單缸四沖程柴油機課程設(shè)計說明書.doc

機械原理課程設(shè)計說明書設(shè) 計 題 目：單缸四沖程柴油機 院（系、部）：汽車學(xué)院 專 業(yè)：車輛工程 班 級：22010801 學(xué) 號：2201080125 設(shè) 計 者 ： 張鑫 指 導(dǎo) 教 師： 田 穎2010年 6月 15 日 機械原理課程設(shè)計目 錄目錄1、機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)2（1）機構(gòu)簡介2（2）設(shè)計數(shù)據(jù)32、設(shè)計內(nèi)容及方案分析3（1）曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析4（2）齒輪機構(gòu)的設(shè)計6（3）凸輪機構(gòu)的設(shè)計83、設(shè)計體會114、主要參考文獻11單缸四沖程柴油機1、 機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)（1）機構(gòu)簡介 柴油機（如附圖1（a）是一種內(nèi)燃機，他將燃料燃燒時所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機械能。往復(fù)式內(nèi)燃機的主體機構(gòu)為曲柄滑塊機構(gòu)，以氣缸內(nèi)的燃氣壓力推動活塞3經(jīng)連桿2而使曲柄1旋轉(zhuǎn)。 本設(shè)計是四沖程內(nèi)燃機，即以活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)移動四次（對應(yīng)曲柄兩轉(zhuǎn)）完成一個工作循環(huán)。在一個工作循環(huán)中，氣缸內(nèi)的壓力變化可由示功圖（用示功器從氣缸內(nèi)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(guān)系，現(xiàn)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(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角=0180。進氣閥開，燃氣開始進入汽缸，氣缸內(nèi)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(zhuǎn)角=180 360。此時進氣完畢，進氣閥關(guān)閉，已吸入的空氣受到壓縮，壓力漸高，如示功圖上的bc。 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(nèi)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(zhuǎn)角=360540。隨著燃氣的膨脹，氣缸容積增加，壓力逐漸降低，如圖上cb。 排氣沖程：活塞上行，曲柄轉(zhuǎn)角=540720。排氣閥打開，廢氣被驅(qū)出，氣缸內(nèi)壓力略高于1大氣壓，一般亦以1大氣壓計算，如圖上的ba。 進排氣閥的啟閉是由凸輪機構(gòu)控制的。凸輪機構(gòu)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(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)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）設(shè)計數(shù)據(jù) 設(shè)計數(shù)據(jù)表1設(shè)計內(nèi)容曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析曲柄滑塊機構(gòu)的動態(tài)經(jīng)歷分析及飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定符號HLAS2n1DkDG1G2G3Js1Js2Js3單位mmmmr/minmmNKgm2數(shù)據(jù)120480150010020021020100.10.050.21/100齒輪機構(gòu)的設(shè)計凸輪機構(gòu)的設(shè)計Z1Z2mhsmmmm2244520205010503075設(shè)計數(shù)據(jù)表2位置編號123456789101112曲柄位置（）306090120150180210240270300330360氣缸指示壓力/(105Nm2)1111111116.519.535工作過程進 氣壓 縮121314151617181920212223243753904204504805105405706006306606907206025.59.5332.521.511111做 功排 氣2、 設(shè)計內(nèi)容及方案分析（1） 曲柄滑塊機構(gòu)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(zhuǎn)數(shù)n1。 要求：設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)，繪制機構(gòu)運動簡圖，做機構(gòu)滑塊的位移、速度和加速度運動線圖。 曲柄位置圖的做法如附圖2所示，以滑塊在上指點是所對應(yīng)的曲柄位置為起始位置（即=0），將曲柄圓周按轉(zhuǎn)向分成12等分分得12個位置112，12（=375）為氣缸指示壓力達最大值時所對應(yīng)的曲柄位置，1324為曲柄第二轉(zhuǎn)時對應(yīng)的各位置。 1）設(shè)曲柄長度為r，連桿長度為l，由已知條件：=l/r=4，H=（l+r）-（l-r）=2r=120mm可得r=60mm，l=240mm按此尺寸做得曲柄滑塊機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖，如圖1。 