)到 － 4億美 2 元。 這些充分證明了內(nèi)燃機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可替代的巨大作用，也是我國(guó)要成為經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)所必須認(rèn)識(shí)到的。 柴油機(jī)經(jīng)過(guò) 100 多年的發(fā)展，已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中極為重要的原動(dòng)機(jī)。 柴油車與汽油車相比，有兩方面的優(yōu)勢(shì)：首先，柴油價(jià)格比汽油低，而柴油車的單位功率油耗量（每千瓦小時(shí)耗油量 g/kWh ）比汽油車低，因此柴油車的經(jīng)濟(jì)性好。其次，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有尺寸上的限制，可以制造出大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，如重型貨車用發(fā)動(dòng)機(jī)。此外柴油車排放的一氧化碳 （ CO）和碳?xì)浠衔铮?HC）很低。 隨著全球原油市場(chǎng)價(jià)格的不斷上漲，以及柴油機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，曾經(jīng)刮起過(guò)一股車市“旋風(fēng)”的柴油車，近來(lái)又被提上日程，日益受到消費(fèi)者和國(guó)內(nèi)外各大汽車廠商的垂青。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油耗經(jīng)濟(jì)早已得到業(yè)界公認(rèn)。作為動(dòng)力的主要來(lái)源，柴油的能量密度比汽油高出 10%以上。在燃燒過(guò)程中，柴油的熱效達(dá)到 40%，而等量的汽油熱效最多只能達(dá)到 30%。較之汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，柴油車在功率和加速性上雖然略遜一籌，但同時(shí)其瞬間噴油量相對(duì)較小，燃油性自然更經(jīng)濟(jì)。自 90 年代以來(lái)，由于排放控制技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，柴油機(jī)在車用動(dòng)力中 占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。在中、重型汽車動(dòng)力領(lǐng)域，柴油機(jī)保持了其獨(dú)占地位；在輕型車動(dòng)力領(lǐng)域內(nèi)，柴油機(jī)的應(yīng)用不斷擴(kuò)大；在轎車領(lǐng)域，低油耗、低污染的柴油轎車在歐洲得到迅速發(fā)展。所以隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)峻，環(huán)境指標(biāo)的要求越來(lái)越高柴油機(jī)將成為動(dòng)力的主要來(lái)源。 3 小型柴油機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì) 小型通用柴油機(jī)按國(guó)際慣際，小型系指。 100馬力，通用則泛指為非特定用途，即農(nóng)用、車用、工業(yè)用、船用的各種配套皆考慮，而生產(chǎn)企業(yè)則以多品種，多變型來(lái)滿足市場(chǎng)配套的特定需要。我國(guó)的小型通用柴油機(jī)從行業(yè)上分別歸屬 于中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)的單缸柴油機(jī)及多缸小柴油機(jī)兩個(gè)分會(huì)，生產(chǎn)企業(yè)分別有 120和 70余家，占全國(guó)內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)企業(yè)總數(shù)的 65％左右。2022年生產(chǎn)臺(tái)數(shù)為 840萬(wàn)臺(tái)和 400萬(wàn)臺(tái)，占全國(guó)柴油機(jī)生產(chǎn)總量 1500萬(wàn)臺(tái)的 87％。 2022年，我國(guó)的小型通用柴油機(jī)配套機(jī)組是： 454萬(wàn)臺(tái)農(nóng)用三輪運(yùn)輸車 248萬(wàn)臺(tái)小型拖拉機(jī) 37萬(wàn)臺(tái)農(nóng)用四輪運(yùn)輸車 30萬(wàn)臺(tái)輕型汽車 3． 5萬(wàn)臺(tái)中型拖拉機(jī) 2． 5萬(wàn)臺(tái)中型聯(lián)合收割機(jī) 1． 