單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析

1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書題目： 單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析 二級學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院年級專業(yè)機(jī)械制造及其自動(dòng)化學(xué) 號 學(xué)生姓名指導(dǎo)教師 教師職稱目錄第一部分 緒論1第二部分 課題題目及主要技術(shù)參數(shù)說明22.1 課題題目22.2 機(jī)構(gòu)簡介22.3設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)3第三部分 設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案分析53.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析53.1.1設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)53.1.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析63.2 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)113.2.1 齒輪傳動(dòng)類型的選擇113.2.2 齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)及幾何尺寸的計(jì)算123.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)133.3.1 從動(dòng)件位移曲線的繪制133.3.2 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定143.

2、3.2 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)14第四部分 設(shè)計(jì)總結(jié)16第五部分 參考文獻(xiàn)17第一部分 緒論內(nèi)燃機(jī)具有體積小、質(zhì)量小、便于移動(dòng)、熱效率高、起動(dòng)性能好的特點(diǎn)。但是內(nèi)燃機(jī)一般使用石油燃料，同時(shí)排出的廢氣中含有害氣體的成分較高。廣義上的內(nèi)燃機(jī)不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等，但通常所說的內(nèi)燃機(jī)是指活塞式內(nèi)燃機(jī)。塞式內(nèi)燃機(jī)以往復(fù)活塞式最為普遍?；钊絻?nèi)燃機(jī)將燃料和空氣混合，在其汽缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使汽缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)狻Ｈ細(xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞作功，再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)將機(jī)械功輸出，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)機(jī)械工作。內(nèi)燃機(jī)是一種動(dòng)力機(jī)械，它是

3、通過使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。它是將液體或氣體燃料與空氣混合后，直接輸入汽缸內(nèi)部的高壓燃燒室燃燒爆發(fā)產(chǎn)生動(dòng)力。這也是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種熱機(jī)。第二部分 課題題目及主要技術(shù)參數(shù)說明2.1 課題題目單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析 圖2-1內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖2.2 機(jī)構(gòu)簡介內(nèi)燃機(jī)，是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。廣義上的內(nèi)燃機(jī)不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等，但通常所說的內(nèi)燃機(jī)是指活塞式內(nèi)燃機(jī)。活塞式內(nèi)燃機(jī)以往復(fù)活塞式最為普遍

4、?；钊絻?nèi)燃機(jī)將燃料和空氣混合，在其汽缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使汽缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?。燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞作功，再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)將機(jī)械功輸出，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)機(jī)械工作。常見的有柴油機(jī)和汽油機(jī)，通過將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，是通過做功改變內(nèi)能。內(nèi)燃機(jī)的工作原理： 讓燃料在機(jī)器內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量向外界傳輸機(jī)械能。四沖程汽油機(jī)是由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣完成一個(gè)工作循環(huán)的。 吸氣沖程：活塞下行形成氣缸內(nèi)壓力小于于大氣壓的差，這個(gè)壓力差俗稱真空度，由于真空度的存在使機(jī)器外的空氣進(jìn)如氣缸。當(dāng)活塞下行到最后位置進(jìn)氣閥門關(guān)閉吸氣沖程完成。在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中由于速度的關(guān)系在吸氣沖程完成時(shí)氣缸內(nèi)的氣壓是大于大氣壓的，在設(shè)計(jì)上設(shè)

5、置了一個(gè)進(jìn)氣門關(guān)閉的延遲時(shí)間就是為了提高進(jìn)氣量。 壓縮沖程：吸氣沖程完成后活塞上行壓縮空氣達(dá)到一定溫度使燃料燃燒，此時(shí)有兩種情況，一種是外界給于點(diǎn)火，另一種是壓縮到一定時(shí)候使其自燃. 做功沖程：壓縮后燃燒的空氣使活塞下行從而將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，這種是通過連桿活塞組和曲軸實(shí)現(xiàn)的，在高溫高壓的燃?xì)獾淖饔孟峦苿?dòng)活塞下行通過連桿使曲周做圓周運(yùn)動(dòng)，這個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)就是人們所需要的機(jī)械能，其能量同過于曲軸連接的設(shè)備輸出，其中一部份轉(zhuǎn)換成勢能儲(chǔ)存在與曲軸相連的飛輪中，這個(gè)勢能以飛輪慣性旋轉(zhuǎn)的形式釋放為內(nèi)燃機(jī)的吸氣，壓縮，排氣這三個(gè)沖程提供能量。 排氣沖程：在飛輪慣性的驅(qū)動(dòng)下活塞上行將燃燒后的廢氣從打開的排氣閥門

