機械原理課程設計說明書：單缸柴油機主體機構

機械原理課程設計說明書設計題目：單缸柴油機主體機構院（系、部）：工程學院專 業(yè)： 農業(yè)機械化及其自動化班 級： 121學 號：設 計 者：指導教師：2014年6 月9 日機械原理課程設計目 錄目錄1、機構簡介與設計數據1）機構簡介（2）設計數據2、設計內容及方案分析（1）齒輪機構的設計（2）凸輪機構的設計3、設計體會4、主要參考文獻1機械原理課程設計單缸四沖程柴油機1、 機構簡介與設計數據（1）機構簡介柴油機（如附圖1（a））是一種內燃機，他將燃料燃燒時所產生的熱能轉變成機械能。往復式內燃機的主體機構為曲柄滑塊機構，以氣缸內的燃氣壓力推動活塞3經連桿2而使曲柄1旋轉。本設計是四沖程內燃機，即以活塞在氣缸內往復移動四次（對應曲柄兩轉）完成一個工作循環(huán)。在一個工作循環(huán)中，氣缸內的壓力變化可由示功圖（用示功器從氣缸內測得，如附圖1（b）所示），它表示汽缸容積（與活塞位移s成正比）與壓力的變化關系，現將四個沖程壓力變化做一簡單介紹。進氣沖程：活塞下行，對應曲柄轉角 θ=0°→180°。進氣閥開，燃氣開始進入汽缸，氣缸內指示壓力略低于 1個大氣壓力，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，曲柄轉角 θ=180°→360°。此時進氣完畢，進氣閥關閉，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，被壓縮的空氣溫度已超過柴油的自燃的溫度，因此，在高壓下射入的柴油立刻爆燃，氣缸內的壓力突然增至最高點，燃氣壓力推動活塞下行對外做功，曲柄轉角θ=360°→540°。隨著燃氣的膨脹，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，曲柄轉角 θ=540°→720°。排氣閥打開，廢氣被驅出，氣缸內壓力略高于 1大氣壓，一般亦以 1大氣壓計算，如圖上的b→a。進排氣閥的啟閉是由凸輪機構控制的。凸輪機構是通過曲柄軸 O上的齒輪Z1和凸輪軸上的齒輪Z2來傳動的。由于一個工作循環(huán)中，曲柄轉兩轉而進排氣閥各啟閉一次，所以齒輪的傳動比i12=n1/n2=Z1/Z2=2。由上可知，在組成一個工作循環(huán)的四個沖程中，活塞只有一個沖程是對外做功的，其余的三個沖程則需一次依靠機械的慣性帶動。2機械原理課程設計附圖1（a）附圖1（b）3機械原理課程設計（2）設計數據設計數據表1設計內曲柄滑塊機構的運動分析曲柄滑塊機構的動態(tài)經歷分析及飛輪轉動慣量的確定容符號HλLAS2n1DkDG1G2G3Js1Js2Js3δ單位mmmmr/minmmNKg·m2數據120480300010020021020100.10.050.21/100設計數據表2位置編號123456789101112曲柄位置（°）306090120150180210240270300330360氣缸指示壓1111111116.519.53552力/(10N·m)工作過程進氣壓縮12′1314151617181920212223243753904204504805105405706006306606907206025.59.5332.521.511111做功排氣2、 設計內容及方案分析（2） 齒輪機構的設計已知：齒輪齒數Z1，Z2，模數m，分度圓壓力角α，齒輪為正常齒制，再閉式潤滑油池中工作。要求：選擇兩輪變位系數，計算齒輪各部分尺寸，用 2號圖紙繪制齒輪傳動的嚙合圖。4機械原理課程設計1）傳動類型的選擇：按照一對齒輪變位因數之和（x1+x2）的不同，齒輪傳動可分為零傳動、正傳動和負傳動。零傳動就是變位因數之和為零。零傳動又可分為標準齒輪傳動和高度變?yōu)辇X輪傳動。高變位齒輪傳動具有如下優(yōu)點：①小齒輪正變位，齒根變厚，大齒輪負變位，齒根變薄，大小齒輪抗彎強度相近，可相對提高齒輪機構的承載能力;②大小齒輪磨損相近，改善了兩齒輪的磨損情況。