機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)

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)動分析 二級學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院年級專業(yè) 13材料本科班學(xué) 號 學(xué)生姓名指導(dǎo)教師 朱雙霞教師職稱 教授 目 錄第一部分 緒論 2第二部分 設(shè)計(jì)題目及主要技術(shù)參數(shù)說明 32.1 設(shè)計(jì)題目及機(jī)構(gòu)示意圖 32.2 機(jī)構(gòu)簡介 32.3 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 4第三部分 設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案分析 63.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動分析 63.1.1 設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 63.1.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 73.2 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 113.2.1 齒輪傳動類型的選擇 123.2.2 齒輪傳動主要參數(shù)及幾何尺寸的計(jì)算 133.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 133.3.1 從動

2、件位移曲線的繪制 143.3.2 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 153.3.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 16第四部分 設(shè)計(jì)總結(jié) 18第五部分 參考文獻(xiàn) 20第六部分 圖紙 21第一部分 緒論1.本課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動分析，在設(shè)計(jì)計(jì)算中運(yùn)用到了機(jī)械原理、理論力學(xué)、機(jī)械制圖、高等數(shù)學(xué)等多門課程知識。 2. 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)。通常所說的內(nèi)燃機(jī)是指活塞式內(nèi)燃機(jī)?；钊絻?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，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能是氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?。燃?xì)馀蛎浲苿踊钊龉?。再?/p>

3、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)動從動機(jī)械工作。內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外做功的過程。其他過程都是為更好的實(shí)現(xiàn)做功過程而需要的過程。四沖程是指在進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣四個行程內(nèi)完成一個工作循環(huán)，此間曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈。進(jìn)氣行程時(shí)，此時(shí)進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉；壓縮行程時(shí)，氣缸、內(nèi)氣體受到壓縮，壓力增高，溫度上升；膨脹行程是在壓縮上止點(diǎn)前噴油或點(diǎn)火，使混合氣燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓，推動活塞下行并做功；排氣行程時(shí)，活塞推擠氣缸內(nèi)廢氣經(jīng)排氣門排出。此后再由進(jìn)氣行程開始，進(jìn)行下一個工作循環(huán)。 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

4、 單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動分析 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)。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)動機(jī)和自由活塞式發(fā)動機(jī)，也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動機(jī)等，但通常所說的內(nèi)燃機(jī)是指活塞式內(nèi)燃機(jī)?；钊絻?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?，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)動從動機(jī)械工作。內(nèi)燃機(jī)的工作原理：內(nèi)燃機(jī)是將液體材料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能變成機(jī)械能的裝

5、置。往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的主體機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，借氣缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫ν苿踊钊ㄟ^連桿而使曲柄做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)移動四次，即進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四個過程。完成一個工作循環(huán)，它對應(yīng)著曲柄轉(zhuǎn)兩圈。 1.進(jìn)氣沖程：活塞由上死點(diǎn)向下移動，進(jìn)氣閥開，可燃?xì)怏w進(jìn)入缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng)有阻力，故進(jìn)氣行程終了時(shí)，氣缸內(nèi)壓力低于大氣壓力。 2.壓縮沖程：活塞由下死點(diǎn)向上移動，進(jìn)氣閥閉合，將缸內(nèi)燃?xì)怏w壓縮，壓力上升。 3.膨脹沖程：活塞在上死點(diǎn)附近，被壓縮的氣體被點(diǎn)燃，缸內(nèi)壓力驟增，氣體壓力推動活塞向下移動，即對外做功。 4.排氣沖程:活塞由下死點(diǎn)向上移動。 由上可知，單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)在一個工作循

6、環(huán)中，活塞只有一個沖程做功，即曲柄兩轉(zhuǎn)中，只有半轉(zhuǎn)是因膨脹氣體作用而被推動旋轉(zhuǎn)，而其余的一轉(zhuǎn)半中，借助機(jī)械的慣性來運(yùn)轉(zhuǎn)，因而曲柄所受驅(qū)動力是不均勻的，其速度波動也較大，所以一般在曲柄軸上裝有飛輪。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 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)K(r/min)數(shù)據(jù)215551.05650 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2 位置編號59曲柄位置（°）150270 圖2 曲柄位置圖 機(jī)構(gòu)位置分配表3學(xué)生編號20位置編號592、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

7、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)數(shù)據(jù)表4設(shè)計(jì)內(nèi)容齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 符號Z1Z2ima數(shù)據(jù)1545341201203、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 已知：從動件沖程h，推程和回程的許用壓力角 ，推程運(yùn)動角，遠(yuǎn)休止角s，回程運(yùn)動角，從動件按余弦加速度運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表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)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 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)K(r/min)數(shù)據(jù)215551.0565

