單缸四沖程柴油機

1、 學號成績 課程設計說明書 課程名稱 _ 題目名稱 _ 專 業(yè) _ 姓 名 _ 指導老師 _ 年 月 日實習（訓）報告評語 等級： 評閱人： 職稱： 年 月 日河 南 工 程 學 院實習（訓）報告 實訓目的（內容）： 實習時間： 自 月 日至 月 日 共 天 實 習 地 點： 實 習 單 位：指導老師： 系主任：目 錄一、機構簡介與設計數(shù)據(jù) 1 機構簡介 (1) 2 設計數(shù)據(jù) (2) 二、設計內容及方案分析 1 曲柄滑塊機構的運動分析 （6） 2 曲柄滑塊機構的動態(tài)靜力分析 （11） 3 齒輪機構的設計 （12） 4 凸輪機構的設計 （13） 附：齒輪嚙合圖的繪制 （17）三、心得體會 （21

2、）四、主要參考文獻 （22）一、機構簡介與設計數(shù)據(jù)1. 機構簡介柴油機（圖1，a）是一種內燃機，它將燃料燃燒時所產(chǎn)生的熱能轉變?yōu)闄C械能。往復式內燃機的主體機構為曲柄滑塊機構，以汽缸內的燃氣壓力推動活塞3經(jīng)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，汽缸內的壓力變化可由示功圖(用示功器從汽缸內測得，見圖1，b)表出，它表示汽缸容積（與活塞位移s成正比）與壓力的變化關系?，F(xiàn)將四個沖程壓力變化作一簡單介紹：進氣沖程：活塞下行，對應曲柄轉角=0180。進氣閥開，燃氣開始進入汽缸，汽缸內指示壓力略低于1大氣壓力，一般以1大氣

3、壓力計算，如示功圖上的ab。壓縮沖程：活塞上行，曲柄轉角=180360。此時進氣畢，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bc。膨脹（作功）沖程：在壓縮沖程終了時，被壓縮的空氣溫度已超過柴油自燃的溫度，因此，在高壓下射入的柴油立刻爆炸燃燒，氣缸內壓力突增至最高點，燃氣壓力推動活塞下行對外作功，曲柄轉角=360540，隨著燃起的膨脹，汽缸容積增加，壓力逐漸降低，如圖上cb。排氣沖程:活塞上行，曲柄轉角=540720.排氣閥開，廢氣被驅出，氣缸內壓力略高于1大氣壓力，一般亦以1大氣壓力計算，如圖上的ba。進排氣閥的啟閉是由凸輪機構控制的，圖1，a中y-y剖面有進排氣閥各一只（圖中

4、只畫了進氣凸輪）。凸輪機構是通過曲柄軸O上的齒輪z1和凸輪軸O1上的齒輪z2來傳動的。由于一個工作循環(huán)中，曲柄軸轉兩轉而進排氣閥各啟閉一次，所以齒輪的傳動比 。 圖1 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作功的，其余的三個沖程則需依靠機械的慣性帶動。因此，曲柄所受的驅動力不是均勻的，所以其速度波動也較大。為了減少速度波動，曲柄軸上裝有飛輪（圖上未畫）。2.設計數(shù)據(jù)見表1，2，3。1）曲柄滑塊機構的運動分析已知 活塞沖程H,連桿與曲柄長度之比，曲柄每分鐘轉數(shù)n1要求 設計曲柄滑塊機構，繪制機構運動簡圖，作機構三個位置的加速度和加速度多邊形，并作出滑塊的運動線圖。以上內

5、容與后面動態(tài)靜力分析一起畫在1號圖紙上（參考圖例1）。設計內容曲柄滑塊機構的運動分析曲柄滑塊機構的動態(tài)靜力分析及飛輪轉動慣量的確定符號HllAs2l04Bn1DhDG1G2G3Js1Js2J01d單位mmmmr/minmmNkgm2數(shù)據(jù)120480540150010020021020100.10.050.21/100齒輪機構設計凸輪機構設計Z1Z1mahffsfaamm°mm°2244520205010503075表1 圖2曲柄位置圖的作法如圖2所示，以滑塊在上止點時所對應的曲柄位置為起始位置（即=0），將曲柄圓周按轉向分成十二等分得12個位置112，12(=375)為汽缸

6、指示壓力達最大值時所對應的曲柄位置，1324為曲柄第二轉時對應各位置。2）曲柄滑塊機構的動態(tài)靜力分析已知 機構各構件的重量G，繞重心軸的轉動慣量JS,活塞直徑DA，示功圖數(shù)據(jù)（表2）以及運動分析所得的各運動參數(shù)。 要求 確定機構兩個位置（同運動分析）的各運動副反力及曲柄上的平衡力矩My。以上內容作在運動分析的同一張圖紙上（參考圖例1）。3）飛輪設計已知 機器的速度不均勻系數(shù)，曲柄軸的轉動慣量、凸輪軸的轉動慣量、連桿2繞其重心軸的轉動慣量，動態(tài)靜力分析求得的平衡力矩My；阻力矩Mc為常熟。要求 用慣性力法確定安裝在曲柄軸上的飛輪轉動慣量JF。以上內容，作在2號圖紙上（參考圖例2）。注意：該部分內