6、中排出，當(dāng)活塞行至上終點(diǎn)位置時(shí)整個(gè)內(nèi)燃機(jī)的工做循環(huán)完成，在飛輪慣性的作用下將開始新的一輪工作循環(huán)2.3設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1、 曲柄滑快機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)數(shù)n1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2-1設(shè)計(jì)內(nèi)容曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號H（mm）e（mm）Kn1（r/min）符號215551.05650 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2 -2 位置編號28曲柄位置（º ）60º240º -圖2 曲柄位置圖學(xué)生編號33位置編號282、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)內(nèi)容齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符號Z1Z2i

7、ma'數(shù)據(jù)1545341201203、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 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)件按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)內(nèi)容凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號h（mm）s''數(shù)據(jù)255010503075第三部分 設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案分析3.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)數(shù)n1表3-1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)內(nèi)容曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號H（mm）e（mm）Kn1（r/min）符號215551.056503.1.1設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以R，L表示曲柄、連桿的長度，e表示曲柄回轉(zhuǎn)中心與滑塊移動(dòng)導(dǎo)

8、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),為極為夾角。左圖為過C1，C2，P三點(diǎn)所作的外接圓。半徑為r，其中C1，C2垂直C2P,C1PC2=,C1，C2為滑塊的兩極限位置，A為圓上的一點(diǎn)，它至C1，C2的距離為偏距e，即A為曲柄的回中心。曲柄回轉(zhuǎn)中心A的位置。為了能夠滿足機(jī)構(gòu)連續(xù)性條件，A點(diǎn)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 圖 3-1 C1，C2時(shí)，導(dǎo)路 的垂線與C1C2P圓周的交點(diǎn)）上選取。由已知條件可以求出曲柄和連桿的長度: 由得： 由得： 可得R=106mm，L=407mm。按此比例作出曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖如圖3-2所示。圖

9、3-2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖3.1.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析1. 解析法分析滑塊的運(yùn)動(dòng) 位移分析：由上圖可根據(jù)曲柄滑塊簡圖及幾何知故 =則位移s數(shù)據(jù)表3-2S的位置弧度S/mmS000509.2667S1300.523599498.7938S2601.047198458.3330S3901.570796403.7920S41202.094395352.3330S51502.617994315.1964S61803.141593297.2667S72103.665191300.6105S82404.18879326.6039S92704.712389373.8021S103005.235988432.60

10、39S113305.759587484.2079S123606.283185509.2667速度分析：加速度分析：2.圖解法分析機(jī)構(gòu)的二個(gè)瞬時(shí)位置 利用圖解法作機(jī)構(gòu)的兩個(gè)瞬時(shí)位置的速度和加速度多邊形 已知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸及2個(gè)位置，構(gòu)件1的轉(zhuǎn)速n1，用圖解法求連桿的角速度w2及角加速度2滑塊上C點(diǎn)的速度和加速度。a曲柄位置：（1） 曲柄位置為60°位置圖 取l = 5（mm/mm）圖3-3曲柄位置圖 =150°（2） 速度多邊形圖 =0.2(m/s)/mm 已知 方向 大小 ？ ？ 由圖3-4可知 圖3-4 速度多邊形 （3） 加速度多邊形 =10 圖3-5加速度多邊形

11、方向 大小 ？ 0 ? 由圖3-5可知：b.曲柄位置（4） 曲柄位置為240°的位置圖取 l = 5（mm/mm）圖3-6曲柄位置圖（2）速度多邊形 =0.2(m/s)/mm 大小 ？ ？方向 ？ 圖3-7速度多邊形 由圖3-7可知： （3）加速度多邊形 =10圖3-8加速度多邊形 方向： 0 ？ 大?。?由圖3-8可知：3.2 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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，在閉式潤滑油中工作。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表3-3設(shè)計(jì)內(nèi)容齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符號Z1Z2imaa'數(shù)據(jù)1545341201203.2.1 齒輪傳動(dòng)類型的選擇 由最小變位系數(shù)，Xmin=ha

12、*，其中Zmin=17則有： X1=0.118 X2=-1.647 選擇等變位齒輪傳動(dòng)則： X1=-X2 X1+X2=0 取X1=0.118 X2=-0.118 X1+X2=0且X1=-X20。此類齒輪傳動(dòng)稱為等變位傳動(dòng)。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(dòng)為有利于強(qiáng)度的提高，小齒輪應(yīng)采用正變位，大齒輪采用負(fù)變位，使大小齒輪的強(qiáng)度趨于接近從而使齒輪的承載能力提高。3.2.2 齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)及幾何尺寸的計(jì)算 已知：齒輪齒數(shù)Z1=15,Z2=45,模數(shù)m=4，分度圓壓力角=

