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

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書 四沖程內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 院（系） 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動化 班 級 機(jī)械工程班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 年 月 日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書茲發(fā)給 班學(xué)生 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，內(nèi)容如下：1 設(shè)計(jì)題目： 四沖程內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 2 應(yīng)完成的項(xiàng)目：（1）內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖1張（A4） （2）內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動分析與動態(tài)靜力分析圖1張（A3） （3）力矩變化曲線圖1張（A4） （4）進(jìn)氣凸輪設(shè)計(jì)圖1張（A4） （5）工作循環(huán)圖1張（A4） （6）計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動慣量 （7）計(jì)算內(nèi)燃機(jī)功率 （8）編寫設(shè)計(jì)說明書1份 3 參考資料以及說明：（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

2、設(shè)計(jì)任務(wù)書于20年 1月4日發(fā)出，應(yīng)于20 年1月15日前完成，然后進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師 簽發(fā) 201 年 12 月31日課程設(shè)計(jì)評語：課程設(shè)計(jì)總評成績：指導(dǎo)教師簽字：201年1月15日目 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 四沖程內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)421 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)422 運(yùn)動分析723 動態(tài)靜力分析1124 飛輪轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算1625 發(fā)動機(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 要內(nèi)燃機(jī)是一種動力機(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)換為動力的熱力發(fā)動機(jī)。四沖程內(nèi)燃機(jī)是將燃料和空氣混合，在其

3、氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?。燃?xì)馀蛎浲苿踊钊鞴?，把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動四個行程，驅(qū)動從動機(jī)械工作，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)。本課程設(shè)計(jì)是對四沖程內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動過程進(jìn)行運(yùn)動分析、動態(tài)靜力分析，計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動慣量、發(fā)動機(jī)功率等，設(shè)計(jì)一款四沖程內(nèi)燃機(jī)。關(guān)鍵詞：四沖程內(nèi)燃機(jī)；運(yùn)動分析；動態(tài)靜力分析第一章 緒論11 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)，四沖程內(nèi)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)題欄等均要符合國標(biāo)。 2）不用徒手畫圖

4、，圖紙上不能寫有關(guān)的計(jì)算公式、計(jì)算結(jié)果。（4）說明書要求 1）說明書不得涂改 2）說明書要有封面、任務(wù)書、評語、目錄、正文、及參考資料等 3）封面、任務(wù)書、評語三項(xiàng)打印外，其余統(tǒng)一用A4打印。（5）所有圖紙要疊好（按4號圖紙的大小），連同說明書一起裝在檔案袋內(nèi)。（6）按規(guī)定時間來答辯。（7）齒輪傳動要按照無根切條件考慮。(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)動簡圖1張（A4）。2. 運(yùn)動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)動分析圖。3. 動態(tài)靜力分析通過計(jì)算和圖解，求出機(jī)構(gòu)中

5、各運(yùn)動副的約束反力及應(yīng)加于曲柄OA的平衡力矩，完成動態(tài)靜力分析圖。運(yùn)動分析與動態(tài)靜力分析畫在一張圖中（A3）。4. 計(jì)算并畫出力矩變化曲線圖1張（A4）。5. 計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動慣量。6. 計(jì)算發(fā)動機(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張（A4）。8. 繪制內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)圖1張（A4）。9. 完成設(shè)計(jì)說明書（約20頁）。第二章 四沖程內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)21 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1.確定初始數(shù)據(jù)活塞行程 H(mm)= 300活塞直徑 D(mm) = 190推桿偏距 e(mm) = 50行程速比系數(shù) K = 1.06連桿質(zhì)心位置 lAC/LAB = 0.37曲柄重 Q1(N) = 160連桿重 Q2

6、(N) = 130滑塊重 Q3(N) = 200連桿通過質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣性半徑 = 27959.9142（m）曲柄轉(zhuǎn)速 n1(rpm) = 610發(fā)動機(jī)許用速度不均勻系數(shù) = 0.012進(jìn)氣凸輪推程 h1 = 9進(jìn)氣凸偏距 e1 = 6進(jìn)氣凸偏基圓直徑 d01min = 50進(jìn)氣門開放提前角 -10排氣凸輪推程 h2 = 10排氣凸偏距 e2 = 8排氣凸偏基圓直徑 d02min = 50排氣門開放提前角 -32速度、加速度、動態(tài)靜力分析中對應(yīng)點(diǎn) A1齒輪參數(shù) m=3.5 mm 2.計(jì)算連桿及曲柄的長度1）圖解法求連桿和曲柄的長度設(shè)曲柄長度為r、連桿的長度為l，活塞行程H由已知數(shù)據(jù)知e= 50（

