機械原理課程設計單缸四沖程內(nèi)燃機

1、機械原理課程設計計算說明書 機械原理課程設計說明書題目： 單缸四沖程內(nèi)燃機機構設計及其運動分析 二級學院 機械工程學院年級專業(yè) 13材料本科班學 號 學生姓名指導教師 朱雙霞教師職稱 教授 目 錄第一部分 緒論 2第二部分 設計題目及主要技術參數(shù)說明 32.1 設計題目及機構示意圖 32.2 機構簡介 32.3 設計數(shù)據(jù) 4第三部分 設計內(nèi)容及方案分析 63.1 曲柄滑塊機構設計及其運動分析 63.1.1 設計曲柄滑塊機構 63.1.2 曲柄滑塊機構的運動分析 73.2 齒輪機構的設計 113.2.1 齒輪傳動類型的選擇 123.2.2 齒輪傳動主要參數(shù)及幾何尺寸的計算 133.3 凸輪機構的

2、設計 133.3.1 從動件位移曲線的繪制 143.3.2 凸輪機構基本尺寸的確定 153.3.3 凸輪輪廓曲線的設計 16第四部分 設計總結 18第五部分 參考文獻 20第六部分 圖紙 21第一部分 緒論1.本課程設計主要內(nèi)容是單缸四沖程內(nèi)燃機機構設計及其運動分析，在設計計算中運用到了機械原理、理論力學、機械制圖、高等數(shù)學等多門課程知識。 2. 內(nèi)燃機是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發(fā)動機。通常所說的內(nèi)燃機是指活塞式內(nèi)燃機?；钊絻?nèi)燃機以往復活塞式最為普遍?；钊絻?nèi)燃機將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能是氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃氣。

3、燃氣膨脹推動活塞做功。再通過曲柄連桿機構或其他機構將機械功輸出，驅動從動機械工作。內(nèi)燃機的工作循環(huán)由進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外做功的過程。其他過程都是為更好的實現(xiàn)做功過程而需要的過程。四沖程是指在進氣、壓縮、膨脹和排氣四個行程內(nèi)完成一個工作循環(huán)，此間曲軸旋轉兩圈。進氣行程時，此時進氣門開啟，排氣門關閉；壓縮行程時，氣缸、內(nèi)氣體受到壓縮，壓力增高，溫度上升；膨脹行程是在壓縮上止點前噴油或點火，使混合氣燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓，推動活塞下行并做功；排氣行程時，活塞推擠氣缸內(nèi)廢氣經(jīng)排氣門排出。此后再由進氣行程開始，進行下一個工作循環(huán)。 第二部分 課題題目及主要技

4、術參數(shù)說明2.1 課題題目 單缸四沖程內(nèi)燃機機構設計及其運動分析 圖2-1內(nèi)燃機機構簡圖 2.2機構簡介 內(nèi)燃機是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發(fā)動機。廣義上的內(nèi)燃機不僅包括往復活塞式內(nèi)燃機、旋轉活塞式發(fā)動機和自由活塞式發(fā)動機，也包括旋轉葉輪式的燃氣輪機、噴氣式發(fā)動機等，但通常所說的內(nèi)燃機是指活塞式內(nèi)燃機?；钊絻?nèi)燃機以往復活塞式最為普遍?；钊絻?nèi)燃機將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃氣。燃氣膨脹推動活塞作功，再通過曲柄連桿機構或其他機構將機械功輸出，驅動從動機械工作。內(nèi)燃機的工作原理：內(nèi)燃機是將液體材料燃燒

5、時產(chǎn)生的熱能變成機械能的裝置。往復式內(nèi)燃機的主體機構為曲柄滑塊機構，借氣缸內(nèi)的燃氣壓力推動活塞通過連桿而使曲柄做旋轉運動。單缸四沖程內(nèi)燃機，活塞在氣缸內(nèi)往復移動四次，即進氣、壓縮、膨脹、排氣四個過程。完成一個工作循環(huán)，它對應著曲柄轉兩圈。 1.進氣沖程：活塞由上死點向下移動，進氣閥開，可燃氣體進入缸。由于進氣系統(tǒng)有阻力，故進氣行程終了時，氣缸內(nèi)壓力低于大氣壓力。 2.壓縮沖程：活塞由下死點向上移動，進氣閥閉合，將缸內(nèi)燃氣體壓縮，壓力上升。 3.膨脹沖程：活塞在上死點附近，被壓縮的氣體被點燃，缸內(nèi)壓力驟增，氣體壓力推動活塞向下移動，即對外做功。 4.排氣沖程:活塞由下死點向上移動。 由上可知，單