13、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(dòng)可知=20。 a=a=120 齒輪各部分尺寸表3-4名稱小齒輪Z1大齒輪Z2計(jì)算公式模數(shù)m4壓力角20分度圓直徑d60180d=mz節(jié)圓直徑d60180d'=d=mz嚙合角20a'=a齒頂高h(yuǎn)a4.4723.528ha=（ha*+x）齒根高h(yuǎn)f4.5285.472hf=（ha*+c*-x）齒頂圓直徑da68.944187.056da=d+2ha齒根圓直徑df50.944169.056df=d-2hf中心距a120a'=a=m（z1+z2）/2中心距變動(dòng)系

14、數(shù)y0y=0齒頂高降低系數(shù)y0y=0基圓直徑db56.382169.145db=d cos齒距p12.56P=m基圓齒距pb11.81Pb=p cos齒厚s6.625.94S=（/2+2xtan）m）齒槽寬e5.946.62e=（/2-2xtan）m頂隙c1c=c*m傳動(dòng)比i3I12=1/2=z2/z1=d2/d13.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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)件按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表3-5設(shè)計(jì)內(nèi)容凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號H（mm）s數(shù)據(jù)2550105030753.3.1 從動(dòng)件位移曲線的繪制 從動(dòng)件推桿的位移隨凸輪轉(zhuǎn)角的變

15、化而變化，分為四個(gè)過程分別是推程，遠(yuǎn)休止，回程，近休止。從動(dòng)件按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，則其推程時(shí)的位移方程為： S= 其回程時(shí)的位移方程為： S= 以從動(dòng)件開始上升的點(diǎn)位=0º，s=0 據(jù)此計(jì)算得（單位：º）s（）（單位：mm）102030405060708090100110s2.48.616.422.6252522.616.48.62.40 則從動(dòng)件位移曲線圖如下： 其中h=25，0=50，01=10，0=50，02=250（單位：º）s（）（單位：mm）圖3-93.3.2 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定根據(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稱。

16、如右圖所示，從動(dòng)件的盤形機(jī)構(gòu)位于推程的某位置 ，上法線nn與從動(dòng)件速度VB 夾角為輪廓在B點(diǎn)的壓力角，p點(diǎn)為凸輪與從動(dòng)件的相對速度瞬心。故 VP = V = W 圖3-10 從而有 =又由圖中的三角形BCP可得 tan=則基圓半徑的計(jì)算公式： 將s=是（）和= 代入上式計(jì)算得出：r0 66.4mm，取r0=80mm，滾子半徑選取rr =10mm。3.3.2 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)根據(jù)反轉(zhuǎn)法建立直角坐標(biāo)系。 (1)以r0為半徑作基圓取從動(dòng)件初始位置，自B0起沿-w方向?qū)⒒鶊A中心角分為0，01，0，02對應(yīng)四段圓弧，并將0，0對應(yīng)弧進(jìn)行五等分。在從動(dòng)件位移曲線圖上量取各相應(yīng)的行程以此為半徑并分別以基圓

17、上的1，2，.，10，11點(diǎn)為圓心作弧，令其與各等分點(diǎn)相交于B1，B2,.B10,B11點(diǎn)，用光滑曲線連接各點(diǎn)，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(chǔ)上，以滾子半徑為偏移量作出其等距曲線，即為滾子從動(dòng)件凸輪工作輪廓曲線。凸輪輪廓曲線如下： 第四部分 設(shè)計(jì)總結(jié) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)我們的課程設(shè)計(jì)終于完成了，課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義我們今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑

18、打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 說實(shí)話，課程設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累需要靠自己的毅力，堅(jiān)持和一個(gè)團(tuán)隊(duì)的合作。然而，當(dāng)我們一著手整理自己的設(shè)計(jì)成果，漫漫回味這一周的付出與努力，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消 因?yàn)槲覀兊恼n程設(shè)計(jì)只有一周余的時(shí)間，所以時(shí)間上非常緊，容不得我們有絲毫懈怠，除了在寢室休息食堂吃飯其他時(shí)間都是在做課程設(shè)計(jì)。這個(gè)過程中我們團(tuán)隊(duì)在網(wǎng)上收集資料，選定方向，提出初步的方案，經(jīng)過幾次不斷地反復(fù)修改和討論，我們確定了設(shè)計(jì)的方向。這個(gè)階段我們分工明確，有條不紊，我想這是我最充實(shí)的幾天，經(jīng)過概念設(shè)計(jì)后我們對方案都認(rèn)為有深刻的了解，可是真正落實(shí)到細(xì)節(jié)，我們低估了它的困難性，在設(shè)計(jì)時(shí)遇到大量的專業(yè)知識問題，除了向老師咨詢外，還需要自己去重新查閱資料，而且很多資料都需要花大量的時(shí)間去閱讀，思考，最終把所有知識結(jié)合，慢慢完善設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，最終達(dá)到滿意為止。只有自己親手設(shè)計(jì)東西才知道這其中的緣由，所以也真正認(rèn)識到學(xué)好機(jī)械原理的重要性。 雖然這是我