7、mm）H = 300（mm）K= 1.06（極限位置1） （極限位置2）根據(jù)K值求極位夾角：，已知K值為1.06，算得=5.24 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，在點(diǎn)處作一點(diǎn)垂線，以點(diǎn)為起點(diǎn)作一條線與垂線相交形成一個三角形，并使兩條線的夾角等于5.24。再做一條水平線與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，O為圓與水平線相交的點(diǎn)，連接、，則， 圖2-1 圖解法確定連桿和曲柄的長度由此可得曲柄r和連桿l 2）編程計(jì)算、校核 設(shè)計(jì)原理： 如圖2-2所示，設(shè)曲柄長度為、連桿的長度為l，活塞行程H （極

8、限位置1） （極限位置2） 可求 = =聯(lián)立（1）、（2）式求解，可求出連桿的長度l及曲柄的長度r。利用Labview編程軟件制作程序如圖2-3，所示具體結(jié)果如圖2-4所示圖2-3 Labview程序 圖2-4 Labview程序前面板3.繪制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。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)基圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑分度圓上的齒厚公法線長Z1363.5126-0.176118.401131.768116.0185.04937.507Z2、Z2143.5490.17646.04557.23241.4825.94616.606Z3、Z37

9、23.5252-0.176236.803257.768242.0185.04980.601利用SolidWorks軟件畫出機(jī)構(gòu)簡圖如圖2-5所示圖2-5 機(jī)構(gòu)簡圖2.2運(yùn)動分析1、速度分析（1）在CAD中新建一個零件圖，在任意處以曲柄長度r畫一個圓，圓心為O，以圓心為起點(diǎn)，r為長度畫一條直線，與圓O交于點(diǎn)A，再畫一條無限長度豎直線，以A為起點(diǎn)畫線與豎直線相交于點(diǎn)B，長度為l，一個簡易的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖就完成了。在簡圖上定出當(dāng)OA與AB共線和垂直的四個點(diǎn)，并以上共線點(diǎn)在圓上陣列出12個點(diǎn)，此時圓上共有15個點(diǎn)。如圖2-6所示。圖2-6 運(yùn)動簡圖（2） 圖解法求速度作出速度方程式如下： 方向： 大?。?/p>

10、 ？ ？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出發(fā)做代表的矢量pa(且)，再分別過點(diǎn)a和p做代表的方向線ab（），代表的方向線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=0.37，c點(diǎn)即為連桿的質(zhì)心點(diǎn)，連接pc，則pc的長度即為的大小。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)動簡圖的運(yùn)動而變化，()則，連桿的角速度則為在運(yùn)動分析圖中將曲柄移動一個點(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SVAB(m/s)Vc2(m/s)VB(m/s)2A009

11、.5084.754022.02251A126.117.8217.516.08418.11507A292.064.1079.2669.429.51267A2124.52.1499.5429.7484.977533A3170.850.8419.4169.5081.947932A4237.995.5238.2056.87312.79242A5281.738.6176.73.76719.95877A6299.589.5755.9750.57422.1777A63009.5084.754022.02251A7290.448.2086.657-2.87519.01144A8251.314.4568.304

12、-6.70510.32103A9182.110.9229.644-9.8962.135545A9124.54.4969.653-10.51810.41367A1097.199.5379.324-10.1622.08968A1126.928.9257.306-6.36420.67216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，繪出的曲線圖如圖2-9所示。圖2-8 S曲線圖 圖2-9 曲線圖2、加速度分析 （1）列出加速度的方程式 方向： 大小： ？ ？在SolidWorks中任取一點(diǎn)作為加速度極點(diǎn)。從點(diǎn)出發(fā)作代表的矢量（由機(jī)構(gòu)圖上的點(diǎn)A指向點(diǎn)O，且）；再過點(diǎn)和，作代表（/BA，由點(diǎn)B指向點(diǎn)

13、A）和代表的矢量（AB）；然后再作代表的矢量（豎直方向）（）。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anBAatBAaBAaBac22A0209.390171.21221.17819.8685.34164.9372A1141.678337.43365.9667611.56582.74781.5583A239.06853553.33554.7186.84416.671281.628A210.69672604.79605.0711383.571400.82A31.63821621.07621.07-192.11395.171438.528A470.6525