6、缸四沖程內(nèi)燃機在一個工作循環(huán)中，活塞只有一個沖程做功，即曲柄兩轉中，只有半轉是因膨脹氣體作用而被推動旋轉，而其余的一轉半中，借助機械的慣性來運轉，因而曲柄所受驅動力是不均勻的，其速度波動也較大，所以一般在曲柄軸上裝有飛輪。2.3 設計數(shù)據(jù) 1、曲柄滑快機構設計及其運動分析已知；活塞沖程H，按照行程速比系數(shù)K，偏心距e,柄每分鐘轉數(shù)n1 設計數(shù)據(jù)表 1設計內(nèi)容曲柄滑塊機構的設計符號H(mm)e(mm)K(r/min)數(shù)據(jù)215551.05650 設計數(shù)據(jù)表2 位置編號59曲柄位置（）150270 圖2 曲柄位置圖 機構位置分配表3學生編號20位置編號592、齒輪機構設計 已知：齒輪齒數(shù)Z1，Z2

7、，模數(shù)m，分度圓壓力角，齒輪為正常齒制，在閉式潤滑油池中工作。 設計數(shù)據(jù)表4設計內(nèi)容齒輪機構設計 符號Z1Z2ima數(shù)據(jù)1545341201203、凸輪機構設計 已知：從動件沖程h，推程和回程的許用壓力角，推程運動角，遠休止角s，回程運動角，從動件按余弦加速度運動規(guī)律運動。 設計數(shù)據(jù)表5設計內(nèi)容 凸輪機構的設計符號h(mm)s數(shù)據(jù)255010503075 第三部分 設計內(nèi)容及方案分析3.1曲柄滑塊機構設計及其運動分析已知：活塞沖程H，按照行程速比系數(shù)K，偏心距e,柄每分鐘轉數(shù)n1 設計數(shù)據(jù)表 設計內(nèi)容曲柄滑塊機構的設計符號H(mm)e(mm)K(r/min)數(shù)據(jù)215551.05650要求:確

8、定曲柄滑塊機構桿件尺寸，繪制機構運動簡圖；并在3號圖紙上利用圖解法作機構的兩個瞬時位置的速度和加速度多邊形，并作出滑塊的運動方程和位移線圖- 6 -機械原理課程設計計算說明書3.1.1設計曲柄滑塊機構以R,L表示曲柄、連桿的長度;e表示曲柄回轉中心與滑塊移動導路中線的距離，即偏距；H表示滑塊的最大行程；K為行程速比系數(shù)；為極位夾角。- 9 -下圖為過C1、C2、P三點所作的外接圓。半徑為r，其中C1、C2垂直C2P，C1 P C2=，C1、C2為滑塊的兩極限位置，A為圓上的一點，它至C1、C2的距離為偏距e，即A為曲柄的回中心。圖3-1設C2 C1A=則描述了 曲柄回轉中心A點的位置。為了能夠

9、滿足機構連續(xù)性條件，A點只能在右圖所示的C2AP上選取，而不能在Pt(P、t為滑塊處于兩極限位置C1、C2時，導路的垂線與C1C2P圓周的交點)上選取。由已知條件可以求出曲柄和連桿的長度：=180K-1K+1=4.39R=H2cos2H+Hcos-2esin2H=106(mm)L=H2sin2H-Hcos+2esin2H=424 (mm)可得R=106mm,L=424mm,按此尺寸做得曲柄滑塊的機構運動簡圖，如下圖 圖3-2機構運動簡圖3.1.2曲柄滑塊機構的運動分析1、解析法分析滑塊的運動 位移分析：由上圖可根據(jù)曲柄滑塊簡圖及幾何知sinOBAR=sinL 由于 =LR=4,所以 sinOB

10、A=sin4,故cosOBA=1-(sin4)2，則：s=Rcos+LcosOBA=Rcos+L1-(sin4)2位移s數(shù)據(jù)表S的位置弧度S/mmS000530S1300.523599512.4732S2601.047198428.3043S3901.570796410.5362S41202.094395360.9433S51502.617994328.8758S61803.141593318S72103.665191328.8758S82404.18879360.9433S92704.712389410.5362S103005.235988428.3043S113305.759587512.

