四沖程內(nèi)燃機(jī)-機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、X X 大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書四沖程燃機(jī)設(shè)計(jì)院（系）機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化班 級(jí)XX機(jī)械工程X班學(xué)生指導(dǎo)老師XXX年 月曰課程設(shè)計(jì)任務(wù)書茲發(fā)給 XXX班學(xué)生 XXX 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，容如下：1 設(shè)計(jì)題目： 四沖程燃機(jī)設(shè)計(jì)2. 應(yīng)完成的項(xiàng)目：(1) 燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 1 (A4)(2) 燃機(jī)運(yùn)動(dòng)分析與動(dòng)態(tài)靜力分析圖 1( A3)(3) 力矩變化曲線圖1( A4)(4) 進(jìn)氣凸輪設(shè)計(jì)圖1 (A4)(5) 工作循環(huán)圖1 (A4)(6) 計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(7) 計(jì)算燃機(jī)功率(8) 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書1份3. 參考資料以及說(shuō)明：(1) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(2) 機(jī)械原理教材4. 本設(shè)計(jì)

2、任務(wù)書于20XX年1月4日發(fā)出，應(yīng)于20XX 年1月15日前完成，然后進(jìn)行答辯。課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ):課程設(shè)計(jì)總評(píng)成績(jī):指導(dǎo)教師簽字：201& 年 1 月 15目錄摘 要 1第一章 緒論 211 課程設(shè)計(jì)名稱和要求 212 課程設(shè)計(jì)任務(wù)分析 2第二章 四沖程燃機(jī)設(shè)計(jì) 421 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 422 運(yùn)動(dòng)分析 723 動(dòng)態(tài)靜力分析 1124 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 1625 發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 1826 進(jìn)排氣凸輪設(shè)計(jì) 1827 工作循環(huán)分析 19設(shè)計(jì)小結(jié) 21參考文獻(xiàn) 22摘要燃機(jī)是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過(guò)使燃料在機(jī)器部燃燒，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)。四沖程燃機(jī)是將燃料和空氣混合，在其氣缸燃

3、燒， 釋放出的熱能使氣缸產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?。燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞作功，把曲軸轉(zhuǎn)兩 圈(720°)，活塞在氣缸上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)四個(gè)行程，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)機(jī)械工作，完成一個(gè)工 作循環(huán)的燃機(jī)。本課程設(shè)計(jì)是對(duì)四沖程燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)態(tài)靜力 分析，計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、發(fā)動(dòng)機(jī)功率等，設(shè)計(jì)一款四沖程燃機(jī)。關(guān)鍵詞 ： 四沖程燃機(jī)；運(yùn)動(dòng)分析；動(dòng)態(tài)靜力分析第一章 緒論1 1 課程設(shè)計(jì)名稱和要求1. 課程設(shè)計(jì)名稱：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)，四沖程燃機(jī)設(shè)計(jì)2. 課程設(shè)計(jì)要求： （1）要有良好的學(xué)風(fēng)及嚴(yán)格的紀(jì)律 （2）每位同學(xué)都要獨(dú)立完成自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。（3）圖面質(zhì)量的要求1）圖幅、線型、標(biāo)題欄等均要符合國(guó)標(biāo)。2）不用徒手

4、畫圖，圖紙上不能寫有關(guān)的計(jì)算公式、計(jì)算結(jié)果。（4）說(shuō)明書要求1）說(shuō)明書不得涂改2）說(shuō)明書要有封面、任務(wù)書、評(píng)語(yǔ)、目錄、正文、及參考資料等3）封面、任務(wù)書、評(píng)語(yǔ)三項(xiàng)打印外，其余統(tǒng)一用 A4 打印。（5）所有圖紙要疊好（按 4 號(hào)圖紙的大小），連同說(shuō)明書一起裝在檔案袋。（6）按規(guī)定時(shí)間來(lái)答辯。（ 7）齒輪傳動(dòng)要按照無(wú)根切條件考慮。 （采用變位齒輪 ）1.2 課程設(shè)計(jì)任務(wù)分析1. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)行程速比系數(shù) K 及已知尺寸確定機(jī)構(gòu)的主要尺寸，并繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 1（A4）。2. 運(yùn)動(dòng)分析 圖解求出連桿機(jī)構(gòu)的位置、速度與加速度，繪制滑塊的位移、速度與加速度 曲線，完成運(yùn)動(dòng)分析圖。3. 動(dòng)態(tài)靜力分析通過(guò)計(jì)