8、0要求:確定曲柄滑塊機(jī)構(gòu)桿件尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；并在3號圖紙上利用圖解法作機(jī)構(gòu)的兩個瞬時(shí)位置的速度和加速度多邊形，并作出滑塊的運(yùn)動方程和位移線圖3.1.1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)中心與滑塊移動導(dǎo)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)；為極位夾角。下圖為過C1、C2、P三點(diǎn)所作的外接圓。半徑為r，其中C1、C2垂直C2P，C1 P C2=，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。圖3-1設(shè)C2 C1A=則描述了 曲柄回轉(zhuǎn)中心A點(diǎn)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

9、示的C2AP上選取，而不能在Pt(P、t為滑塊處于兩極限位置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：可得R=106mm,L=424mm,按此尺寸做得曲柄滑塊的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，如下圖 圖3-2機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖3.1.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析1、解析法分析滑塊的運(yùn)動 位移分析：由上圖可根據(jù)曲柄滑塊簡圖及幾何知 由于 ,所以 ,故，則：位移s數(shù)據(jù)表S的位置弧度S/mmS000530S1300.523599512.4732S2601.047198428.3043S3901.570796410.5362S41202.094395360.9433S51502.

10、617994328.8758S61803.141593318S72103.665191328.8758S82404.18879360.9433S92704.712389410.5362S103005.235988428.3043S113305.759587512.4732S123606.283185530速度分析；加速度分析；2、圖解法分析機(jī)構(gòu)的二個瞬時(shí)位置利用圖解法作機(jī)構(gòu)的兩個瞬時(shí)位置的速度和加速度多邊形已知曲柄滑快機(jī)構(gòu)的尺寸及2個位置，構(gòu)件1的轉(zhuǎn)速 n1 ，用圖解法求連桿的角速度2 及角加速度2 和滑塊上C點(diǎn)的速度和加速度。a曲柄位置；（1）曲柄位置為150°位置圖 取=5（mm

11、/mm） 圖3-3曲柄位置圖 =150。 （2）速度多邊形圖 由已知w1=2n=68rad/s VA=w1R=68rad/s0.106m=7.208m/s取=0.1（m/s/mm）由 方向 大小 ？ ？速度多邊形如下圖 圖3-4 速度多邊形圖 由圖可知4.105m/s =5.86m/s（3）加速度多邊形圖加速度多邊形如下圖： 圖3-5加速度多邊形圖=490.144(m/s)=80.98(m/s)取=21.26（m/s2/mm） 方向 0 大小 ？ 0 ？ 可知=21.2625=531.5 m/s2 b,曲柄位置為270°1）曲柄位置為270°位置圖 3-6曲柄位置圖 同理

12、=5（mm/mm），=0.1(m/s/mm)，=21.26(m/s2/mm)（2）速度多邊形圖 速度多邊形如下圖圖3-7速度多邊形圖由圖可知：=0= VA =7.208m/s（3）加速度多邊形圖加速度多邊形如下圖 圖3-8加速度多邊形圖方向 0 大小 ？ 0 ？ = 21.2614=297.64 m/s3.2 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，在閉式潤滑油池中工作。  設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)內(nèi)容齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 符號Z1Z2ima數(shù)據(jù)15454要求：選擇兩輪變位系數(shù)，計(jì)算齒輪各部分尺寸 齒輪傳動類型的選擇由最小變位系數(shù)， 其中zmin=17則有； 選擇

13、等變位齒輪傳動則： x1=-x2 x1+x2=0取x1=0.118 x2=-0.118x1+x2=0,且x1=-x20。此類齒輪傳動稱為等變位傳動。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，中心距等于標(biāo)準(zhǔn)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，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 。 齒輪傳動主要參數(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=20。，齒輪為正常齒制，在閉式潤滑油池中工作 齒輪m=4>1,且為正常齒制

14、故ha*=1, c*=0.25 由等變位齒輪傳動可知=20。 a=a=120齒輪各部分尺寸名稱下齒輪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d60180di=di=zim嚙合角'20'=齒頂高h(yuǎn)a4.4723.528hai=(ha*+xi)m齒根高h(yuǎn)f4.5285.472hfi=(ha*+c*-xi)m齒頂圓直徑da64.472183.528dai=di+hai齒根圓直徑df50.944169.056dfi=di-2hfi中心距a120a=a=m(z1+z2)/2中心距變動系數(shù)y0y=0齒頂高降低系數(shù)y0y=0基圓直徑db56.4169.2

