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1. 研究目的与意义（文献综述）
为了解决传统燃料发动机所面临的问题，新型燃料发动机的研究得到了更多关注。目前，解决柴油机尾气污染问题的热门方法是使用替代燃料，包括生物质燃料，lpg和天然气等。天然气具有低排放、易开采的优点，被认为是21世纪最具有应用前景的内燃机代替能源。同时天然气具有清洁、环保、高效的优势，受到越来越多研究者的关注，已经成为发动机替代燃料的研究热点之一。所以以天然气为代表的新型燃料发动机的发展前景是非常乐观的。未来30年中，车用动力可能将根据地域形成“油、电、气”的多元格局。
曲轴是发动机最重要的零件之一。它的尺寸参数不仅影响着发动机的整体尺寸和重量,还影响着发动机的可靠性和寿命。同时曲轴价格昂贵,价格约为整机的三分之一。曲轴的形状复杂,应力集中现象严重,并且工作环境恶劣。它承受着不断周期变化的气体压力、往复和旋转惯性力以及它们的力矩共同作用,使得曲轴发生扭转和弯曲变形,产生疲劳应力,可能发生曲轴直接断裂或者疲劳损伤。因此，有必要研究曲轴的几何参数与其应变、应力之间的 关系。在充分保证曲轴设计可靠性的前提下，对其进行参数化建模，并结合ansys有限元分析软件进行有限元分析得出曲轴的应变、应力分布情况，根据有限元分析结果确定优化参数。最后以减小曲轴最大应变和最大应力作为优化目标对其参数进行优化设计，从而改善汽车发动机曲轴的整体性能，为实际曲轴加工工艺参数的优化提供依据。
目前车用发动机所使用的曲轴材质主要有球墨铸铁和锻钢两类。球墨铸铁曲轴成本只有锻钢曲轴成本的三分之一左右，且球墨铸铁的切削性能良好，可获得较理想的结构形状，并且和钢质曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度，硬度和耐磨性。所以球墨铸铁曲轴在国内外都得到了广泛的应用。国内采用球墨铸铁曲轴的趋势则更加明显，中小型功率柴油机曲轴多采用球墨铸铁，而功率在160kw以上发动机曲轴多采用锻钢曲轴。
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究（设计）的基本内容
此次研究围绕df4102天然气发动机曲轴设计与校核，首先确定曲轴的材料，设计曲轴的主要尺寸，并对曲轴进行细节设计，然后利用creo 5.0软件，建立曲轴的三维模型，在曲轴模型建设完成后，则展开对其ansys有限元模型的构建，且在曲轴有限元模型构建完成后，采用高精度三维单元对曲轴做网格划分，进一步对曲轴有限元模型进行受力分析。根据曲轴的结构情况，在曲轴轴向最外侧的两个端面与曲轴轴颈处添加固定约束，在曲轴曲柄销处添加移动约束。根据曲轴的总位移云图与应力云图，可以得到曲轴在运转中产生的位移极值和应力极值。最后可以根据有限元分析结果调整曲轴的结构，以减小曲轴所承受应力的峰值。
2.2 研究（设计）的目标
3. 研究计划与安排
| 2.24～3.1 | 寻找文献并写文献摘要 |
| 3.2～3.8 | 翻译外文文献 |
| 3.9～3.15 | 撰写并提交开题报告 |
| 3.16～3.31 | 确定曲轴的材料及主要尺寸，并进行曲轴油道、过渡圆角等细节设计 |
| 4.1～4.15 | 进行DF4120天然气发动机的热力学和动力学计算。提交第一次阶段报告 |
| 4.16～4.30 | 将曲轴的三维模型导入ANSYS有限元分析软件；利用ANSYS软件对曲轴有限元模型进行受力分析。提交第二次阶段报告 |
| 5.1～5.15 | 绘制曲轴的工程图。提交第三次阶段报告 |
| 5.16～5.31 | 对毕业设计进行最终修改 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 李玉兰，王谦. 天然气/柴油双燃料发动机研究现状分析[j]. 化工设计通讯，2016，42（8）：87-88.
[2] 林在犁. 车用天然气燃料在我国的应用与发展[j]. 内燃机，2007（2）：1-4.
[3] 韩志玉，吴振阔，高晓杰. 汽车动力变革中的内燃机发展趋势[j]. 汽车安全与节能学报，2019，10（2）：146-160.
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