單缸四沖程柴油機(jī)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)胃姿臎_程柴油機(jī)院（系、部）：機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)：材料成型及控制工程班級(jí)：01班學(xué)號(hào)：24設(shè)計(jì)者:解志強(qiáng)指導(dǎo)教師：王靖2012年12月20日1目錄第1章設(shè)計(jì)要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) （2）1.2 設(shè)計(jì)思路 （2）1.3 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 （3）1.4 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) （4）第2章連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析 2.1 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 （5）2.2 桿件尺寸確定 （5）2.2 桿件運(yùn)動(dòng)的分析與計(jì)算 （5）2.3 圖解法作桿件的運(yùn)動(dòng)分析 （7）第3章齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.1 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 （8）3.2 齒輪參數(shù)的計(jì)算 （8）第4章 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) （11）4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

2、（11）4.2 運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇 （11）4.3 基圓半徑的計(jì)算 （12）4.4 凸輪設(shè)計(jì)圖 （13）課程設(shè)計(jì)小結(jié) （14）參考文獻(xiàn) （14）設(shè)計(jì)要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)四沖程內(nèi)燃機(jī)。機(jī)器的功能與設(shè)計(jì)要求：該機(jī)器的功能是 把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。須完成的動(dòng)作為：活塞的吸氣，壓縮，做功，排 氣4個(gè)過(guò)程，進(jìn)，排氣門的開關(guān)與關(guān)閉、燃料噴射。1.2 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)四沖程內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)在于活塞的吸氣，壓縮，做功，排氣以及 氣門的開閉幾個(gè)動(dòng)作的完成。而怎樣將這個(gè)幾個(gè)動(dòng)作完成并按照運(yùn)動(dòng)循環(huán) 圖結(jié)合起來(lái)這是我們完成這次課程設(shè)計(jì)所需要解決的問(wèn)題。所以，我將從這些方面入手，依據(jù)這些需要來(lái)選擇機(jī)構(gòu)。1.3 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介柴

3、油機(jī)（如附圖1 （a）是一種內(nèi)燃機(jī)，它將燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱 能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的主體機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，以氣缸內(nèi)的 燃?xì)鈮毫ν苿?dòng)活塞3經(jīng)連桿2而使曲柄1旋轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)是四沖程內(nèi)燃機(jī)，即以活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)移動(dòng)四次（對(duì)應(yīng)曲柄 兩轉(zhuǎn)）完成一個(gè)工作循環(huán)。在一個(gè)工作循環(huán)中，氣缸內(nèi)的壓力變化可由示 功圖（用示功器從氣缸內(nèi)測(cè)得，如附圖1 （b）所示），它表示汽缸容積（與 活塞位移s成正比）與壓力的變化關(guān)系，現(xiàn)將四個(gè)沖程壓力變化做一簡(jiǎn)單 介紹。進(jìn)氣沖程：活塞下行，對(duì)應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角 8=0° -180°。進(jìn)氣閥開，燃 氣開始進(jìn)入汽缸，氣缸內(nèi)指示壓力略低于1個(gè)大氣壓力，一般以1大氣壓 力

4、算，如示功圖上的a bo壓縮沖程：活塞上行，曲柄轉(zhuǎn)角9=180° - 3600 o此時(shí)進(jìn)氣完畢， 進(jìn)氣閥關(guān)閉，已吸入的空氣受到壓縮，壓力漸高，如示功圖上的b-c。做功沖程：在壓縮沖程終了時(shí)，被壓縮的空氣溫度已超過(guò)柴油的自燃 的溫度，因此，在高壓下射入的柴油立刻爆燃，氣缸內(nèi)的壓力突然增至最 高點(diǎn)，燃?xì)鈮毫ν苿?dòng)活塞下行對(duì)外做功，曲柄轉(zhuǎn)角8=360° -540°。隨著燃?xì)獾呐蛎?，氣缸容積增加，壓力逐漸降低，如圖上c-b。排氣沖程：活塞上行，曲柄轉(zhuǎn)角8=540° 720°。排氣閥打開，廢 氣被驅(qū)出，氣缸內(nèi)壓力略高于1大氣壓，一般亦以1大氣壓計(jì)算，如圖上

5、 的 b 一 a。進(jìn)排氣閥的啟閉是由凸輪機(jī)構(gòu)控制的。凸輪機(jī)構(gòu)是通過(guò)曲柄軸 。上的 齒輪Z1和凸輪軸上的齒輪Z2來(lái)傳動(dòng)的。由于一個(gè)工作循環(huán)中，曲柄轉(zhuǎn)兩 轉(zhuǎn)而進(jìn)排氣閥各啟閉一次，所以齒輪的傳動(dòng)比i12=n1/n2=Z#Z2 =2。由上可知，在組成一個(gè)工作循環(huán)的四個(gè)沖程中，活塞只有一個(gè)沖程是對(duì)外做功的，其余的三個(gè)沖程則需一次依靠機(jī)械的慣性帶動(dòng)。(a)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖(b)示功圖圖1-1柴油機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及示功圖1.4 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表1-1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)內(nèi) 容曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)經(jīng)歷分析及飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定符號(hào)H入DG1G2G3Js1Js2Js36單位mmmmr/minmmNKg m2數(shù)據(jù)1204