14、4493.03498.07-360.45471.881141.96A5171.9847252.18305.24-385.93151.57584.1015A6212.351521.64213.45-398.19529.5950.12276A6209.390171.36221.22-404.36530.58165.2847A7156.0459314.83351.38-448.34527.27729.212A845.99049587.05588.85-467.03481.981359.73A91.968972680.22680.22-258.37386.351575.532A946.81988585

15、.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。圖2-11 曲線圖（2）編寫程序計(jì)算校核如下圖2-12、2-13（圖中數(shù)據(jù)為A1點(diǎn)數(shù)據(jù)） 圖2-12前面板 圖2-13程序圖2.3動態(tài)靜力分析1.活塞上的氣體壓力求解運(yùn)用公式 （N） （數(shù)值查附表一可得） F活塞的面積（cm） 根據(jù)附表一表中的數(shù)據(jù)找到對應(yīng)的，所以（N）由原始數(shù)據(jù)已知連桿重量，活塞重量，上面所求得的，然后求出作用于構(gòu)件上的慣

16、性力= （N） （N）可以求出，活塞上所受合力的大小及方向4）已知連桿重量，上面所求的，=，即可求作用于構(gòu)件上的慣性力矩 （Kgm2）（見原始數(shù)據(jù)） （Nm）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R分解為和（方向先假設(shè)），取=0，求出。如圖2-14，用圖解法求出h1，h2取，設(shè)M逆時針為正，則 圖2-14 示力圖 6）以構(gòu)件2、3為示力體，取利用圖解法求出和，畫受力分析圖如圖2-15,用矢量法解得，圖2-15受力分析矢量圖7）以構(gòu)件3為示力體，對滑塊進(jìn)行受力分析如圖2-16圖2-16滑塊受力分析圖8）以構(gòu)件1為示力體（構(gòu)件1的重力忽略不計(jì)），取求出，再由=0，求出對曲柄做受力分

17、析如圖2-17 ，量得，又 圖2-17曲柄力矩圖上述要求的數(shù)據(jù)可以通過原始數(shù)據(jù)與已經(jīng)求的數(shù)據(jù)通過excel表格求得如下表格2-4所示表格2-4 動態(tài)靜力分析各點(diǎn)數(shù)據(jù)位置2ac2aBpiP(N) 下正Pi3（N)P(N)Pi2（N)Mi2（N*m）逆正A0164.9372685.34819.800-16730.6-16530.69091.24161.17467A1781.5583582.74611.56-1-567.06-12480.8-12847.97730.221289.8774A21281.628416.67186.84-1-567.06-3813.07-4180.135527.253-4

18、75.351A21400.82383.5711-1-567.06-224.49-591.555088.171-519.559A31438.528395.17-192.11-1-567.063920.6193553.5595242.049-533.545A41141.96471.88-360.45-1-567.067356.1366989.0766259.63-423.549A5584.1015151.57-385.93-1-567.067876.1377509.0772010.622-216.641A650.12276529.59-398.19-1-567.068126.3417759.281

19、7025.17-18.5904A6165.2847530.58-404.36-1-567.068252.267885.27038.30361.30353A7729.212527.27-448.34-1-567.069149.8128782.7526994.395270.4623A81359.73481.98-467.031.5850.599531.24210581.836393.609504.3194A91575.532386.35-258.3752835.35272.8678308.1675125.049584.3594A91355.561391.2351.7984536.48-1056.9

20、43679.5395189.783502.7731A101045.398472.1361.26158505.9-7372.671333.2346262.548-387.735A11501.4824616.8671.5943.524667.11-13705.911161.178182.037-185.998A12164.9372685.34819.814079388.4-16730.662857.769091.24161.17467A13781.5583582.74611.5614079388.4-12480.867107.567730.221289.8774A141281.628416.671

21、86.8472.541111.85-3813.0737498.785527.253-475.351A141400.82383.571150.528636.53-224.4928612.045088.171-519.559A151438.528395.17-192.1132.518429.453920.61922550.075242.049-533.545A161141.96471.88-360.45158505.97356.13616062.046259.63-423.549A17584.1015151.57-385.937.54252.957876.13712329.092010.622-2

22、16.641A1850.12276529.59-398.192.51417.658126.3419743.9917025.17-18.5904A18165.2847530.58-404.362.51417.658252.269869.917038.30361.30353A19729.212527.27-448.341567.069149.8129916.8726994.395270.4623A201359.73481.98-467.031567.069531.24210298.36393.609504.3194A211575.532386.35-258.371567.065272.867603

