沖程內(nèi)燃機-機械原理課程設計說明書

1、X X 大學機械原理課程設計說明書四沖程內(nèi)燃機設計院（系）機械工程學院專 業(yè) 機械工程及自動化班 級XX機械工程X班學生姓名XXX指導老師XXX年 月日課程設計任務書茲發(fā)給 XXX班學生 XXX 課程設計任務書,內(nèi)容如下：.設計題目： 四沖程內(nèi)燃機設計.應完成的項目：(1)內(nèi)燃機機構運動簡圖 1張(A4)內(nèi)燃機運動分析與動態(tài)靜力分析圖 1張(A3)(3)力矩變化曲線圖1張(A4)(4)進氣凸輪設計圖1張(A4)(5)工作循環(huán)圖1張(A4)(6)計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量(7)計算內(nèi)燃機功率(8)編寫設計說明書1份.參考資料以及說明：(1)機械原理課程設計指導書2.本設計任務書于20X X年1月4日發(fā)出，

2、應于20X X 年1月15日前 完成，然后進行答辯。指導教師 簽發(fā)201 X 年12月汕日課程設計評語:課程設計總評成績:指導教師簽字：201% 年 1 月 15 TOC o 1-5 h z 摘 要 1第一章緒論 21課程設計名稱和要求 22課程設計任務分析 2 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 第二章 四沖程內(nèi)燃機設計 4 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 1機構設計 42運動分析 73動態(tài)靜力分析 114飛輪轉(zhuǎn)動慣量計算 165發(fā)動機功率計算 186進排氣凸輪設計 187工作循環(huán)分析 19

3、HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 設計小結 21 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 參考文獻 22摘要內(nèi)燃機是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內(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。四沖程內(nèi)燃機是將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃氣。燃氣膨脹推動活塞作功，把曲軸轉(zhuǎn)兩圈 (720 ) ， 活塞在氣缸內(nèi)上下往復運動四個行程， 驅(qū)動從動機械工作，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機。本課程設計是對四沖程內(nèi)燃機的運動過程進行運動分析、動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量

4、、發(fā)動機功率等，設計一款四沖程內(nèi)燃機。關鍵詞 ： 四沖程內(nèi)燃機；運動分析；動態(tài)靜力分析第一章 緒論1 1 課程設計名稱和要求課程設計名稱：機械原理課程設計，四沖程內(nèi)燃機設計課程設計要求：1）要有良好的學風及嚴格的紀律2）每位同學都要獨立完成自己的設計任務。3）圖面質(zhì)量的要求） 圖幅、線型、標題欄等均要符合國標。）不用徒手畫圖，圖紙上不能寫有關的計算公式、計算結果。4）說明書要求）說明書不得涂改）說明書要有封面、任務書、評語、目錄、正文、及參考資料等）封面、任務書、評語三項打印外，其余統(tǒng)一用 A4 打印。5）所有圖紙要疊好（按4 號圖紙的大?。?，連同說明書一起裝在檔案袋內(nèi)。6）按規(guī)定時間來答辯

5、。7）齒輪傳動要按照無根切條件考慮。（ 采用變位齒輪）課程設計任務分析機構設計根據(jù)行程速比系數(shù)K及已知尺寸確定機構的主要尺寸，并繪制機構運動簡圖1 張（A4） 。運動分析圖解求出連桿機構的位置、速度與加速度，繪制滑塊的位移、速度與加速度曲線，完成運動分析圖。動態(tài)靜力分析通過計算和圖解，求出機構中各運動副的約束反力及應加于曲柄OA 的平衡力 TOC o 1-5 h z 矩 Mb ，完成動態(tài)靜力分析圖。運動分析與動態(tài)靜力分析畫在一張圖中（A3） 。計算并畫出力矩變化曲線圖 1 張（A4） 。計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量J F 。計算發(fā)動機功率。用圖解法設計進、排氣凸輪，完成進氣凸輪設計圖 1 張（A4） 。繪