5萬(wàn)臺(tái)中等功率工程機(jī)械 30萬(wàn)臺(tái)內(nèi)河湖泊河船用掛漿 30萬(wàn)臺(tái)農(nóng)排及農(nóng)副業(yè)加工 15萬(wàn)臺(tái)小功率 工程機(jī)械發(fā)電等機(jī)組配套 115萬(wàn)臺(tái)的單機(jī)或配套出口 表 11 2022～ 2022年中國(guó)單缸柴油機(jī)殛配套機(jī)具產(chǎn)量單位：萬(wàn)臺(tái) 年份 2022 2022 2022 2022 2022 2022 單缸柴油機(jī) 719 750 770 800 812 842 單機(jī)及機(jī)組出口 124 165 200 212 小型拖拉機(jī) 150 151 170 182 農(nóng)用三輪運(yùn)輸車 244 230 256 由表 11羅列的一系列數(shù)據(jù)表明，結(jié)束 徘徊、走出谷底是業(yè)內(nèi)焦慮的中心。我國(guó)的單缸柴油機(jī)“九五”期間國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中用于小型拖拉機(jī)和農(nóng)用三輪運(yùn)輸車配套平均為 62． 5％，單機(jī)出口供應(yīng)量平均為 10％，出口的也主要供農(nóng)用，還有 8％供農(nóng)排、農(nóng)副產(chǎn)品加工、農(nóng)村船用，因此單缸機(jī)產(chǎn)量中 80％以上直接為農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民服務(wù)。我國(guó)的多缸小柴油機(jī)也是主要以“三農(nóng)”服務(wù)為主，僅 2022年總銷售 634699臺(tái)中供農(nóng)用四輪運(yùn)輸車配套 427075臺(tái)、中型拖拉機(jī) 36314臺(tái)， 4 聯(lián)合收割機(jī) 3． 3萬(wàn)臺(tái)，三項(xiàng)合計(jì)占總量 78． 2％。綜上可見(jiàn)，“三農(nóng)”動(dòng)向關(guān)系到單缸及多缸小柴油機(jī)的發(fā)展，是市場(chǎng) 研究的基礎(chǔ) 表 12 2022年單缸柴油機(jī)銷售主要品種及市場(chǎng)份額 型號(hào) 1100 1110 1105 1115 180 175 195 數(shù) 量（臺(tái)） 1916684 1253681 987562 853124 542367 478564 395412 占總量 % 30 我國(guó)的單缸柴油機(jī)行業(yè) 2022年現(xiàn)狀是 ： 總產(chǎn)量與 2022年比同比分別上升 0． 7及 2． 4個(gè)百分點(diǎn)。 出口量銷量同比增幅 17． 4l％。 行業(yè)總量收入從 2022年的 llg億元下降至 91億元，降幅達(dá) 22． 9％。 行業(yè)利稅總額 2022年為 4． 16億元， 2022年僅為 0． 84億元，降幅高達(dá) 79． 9％，虧損面從 30． 6％，增至 32． 3％，總虧損額高達(dá) 2億元。 現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)仍然是單缸、臥式、水冷機(jī)型的“一統(tǒng)天下”，臥式機(jī)型占總量的 98． 4％。 水冷機(jī)型占 93． 1％，大于 10馬力的產(chǎn)品占總量的 71％ 小型柴油機(jī)的前景： 農(nóng)機(jī)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，農(nóng)機(jī)化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志。當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)量中，農(nóng)機(jī)已承擔(dān)了耕地 2／ 播種 1／ 收獲 1／ 6。在農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力過(guò)剩的前提下，農(nóng)機(jī)具的運(yùn)行成本，加上化肥、農(nóng)藥購(gòu)置 成本的一應(yīng)上漲，另外還有其他負(fù)擔(dān)的上漲，這些因素均將制約農(nóng)機(jī)化發(fā)展。柴油機(jī)工作存在冒煙極限，不允許柴油機(jī)在冒煙極限下工作。對(duì)于多缸柴油機(jī)，它的燃油油泵中附帶的調(diào)整系統(tǒng)有油量限制和彈簧校正裝置，能控制循環(huán)最大油量，從而避免了柴油機(jī)在冒煙極限下超負(fù)荷工作。