23、9.9275125.049584.3594A211355.561391.2351.791567.06-1056.94-289.8815189.783502.7731A221045.398472.1361.261567.06-7372.67-6605.616262.548-387.735A23501.4824616.8671.591567.06-13705.9-12938.98182.037-185.998h1逆正（mm）h2逆正（mm）Rt12（N)Rn12(N)R03R12h3Mb-10.1823.4265.6171925570.651699.3125570.730.39-9.9725912

24、2.53-22.21-2858.619713.05-1667.6119919.2477.49-1543.54251.52-53.45-2102.926837.27-3879.847153.358127.83-914.414271.98-59.97-1983.891227.33-3286.642332.84578.31-182.685239.21-61.93-1649.96-5585.98-2178.75824.564122.59714.0333144.38-45.37-1098.62-12148.9-1051.2912198.4896.251174.10477.66-8.22142.5975-

25、9547.82-486.089548.88560.98582.29139.5822.75-607.827-14971.7-1139.914984.052.8642.8543948.0513.58-929.401-15069.1-851.4315097.79.14-137.99329.8685.21-1135.85-15709.3-935.3415750.2652.91-833.346-95.88116.45216.7075-16871.3-2820.616872.793.38-1575.57-218.16124.931198.593-11054.61084.8211119.43130.7-14

26、53.31-271.73116.282066.823-2509.841647.463251.316114.9-373.576-246.75108.374444.6431576.72712.674716.02620.9-98.5649-137.771.223018.961-4338.52-1899.615285.535143.83-760.218-10.1823.4265.61719-54113.1-5162.3954113.140.18-9.74037122.53-22.21-2858.6-60510.34882.3260577.73100.236071.706251.52-53.45-210

27、2.92-35670.44473.0635732.33146.435232.286271.98-59.97-1983.89-287133314.4128781.47148.54274.048239.21-61.93-1649.96-25094.92263.0125149.03138.143474.087144.38-45.37-1098.62-21350.8483.721379.05100.582150.30477.66-8.22142.5975-14370.2-340.3514370.9460.3866.567539.5822.75-607.827-16977.8-1431.7916988.

28、663.5760.6495148.0513.58-929.401-17085.5-1207.6717110.768.06-137.91329.8685.21-1135.85-16903.5-1309.4516941.652.2-884.351-95.88116.45216.7075-11845.5-668.9411847.592.75-1098.86-218.16124.931198.593-8521.03-88.018604.916128.35-1104.44-271.73116.282066.8231881.013524.492794.63100.19279.994-246.75108.3

29、74444.64310232.274161.3211155.9122.021361.243-137.771.223018.96120632.774638.8820852.4778.691640.8812.4飛輪轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算1.繪制力矩變化曲線=（）1）把=（）曲線作為=（）曲線（驅(qū)動力矩曲線） 將所得30個值，在A3圖紙上畫出去變化曲線，即=（）曲線，如圖2-18 圖2-18力矩變化曲線圖2） 以的平均值作為阻抗力矩（常數(shù)）。這是因?yàn)樵谥芷谛缘乃俣炔▌又?，一個波動周期內(nèi)的輸入功等于輸出功。即，首先，根據(jù)圖2-16用CAD直接得出圖中各個區(qū)域內(nèi)的面積，如表2-5所示表2-5力矩各區(qū)域面積單元面積

30、f1f2f3f4f5f6面積大小(mm2)-101.894384.3587-187.5711864.8207-120.668140.1461根據(jù)已知數(shù)據(jù)求阻抗力矩（ =6.76（mm）根據(jù)求出的H值，畫=（）阻抗力矩曲線，如圖2-19所示圖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。表2-6阻抗力矩曲線各區(qū)域面積區(qū)域面積f1f2f3f4f5f6f7面積大小(mm2)-185.322421.4178-376.2884716.472-244.006872.552-0.5339根據(jù)上面各區(qū)域的面積，用公式，求對應(yīng)的功得：

31、 3） 根據(jù)上面數(shù)據(jù)，求在各個位置上功的累積變化量= -5559.672 += -4917.138 += -16205.7885 += 5288.3715+= -2031.8325+= 144.7275+= 128.7105 所以，根據(jù)上面數(shù)據(jù)可得 5288.3715（Nm） -5559.672（Nm）從而得到最大盈虧功= 10848.0435（Nm）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)動慣量： 已知 （），從而得到=221.52（kg*m2）飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：不考慮各構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量忽略不計(jì)=221.52（kg*m2）2.5發(fā)動機(jī)功率計(jì)算由公式，H=6.77,L=100.53，=100，=0.125 ，=610，解得N=57.66HP2.6進(jìn)排氣凸輪設(shè)