6、80150010020021020100.10.050.21/100齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)Z1Z2mahs，aa'mm0mm02244520205010503075表1-2 示功圖數(shù)據(jù)表位置編號(hào)123456789101112曲柄位置 (0 )306090120150180210240270300330360氣缸指/、壓 力/(10 5NJ- m2)1111111116.519.535工作過(guò)程進(jìn) 氣壓縮12'1314151617181920212223243753904204504805105405706006306606907206025.59.5332.521.5111

7、11做 功排 氣連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析2.1 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求已知：活塞沖程H,連桿與曲柄長(zhǎng)度之比入，曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n1 要求：設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，做機(jī)構(gòu)滑塊的位移、 速度和加速度運(yùn)動(dòng)線圖。2.2 桿件尺寸的確定曲柄位置圖的做法如附圖2所示，以滑塊在上指點(diǎn)是所對(duì)應(yīng)的曲柄位 置為起始位置(即8=0。)，將曲柄圓周按轉(zhuǎn)向分成12等分分得12個(gè)位 置1 - 12, 12' ( 9 =375° )為氣缸指示壓力達(dá)最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲柄位 置,1324為曲柄第二轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的各位置。1)設(shè)曲柄長(zhǎng)度為r,連桿長(zhǎng)度為I,由已知條件：入=I/r=4, H= (I+r) - (l-r)

8、 =2r=120mm圖75可得r=60mm, l=240mm按此尺寸做得曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2-1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2.2 桿件運(yùn)動(dòng)的分析與計(jì)算13rsm(p stn(p由幾何知識(shí)：sin/OBA= I得：baJIstn(p)2(2-1)s=rcos 3+I cosI1/ OBA= rcosP+I stn(p 2(2-2)（A）lsin2（pV=(2-3)a dVA 二dtdsdtGJrsin(PI sin(p ?32 1一(丁)22sin 232 .1 -sin 中 T+64cos2: 1 -'sin 中 V-rcosfsin中廠(2-4)把各點(diǎn)的角度分別代入上式（S=Si=

9、290.079mm2-2) (2-3) (2-4)得:2=Si0=264.307mm&=S9=232.379mm4=S=204.307mmG=S=186.156mm6=180.000 S 12=300.000mmV1=-V11=-5.741m/s2=-V1o=-9.207m/sV3=-V9=-9.425m/s4=-V8=-7.117m/sV5=-V7=-3.684m/s6=V2=0m/s2a1=a11=1282.86m/s22=30=739.401 m/sa3=8=-1.598 m/s4=8=741.036 m/sa5=a7=-1281.34 m/s 2 a .26=-1478.9 m

10、/s2.3 圖解法作桿件的運(yùn)動(dòng)分析o .對(duì)點(diǎn)1做速度分析，即中=30，如下圖所示，向量ab表示Vab，向量pb表示vb ,向量pa則表示OA干做圓周運(yùn)動(dòng)的速度va圖2-3 點(diǎn)1的速度分析圖有：Vb = Va + Vab方向：B- O ±OA 1AB2大?。海?r r ?第3章齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求已知：齒輪齒數(shù)Z1, Z2,模數(shù)n分度圓壓力角a ,齒輪為正常齒制， 再閉式潤(rùn)滑油池中工作。要求：選擇兩輪變位系數(shù)，計(jì)算齒輪各部分尺寸，用2號(hào)圖紙繪制齒 輪傳動(dòng)的嚙合圖。3.2 齒輪參數(shù)的計(jì)算1) 齒輪基本參數(shù)：注：下面單位為mm模數(shù)：m=5壓力角：« =20&#

11、39;齒數(shù)：乙=22z2=44齒頂高系數(shù)：ha" =1.0齒根高系數(shù)：c =0.25傳動(dòng)比：i = Z2 /Z1(3-1 )齒頂高變動(dòng)系數(shù)：二-=x1 - x2 - y(3-2)分度圓直徑:d1 = mz1d2 = mz2(3-3)基圓直徑:dm = mzi c o s(3-4)齒頂高:齒根高:齒頂圓直徑:齒根圓直徑:2)3)4)db2 = mz2co shai =m(haXi -二)ha2 = m(l%X2 -二)hn = m(hac -X1)hf2= m(hac -X2)da1 =d12ha1da2 = d22ha2d 門=d1 -2%d f 2 = d2 - 2hf 2實(shí)際中心

12、距a'的確定：a=mM(z1 +z2)2a= (a/5+1 )父5嚙合角-,m(乙z2)/ 、cos(： ) = - cos(：)2 ：inv - = 2tan - (x1 x2)/(z1 z2) inv分配變位系數(shù)X1、x2;zmin2haa172 .sin -(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)(3-9)(3-10)(3-11 )(3-12)(3-13)(3-14)(3-15)(3-16)(3-17)(3-18)(3-19)(3-20)5) 中心距變動(dòng)系數(shù)y=(a =a)/m(3-21)1 .6) 重合度：8=一zi(tano(ai tanot )+Z2(tano(a2 tan