11、4732S123606.283185530速度分析；v=dsdt=-wRsin-wLsin2321-sin42加速度分析；=dvdt=w2=sin22321-sin42+64cos21-sin42(3221-sin42L2、圖解法分析機構的二個瞬時位置利用圖解法作機構的兩個瞬時位置的速度和加速度多邊形已知曲柄滑快機構的尺寸及2個位置，構件1的轉速 n1 ，用圖解法求連桿的角速度2 及角加速度2 和滑塊上C點的速度和加速度。a曲柄位置；（1）曲柄位置為150位置圖 取=5（mm/mm） 圖3-3曲柄位置圖 =150。 - 21 -（2）速度多邊形圖 由已知w1=2n=68rad/s VA=w1R

12、=68rad/s0.106m=7.208m/s取=0.1（m/s/mm）由 方向 大小 ？ ？速度多邊形如下圖 圖3-4 速度多邊形圖 由圖可知4.105m/s =5.86m/s（3）加速度多邊形圖加速度多邊形如下圖： 圖3-5加速度多邊形圖w2=vBAL=13.82rad/saAn=Rw12=490.144(m/s)aBAn=w22l=80.98(m/s)取=21.26（m/s2/mm） aB=aAn+aAt+aBAn+aBt方向 0 大小 ？ 0 ？ 可知aB=P,B,a=21.2625=531.5 m/s2 b,曲柄位置為2701）曲柄位置為270位置圖 3-6曲柄位置圖 同理 =5（m

13、m/mm），=0.1(m/s/mm)，=21.26(m/s2/mm)（2）速度多邊形圖 速度多邊形如下圖圖3-7速度多邊形圖由圖可知：VB=vpb=0VBA=vab= VA =7.208m/s（3）加速度多邊形圖加速度多邊形如下圖 圖3-8加速度多邊形圖aB=aAn+aAt+aBAn+aBAt方向 0 大小 ？ 0 ？aB=P,B,a = 21.2614=297.64 m/s3.2 齒輪機構的設計已知：齒輪齒數(shù)Z1，Z2，模數(shù)m，分度圓壓力角，齒輪為正常齒制，在閉式潤滑油池中工作。 設計數(shù)據(jù)表設計內(nèi)容齒輪機構設計 符號Z1Z2ima數(shù)據(jù)15454要求：選擇兩輪變位系數(shù)，計算齒輪各部分尺寸3.2

14、.1 齒輪傳動類型的選擇由最小變位系數(shù)，xmin=ha*zmin-zzmin 其中zmin=17則有； x117-1517=0.118x217-4517=-1.647選擇等變位齒輪傳動則： x1=-x2 x1+x2=0取x1=0.118 x2=-0.118x1+x2=0,且x1=-x20。此類齒輪傳動稱為等變位傳動。由于x1+x2=0,故=, a=a ,y=0,y=0即其嚙合角等于分度圓壓力角，中心距等于標準中心距，節(jié)圓與分度圓重合，齒頂圓不需要降低。對于等變位齒輪傳動，為有利于強度的提高，小齒輪應采用正變位，大齒輪采用負變位，使大、小齒輪的強度趨于接近，從而使齒輪的承載能力提高 。 3.2.

15、2 齒輪傳動主要參數(shù)及幾何尺寸的計算 已知：齒輪齒數(shù)Z1=15，Z2=45，模數(shù)m=4，分度圓壓力角=20。，齒輪為正常齒制，在閉式潤滑油池中工作 齒輪m=41,且為正常齒制故ha*=1, c*=0.25 由等變位齒輪傳動可知=20。 a=a=120齒輪各部分尺寸名稱下齒輪z1大齒輪z2計算公式模數(shù)m4壓力角20分度圓直徑d60180d=mz節(jié)圓直徑d60180di=di=zim嚙合角20=齒頂高ha4.4723.528hai=(ha*+xi)m齒根高hf4.5285.472hfi=(ha*+c*-xi)m齒頂圓直徑da64.472183.528dai=di+hai齒根圓直徑df50.9441

