单缸四冲程柴油机机构设计

机械原理课程设计 说 明 书 设计题目：单缸四冲程柴油机机构设计 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 设 计 者： 指导教师： 提交日期 ： 1 1、 机构简介 柴油机是内燃机的一种，如图 1 所示。它将柴油燃烧时所产生的热能转变为机械能。往复式内燃机的主运动机构是曲柄滑块机构，以气缸内的燃气压力推动活塞 3 经连杆 2 而使曲柄 1旋转。 图 1 柴油机机构简图及示功图 四冲程内燃机是以活塞在气缸内往复移动四次（对应于曲柄轴转两转）完成一个工作循环。在一个工作 循环中气缸内的压力变化可用示功器或压力传感器从气缸内测得，然后将压力与活塞位移的关系绘成曲线图，称为示功图，见图 1（ b）。 现将四冲程柴油机的压力变化关系作一粗略介绍： 进气冲程：活塞下行，对应曲柄转角 =0 180 ，进气阀开启，空气进入气缸。汽缸内指示压力略低于 1 个大气压，一般可以 1 个大气压来计算。进气结束时，进气阀关闭。如示功图上的 a b 段。 压缩冲程：活塞上行，对应曲柄转角 =180 360 ，将进入气缸的空气压缩。随着活塞的上移气缸内压力不断升高。如示功图上的 b c 段。 膨胀冲程：在压缩冲程结束前，被压缩空气的温度已超过柴油的自燃温度。因此当高压油泵将柴油喷进燃烧室时，呈雾状细滴的柴油与高温空气相接触，立即爆炸燃烧，使气缸内的压力骤增至最高点。燃气产生的高压推动活塞下行，通过连杆带动曲柄旋转对外作功。对应曲柄转角 =360 540 ，随着燃气的膨胀活塞下行气缸容积增大，气缸内压力逐渐降低，如示功图 2 上 c d 段。 排气冲程：排气阀开启，活塞上行将废气排出。气缸内压力略高于 1 个大气压，一般亦以一个大气压计算。对应曲柄转角 =540 720 ，如示功图上 d a 段。 进、排气阀的开启是通过凸轮机构控制的。凸轮机构是通过曲柄轴上的齿轮 凸轮轴上的齿轮 传动的。这一对齿轮称为正时齿轮 ，由于一个工作循环中，曲柄轴转动两周而进、排气阀各开启一次，所以正时齿轮的传动比为 。 由上可知，在一个工作循环的四个冲程中只有一个冲程是作功的，其余三个冲程都要依靠机械的惯性来带动、要消耗功的。因此曲柄会由于驱动力的不均匀而引起速度波动。为了减小速度波动，曲柄轴上应加装飞轮来进行调速。 2、 已知数据 已知数据表 设计内容 曲柄滑块机构的运动分析 曲柄滑块机构的动态静力分析及飞轮转动惯量的确定 符号 H h D 2 01 单位 mm r/ 数据 120 4 80 1500 100 200 210 20 10 h s a 22 44 5 20 20 50 10 50 30 75 示功图数据表 位置编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 曲柄位置（） 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 05N/1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 工作过程 进 气 压 缩 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 375 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 60 3 1 1 1 1 膨 胀 排 气 3 3、 设计内容 我的学生编号为 1 ，即计算 1， 10 两个位置。 （ 1） 曲柄滑块机构的运动分析 1）根据已知数据 ，取 0 画机构运动简图（ 1）。 2）运动分析 1 位置 速度分析： 4 加速度分析： 10 位置 速度分析 ： 5 加速度分析 ： （ 2） B 点运动曲线绘制 同组同学计算 B 点在个位置的运动参数值如下表： 位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 速度（ m/s） 加速度（ m/ 位置 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 速度（ m/s） 加速度（ m/ 6 注 :规定速度向上为正，向下为负；加速度向上为正，向下为负。 作 B 点的速度图（ 11） ,由图解积分方法画出的位移图（ 12）和加速度图（ 13）。 （ 3） 导杆机构的动态静力分析 1 位置曲柄滑块机构动 态静力分析 a. 各运动副的反作用力 7 8 b. 曲柄上所需加的平衡力矩 4、 选作 我选做的题目是：（单缸四冲程内燃机飞轮设计） ,选用的是方案 （ 1）选用 5 ( )M ，在 2A 号图纸上绘画驱动力矩曲线 用图解积分法绘制驱动功 图解微分法确定常熟等效阻力矩 值。 （ 2）绘制盈亏功 W 曲线，确定最大盈亏功（ 即 A 值，计算飞轮转动惯量 9 5、 设计心得体会 通过几天的课程设计，让我感触最深的就是一个人要想做好 一件事，就必须要静下心来，明白自己要做什么，做这些事时，又需要什么，应如何把它做好。 在听说要上机械设计课之后，带着好奇之心，就大体地看了看那本机械课程设计指导书，最后，也没有什么收获，只觉得这些太难，自己懂得东西太少了。最后，到了上课时候，也是一知半解的，不知真正要做的是什么，于是，就上网查阅了一些资料，明白了具体要做什么，如何去做。经过几天的查找以及学习，列了一点提纲，然后便开始进行课程设计。 设计的最初，我们就要选择哪个比例尺对于我们才是最合适的，毛毛燥燥的我们，总是不断地尝试着，但我们并不不 感觉到烦，因为我们大家一起选择着，一起探索着。第一天，我们完成的图并不多，不是因为它有多难，而是因为我们太过粗心，总是不能把平行与垂直做好，画了一次又一次，但那天我们却得到了最为珍贵的东西，在这一天的设计中，我们找寻到了画图的感觉，并真正地喜欢上了这门设计课。在那里，我们从早上一直待到晚上，一起画着图，说一些自己的看法，每一个人都积极地展现着他们的本色 ，脸上露出满满的笑容。由于每一个人所涉及的范围都不一样，相互的讨论，不仅让我们进一步掌握了设计内容，更加清楚地了解了这一课程设计的意义，更让我们进一步加深了 课