7、容為選作內容。4）齒輪機構設計已知 齒輪齒數(shù)、模數(shù)m、分度圓壓力角；齒輪為正常齒制，在閉式的潤滑油池中工作。要求 選擇兩輪變位系數(shù)，計算齒輪各部分尺寸。用2號圖紙繪制齒輪傳動的嚙合圖。表2位置編號123456789101112曲柄位置（°）306090120150180210240270300330360氣缸指示壓力0.1MPa(105N/m2)1111111116.519.535工作過程進氣壓縮121314151617181920212223243753904204504805105405706006306606907206025.59.5332.521.511111膨脹排氣 表3

8、 5.凸輪機構設計已知 從動件沖程h，推程和回程的許用壓力角和，推程運動角，遠休止角，回程運動角，從動件的運動規(guī)律（圖3）。 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。以上內容，作在2號圖紙上。 圖3設計計算及說明計算數(shù)據(jù)二 設計內容 1、曲柄滑塊機構的運動分析 1）根據(jù)已知數(shù)據(jù)，取l（以大圖為準，這里只是示意），畫機構運動簡圖。 2）運動分析 設曲柄長為，連桿長為，由表1可得， =/=4, H=(+)-(-)=120mm. 解得 =60mm，=240mm。=60mm=240mm設計計算及說明計算數(shù)據(jù) A點了角速度 ： =2x3.14x1500/60 =157

9、 當曲柄轉動到10，11，12號點時的位置的滑塊的位移量：由幾何知識可知 解得：=264mm =290mm =300mm 速度分析： 大小 ？ 方向 豎直 OA BA 以根據(jù)矢量方程式，做機構各點的速度圖，及滑塊B的速度圖（以大圖為準，這里只是示意）。=264mm =290mm =300mm設計計算及說明計算數(shù)據(jù) 由圖4可知 bap圖5 11號點位速度分析圖 由圖5可知 設計計算及說明計算數(shù)據(jù)aP(b)圖6 12號點位速度分析圖 由圖6可知 加速度分析 ， 大小 ？ ？ 方向 豎直 OA BA AB 以根據(jù)矢量方程式，做機構各點的加速度圖，及滑塊B的速度圖（以大圖為準，這里只是示意）。p S2

10、 ban 圖7 10號點位加速度分析圖設計計算及說明計算數(shù)據(jù) 由圖7可知pS2abn 圖7 11號點位加速度分析圖 由圖7可知 paS2b 圖8 12號點位加速度分析圖 由圖8可知設計計算及說明計算數(shù)據(jù)2、曲柄滑塊機構的動態(tài)靜力分析 1) 受力分析 對10，11，12號點位進行受力分析，分別為圖9（a）（b）（c）（a）10號點 （b）11號點 （c）12號點 圖9 受力分析2）計算活塞上的氣體壓力設計計算及說明計算數(shù)據(jù) 3）求作用于構件上的慣性力3、齒輪機構的設計 1）傳動類型的選擇： 按照一對齒輪變位因數(shù)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(shù)之

11、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：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;大小齒輪磨損相近，改善了兩齒設計計算及說明計算數(shù)據(jù)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(shù)的選擇： 此次設計應用封閉圖法，查表計算得x1=0.23 x2=-0.23, 數(shù)據(jù)查表得具體參考【1】 3）齒輪機構幾何尺寸的計算： 齒輪m=5>1 且為正常齒制故ha*=1 ， c*=0.25名稱小齒輪大齒輪計算公式變位因數(shù)x0.23-0.23

12、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中心距變動因數(shù)y0齒高變動因數(shù)0=x1+x2-y齒頂高ha6.153.85ha=(ha* +c*-)m齒根高hf5.17.4hf=(ha* +c*-x)m齒全高h11.2511.25h=ha+hf齒頂圓直徑da122.3227.7da=d+2ha齒根圓直徑df99.8205.2df=d-2hf重合度a1.65分度圓齒厚s7.85齒頂厚sa7.113.79 （注：公式參考資料【1】）4 凸輪機構的設計 1）運動規(guī)律的選擇： 根據(jù)從動件運動