16、69.056dfi=di-2hfi中心距a120a=a=m(z1+z2)/2中心距變動系數(shù)y0y=0齒頂高降低系數(shù)y0y=0基圓直徑db56.4169.2db=d cos齒距p12.56P= m基圓齒距pb11.81Pb=p cos齒厚s6.28s= m/2齒槽寬e6.28e= m/2頂隙c1c=c*m傳動比i3I12=w1/w2=z2/z1=d2/d13.3凸輪機構的設計已知：從動件沖程h，推程和回程的許用壓力角，推程運動角，遠休止角s，回程運動角，從動件按余弦加速度運動規(guī)律運動。 設計數(shù)據(jù)表設計內(nèi)容 凸輪機構的設計符號h(mm)s數(shù)據(jù)2550105030753.3.1從動件位移曲線的繪制從

17、動件推桿的位移隨凸輪轉角變化的，分為四個過程分別是：推程、遠休止、回程、近休止。從動件按余弦加速度運動規(guī)律運動，則其推程時的位移方程為： s=h1-cos02則其回程時的位移方程為： s=h1-cos0,2以從動件開始上升的點位=0。 ,s=0據(jù)此計算得 （單位：。）s()（單位：mm）102030405060708090100110s2.48.616.422.6252522.616.48.62.40則從動件位移曲線圖如下： 其中h=25, 0=50, 01=10, 0=50, 02=250 （單位：。）s()（單位：mm） 圖3-9位移曲線圖3.3.2凸輪機構基本尺寸的確定根據(jù)許用壓力角計算

18、出基圓半徑最小值，凸輪形狀選為偏距為零且對稱。如右圖所示，從動件的盤型機構位于推程的某位置上，法線nn與從動件速度vB的夾角為輪廓在B點的壓力角，P點為凸輪與從動件的相對速度瞬心。故 vp=v=wOP從而有OP=vw1=dsd又由圖中的三角形BCP可得tan=OPS+S=dsdr0+s則基圓半徑的計算公式：r0=dsdtan-s將S=S（）和=，=20。，計算得出：r023.3mm，取r0=35mm，滾子半徑選取rr=5mm圖3-103.3.2凸輪輪廓曲線的設計根據(jù)反轉法建立直角坐標系。（1）以r0為半徑作基圓取B0為從動件初始位置，自B0起沿-w方向將基圓中心角分為0、01、0、02對應四段

19、圓弧，并將0、0對應弧進行五等分。在從動件位移曲線圖上量取各相應的行程，以此為半徑并分別以基圓上的1,2，10,11點為圓心作弧，令其與各等分點相交于B1,B2,B10,B11點，用光滑曲線連接個點，所得封閉曲線便是凸理論輪廓曲線。(2) 在凸理論輪廓曲線基礎上，以滾子半徑為偏移量作出其等距曲線，即為滾子從動件凸輪工作輪廓曲線。凸輪輪廓曲線如下: 圖3-11 第四部分 設計總結經(jīng)過幾天不斷的努力，身體有些疲憊，但看到勞動后的碩果，心中又有分喜悅。總而言之，感觸良多，收獲頗豐。 做機械原理課程設計是第一次，在課程設計中充分體現(xiàn)從學習到運用再到實踐的過程。學習重在學以致用，在實踐中溫習、反復、加強

20、和提高所學的內(nèi)容，使所學的內(nèi)容更加扎實，融會貫通，綜合運用能力也得到提升。作為大學生，要把 所學的東西運用到實際生產(chǎn)、生活中去，設計出實用的產(chǎn)品，這才是我們學習的最終目的所在。一周課程設計雖短，去過的非常忙碌充實。一開始的時候完全沒有頭緒，大家集中在圖書館，翻閱了大量的資料，并就進行本課程設計時所遇到的問題進行了討論，大部分問題得到了解決，還有不懂的向朱老師提出后都得到了詳細的解答，我們總結出此次課程設計大致可以分為三個主要階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設計階段和技術設計階段。值得注意的是：機械設計過程是一個從抽象概念到具體產(chǎn)品的演化過程，我們在設計過程中不斷豐富和完善產(chǎn)品的設計信息，直到完成整個產(chǎn)品設計；設計過程是一個逐步求精和細化的過程，設計初期，我們對設計對象的結構關系和參數(shù)表達往往是模糊的，許多細節(jié)在一開始不是很清楚，隨著設計過程的深入，這些關系才逐漸清楚起來；機械設計過程是一個不斷完善的過程，各個設計階段并非簡單的安順序進行，為了改進設計結果，經(jīng)常需要在各步驟之間反復、交叉進行，指導獲得滿意的結果為止。獲得這份擁有是我們團隊共同努