6、制內(nèi)燃機的工作循環(huán)圖 1 張（ A4） 。完成設計說明書（約 20 頁） 。第二章四沖程內(nèi)燃機設計2. 1機構設計1.確定初始數(shù)據(jù)=300活塞行程活塞直徑推桿偏距行程速比系數(shù) 連桿質(zhì)心位置 曲柄重連桿重 滑塊重H(mm)D(mm) = 190e(mm) = 50K =lAC/LAB =Q1(N) = 160Q2(N) = 130Q3(N) = 200連桿通過質(zhì)心軸C2的轉(zhuǎn)動慣性半徑c(mm2)曲柄轉(zhuǎn)速n1（rpm） = 610 TOC o 1-5 h z 發(fā)動機許用速度不均勻系數(shù)6=進氣凸輪推程h1 = 9進氣凸偏距e1 = 6進氣凸偏基圓直徑d01min = 50進氣門開放提前角-10排氣凸

7、輪推程h2 = 10排氣凸偏距e2 = 8排氣凸偏基圓直徑d02min = 50排氣門開放提前角-32。速度、加速度、動態(tài)靜力分析中對應點A1齒輪參數(shù)m= mm2.計算連桿及曲柄的長度20 ha 1 c 0.25z2z 214 z3 z 372 z1361）圖解法求連桿和曲柄的長度設曲柄長度為r、連桿的長度為l ,活塞行程H由已知數(shù)據(jù)知 e= 50 （mrm H = 300 （mrm K=OB l r （極限位置1） OB 1r （極限位置2）根據(jù)K值求極位夾角:K 1180,已知K值為,算得 =如圖2-1所示，借助SolidWorks軟件畫出一條與活塞推程 H相等距離的水平線BB , 在B點

8、處作一點垂線，以B點為起點作一條線與垂線相交形成一個三角形，并使兩條線的夾角等于。再做一條水平線與 BB的距離為活塞偏置距e=50 （mm, 以三角形斜邊的中點為圓心，斜邊距離的一半為半徑作圓，O為圓與水平線相交的 點，連接 OB、OB ,則 OB l r , OB l r圖2-1圖解法確定連桿和曲柄的長度OB OB 431.642由此可得曲柄r和連桿lOB OB r 148. 8522)編程計算、校核設計原理:如圖2-2所示，設曲柄長度為、連桿的長度為l ,活塞行程HOB l r （極限位置1）OB l r （極限位置2）180可求HR CBi 2sinOE . (OC)2 (CE)2=.(

9、OC)2 (CD DE)2=.R2 (Rcos e)2(1)22OB l r . (OF) eHOF OE 一 2.1 OE . 1 OE sin sin OCROBl r 2Rsin 2聯(lián)立（1）、（2）式求解，可求出連桿的長度l及曲柄的長度r利用Labview編程軟件制作程序如圖2-3,所示具體結果如圖2-4所示圖 2-3 Labview 程序圖2-4 Labview程序前面板3.繪制內(nèi)燃機的機構運動簡圖。由初始數(shù)據(jù)可知齒輪的參數(shù)如表 2-1所示表2-1齒輪參數(shù)齒數(shù)模數(shù)m分度圓直徑變位系數(shù)基圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑分度圓上的齒厚公法線長Zi36126Z2、Z 21449Z3 Z 3722

10、52利用SolidWorks軟件畫出機構簡圖如圖2-5所示圖2-5機構簡圖運動分析1、速度分析(1)在CAD中新建一個零件圖，在任意處以曲柄長度r畫一個圓，圓心為 O,以圓心為起點，r為長度畫一條直線，與圓 O交于點A,再畫一條無限長度豎直線，以 A為起點畫 線與豎直線相交于點 B,長度為l , 一個簡易的機構運動簡圖就完成了。在簡圖上定出當 OA與AB共線和垂直的四個點， 并以上共線點在圓上陣列出 12個點，此時圓上共有15個 點。如圖2-6所示。圖2-6運動簡圖(2)圖解法求速度作出速度方程式如下：Vb方向：大?。篤 A V BAOA AB1lOA圖2-7速度矢量三角形如圖2-7所示，在S