因為在柴油機中配氣齒輪要求傳動精確且處于高速運動中，為提高使用壽命高變位齒輪較為合適 。2）變位因數的選擇：此次設計應用封閉圖法，查表計算得x=0.23x2=-0.23,數據查1表得具體參考《齒輪設計與實用數據速查》第34頁內容（張展主編機械工業(yè)出版社）3）齒輪機構幾何尺寸的計算：齒輪名稱變位因數x分度圓直徑d法向齒距Pn嚙合角α′中心距a(a′)節(jié)圓直徑d′中心距變動因數 y齒高變動因數σ齒頂高ha齒根高hf齒全高h齒頂圓直徑da齒根圓直徑df重合度εa分度圓齒厚s齒頂厚sa

m=5>1且為正常齒制故ha*=1，c*=0.25小齒輪大齒輪計算公式0.23-0.23110220d=mz14.76Pn=πm·cosα20°20°16511022000σ=x1+x2-y6.153.85ha=(ha*+c*-σ)m5.17.4hf=(ha*+c*-x)m11.2511.25afh=h+h122.3227.7da=d+2ha99.8205.2df=d-2hf1.657.857.113.795機械原理課程設計4)根據以上數據作出齒輪傳動嚙合圖（如圖 1）圖1（3） 凸輪機構的設計已知：從動件沖程h，推程和回程的許用壓力角[α],[α]′,推程運動角Φ，遠休止角Φs，回程運動角Φ′，從動件的運動規(guī)律如(附圖3)所示。要求：按照許用壓力角確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子半徑，畫出凸輪實際廓線。并畫在2號圖紙上s ′附圖3從動件運動規(guī)律圖6機械原理課程設計1）運動規(guī)律的選擇 ：根據從動件運動規(guī)律圖(附圖3)分析知位移s對轉角φ的二階導數為常數且周期變換，所以確定為二次多項式運動規(guī)律。 公式：S=C0+C1δ+C2δ2加速階段 0-25°S=2hδ2/δ0減速階段 25-50°S=h-2h(δ0-δ)2/δ02以從動件開始上升的點為δ =0°據此計算得δ（單位：°）S(δ)（單位：mm）00101.6206.425103013.64018.4502060207018.48013.68510906.41001.61100根據上表繪制出從動件上升位移S=S(δ)的變化曲線（如圖2）7機械原理課程設計圖22）基圓半徑計算根據許用壓力角計算出基圓半徑最小值， 凸輪形狀選為偏距為零且對稱。如下圖所示，從動件的盤型機構位于推程的某位置上，法線n—n與從動件速度VB2的夾角為輪廓在B點的壓力角，P12為凸輪與從動件的相對速度瞬心。故VP12=VB2=ω|OP12|，從而有 |OP12|=VB2/ω1=ds/dδ。由上圖中的三角形△BCP12可知tanα==整理得基圓半徑8機械原理課程設計將S=S（δ）和α=[α]代入得：r0≥20mm在此我取r0=34mm滾子半徑選取 rr=4mm作出凸輪設計圖根據以上數據作出凸輪的實際廓線及理論廓線（如圖 3）。圖39機械原理課程設計3、 設計體會經過幾天不斷的努力，身體有些疲憊，但看到勞動后的碩果，心中又有幾分喜悅?？偠灾?，感觸良多，收獲頗豐。通過認真思考和總結，機械設計存在以下一般性問題： 機械設計的過程是一個復雜細致的工作過程，不可能有固定不變的程序，設計過程須視具體情況而定，大致可以分為三個主要階段： 產品規(guī)劃階段、方案設計階段和技術設計階段。 值得注意的是：機械設計過程是一個從抽象概念到具體產品的演化過程， 我們在設計過程中不斷豐富和完善產品的設計信息， 直到完成整個產品設計；設計過程是一個逐步求精和細化的過程，設計初期，我們對設計對象的結構關系和參數表達往往是模糊的，許多細節(jié)在一開始不是很清楚， 隨著設計過程的深入，這些關系才逐漸清楚起來；機械設計過程是一個不斷完善的過程， 各個設計階段并非簡單的安順序進行，為了改進設計結