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)：1003040124 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 (2) 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 (5) 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) (8) 3.1 齒輪機(jī)構(gòu)的

2、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 (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)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

3、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=0°180

4、°。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=180° 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bc。 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=360°540°。隨著燃?xì)獾呐蛎?，氣缸容積增加，壓力逐漸降低，如圖上cb。 排氣沖程：活塞上行，曲柄轉(zhuǎn)角=540°720°。

5、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ba。 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O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=n1/n2=Z1/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)HDG1G2G3Js

6、1Js2Js3單位mmmmr/minmmNKg·m2數(shù)據(jù)120480150010020021020100.10.050.21/100齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)Z1Z2mhsmm°mm°2244520205010503075表1-2 示功圖數(shù)據(jù)表位置編號(hào)123456789101112曲柄位置（°）306090120150180210240270300330360氣缸指示壓力/(105N·m2)1111111116.519.535工作過(guò)程進(jìn) 氣壓 縮1213141516171819202122232437539042045048051054057

7、06006306606907206025.59.5332.521.511111做 功排 氣第2章 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，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=0°），將曲柄圓周按轉(zhuǎn)向分成12等分分得12個(gè)位 置112，12（=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)

8、度為I，由已知條件：=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。 S O B 12 12 r I 11 1 A 10 2 9 3 8 4 7 5 6 圖2-1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖2-2 曲柄位置圖2.2 桿件運(yùn)動(dòng)的分析與計(jì)算 由幾何知識(shí)：sinOBA=rsinl =sin4 得： cosOBA=1-(sin4)2 (2-1) s=rcos+I cosOBA= rcos+I1-(sin4)2 (2-2) V=dsdt=-rsin-lsin2321-(sin4)2 (2-3) (2-4) 把各點(diǎn)的角度分別代

9、入上式（2-2）（2-3）（2-4）得：S1=S11=290.079mm S2=S10=264.307mmS3=S9=232.379mm S4=S8=204.307mmS5=S7=186.156mm S6=180.000 S12=300.000mmV1=-V11=-5.741m/s V2=-V10=-9.207m/sV3=-V9=-9.425m/s V4=-V8=-7.117m/sV5=-V7=-3.684m/s V6=V12=0m/sa1=a11=1282.86m/s2 a2=a10=739.401 m/s2a3=a9=-1.598 m/s2 a4=a8=741.036 m/s2a5=a7=

10、-1281.34 m/s2 a6=-1478.9 m/s22.3 圖解法作桿件的運(yùn)動(dòng)分析對(duì)點(diǎn)1做速度分析，即，如下圖所示，向量表示，向量表示，向量則表示OA桿做圓周運(yùn)動(dòng)的速度。 圖2-3 點(diǎn)1的速度分析圖 有： = + 方向：BOOA AB 大?。?？ ？ 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)m，分度圓壓力角，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： 齒數(shù)： =22 =44 齒頂高系數(shù)：

11、齒根高系數(shù)： 傳動(dòng)比： （3-1） 齒頂高變動(dòng)系數(shù)： （3-2） 分度圓直徑： （3-3） 基圓直徑： （3-4） （3-5） 齒頂高： （3-6） （3-7） 齒根高： （3-8） （3-9） 齒頂圓直徑： （3-10） （3-11） 齒根圓直徑： （3-12） （3-13）2) 實(shí)際中心距的確定： （3-14） =（a/5+1）5 （3-15）3) 嚙合角： （3-16） （3-17）4) 分配變位系數(shù)； （3-18）； （3-19） （3-20）5) 中心距變動(dòng)系數(shù) y=()/m （3-21）6) 重合度： （3-22） （3-23） 一般情況應(yīng)保證7) 齒頂圓齒厚： （3-24） （3

12、-25）一般取8) 分度圓齒厚： （3-26） （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)x0.23-0.23分度圓直徑d110220d=mz法向齒距Pn14.76Pn=m·cos嚙合角20°20°中心距a(a)165節(jié)圓直徑d110220中心距變動(dòng)因數(shù)y0齒高變動(dòng)因數(shù)0=x1+x2-y齒頂高h(yuǎn)a6.153.85ha=(ha* +c*-)m齒根高h(yuǎn)f5.17.4hf=(ha* +c*-x)m齒全高h(yuǎn)11.2511.25h=ha+hf齒頂圓直徑da122.3227.7da=d+2ha齒根圓直徑df99.8205.2df=d-2hf重

13、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) 4.1 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 ,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(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 4.2 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： S= （4-1） 加速階段： 0-25° S=2h2/0 (4-2) 減速階段： 25-

14、50° S=h-2h(0-)2/02 （4-3） 以從動(dòng)件開(kāi)始上升的點(diǎn)為=0°表4-1 凸輪S（）計(jì)算結(jié)果 （單位：°）S() （單位：mm）00101.6206.425103013.64018.4502060207018.48013.68510906.41001.61100 4.3 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

15、/1=ds/d。計(jì)算可知 tan=|OP12|S0-S=ds/dr0+s 整理得基圓半徑 將S=S（）和=代入 得： r020mm 在此我取r0=34mm 滾子半徑選取rr=4mm 4.4 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?，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)階段并非簡(jiǎn)單