11、olidWorks中任取一點p作為速度極點。從點p出發(fā)做代表VA的矢量 pa（ OA且pA Va/ v）,再分別過點a和p做代表Vba的方向線ab （ AB）,代表Vb 的方向線pb（豎直方向），兩者相交于點B,在線段ab上截出一點C,使得lac/1ab =, c點 即為連桿的質(zhì)心點，連接pc,則pc的長度即為Vc2的大小。賦予速度矢量三角形 一些約束，則速度矢量三角形可跟著機構運動簡圖的運動而變化，（v 1:100）則Vba vab , Vbv pb , 52v pc連桿的角速度則為Vabvab2 ab在運動分析圖中將曲柄移動一個點，記錄一組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表2-2所示（S為連桿上端點與活塞推程

12、最高點的距離）。表2-2各點速度ftgSVAB(m/s)Vc2(m/s)VB(m/s)3 2A000A1A2A2A3A4A5A6A63000A7A8A9A9A10A11根據(jù)速度表格中的數(shù)據(jù)繪出S的曲線如圖2-8所示，繪出Vb的曲線圖如圖2-9所示。圖2-8 S曲線圖圖2-9 VB曲線圖2、加速度分析(1)列出加速度的方程式aB a a方向：AO大?。?210AnaBAaBAAB21AB在SolidWorks中任取一點p作為加速度極點。從點p出發(fā)作代表aA的矢量pa (由機構圖上的點A指向點Q且pa 也)；再過點a和p,作代表aBAa, t n .(aBAabaB pb a 1：10000aB塞

13、上的氣體壓力求解運用公式P pi F(N)(數(shù)值查附表一可得)2F (cm 2)F 活塞的面積(cm)2根據(jù)附表一表中的數(shù)據(jù)找到對應的 pi ,所以PpiF (N)由原始數(shù)據(jù)已知連桿重量Q2,活塞重量Q3 ,上面所求得的%2, aB ,然后求出作用于構件上的慣性力PI2 ,m2 aC2(NDPI3m3 aB(N)可以求出，活塞上所受合力的大小及方向P P P3 Q34）已知連桿重量Q2,上面所求的2,C2 = 0. 15l Ab,即可求作用于構件上的慣性力矩JC m2 C （ Kg R）（見原始數(shù)據(jù)）M i2JC2 2（N m）5）以構件2、3為示力體，將作用在構件2上A點處的反力R12分解為

14、R2和Rt2 （方 向先假設），取 MB=0,求出R2。如圖2-14,用圖解法求出hi,h2取 MB , 設M逆時針為正，則R2 Iab-Q h 1 P2 hi1 MI2 0即R21 M12lAB圖2-14示力圖6）以構件2、3為示力體，取 F0,利用圖解法求出R1；和R03,畫受力分析圖如圖2-15,用矢量法解得R2 , R3, R12圖2-15受力分析矢量圖7）以構件3為示力體，對滑塊進行受力分析如圖2-16圖2-16滑塊受力分析圖8）以構件1為示力體（構件1的重力忽略不計），取 F 0,求出R1,再由M =0,求出Mb對曲柄做受力分析如圖2-17 ,量得h3,又先 R21M b R21

15、h3圖2-17曲柄力矩圖上述要求的數(shù)據(jù)可以通過原始數(shù)據(jù)與已經(jīng)求的數(shù)據(jù)通過excel表格求得如下表格2-4所小表格2-4動態(tài)靜力分析各點數(shù)據(jù)ftga 2ac2aBpiP(N)卜止P3 (N)P(N)P2 (N)Mb（n*m）逆正A000A1-1A2-1A211-1A3-1A4-1A5-1A6-1A6-1A7-1A8A95A98A1015A11A12140A13140A14A1411A15A1615A17A18A18A191A201A211A211A221A231hl逆正(mmh2逆正(mimRl2 (N)Rni2(N)R03R12h3Mb-28713飛輪轉(zhuǎn)動慣量計算1.繪制力矩變化曲線Mb =