而對(duì)于單缸柴油機(jī)，因其結(jié)構(gòu)限制及低成本的考慮，裝用的單體燃油泵中不帶上述裝置，分置的調(diào)整器上也沒(méi)有油量限制和扭矩校正，如果單缸機(jī)不裝限油器，或限油器質(zhì)量低劣，當(dāng)柴油機(jī)已達(dá)到標(biāo)定工況工作時(shí)，隨著荷的增加，不斷增加循環(huán)供油量，柴油機(jī)將超負(fù)荷工作。當(dāng)負(fù)荷增加至“冒煙 極限”時(shí)，再加大循環(huán)供油量。則柴油機(jī)就吐出滾滾的濃煙，并導(dǎo)致活塞、燃燒室積炭，內(nèi)燃機(jī)過(guò)熱，造成機(jī)器“短命”和對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重?fù)p害。現(xiàn)代的國(guó)外單缸柴油機(jī)都有限油裝置，它提供了限油及起動(dòng)加濃的基本工能，從而保證了柴油機(jī)動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性基本要求，也確定了制造者和使用者的合法權(quán)益和責(zé)任界面。從國(guó)家拖拉機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 2022— 2022年對(duì)小型拖拉機(jī)配套的單缸柴油機(jī)檢查結(jié)果來(lái)看，裝有油量限制器的單缸柴油機(jī)環(huán)保指標(biāo)的合格率仍然較低。 5 2 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及受力分析 連桿的工作情況及受力分析 連桿是柴油機(jī)的主 要運(yùn)動(dòng)部件之一，連桿組由連桿，連桿襯套，連桿螺栓及連桿軸瓦等零件組成，它把活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)?曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并在曲軸和活塞之間傳遞作用力，對(duì)外輸出轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)汽車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分析是柴油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它是分析曲柄連稈機(jī)構(gòu)中力的作用情況，并從中找出影響柴油機(jī)曲軸的輸出扭矩、曲軸旋轉(zhuǎn)的均勻程度和動(dòng)力不平衡的根本原因，從而確定改善柴油機(jī)動(dòng)力性能的措施。動(dòng)力分析還為柴油機(jī)主要零件的強(qiáng)度、剛度、磨損、振動(dòng)和軸承負(fù)荷等計(jì)算提供必要的數(shù)據(jù) 。 運(yùn)轉(zhuǎn)著的柴油機(jī)，其曲柄連桿機(jī)構(gòu)中作用著氣體對(duì)活塞的壓力、往 復(fù)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的自重和慣性力、外部載荷對(duì)柴油機(jī)的反作用力、摩擦副間的摩擦阻力等。在動(dòng)力分析中，不甘及自重和摩擦阻力，主要是分析氣體壓力和慣性力 (活塞組作往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力、曲軸的不平衡質(zhì)量作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力和連桿擺動(dòng)產(chǎn)生的慣性力 )在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用情況。 連桿的工作情況 連桿小頭與活塞銷連接，同活塞一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng) ； 連桿大頭與曲柄銷連接，同曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)連桿做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng) 。連桿組主要受拉伸，壓縮和彎曲等交變負(fù)荷。最大壓縮載荷出現(xiàn)在做功行程上止點(diǎn)附近，最大拉伸載 荷出現(xiàn)在進(jìn)氣行程上止點(diǎn)附近。在壓縮載荷和連桿組做平面運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的橫向慣性力的共同作用下，連桿組可能發(fā)生彎曲變形。 根據(jù)連桿組的工作條件 ，連桿組應(yīng)具有足夠的抗疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度，質(zhì)量應(yīng)盡可能小。若強(qiáng)度不足，連桿螺栓，連桿蓋甚至連桿體都可能斷裂。若剛度不夠，則