5、算和圖解， 求出機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動(dòng)副的約束反力及應(yīng)加于曲柄 OA 的平衡力 矩 Mb ，完成動(dòng)態(tài)靜力分析圖。運(yùn)動(dòng)分析與動(dòng)態(tài)靜力分析畫在一圖中（ A3）。4. 計(jì)算并畫出力矩變化曲線圖 1（A4 ）。5. 計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J F 。6. 計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)功率。7. 用圖解法設(shè)計(jì)進(jìn)、排氣凸輪，完成進(jìn)氣凸輪設(shè)計(jì)圖 1（A4 ）8. 繪制燃機(jī)的工作循環(huán)圖 1（ A4）9. 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書（約 20 頁(yè)）。第二章四沖程燃機(jī)設(shè)計(jì)1. 確定初始數(shù)據(jù)活塞行程活塞直徑推桿偏距行程速比系數(shù)連桿質(zhì)心位置曲柄重連桿重滑塊重連桿通過(guò)質(zhì)心軸C2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性半徑曲柄轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)許用速度不均勻系數(shù)進(jìn)氣凸輪推程進(jìn)氣凸偏距進(jìn)氣凸偏基圓直徑進(jìn)氣

6、門開放提前角排氣凸輪推程排氣凸偏距排氣凸偏基圓直徑排氣門開放提前角速度、加速度、動(dòng)態(tài)靜力分析中對(duì)應(yīng)點(diǎn) 齒輪參數(shù)2. 計(jì)算連桿及曲柄的長(zhǎng)度H(mm) = 300D(mm) = 190 e(mm) = 50K = 1.06IAC/LAB = 0.37Q1(N) = 160Q2(N) = 130Q3(N) = 200=27959.9142 (mm2)n1(rpm) = 610S = 0.012 h1 = 9e1 = 6 d01min = 50h2 = 10e2 = 8d02min = 50A1m=3.5 mm 20 ha 1 c 0. 25Z2 z 214 Z3z 372z1361）圖解法求連桿和曲

7、柄的長(zhǎng)度設(shè)曲柄長(zhǎng)度為r、連桿的長(zhǎng)度為l，活塞行程H由已知數(shù)據(jù)知 e= 50 （ mm）H = 300（ mm）K= 1.06OB l r （極限位置1）OB l r （極限位置2）根據(jù)K值求極位夾角：K1180 K 1，已知K值為“6，算得。=524°如圖2-1所示，借助SolidWorks軟件畫出一條與活塞推程 H相等距離的水平線 B B，在B點(diǎn)處作一點(diǎn)垂線，以B點(diǎn)為起點(diǎn)作一條線與垂線相交形成一個(gè)三角 形，并使兩條線的夾角等于5.24 °。再做一條水平線與BB的距離為活塞偏置距 e=50（mm），以三角形斜邊的中點(diǎn)為圓心，斜邊距離的一半為半徑作圓，0為圓與水平線相交的點(diǎn)，

8、連接OB、OB，則OB l r，OB l rlOB OB 431.64r OB OB 148.85H2）編程計(jì)算、校核設(shè)計(jì)原理：如圖2-2所示，設(shè)曲柄長(zhǎng)度為r、連桿的長(zhǎng) 度為l，活塞行程HOB l r （極限位置1）OB l r （極限位置2）180可求R CBi 2si nOE 、(OC)2 (CE)2(OC)2 (CD DE)2-22=.R (Rcos e)OB l r .(OF)2 e2HOF OE2.i OE . i OE sinsin OCROBl r 2Rsi n2聯(lián)立（1）、（2）式求解，可求出連桿的長(zhǎng)度I及曲柄的長(zhǎng)度r利用Labview編程軟件制作程序如圖2-3，所示具體結(jié)果如

9、圖2-4所示圖 2-3 Labview 程序圖2-4 Labview程序前面板3. 繪制燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。由初始數(shù)據(jù)可知齒輪的參數(shù)如表 2-1所示表2-1齒輪參數(shù)齒數(shù)模數(shù)m分度圓直徑變位系數(shù)齒頂圓直徑齒根圓直徑分度圓上的齒厚公法線長(zhǎng)基圓直徑乙363.5126-0.176118.401131.768116.0185.04937.507Z2、Z' 2143.5490.17646.04557.23241.4825.94616.606Z3、Z' 3723.5252-0.176236.803257.768242.0185.04980.601利用SolidWorks軟件畫出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2