13、ot )(3-22)2 二C(ai =c0s'(db/daJ(2 =COS,(db2 /da2)(3-23)一般情況應(yīng)保證;1.27)齒頂圓齒厚：Sai = s &-21(invotai -invot)(3-24)ria2Sa2 = S2 2ra2 (inv« a2 invc()(3-25 )2一般取 sa . 0.25i8) 分度圓齒厚：Si =2Jim + 2ximtana(3-26)iS2 =-nm + 2x2mtan«(3-27)表3-i 齒輪參數(shù)的主要計(jì)算結(jié)果名稱小齒輪大齒輪計(jì)算公式變位因數(shù)x0.23-0.23分度圓直徑dii0220d=mz法向齒

14、距Pni4.76Pn=Tt m- cos a嚙合角a '20°20°中心距a(a ')i65節(jié)圓直徑d'ii0220中心距變動(dòng)因數(shù)y0齒局父動(dòng)因數(shù)(T0o- =xi+x2-y齒頂局ha6.i53.85ha = (ha* +c*-(r)m齒根高h(yuǎn)f5.i7.4hf=(ha* +c*-x)m齒全高h(yuǎn)11.2511.25h=ha+hf齒頂圓直徑da122.3227.7da=d+2h齒根圓直徑df99.8205.2df=d-2hf重合度£ a1.65分度圓齒厚s7.85齒頂圓齒厚Sa7.113.79第4章凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)8.1 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求已知

15、：從動(dòng)件沖程h,推程和回程的許用壓力角a , a',推程 運(yùn)動(dòng)角，遠(yuǎn)休止角S,回程運(yùn)動(dòng)角，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如(附圖 3)所示。要求：按照許用壓力角確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑，畫出凸輪實(shí)際廓線。并畫在2號(hào)圖紙上s/圖4-1 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖8.2 運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇：根據(jù)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖(附圖3)分析知位移s對(duì)轉(zhuǎn)角小的二階導(dǎo)數(shù)為 常數(shù)且周期變換，所以確定為二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律。公式：2，一、S= C0+C16 +C26(4-1)加速階段：0-25S=2h5 2/50(4-2)減速階段：25-50S=h-2h(So-S)2/S02(4-3)以從動(dòng)件開始上升的點(diǎn)為S=0表4-1凸輪S (

16、 6 )計(jì)算結(jié)果6 (單位：° )S( 6 ) (單位：mm00101.6206.425103013.64018.4502060207018.48013.68510906.41001.611004.3 基圓半徑計(jì)算根據(jù)許用壓力角計(jì)算出基圓半徑最小值，凸輪形狀選為偏距為零且對(duì)稱。如下圖所示，從動(dòng)件的盤型機(jī)構(gòu)位于推程的某位置上，法線nn與從動(dòng)件速度VB2的夾角為輪廓在B點(diǎn)的壓力角，P12為凸輪與從動(dòng)件的相 對(duì)速度瞬心。故 VP12=VB2 =|OP12|,從而有 |OP12| =VB2/ 9 1=ds/d 5。計(jì)算可知ds/d8tan整理得基圓半徑將S=S( 6 )和a = a代入得：0

17、20mm 在此我取ro=34mm滾子半徑選取rr=4mm4.4 凸輪設(shè)計(jì)圖根據(jù)以上數(shù)據(jù)做出凸輪的實(shí)際廓線及理論廓線，如下圖所示:圖4-1凸輪的實(shí)際輪廓線及理論輪廓線課程設(shè)計(jì)小結(jié)經(jīng)過(guò)幾天不斷的努力，身體有些疲憊，但看到勞動(dòng)后的碩果，心中又 有幾分喜悅?？偠灾杏|良多，收獲頗豐。通過(guò)認(rèn)真思考和總結(jié)，機(jī)械設(shè)計(jì)存在以下一般性問(wèn)題：機(jī)械設(shè)計(jì)的 過(guò)況而定，大程是一個(gè)復(fù)雜細(xì)致的工作過(guò)程，不可能有固定不變的程序， 設(shè)計(jì)過(guò)程須視具體情致可以分為三個(gè)主要階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設(shè)計(jì)階段和技術(shù)設(shè)計(jì)階段。值得注意的是：機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)從抽象概念到 具體產(chǎn)品的演化過(guò)程，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中不斷豐富和完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信 息，直到完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)逐步求精和細(xì)化的過(guò)程，設(shè) 計(jì)初期，我們對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)關(guān)系和參數(shù)表達(dá)往往是模糊的，許多細(xì)節(jié)在一開始不是很清楚，隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的深入，這些關(guān)系才逐漸清楚起來(lái)； 機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)不斷完善的過(guò)程，各個(gè)設(shè)計(jì)階段并非簡(jiǎn)單的安順序進(jìn) 行，為了改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)果，經(jīng)常需要在各步驟之間反復(fù)、交叉進(jìn)行，指導(dǎo)獲 得滿意的結(jié)果為止。獲得這份擁有是我們