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

1、精品文檔機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目：?jiǎn)胃姿臎_程內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析二級(jí)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院年級(jí)專業(yè)13材料本科班學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師朱雙霞教師職稱教授可編輯目錄第一部分緒論2第二部分設(shè)計(jì)題目及主要技術(shù)參數(shù)說(shuō)明32.1設(shè)計(jì)題目及機(jī)構(gòu)示意圖32.2機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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64.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析64.1.1 設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)64.1.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析74.2 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)114.2.1 齒輪傳動(dòng)類型的選擇124.2.2 齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)及幾何尺寸的計(jì)算134.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)134.3.1 從動(dòng)件位移曲線的繪制144.3.2 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺

2、寸的確定154.3.3 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(dòng)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(shí)。2. 內(nèi)燃機(jī)是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過(guò)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(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。通常所說(shuō)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)狻Ｈ細(xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞做功。再通過(guò)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(dòng)從動(dòng)機(jī)械工作。內(nèi)燃機(jī)的工

3、作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過(guò)程組成。這些過(guò)程中只有膨脹過(guò)程是對(duì)外做功的過(guò)程。其他過(guò)程都是為更好的實(shí)現(xiàn)做功過(guò)程而需要的過(guò)程。四沖程是指在進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣四個(gè)行程內(nèi)完成一個(gè)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(dòng)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(gè)工作循環(huán)。第二部分課題題目及主要技術(shù)參數(shù)說(shuō)明2.1 課題題目單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析圖2-1內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2 機(jī)構(gòu)

4、簡(jiǎn)介內(nèi)燃機(jī)是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過(guò)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(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)和自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等，但通常所說(shuō)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?dòng)活塞作功，再通過(guò)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(dòng)從動(dòng)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?dòng)活塞通過(guò)連桿

5、而使曲柄做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)移動(dòng)四次，即進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四個(gè)過(guò)程。完成一個(gè)工作循環(huán)，它對(duì)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(dòng)，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(dòng)，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(dòng)活塞向下移動(dòng)，即對(duì)外做功。4. 排氣沖程:活塞由下死點(diǎn)向上移動(dòng)。由上可知，單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中，活塞只有一個(gè)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(dòng)旋轉(zhuǎn)

6、，而其余的一轉(zhuǎn)半中，借助機(jī)械的慣性來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，因而曲柄所受驅(qū)動(dòng)力是不均勻的，其速度波動(dòng)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(dòng)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(hào)H(mm)e(mm)Kn1(r/min)數(shù)據(jù)215551.05650設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2位置編號(hào)59曲柄位置(0)150270圖2曲柄位置圖機(jī)構(gòu)位置分配表3學(xué)生編號(hào)20位置編號(hào)592、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知：齒輪齒數(shù)Z1,Z2,模數(shù)m,分度圓壓力角0c,齒輪為正常齒制，在閉式潤(rùn)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(hào)Z1Z2imaa

7、數(shù)據(jù)1545341201203、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知：從動(dòng)件沖程h,推程和回程的許用壓力角%，司，推程運(yùn)動(dòng)角，遠(yuǎn)休止角s,回程運(yùn)動(dòng)角，從動(dòng)件按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。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(hào)h(mm)s，a'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(dòng)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(hào)H(mm)e(mm)Kn1(r/min)數(shù)據(jù)215551.05650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(dòng)簡(jiǎn)圖；并在3號(hào)圖紙上利用圖解法作機(jī)構(gòu)的兩個(gè)瞬時(shí)位置的速度和加速度多邊

