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轻型载重汽车发动机活塞结构设计开题报告

文章来源:www.biyezuopin.vip   发布者:毕业作品网站  

华中科技大学文华学院

学生毕业设计(论文)开题报告

 

 

 

 

题     目:轻型载重汽车发动机活塞结构设计

学 生 姓 名:      学号: 

学 部 (系):     机械与电气工程学部        

专 业 年 级:     09级机械设计制造及其自动化         

指 导 教 师:    职称或学位: 工程师        

 

 

 

 

 

  20013  年 3月 20 日

 

 

学 生 姓 名

 

学   号

090302021123

学 部 (系)

机械与电气工程学部

专业年级

09级机电二班

设计(论文)题目

轻型载重汽车发动机活塞结构设计

一、设计(论文)选题的依据(选题的目的和意义、该选题在国内外的研究现状及发展趋势等)

1.选题的目的和意义

1.1选题的目的

活塞是发动机的心脏,承受着交变的机械负荷和热负荷,是发动机中工作条件最恶劣的关键部件之一。活塞的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,活塞顶部还是燃烧机的组成部分。通过对轻型载重汽车发动机活塞结构设计可以帮助我们对发动机活塞结构有个更清晰的理解和认识。

设计题目:轻型载重汽车发动机活塞结构设计。

1.2选题的意义

     汽车发动机的活塞式发动机中的主要配件,它与活塞环、活塞销等零件组成活塞组,与气缸等共同组成燃烧室,承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴,以完成内燃发动机的工作过程。同时发动机活塞承受着交变的机械负荷和热负荷,是发动机中工作条件最恶劣的关键部件之一,可以说发动机活塞在整个汽车构造中占着及其重要的地位。伴随着汽车发动机的不断发展与进步,人们对发动机活塞的设计与应用也取得了长足的发展提升,但仍有提升的空间,而轻型载重汽车发动机活塞结构的设计有利于提高轻型载重汽车的整体性能。

2.国内外研究现状及发展趋势

2.1国内外研究现状

近年来由于环保的要求越来越严格,不仅对汽车排放有害气体及微粒的要求越来越高,而且对CO2的排放也提出了相应的要求。汽车发动机在开发新技术的同时,也正在推进减重、减摩技术的实用化,与此同时控制噪声、振动的要求也日益严格,这种趋势今后将更加强化。减轻曲轴、活塞、连杆等运动件的质量,从减少摩擦的角度来看观点是非常重要的。发动机往复质量(包括活塞、活塞环、活塞销及连杆小头的质量)的降低可直接导致往复惯性力的降低,同时减轻了曲轴、连杆的负荷,而进一步的效果会发生连锁反应,对减轻发动机的整体质量和缩小体积以及减少发动机整机的摩擦损失都有很好的效果。据相关文献介绍,活塞、活塞环的摩擦损失占发动机整体摩擦的40%~50%,所以降低这些零部件的摩擦损失对降低燃油消耗很重要。此外,由于高功率发动机提高了爆发压力、惯性力和热负荷,还要求活塞具备避免发生疲劳破坏、烧损、咬死的高可靠性。在气缸内的活塞暴露在高温、高压的燃烧气体中做高速的往复运动,要求其具有充分的承受交变爆发压力的强度和高耐磨性,且质量要轻。此气缸体结构设计时应采用开式顶面结构。另外,对环槽表面进行阳极氧化处理,这种处理除防止活塞环槽结焦外,对防止活塞顶面热开裂也很有好处,顶环岸高度与活塞直径的比值一般为5%左右。为了进一步减轻活塞的质量,近年来欧美的一些活塞设计公司,除了采取以上措施外,还在活塞的结构上作出了如下创新设计。

a.采用推力侧与反推力侧非对称的设计。由于活塞在气缸内上下运动的过程中,推力侧受力大于反推力侧,因此在设计活塞的过程中,便可以将反推力侧的面积设计的小一些,从而达到降重的目的。

b.优化活塞销形状,减少活塞销长度,改变活塞销座为楔形形状,从而使活塞销座的总

 