10、-5所示圖2-5機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2運(yùn)動(dòng)分析1、速度分析(1)在CAD中新建一個(gè)零件圖，在任意處以曲柄長(zhǎng)度r畫一個(gè)圓，圓心為 0,以圓心為起點(diǎn)，r為長(zhǎng)度畫一條直線，與圓 0交于點(diǎn)A，再畫一條無(wú)限長(zhǎng)度豎直線，以A為起點(diǎn)畫線與豎直線相交于點(diǎn) B，長(zhǎng)度為l，一個(gè)簡(jiǎn)易的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖就完成了。在簡(jiǎn)圖上定出 當(dāng)0A與AB共線和垂直的四個(gè)點(diǎn)，并以上共線點(diǎn)在圓上陣列出12個(gè)點(diǎn)，此時(shí)圓上共有15個(gè)點(diǎn)。如圖2-6所示。圖2-6運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(2)圖解法求速度作出速度方程式如下：Vb Va Vba方向：OA AB大?。海?lloA ?圖2-7速度矢量三角形如圖2-7所示，在SolidWorks中任取一點(diǎn)p作為速度極點(diǎn)。從點(diǎn) p

11、出發(fā)做代表VA的矢量 pa( OA且pA VA / v)，再分別過(guò)點(diǎn)a和p做代表VBA的方向線ab( AB)，代表VB的 方向線pb(豎直方向)，兩者相交于點(diǎn)B,在線段ab上截出一點(diǎn)C,使得lac/lab =0.37，c 點(diǎn)即為連桿的質(zhì)心點(diǎn)，連接 pc,則pc的長(zhǎng)度即為Vc2的大小。賦予速度矢量三角 形一些約束，則速度矢量三角形可跟著機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的運(yùn)動(dòng)而變化，(v 1:100)則VBAvab，Vbv pb，Vc2v pc連桿的角速度則為Vabvab2 llAB,AB在運(yùn)動(dòng)分析圖中將曲柄移動(dòng)一個(gè)點(diǎn)，記錄一組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表2-2所示(S為連桿上端點(diǎn)與活塞推程最高點(diǎn)的距離)。表2-2各點(diǎn)速度位置SV

12、AB(mVc2(m/s)W(m32A009.5084.754022.02251A126.117.8217.516.08418.11507A292.064.1079.2669.429.51267A2'124.52.1499.5429.7484.977533A3170.850.8419.4169.5081.947932A4237.995.5238.2056.87312.79242A5281.738.6176.73.76719.95877A6299.589.5755.9750.57422.1777A6'3009.5084.754022.02251A7290.448.2086.657-

13、2.87519.01144A8251.314.4568.304-6.70510.32103A9182.110.9229.644-9.8962.135545A9'124.54.4969.653-10.51810.41367A1097.199.5379.324-10.1622.08968A1126.928.9257.306-6.36420.67216根據(jù)速度表格中的數(shù)據(jù)繪出S的曲線如圖2-8所示，繪出VB的曲線圖如圖2-9所圖2-9 VB曲線圖2、加速度分析(1)列出加速度的方程式aBa anaBAaBA方向：A OB AAB大?。?？2l1 lOA2l2>AB？在SolidWorks

14、中任取一點(diǎn)p作為加速度極點(diǎn)。從點(diǎn)p出發(fā)作代表aA的矢量pa （由機(jī)構(gòu)圖上的點(diǎn)A指向點(diǎn)O,且pa'）；再過(guò)點(diǎn)a'和p'，作代表aBA（ /BA，由點(diǎn)B指向a點(diǎn)A ）和代表 a；A的矢量a'b'（ AB）；然后再作代表 a；的矢量p'b'（豎直方向）（a 1:10000 ）。圖2-10加速度矢量三角形求得加速度數(shù)據(jù)如表2-3所示表2-3各點(diǎn)加速度位置na bata baaBAaBac2aA0209.390171.21221.17819.8685.34164.9372A1141.678337.43365.9667611.56582.74781.