13、規(guī)律圖分析知位移s對轉角的二階導數(shù)為常數(shù)且周期變換，所以確定為二次多項式運動規(guī)律。x1=0.23 x2=-0.23設計計算及說明計算數(shù)據(jù)（公式參考資料【1】）： S=C0+C1+C22 加速階段 0-25° S=2h2/0 減速階段 25-50°S=h-2h(0-)2/02 以從動件開始上升的點為=0° 據(jù)此計算得 （單位：°）S() （單位：mm）00101.6206.425103013.64018.4502060207018.48013.68510906.41001.61100 根據(jù)上表繪制出從動件上升位移 S= S() 的變化曲線（如圖10）設計計

14、算及說明計算數(shù)據(jù)2）基圓半徑計算 由基圓半徑公式得3)作出凸輪設計圖 根據(jù)以上數(shù)據(jù)作出凸輪的實際廓線及理論廓線 s 設計計算及說明計算數(shù)據(jù) s圖10 凸輪運動規(guī)律圖附錄：齒輪嚙合圖的繪制齒輪嚙合圖是將齒輪各部分尺寸按一定的比例尺畫出輪齒嚙合關系的一種圖形。它可直觀地表達一對齒輪的嚙合特性和嚙合參數(shù)，并可借助圖形作某些必要的分析。一、漸開線的畫法漸開線齒廓按漸開線的形成原理繪制，如圖4所示。以小齒輪廓線為例，其步驟如下:圖121)按公式計算出各圓直徑db、d、d´、df及da，畫出各相應的圓。 圖11 2)連心線與節(jié)圓的交點為節(jié)點P。過P點作基圓之切線，與基圓相切于N1，則即為理論嚙合

15、線的一段，也是漸開線發(fā)生線的一段。3)將線段分成若干等分: 、 4)根據(jù)漸開線的特性N1 O´，因弧長不易測量，可按下式計算N1 O´所對應的弦長 （1）按此弦長在基圓上取O´點。 5)將基圓上的弧長N1O'分成同樣等分得基圓上的對應分點1'、2'、3'。 6)過點1'、2'、3'作基圓的切線，并在這些切線上分別截切線段，使得、 。得1"、2"、3"諸點。光滑連接0´、1"、2"、3"各個點的曲線即為節(jié)圓以下部分的漸開線。 7)將基圓上的分

16、點向左延伸，作出5´、6´、7´，取，可得節(jié)圓以下漸開線各點5"、6"直至畫到齒頂圓為止。 8)當df<db時，基圓以下一段齒廓取為徑向線，在徑向線與齒根圓之間以r=O.2mn為半徑畫出過渡圓角; 當df>db時，在漸開線與齒根圓之間直接畫出過渡圓角。二、嚙合圖的繪制步驟 1)選取比例尺L(mm/mm)，使齒全高在圖樣上有30-5Omm的高度為宜。定出齒輪中心01 、02如圖所示。分別以01、02為圓心作出基圓、分度圓、節(jié)圓、齒根圓、齒頂圓。 2)畫出工作齒廓的基圓內公切線，它與連心線的交點為節(jié)點P，又是兩節(jié)圓的切點，內公切線與過P

17、點的節(jié)圓切線間夾角為嚙合角´t。，應與按式(1)計算之值相符。 3)過節(jié)點p分別畫出兩齒輪在頂圓與根圓之間的齒廓曲線。 4)按已算得的齒厚和齒距P計算對應弦長和。(2)(3)圖13按和在分度圓上截取弦長得A、C點，則弧AB=s,弧AC=P （見圖12） 5)取AB中點D,連01、D兩點為輪齒的對稱線。用描圖紙描下對稱線右半齒形以此為模板畫出對稱的左半部分齒廓及其他相鄰的34個齒廓。另一齒輪的作法相同。 6)作出齒廓工作段。B1、B2為起始與終止嚙合點，以01為圓心為半徑作圓弧交齒輪1齒廓于b1點，則從b1點到齒頂圓一段齒廓為齒廓工作段。同理可作出齒輪2的齒廓工作段。 7)畫出兩齒輪嚙

18、合過程中的滑動系數(shù)變化曲線。滑動系數(shù)計算公為 (4)(5)在線段上，按計算之值取點B2、P、B1,自N1點量起，按適當?shù)拈g距取LX值，按式(3)、式(4)計算出對于不同LX的各位置處兩輪齒面滑動系數(shù)和，畫出如圖13 所示的滑動系數(shù)曲線圖。參考文獻1給出了一種使用方便的滑動系數(shù)圖解計算法。一般情況下，輪齒的齒廓工作段最低點具有絕對值最大的滑動系數(shù)，其值為(6) (7)有嚙合圖上直接量取、 、代入上式即可算出心得體會： 經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)我們的課程設計終于完成了。在這短短了五天時間里如同把課本復習了一遍，為考試做好了準備。從中體會到一個完整機構從計算到繪制了不容易。包括計算精度，繪圖了規(guī)范布局。小小了細節(jié)就會影響到整個計算繪制過程。一個小小了細節(jié)就會導致整個計算過程重算，繪圖重畫。