15、db=d cos齒距p12.56P= m基圓齒距pb11.81Pb=p cos齒厚s6.28s= m/2齒槽寬e6.28e= m/2頂隙c1c=c*m傳動比i3I12=w1/w2=z2/z1=d2/d13.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已知：從動件沖程h，推程和回程的許用壓力角 ，推程運(yùn)動角，遠(yuǎn)休止角s，回程運(yùn)動角，從動件按余弦加速度運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表設(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從動件位移曲線的繪制從動件推桿的位移隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的，分為四個過程分別是：推程、遠(yuǎn)休止、回程、近休止。從動件按余弦加速度運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動，則其推程時(shí)的位移方程為： 則其

16、回程時(shí)的位移方程為： 以從動件開始上升的點(diǎn)位=0。 ,s=0據(jù)此計(jì)算得 （單位：。）s()（單位：mm）102030405060708090100110s2.48.616.422.6252522.616.48.62.40則從動件位移曲線圖如下： 其中h=25, 0=50, 01=10, 0=50, 02=250 （單位：。）s()（單位：mm） 圖3-9位移曲線圖3.3.2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。如右圖所示，從動件的盤型機(jī)構(gòu)位于推程的某位置上，法線nn與從動件速度vB的夾角為輪廓在B點(diǎn)的壓力角，P點(diǎn)為凸輪與從動件的相對速度瞬心。故

17、從而有又由圖中的三角形BCP可得則基圓半徑的計(jì)算公式：將S=S（）和=，=20。，計(jì)算得出：r023.3mm ，取r0=35mm，滾子半徑選取rr=5mm圖3-103.3.2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B0為從動件初始位置，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)，用光滑曲線連接個點(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，

18、以滾子半徑為偏移量作出其等距曲線，即為滾子從動件凸輪工作輪廓曲線。凸輪輪廓曲線如下: 圖3-11 第四部分 設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過幾天不斷的努力，身體有些疲憊，但看到勞動后的碩果，心中又有分喜悅?？偠灾杏|良多，收獲頗豐。 做機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是第一次，在課程設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)從學(xué)習(xí)到運(yùn)用再到實(shí)踐的過程。學(xué)習(xí)重在學(xué)以致用，在實(shí)踐中溫習(xí)、反復(fù)、加強(qiáng)和提高所學(xué)的內(nèi)容，使所學(xué)的內(nèi)容更加扎實(shí)，融會貫通，綜合運(yùn)用能力也得到提升。作為大學(xué)生，要把 所學(xué)的東西運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)、生活中去，設(shè)計(jì)出實(shí)用的產(chǎn)品，這才是我們學(xué)習(xí)的最終目的所在。一周課程設(shè)計(jì)雖短，去過的非常忙碌充實(shí)。一開始的時(shí)候完全沒有頭緒，大家集中在圖書館，翻閱了

19、大量的資料，并就進(jìn)行本課程設(shè)計(jì)時(shí)所遇到的問題進(jìn)行了討論，大部分問題得到了解決，還有不懂的向朱老師提出后都得到了詳細(xì)的解答，我們總結(jié)出此次課程設(shè)計(jì)大致可以分為三個主要階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設(shè)計(jì)階段和技術(shù)設(shè)計(jì)階段。值得注意的是：機(jī)械設(shè)計(jì)過程是一個從抽象概念到具體產(chǎn)品的演化過程，我們在設(shè)計(jì)過程中不斷豐富和完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息，直到完成整個產(chǎn)品設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)過程是一個逐步求精和細(xì)化的過程，設(shè)計(jì)初期，我們對設(shè)計(jì)對象的結(jié)構(gòu)關(guān)系和參數(shù)表達(dá)往往是模糊的，許多細(xì)節(jié)在一開始不是很清楚，隨著設(shè)計(jì)過程的深入，這些關(guān)系才逐漸清楚起來；機(jī)械設(shè)計(jì)過程是一個不斷完善的過程，各個設(shè)計(jì)階段并非簡單的安順序進(jìn)行，為了改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)果，經(jīng)常需要在各步驟之間反復(fù)、交叉進(jìn)行，指導(dǎo)獲得滿意的結(jié)果為止。獲得這份擁有是我們團(tuán)隊(duì)共同努力的結(jié)果。我們通過默契的配合，精細(xì)的分工，精誠的合作，不斷的拼搏，共同完成了這一艱巨而又