15、5583A239.06853553.33554.7186.84416.671281.628A2'10.69672604.79605.0711383.571400.82A31.63821621.07621.07-192.11395.171438.528A470.65254493.03498.07-360.45471.881141.96A5171.9847252.18305.24-385.93151.57584.1015A6212.351521.64213.45-398.19529.5950.12276A6'209.390171.36221.22-404.36530.58165.2

16、847A7156.0459314.83351.38-448.34527.27729.212A845.99049587.05588.85-467.03481.981359.73A91.968972680.22680.22-258.37386.351575.532A9'46.81988585.25587.1251.79391.231355.561A10210.6693451.34498.09361.26472.11045.398A11184.4991216.51284.46671.59616.8501.4824繪出aB的曲線圖如圖2-11所示aB（2）編寫程序計(jì)算校核如下圖2-12、2-1

17、3 （圖中數(shù)據(jù)為A1點(diǎn)數(shù)據(jù)）荃于labview的（R負(fù)曲觴塊速勳H度驗(yàn)算程序脯豪曲-VKAfi曲耐皿mm肛,1402 勺43L74號(hào)IE開WfelLJfi畫圖2-12前面板圖2-13程序圖2.3動(dòng)態(tài)靜力分析1.活塞上的氣體壓力求解運(yùn)用公式P'Pi F（ N）（數(shù)值查附表一可得）2FD（ cm 2）F活塞的面積（cm）2I根據(jù)附表一表中的數(shù)據(jù)找到對(duì)應(yīng)的Pi，所以PPiF（ N）由原始數(shù)據(jù)已知連桿重量Q2，活塞重量Q3，上面所求得的ac2，aB，然后求出作用于構(gòu)件上的慣性力Pi2 _ m2 ac2PI3m3 aBMb 0圖2-14示力圖可以求出，活塞上所受合力的大小及方向P P'

18、P3 Q34）已知連桿重量Q2，上面所求的2，： = 0.15IAb，即可求作用于構(gòu)件上的慣性力矩JCm2 C(Kg m2)(見原始數(shù)據(jù))M 12JC2 2(N m)5）以構(gòu)件2、3為示力體，將作用在構(gòu)件2上A點(diǎn)處的反力R12分解為和R；（方向先假設(shè)），取M b=0,求出R；2。如圖2-14,用圖解法求出hi, h2取設(shè)M逆時(shí)針為正，則R2 lAB-Q2 I P2 h I MI20占 Q B I R2 h l MI2R2 |I AB6）以構(gòu)件2、3為示力體，取 F0,利用圖解法求出r12和&3，畫受力分析圖如圖2-15,用矢量法解得R：2, Ro3, R27）以構(gòu)件3為示力體，對(duì)滑塊進(jìn)

19、行受力分析如圖2-16L心圖2-16滑塊受力分析圖F 0,求出R01，再由 豊得h3，又R2R21圖2-17曲柄力矩圖8）以構(gòu)件1為示力體（構(gòu)件1的重力忽略不計(jì)），取Mo =0 ,求出Mb對(duì)曲柄做受力分析如圖2-17 ，M b R 21 h3excel表格求得如下上述要求的數(shù)據(jù)可以通過(guò)原始數(shù)據(jù)與已經(jīng)求的數(shù)據(jù)通過(guò) 表格2-4所示表格2-4動(dòng)態(tài)靜力分析各點(diǎn)數(shù)據(jù)hl逆正(mr)h2逆正(m)R12 ( N)R12(N)R03R12h3Mb-10.1823.4265.6171925570.651699.3125570.730.39-9.97259122.53-22.21-2858.619713.05-

20、1667.6119919.2477.49-1543.54251.52-53.45-2102.926837.27-3879.847153.358127.83-914.414271.98-59.97-1983.891227.33-3286.642332.84578.31-182.685239.21-61.93-1649.96-5585.98-2178.75824.564122.59714.0333144.38-45.37-1098.62-12148.9-1051.2912198.4896.251174.10477.66-8.22142.5975-9547.82-486.089548.88560.9

21、8582.29139.5822.75-607.827-14971.7-1139.914984.052.8642.8543948.0513.58-929.401-15069.1-851.4315097.79.14-137.99329.8685.21-1135.85-15709.3-935.3415750.2652.91-833.346-95.88116.45216.7075-16871.3-2820.616872.793.38-1575.57-218.16124.931198.593-11054.61084.8211119.43130.7-1453.31-271.73116.282066.823

22、-2509.841647.463251.316114.9-373.576-246.75108.374444.6431576.72712.674716.02620.9-98.5649-137.771.223018.961-4338.52-1899.615285.535143.83-760.218-10.1823.4265.61719-54113.1-5162.3954113.140.18-9.74037122.53-22.21-2858.6-60510.34882.3260577.73100.236071.706251.52-53.45-2102.92-35670.44473.0635732.3