长度最短。

c.对于活塞销座上面部分,优化其壁厚,以达到减轻质量的目的。

2.2发展趋势

汽车发动机的未来发展方向是高动力输出和低燃油耗,因此活塞在保持其高可靠性的同时要求其更轻、摩擦损失更低。对于汽油机活塞而言,采用超短裙的锻造铝活塞是未来的发展方向和目标,

轿车用超短裙锻造铝活塞柴油发动机,使用铝基复合材料能很好地适应未来轿车柴油机的高爆发压力、高耐磨的设计要求。而对于重型车用柴油机而言,由于不能适应高爆发压力(大于20 MPa)的需要,锻钢活塞会逐渐地取代铝活塞而成为设计的主流。

二、主要参考文献综述

“活塞”一词原为“鞲鞴”gou bei,是西方传入的蒸汽机活塞的早期译名,一度广为使用。现英文对照词为piston。活塞是发动机的“心脏”承受交变的机械负荷和热负荷是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。

发动机的活塞与活塞环、活塞销等零件组成活塞组与气缸盖等共同组成燃烧室承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴以完成内燃发动机的工作过程。由于活塞处于一个高速、高压和高温的恶劣工作环境。又要考虑到发动机的运行平稳及耐用,因此要求活塞也必须要有足够的强度和刚度、导热性好、耐热性高、膨胀系数小、尺寸及形状变化要小、相对密度小、重量轻、耐磨及耐腐蚀、还要成本低等。由于要求多而高,有些要求互相矛盾,很难找到一个能够完全满足各项要求的活塞材料。

现代发动机的活塞普遍用铝合金制造,因为铝合金材具有密度小、导热性好的突出优点,但同时又有膨胀系数比较大、高温强度比较差的缺点,这些缺点只能通过合理的结构设计以满足使用要求。所以汽车发动机的质量优劣,不但要看采用的材料,同时也要看设计的合理性。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论(修订版).北京:机械工业出版社,1993

[2] 陈家瑞.汽车构造   第五版   上、下册   人民交通出版社

[3] 刘惟信,汽车设计, 机械工业出版社,200107月第1

[4] 汽车工程手册编委会.汽车工程手册:设计篇[M].北京:人民交通出版社,20015

[5] 刘达利,齐丕躟编著   新型铝活塞.北京:国防工业出版社,1999.8

[6] 单辉祖编   .材料力学北京:高等教育出版社,2004.4

[7] 吴建华,常绿主编   .汽车发动机原理.北京:机械工业出版社,2005.7

[8] 唐大放等主编   .机械设计工程学徐州:中国矿业大学出版社,2001.9

三、设计(论文)的研究方案(拟采用的研究方法、准备工作情况及主要措施)、主要研究内容及预期目标

研究方案:此次毕业设计的方案,我打算先通过参照一些资料先把设计的活塞简略结构

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图设计出来,再参照性能将尺寸初步定下来,从而得到一份设计活塞结构。

主要研究内容:

1) 发动机的组成结构和工作原理分析;

2) 活塞结构的相关图纸及其数据的设计分析;

预期目标:设计轻型载重汽车发动机活塞的结构,用AutoCad画出活塞的结构工程图,用三维仿真软件对设计结果(工程图)进行可制造性分析和成本核算的方法。

 

 

 

 

四、设计(论文)研究工作进展安排

第1~4周:外文翻译,查找资料;

第5~6周:文献综述,撰写开题报告,掌握课题开发流程与方法;

第7~10周:方案分析、设计和评审,撰写技术方案和设计报告;

第11~16周:详细方案设计和实现,撰写设计实现和实验分析报告,撰写毕业设计论文

17周:系统优化和检查,完善毕业设计论

五、指导教师意见

 

 

 

指导教师:(签名)

年    月     日

六、毕业设计(论文)领导小组意见

 

 

 

学部(系):(盖章)

年    月     日

 

(此表由学生填写,指导教师和毕业设计(论文)领导小组签署意见)

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