16、Mb ()1)把心=小()曲線作為Md=Md ()曲線(驅(qū)動力矩曲線)將所得30jMb值，在A3圖紙上畫出去變化曲線，即 Md = Md ()曲線，如 圖 2-18圖2-18力矩變化曲線圖2)以Mb的平均值作為阻抗力矩Mr (常數(shù))。這是因為在周期性的速度波動中， 一個波動周期內(nèi)的輸入功等于輸出功。即d r E 0,首先，根據(jù)圖2-16用CADft接得出圖中各個區(qū)域內(nèi)的面積，如表 2-5所示 表2-5力矩各區(qū)域面積單兀面積f 1f 2f 3f 4f5f 6面積大小(mm2)根據(jù)已知數(shù)據(jù)求阻抗力矩(Mr MrH f-f2一f3一f4一f5一f6(mm)= (mm根據(jù)求出的H值，畫Mr=Mr ()

17、阻抗力矩曲線，如圖2-19所示圖2-19阻抗力矩曲線以H為界，H以上為盈功，以下為虧功。且盈功為正，虧功為負值，用CADt各部分面積，所得數(shù)據(jù)如表2-6。表2-6阻抗力矩曲線各區(qū)域面積區(qū)域面積f 1f 2f 3f 4f 5f 6f 7回積人小(mm2)根據(jù)上面各區(qū)域的面積，用公式WifiMd ,求對應的功得:f15559. 672W2f2Md624. 534W3f311288. 65f4Md21494. 16W5f5Md7320. 204W6f62176. 56Md16. 073）根據(jù)上面數(shù)據(jù)，求在各個位置上功的累積變化量WWaW1 =WbW+W2 =W+W?+W3 =W1+W2+W3+W4

18、=W1 +w2+w3 +w4 +w5 =WfW1 +W2 +W3 +W4 +W5 +W6 =WgWmax(Ng!Wmin(Nn)l皿 +W2 +W3 +W4 +W 5 +W6 +W7 =所以，根據(jù)上面數(shù)據(jù)可得從而得到最大盈虧功WmaxWmax =WmaxWmin(Nm根據(jù)許用不均勻系數(shù),求等效構件上所需的等效轉(zhuǎn)動慣量已知J e0. 012W m ax2m從而得到J = (kg*m2)飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：Je JfJ c不考慮各構件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量Jc忽略不計,2、Jf Je= (kg*m)發(fā)動機功率計算由公式 N - (HP) , H=,L=, Mb =100,=,260 750ni=610,解得

19、N=進排氣凸輪設計已知：兩凸輪的推程角均為60 ,回程角均為60 ,遠休止角均為10。查表知， 進氣凸輪的行程 h=9mm ,偏距e=6mm ,基圓半徑r=50mm;排氣凸輪的行程 h=10mm ,偏距e=8mm ,基圓半徑r=50mm。然后用CA庶圖：先畫基圓和偏距圓，然后設定推桿初始位置，再把基圓等分為 36個點，一點10度，根據(jù)已知要求，從初始位置開始逆時針方向依次過等分點畫 相切與偏距圓的點，按照要求每轉(zhuǎn)過十度推桿上升一定高度，具體數(shù)值如表2-7把描好的點用曲線光滑連接。然后把推桿的滾輪畫上，將原軌跡放縮，就得到了凸 輪的運動圖，畫出的凸輪如下圖(圖2-20為進氣凸輪，圖2-21為排氣凸輪)。表2-7凸輪設計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)角進氣凸輪推程位移進氣凸輪回程位移排氣凸輪進程位移排氣凸輪回程位移009010109.20277.3055407