8、形，并作出滑塊的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度;e表示曲柄回轉(zhuǎn)中心與滑塊移動(dòng)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(guò)Ci、C2、P三點(diǎn)所作的外接圓。半徑為r,其中Cl、C2垂直C2P,/CiPC2=0,Ci、C2為滑塊的兩極限位置，A為圓上的一點(diǎn)，它至Ci、C2的距離為偏距e,即A為曲柄的回中心圖3-1設(shè)/C2 CiA= （3則B描述了了能夠滿足機(jī)構(gòu)連續(xù)性條件，A點(diǎn)只能在右圖所示的C2AP上選取，而不能在Pt（P、t為滑塊處于兩極限位置Ci、C2時(shí)，導(dǎo)路的垂線與CiC2P圓周的交點(diǎn)）上選取。曲柄回轉(zhuǎn)中心A點(diǎn)

9、的位置。為由已知條件可以求出曲柄和連桿的長(zhǎng)度:180(K-1)可得 R=i06mm,L=424mm,0:-=4.39K+1按此尺寸做得曲柄滑塊的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,如下圖圖3-2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖3.1.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析1、解析法分析滑塊的運(yùn)動(dòng)位移分析：由上圖可根據(jù)曲柄滑塊簡(jiǎn)圖及幾何知sinZOBAsinZ(pL入=B=4由于R，所以sincpsinZOBA=4cosZOBA=sin（p2一?。┕蔙costp+LeosZOBA=Rcostp十sintp2（丁）位移s數(shù)據(jù)表s的位置r弧度中S/mmSo00530Si300.523599512.4732S2601.047198428.3043S3901

10、.570796410.5362S41202.094395360.9433S51502.617994328.8758S61803.141593318S72103.665191328.8758S82404.18879360.9433S92704.712389410.5362Sl03005.235988428.3043Sil3305.759587512.4732Si23606.283185530速度分析;dsdt-wRsinip -wLsin2(psintp32/ 加速度分析;2、圖解法分析機(jī)構(gòu)的二個(gè)瞬時(shí)位置利用圖解法作機(jī)構(gòu)的兩個(gè)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(gè)位置，構(gòu)件1的

11、轉(zhuǎn)速n1,用圖解法求連桿的角速度32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°位置圖取尸5(mm/mm)圖3-3曲柄位置圖甲=150速度多邊形如下圖圖3-4速度多邊形圖(2)速度多邊形圖由已知W1=2m=68rad/sVA=w1R=68rad/s0.106m=7.208m/s取v=0.1(m/s/mm)由VbVaVba方向VVV大??？V?由圖可知Vbv獷4.105m/sVBAV(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%=-=13.82rad/s=4144 Wi=490.144(m/s)。點(diǎn)=H * '=80.98(m/

12、s)取 a=21.26 (m/s 2/mm )_n,ttn,t%-4+%+a&A+%方向，0V大小？V0V?Qu=tx%可知產(chǎn)"=21.2625=531.5m/s2b,曲柄位置為2701)曲柄位置為270°位置圖3-6曲柄位置圖), v =0.1(m/s/mm)同理l=5(mm/mma=21.26(m/s2/mm)(2)速度多邊形圖由圖可知:速度多邊形如下圖VV %x 岫=Va =7.208m/sIFtp/圖3-7速度多邊形圖(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VV0VV大小？，0，？%=一X七=21,2614=297.64m/saBaA

13、+aA+aBA+QBA3.2 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0c,齒輪為正常齒制，在閉式潤(rùn)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(hào)Z1Z2imaa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3.2.1 齒輪傳動(dòng)類型的選擇h*(zmin-z)x.=由最小變位系數(shù)，由其中Zm,=17則有;17-15/217=0,11817-45x?2一=-1.647*1/選擇等變位齒輪傳動(dòng)則：x1=-x2Xi+X2=0取Xi=0.118X2=-0.118Xi+X2=0，且Xi=-X2#0。此類齒輪傳動(dòng)稱為等變位傳動(dòng)。由于Xi+X2=0,故屋;0,a'=a,

14、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(duì)于等變位齒輪傳動(dòng)，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。3.2.2 齒輪傳動(dòng)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,分度圓壓力角二20。，齒輪為正常齒制，在閉式潤(rùn)滑油池中工作齒輪m=4>1,且為正常齒制故ha*=1,c*=0.25由等變位齒輪傳動(dòng)可知=%=20°a=a=120齒輪各部分尺寸名稱下齒輪Zi人齒輪Z2計(jì)算公式模數(shù)m4壓力角a20分度圓直徑d60180d=mz,