23、3146.435232.286271.98-59.97-1983.89-287133314.4128781.47148.54274.048239.21-61.93-1649.96-25094.92263.0125149.03138.143474.087144.38-45.37-1098.62-21350.8483.721379.05100.582150.30477.66-8.22142.5975-14370.2-340.3514370.9460.3866.567539.5822.75-607.827-16977.8-1431.7916988.663.5760.6495148.0513.58-9

24、29.401-17085.5-1207.6717110.768.06-137.91329.8685.21-1135.85-16903.5-1309.4516941.652.2-884.351-95.88116.45216.7075-11845.5-668.9411847.592.75-1098.86-218.16124.931198.593-8521.03-88.018604.916128.35-1104.44-271.73116.282066.8231881.013524.492794.63100.19279.994-246.75108.374444.64310232.274161.3211

25、155.9122.021361.243-137.771.223018.96120632.774638.8820852.4778.691640.8812.4飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算1繪制力矩變化曲線Mb = Mb （）1）把Mb二Mb （）曲線作為Md = Md（）曲線（驅(qū)動(dòng)力矩曲線）將所得30個(gè)Mb值，在A3圖紙上畫出去變化曲線，即Md = Md（）曲線，如圖 2-18111111=100- m /mmm2）以Mb的平均值作為阻抗力矩Mr （常數(shù)）。這是因?yàn)樵谥芷谛缘乃俣炔▌?dòng)中,一個(gè)波動(dòng)周期的輸入功等于輸出功。即d r E 0，首先，根據(jù)圖2-16用CAD直接得出圖中各個(gè)區(qū)域的面積，如表 2-5所示表

26、2-5力矩各區(qū)域面積單兀面積f 1f2f3f 4f 5f6面積大?。╩m2）-101.894384.3587-187.5711864.8207-120.668140.1461根據(jù)已知數(shù)據(jù)求阻抗力矩(M r M rH f1 f2 f3 f4 f5 f6(mm) =6.76( mm根據(jù)求出的H值，畫Mr二Mr （）阻抗力矩曲線，如圖2-19所示ptp=O.圖2-19阻抗力矩曲線以H為界，H以上為盈功，以下為虧功。且盈功為正，虧功為負(fù)值，用CAD求各部分面積，所得數(shù)據(jù)如表2-6。區(qū)域面積f' 1f' 2f' 3f' 4f ' 5f ' 6f'

27、7面積大小(mm2)-185.322421.4178-376.2884716.472-244.006872.552-0.5339表2-6阻抗力矩曲線各區(qū)域面積根據(jù)上面各區(qū)域的面積，用公式Wi，求對(duì)應(yīng)的功得:W f i mWf 2MdWf 3叫W f4嚨W f5皿W f6W f7MiMd5559. 672624. 53411288. 6521494. 167320. 2042176. 5616. 073)根據(jù)上面數(shù)據(jù)，求在各個(gè)位置上功的累積變化量WWa W1 =-5559.672WbW+W2 =-4917.138WcW +W2 +W3 = -16205.7885WdWi +W2+W3 +W4=

28、5288.3715We W1 +W2+W3 +W4+W5 =-2031.8325Wf w1 +W2 +W3 +W4 +W5 +W6 = 144.7275Wg w +W, +W3 +W4 +W 5 +W6 +W7 = 128.7105所以，根據(jù)上面數(shù)據(jù)可得Wmax 5288.3715 (Nn)Wmin -5559.672 (Nn)從而得到最大盈虧功WmaxWmax 二Wmax Wmin = 10848.0435 ( Ng根據(jù)許用不均勻系數(shù),求等效構(gòu)件上所需的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量已知Jm ax2m2 m60），0.012從而得到 J =221.52（ kg*m2）飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Je Jf Jc不考慮各構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jc忽略不計(jì)2Jf Je=221.52（kg*m）2.5發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算H l由公式 N坐 世 丄（HP），H=6.77,L=100.53， Mb=100,260 750=0.125，n 1=610,解得 N=57.66HP2.6進(jìn)排氣凸輪設(shè)計(jì)已知：兩凸輪的推程角均為60°，回程角均為60°，遠(yuǎn)休止角均為10°。查表知,進(jìn)氣凸輪的行程 h=9mm ,偏距e=6mm ,基圓半徑r=50mm;排氣凸輪的行程 h=10mm ,偏距e=8mm ,