1. 研究目的与意义
第一次工业革命促进了机械工业的迅速发展，机构学从此逐渐发展成为了一门独立的学科。19世纪，连杆机构得到了广泛的运用，其中最早出现的连杆机构是四杆机构。著名发明家瓦特在改进蒸汽机时就使用了这种机构。
现在船用的柴油机与其它动力机械相比有热效率高、起动快、功率范围宽广、维修比较方便、使用寿命长等优点，因此在运输船上得到了广泛的应用。在运输船的柴油机动力传递部分中，曲柄连杆机构是其中重要的动力传输单元，也是柴油机受力最复杂的部件。因此，使用先进的设计工具对曲柄连杆机构进行强度设计是船用柴油机设计中至关重要的部分，准确描述曲柄连杆在工作中的应力对于其结构的优化设计具有重要意义。2. 课题关键问题和重难点
（1）进行曲柄连杆及相关部件的结构尺寸设计。首先根据使用场景选择合适的曲柄连杆机构方案，再根据所需运动轨迹确定运动草图，最后按照比例和工作场景空间按比例分配尺寸。连杆机构的结构尺寸大小需要按照相关计算方法进行计算并校核。
（2）根据已经设计的结构尺寸，完成柴油机曲柄连杆机构的三维建模。根据上述中选择的方案和确定的参数，使用UG进行三维模型的绘制设计的零件，最后再将设计的零件和标准件进行装配，得到最终的三维模型。
（3）在ANSYS中对关键部件进行强度分析，对强度不足之处进行结构尺寸的改进。将绘制零件中的关键受力零件导入至ANSYS中，在数据面板定义材料参数再进行受力分析，再根据受力评估是否存在失效隐患，改进设计。3. 国内外研究现状（文献综述）
柴油发动机是由德国发明家鲁道夫狄塞尔于1892年发明的，是一种通过燃烧柴油来获取能量释放的发动机，其最大的优点是扭矩大、经济性能好。柴油发动机由曲柄连杆、配气机构、燃料供给、冷却系统、润滑剂和始动系统组成。曲柄连杆机构的作用是承受燃料燃烧时膨胀气体的压力，并将活塞在气缸内的直线往复运动转化成曲柄的旋转运动；配气机构的作用是使可燃混合气体或新鲜气体在一定时刻被吸进气缸内，并使废气在一定时刻排出气缸；燃料供给系统的作用在柴油机和汽油机中有一定的不同：在汽油机是准备和供给燃混合气，而在柴油机是按照工作的需要定时向气缸内喷入一定数量雾化好的柴油；点火系统是将低压电流变为高压电流，并按照规定的时刻产生火花，点燃可燃混合气；冷却系统的作用是使发动机受热机件得到冷却，保证发动机的正常工作温度；润滑系统的作用是润滑发动机运动部件的摩擦面以减少运动阻力；起动系统的作用是使发动机由静止到起始工作。
曲柄连杆机构由机体组（主要包括汽缸体、曲轴箱、油底壳、汽缸套、汽缸盖和汽缸垫等不动件）、活塞连杆组（主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等运动件）和曲轴飞轮组（主要包括曲轴、飞轮、扭转减振器和平衡轴等）三部分组成。曲柄连杆机构的工作原理是通过内燃机循环工作完成能量的转换过程：将燃料燃烧后产生的热能转变成为机械能，将活塞顶上的膨胀压力变为曲轴旋转的转矩，提供动力，驱动汽车车轮转动。曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构，用来传递力和改变运动方式。国内外对于发动机曲柄连杆机构的研究方法有很多，而且已经较为完善，主要的研究方法包括图解法、解析法和向量法。其中，复数向量法是机构运动分析的较好方法。这一方法是以各个杆件作为向量，把在复平面上的连接过程用复数形式加以表达，对包括结构参数和时间参数的解析式就时间求导后，可以得到机构的运动性能。目前，随着计算机的发展，在对内燃机曲柄连杆机构进行动力学分析时，大多采用的是专业的虚拟样机商业软件，如 ADAMS 等。但这些软件的功能重点是在力学分析上，在建模方面还是有很多不足，故在其仿真分析过程中对于结构复杂的模型就要借助三维建模软件来完成。
市面上常见的三维建模软件有Solid works和UG两家。UG实体建模通过拉伸、旋转、扫描等建模方法，并辅之以布尔运算，既可以进行参数化建模，又可以方便地使用非参数方法生成三维模型，另外还可以对部分参数化或非参数化模型再进行二次编辑，以方便生成复杂机械零件的实体模型，所以本次课题采用了UG建模。在三维设计时，先确定运动轨迹和运动构件的参数，绘制主要的运动构件，再绘制不动的固定件，最后选用标准件。为了设计的合理性、可靠性同时兼顾经济效益，我们需要参考一些类似的柴油机的设计进行改造。尽可能的保证三维模型的合理性。利用UG对曲柄连杆机构进行三维建模，可直观表示曲柄连杆机构的设计结果。
4. 研究方案
本次课题主要研究的是船用柴油机的曲柄连杆机构的设计及受力分析。方案计划从机构组成、工作原理、连杆机构的方案选定、关键零件的三维建模及组装、关键零部件的有限元分析和有限元分析后处理几个部分。
（1）根据资料分析柴油机的机构组成和工作原理。柴油机的关键零部件由曲柄、连杆、活塞、活塞环、飞轮、皮带轮等组成。一般曲柄连杆机构的运动原理是连杆做原动件，由燃气室提供动能，曲柄做圆周运动。根据机械原理，完成曲柄连杆的设计需满足最短杆加最长杆的长度要小于等于另外两杆长度之和，所以在设计的时候根据使用场景、工作空间分配参数是能够完成目标运动的前提。
（2）连杆方案的选择，一般的曲柄连杆机构按运动分可以分为中心连杆机构、偏心连杆机构以及主副连杆机构。根据需要，在兼顾稳定性和经济效应的前提之下，选择合适的曲柄机构方案。
5. 工作计划
对船用柴油机曲柄连杆机构进行研究的主要方案内容：
第一～二周（2023.1.2～2023.1.15）：完成译文翻译，查阅文献，了解曲柄连杆机构的工作原理以及相关研究背景。
第三～四周（2023.1.16～2023.2.5）：根据指导老师意见完成开题报告修改。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