15、節(jié)圓直徑d60180di=di=zm嚙合角a20'a=a齒頂局ha4.4723.528hai=(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(dòng)系數(shù)y0y=0齒頂局降低系數(shù)y0y=0基圓直徑db56.4169.2db=dcosa齒距p12.56P=mm基圓齒距Pb11.81Pb=pcosa齒厚s6.28s=兀m/2齒槽寬e6.28e=兀m/2頂隙c1c=c*m傳動(dòng)比i3Il2

16、=Wl/W2=Z2/Z1=d2'/d1'3.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已知：從動(dòng)件沖程h,推程和回程的許用壓力角小，小，推程運(yùn)動(dòng)角，遠(yuǎn)休止角s,回程運(yùn)動(dòng)角，從動(dòng)件按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。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(hào)h(mm)s，a'數(shù)據(jù)2550105030753.3.1從動(dòng)件位移曲線的繪制從動(dòng)件推桿的位移隨凸輪轉(zhuǎn)角S變化的，分為四個(gè)過(guò)程分別是:推程、遠(yuǎn)休止、回程、近休止。從動(dòng)件按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，則其推程時(shí)的位移方程為：hl-cos5(5Jr=2則其回程時(shí)的位移方程為:n6hl-cos以從動(dòng)件開始上升的點(diǎn)位S=0,s=0據(jù)此計(jì)算得6（單位:。）s（S）（單位：m

17、m）6102030405060708090100110s2.48.616.422.6252522.60則從動(dòng)件位移曲線圖如下：其中h=25,必=50,80i=10,S0=50,小2=2506（單位:°）s（S）（單位：mm）圖3-9位移曲線圖3.3.1 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(duì)稱。如右圖所示，從動(dòng)件的盤型機(jī)構(gòu)位于推程的某位置上，法線nn與從動(dòng)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(dòng)件的相對(duì)速度瞬心。故vds%"一w/從而有""又由圖中的三角形BCP可得ds'

18、;OPdStana=-+S=S%+$則基圓半徑的計(jì)算公式：ds06rn=sutana將S=S(S)和行%,5=20,計(jì)算得出：r0A23.3mm,取0=35mm,滾子半徑選取r二5mm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r。為半徑作基圓取Bo為從動(dòng)件初始位置，自Bo起沿-w方向?qū)⒒鶊A中心角分為S。、匕、S'。、品對(duì)應(yīng)四段圓弧，并將S。、S'o對(duì)應(yīng)弧進(jìn)行五等分。在從動(dòng)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,B10E11點(diǎn),用光滑曲線連接個(gè)點(diǎn)，所得封閉曲線便是凸理

19、論輪廓曲線。(2)在凸理論輪廓曲線基礎(chǔ)上，以滾子半徑為偏移量作出其等距曲線，即為滾子從動(dòng)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(guò)幾天不斷的努力，身體有些疲憊，但看到勞動(dòng)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(guò)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(huì)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(guò)的非常忙碌充實(shí)。一開始的時(shí)候完全沒(méi)有

20、頭緒，大家集中在圖書館，翻閱了大量的資料，并就進(jìn)行本課程設(shè)計(jì)時(shí)所遇到的問(wèn)題進(jìn)行了討論，大部分問(wèn)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(gè)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(guò)程是一個(gè)從抽象概念到具體產(chǎn)品的演化過(guò)程，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)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(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)逐步求精和細(xì)化的過(guò)程，設(shè)計(jì)初期，我們對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)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(guò)程的深入，這些關(guān)系才逐漸清楚起來(lái)；機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)不斷完善的過(guò)程，各個(gè)設(shè)計(jì)階段并非簡(jiǎn)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。