2） O s B 12 12 r l 11 1 A 10 2 9 3 8 4 7 5 附圖2 曲柄位置圖 6 由幾何知識：sinOAB=rsinl =sin4 故： cosOAB=1-(sin4)2 s=rcos+l cosOAB= rcos+l1-(sin4)2 V=dsdt=-rsin-lsin2321-(sin4)2 A= dVdt = 2rcos- sin221-sin423-64cos21-sin423221-sin42l把各點的角度分別代入上式得：S1=S11=290.079mm S2=S10=264.3mmS3=S9=232.38mm S4=S8=204.31mmS5=S7=186.156mm S6=180mm S12=300mmV1=-V11=-5.741m/s V2=-V10=-9.207m/sV3=-V9=-9.425m/s V4=-V8=-7.117m/sV5=-V7=-3.684m/s V6=V12=0m/sa1=a11=1282.86m/s2 a2=a10=739.401 m/s2a3=a9=-1.598 m/s2 a4=a8=741.036 m/s2a5=a7=-1281.34 m/s2 a6=-1478.9 m/s2根據(jù)上面的數(shù)據(jù)描點畫圖分別得其位移、速度和加速度運動線圖（分別如圖2（a）、圖2（b）和圖2（c）所示）。 （2） 齒輪機構(gòu)的設(shè)計 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，再閉式潤滑油池中工作。 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。 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)之和為零。零傳動又可分為標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)的承載能力;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(shù)的選擇：此次設(shè)計應(yīng)用封閉圖法，查表計算得x1=0.23 x2=-0.23, 數(shù)據(jù)查表得具體參考齒輪設(shè)計與實用數(shù)據(jù)速查第34頁內(nèi)容（ 張展 主編 機械工業(yè)出版社） 3）齒輪機構(gòu)幾何尺寸的計算： 齒輪m=51 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分度圓直徑d110220d=mz法向齒距Pn14.76Pn=mcos嚙合角2020inv=2x1+x2z1+z2tan+inv中心距a(a)165a=coscosaa節(jié)圓直徑d110220d=coscosad中心距變動因數(shù)y0y=z1+z22(coscosa-1)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a1.65a=12z1tana1-tan+z2(tana2-tan)分度圓齒厚s7.85s=m2+2xmtan齒頂厚sa7.113.79Sa=srar-2ra(inva-inv) 4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)作出齒輪傳動嚙合圖（如圖3） （3） 凸輪機構(gòu)的設(shè)計 已知：從動件沖程h，推程和回程的許用壓力角 ,推程運動角，遠休止角s，回程運動角，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(gòu)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 d2sd2 s 附圖3 從動件運動規(guī)律圖1）運動規(guī)律的選擇： 根據(jù)從動件運動規(guī)律圖(附圖3)分析知位移s對轉(zhuǎn)角的二階導(dǎo)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。 公式： S=C0+C1+C22 加速階段 0-25 S=2h2/0減速階段 25-50S=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4）2）基圓半徑計算 根據(jù)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(gòu)位于推程的某位置上，法線nn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=|OP12|，從而有 |OP12| =VB2/1=ds/d。由上圖中的三角形BCP12可知 tan=|OP12|S0-S=ds/dr0+s 整理得基圓半徑 r0=dsdtan-s 將S=S（）和=代入 得： r020mm 在此我取r0=34mm 滾子半徑選取rr=4mm3)作出凸輪設(shè)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（如圖5）。3、 設(shè)計體會經(jīng)過幾天不斷的努力，身體有些疲憊，但看到勞動后的碩果，心中又有幾分喜悅。總而言之，感觸良多，收獲頗豐。通過認真思考和總結(jié)，機械設(shè)計存在以下一般性問題：機械設(shè)計的過程是一個復(fù)雜細致的工作過程，不可能有固定不變的程序，設(shè)計過程須視具體情況而定，大致可以分為三個主要階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設(shè)計階段和技術(shù)設(shè)計階段。值得注意的是：機械設(shè)計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)計過程中不斷豐富和完善產(chǎn)品的設(shè)計信息，直到完成整個產(chǎn)品設(shè)計；設(shè)計過程是一個逐步求精和細化的過程，設(shè)計初期，我們對設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)關(guān)系和參數(shù)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(shè)計過程的深入，這些關(guān)系才逐漸清楚起來；機械設(shè)計過程是一個不斷完善的過程，各個設(shè)計階段并非簡單的安順序進行，為了改進設(shè)計結(jié)果，經(jīng)