單缸四沖程柴油機(jī)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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)：設(shè)計(jì)者:解志強(qiáng)指導(dǎo)教師：王靖2012年12月20日目錄第1章設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)任務(wù) （2）設(shè)計(jì)思路 （2）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 （3）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 （5）連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 （5）桿件尺寸確定 （5）桿件運(yùn)動(dòng)的分析與計(jì)算 （5）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) 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 （8）齒輪參數(shù)的計(jì)算 （8）第4章凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) （11）凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 （11）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇 （11）基圓半徑的計(jì)算 （12）凸輪設(shè)計(jì)圖 （13）(14)課程設(shè)

2、計(jì)小結(jié) （14）參考文獻(xiàn)第1章設(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(kāi)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(kāi)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

3、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(kāi)，燃?xì)忾_(kāi)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 大氣壓力算，如示功圖上的a - b。壓縮沖程：活塞上行，曲柄轉(zhuǎn)角8 =180

4、76; - 360°。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(kāi)，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 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

5、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)120480150010020021020101/100齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)

6、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11111111135/(10 5NJ- m2)工作過(guò)程進(jìn) 氣壓縮12'1314151617181920212223243753904204504805105405706006306606907206033211111做 功排 氣第2章連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析連桿機(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。

7、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。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) =2r=120mm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756/圖2-1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)

8、圖圖2-2位而S桿件運(yùn)動(dòng)的分析與計(jì)算 、一 , rsin 6 sin 6 由幾何知識(shí)：sin / OBA得：cos /OBA=/1 - (si0 12' 4 /s=rcos(j)+I cos /OBA= rcos(j)+I a/1 - (sn-)2V= ds= i - a lsin2 ()dt32 Vl-(如戶)2dVdt2-rcos2sin 232 1 sin464 cos 2 . 12sin4322 12sin4(2-1)(2-2)(2-3)(2-4)把各點(diǎn)的角度分別代入上式(2-2) (2-3) (2-4)得:S=Si=S2=Sio=S3=S9=S4=Sl8=4=S=S6= Si

9、2=V =-Vii=sV2=-Vi0=sV3=-V9=sV4=-V8=sVs=-V7=sV6=Vi2=0m/s2ai=aii=sa2=aio= m/s2a3=a9= m/s2a4=a8= m/s2a5=a?= m/s2a6= m/s2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 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 1AB大?。簉2第3章齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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)mi分度圓壓力角a ,齒輪為正常齒制， 再閉式

10、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。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齒數(shù)：乙=22z2=44齒頂高系數(shù)：ha 1.0(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)齒根高系數(shù)：c 0.25傳動(dòng)比： i z2 / z1齒頂高變動(dòng)系數(shù)：x1-X2 y分度圓直徑： d mz1d2 mz2基圓直徑：db1 mz1 cosdb2mz2 cos(3-5)齒頂高： hai m(haXi)(3-6)ha2m(haX2)(3-7)齒根高：hfim(hac Xi)(3-8)hf2 m(hac X2)(3-9)(3-ii)齒

11、頂圓直徑：dai di 2hai(3-10)da2 d2 2ha2齒根圓直徑:dfi di 2hfi(3-12)2hf2(3-13)2)實(shí)際中心距a的確定:(ZiZ2)(3-i4)(3-i5)(a/5+i )3)嚙合角cos()m(zi2為 cos(3-i6)inv 2tan(XiX2)/(4 Z2)inv(3-i7)4)分配變位系數(shù)xx2 ;zmin2ha. 2 sini7(3-i8)5)6)Xi minha (zminzi) / zminx X2 minha(zminz2 ) / zmin(3-i9)(invxix2inv )(乙 z2)2 tan(3-20)中心距變動(dòng)系數(shù)y=( a a)

12、/m(3-2i)一 i _重合度：乙(tan ai tan )2z2 (tana2 tan)(3-22)aicos i(dbi/dai)a2i /cos (db2/da2)(3-23)般情況應(yīng)保證1.27)齒頂圓齒厚：Sai 4 . 2%(inv al inv )(3-24)riSa2 S2 ra1 2ra2(inv a2 inv )( 325 )r2一般取 sa 0.251 一8) 分度圓齒厚：Si- m 2ximtan(3-26)21s2- m 2x2 m tan(3-27 )表3-1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)x分度圓直徑d110220d=mz法向齒距PnPn=

13、Tt m- cos a嚙合角a '20°20°中心距a(a ')165節(jié)圓直徑d'110220中心距變動(dòng)因數(shù)y0齒局父動(dòng)因數(shù)(T0o- =x1+x2-y齒頂局haha = (ha* +c*-(r)m齒根高h(yuǎn)fhf=(ha* +c*-x)m齒全高h(yuǎn)h=ha+hf齒頂圓直徑dada=d+2h齒根圓直徑dfdf=d-2hf重合度£ a分度圓齒厚s齒頂圓齒厚Sa第4章凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求已知：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

14、用壓力角確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑，畫(huà)出凸輪實(shí)際廓線。并畫(huà)在2號(hào)圖紙上s/圖4-1 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖運(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= Co CiC2(4-1)加速階段：0-25S=2hS2/ So(4-2)減速階段：25-50S=h-2h(So- S)2/ So2(4-3)以從動(dòng)件開(kāi)始上升的點(diǎn)為S =0表4-1凸輪S ()計(jì)算結(jié)果6 (單位：° )S( 6 ) (單位：mm0010201251030405020602070808510901001100基圓半徑計(jì)算

15、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(pán)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tan|OP12| ds/d S=S0-Sro+s整理得基圓半徑 將S=S( 6)和a = a代入得：020mm 在此我取r(=34mm滾子半徑選取rr=4mm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

16、體有些疲憊，但看到勞動(dòng)后的碩果，心中又 有幾分喜悅。總而言之，感觸良多，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(kāi)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