单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析报告

1、标准实用文案机械原理课程设计说明书题目：单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析二级学院 机械工程学院年级专业机械制造及其自动化学号学生姓名指导教师教师职称文档标准实用文案文档标准实用文案目录第一部分 绪论 1第二部分 课题题目及主要技术参数说明 22.1 课题题目 22.2 机构简介 22.3 设计数据 3第三部分 设计内容及方案分析 63.1 曲柄滑块机构设计及其运动分析 63.1.1 设计曲柄滑块机构 63.1.2 曲柄滑块机构的运动分析 83.2 齿轮机构的设计 1.2. .3.2.1 齿轮传动类型的选择 1.2.3.2.2 齿轮传动主要参数及几何尺寸的计算 1. 33.3 凸轮机构的设计

2、 1.4. .3.3.1 从动件位移曲线的绘制 1.43.3.2 凸轮机构基本尺寸的确定 1.53.3.2 凸轮轮廓曲线的设计 1.6.第四部分 设计总结 1.8. .第五部分 参考文献 1.9. .文档标准实用文案第一部分 绪论内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好 的特点。但是内燃机一般使用石油燃料， 同时排出的废气中含有害气 体的成分较高。 广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、 旋转活 塞式发动机和自由活塞式发动机， 也包括旋转叶轮式的燃气轮机、 喷 气式发动机等， 但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。 塞式内燃机 以往复活塞式最为普遍。 活塞式内燃机将燃料和空气混

3、合， 在其汽缸 内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。 燃气膨胀推动 活塞作功， 再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出， 驱动从动 机械工作。内燃机是一种动力机械， 它是通过使燃料在机器内部燃烧， 并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。 它是将液体或气体 燃料与空气混合后， 直接输入汽缸内部的高压燃烧室燃烧爆发产生动 力。这也是将热能转化为机械能的一种热机。文档标准实用文案第二部分 课题题目及主要技术参数说明2.1 课题题目单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析图 2-1 内燃机机构简图2.2 机构简介内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并 将其放出的热能直

4、接转换为动力的热力发动机。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、 旋转活塞式发动机 和自由活塞式发动机， 也包括旋转叶轮式的燃气轮机、 喷气式发动机 等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。 活塞式内燃机将燃料和空 气混合，在其汽缸内燃烧， 释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃 气。燃气膨胀推动活塞作功， 再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械 功输出，驱动从动机械工作。常见的有柴油机和汽油机， 通过将内能转化为机械能， 是通过做 功改变内能。文档标准实用文案内燃机的工作原理：让燃料在机器内燃烧产生热量向外界传输机械能。 四冲程汽油机 是由进气、压缩、作功和排气

5、完成一个工作循环的。吸气冲程： 活塞下行形成气缸内压力小于于大气压的差， 这个压 力差俗称真空度， 由于真空度的存在使机器外的空气进如气缸。 当活 塞下行到最后位置进气阀门关闭吸气冲程完成。 在机器运转中由于速 度的关系在吸气冲程完成时气缸内的气压是大于大气压的， 在设计上 设置了一个进气门关闭的延迟时间就是为了提高进气量。压缩冲程：吸气冲程完成后活塞上行压缩空气达到一定温度使燃 料燃烧，此时有两种情况， 一种是外界给于点火，另一种是压缩到一 定时候使其自燃 .做功冲程：压缩后燃烧的空气使活塞下行从而将热能转换成机械 能，这种是通过连杆活塞组和曲轴实现的， 在高温高压的燃气的作用 下推动活塞下

6、行通过连杆使曲周做圆周运动， 这个圆周运动就是人们 所需要的机械能， 其能量同过于曲轴连接的设备输出， 其中一部份转 换成势能储存在与曲轴相连的飞轮中， 这个势能以飞轮惯性旋转的形 式释放为内燃机的吸气，压缩，排气这三个冲程提供能量。排气冲程：在飞轮惯性的驱动下活塞上行将燃烧后的废气从打开 的排气阀门中排出， 当活塞行至上终点位置时整个内燃机的工做循环 完成，在飞轮惯性的作用下将开始新的一轮工作循环2.3 设计数据1、曲柄滑快机构设计及其运动分析已知：活塞冲程 H，按照行程速比系数 K，偏心距 e,柄每分钟 转数 n1设计数据表 2-1设计内容曲柄滑块机构的设计符号H （mm ）e （mm ）

7、Kn1 （r/min ）符号215551.05650文档标准实用文案设计数据表 2 -2位置编号28曲柄位置（o ）60o240o图 2 曲柄位置图学生编号33位置编号282、齿轮机构设计已知：齿轮齿数 Z1，Z2，模数 m ，分度圆压力角，齿轮为正 常齿制，在闭式润滑油池中工作。设计内容齿轮机构设计符号Z1Z2ima数据1545341201203、凸轮机构设计已知：从动件冲程 h ，推程和回程的许用压力角 ，推程运动角，远休止角 s，回程运动角，从动件按余弦加速度运动文档标准实用文案规律运动设计内容凸轮机构的设计符号h （mm ）s数据255010503075文档标准实用文案第三部分 设计内

8、容及方案分析3.1 曲柄滑块机构设计及其运动分析 已知：活塞冲程 H ，按照行程速比系数 K，偏心距 e，柄每分钟 转数 n1表 3-1 设计数据表设计内容曲柄滑块机构的设计符号H （ mm ）e(mm ）Kn1（ r/min ）符号215551.056503.1.1 设计曲柄滑块机构以 R， L 表示曲柄、连杆的长度， e 表示曲柄回转中心与滑块移 动导路中线的距离，即偏距； H 表示滑块的最大行程； K 为行程速比 系数,为极为夹角。左图为过 C1，C2，P 三点 所作的外接圆。半径为 r，其中 C1， C2 垂直 C2P,C1PC2= ,C1，C2为滑块的两极限位置， A 为圆上的一点，

9、它至 C1 ，C2 的距离为偏距 e ，即 A 为曲柄的 回中心。曲柄回转中心 A 的位 置。为了能够满足机构连续性条 件， A 点只能在右图所示的 C2AP 上选取，而不能在 pt(p 、t 为滑块处于两极限位置文档180 K 1K14.39C2 时，导路 的垂线与 C1C2P 圆周的交点)上选取 由已知条件可以求出曲柄和连杆的长度 :标准实用文案sinLR2r2sinLRsinHesinLRL2 R2 eH sincos2 2 2(L R)2 (L R)2 H 22(L R)( L R)2(L2 R2) H 22( L2 R2)42eHcos -2eH2 H sin4sin2eHcos 2

10、eH2 H sinRL4sin106mm407mm可得 R=106mm ，L=407mm 。按此比例作出曲柄滑块机构的运动简图如图 3-2 所示图 3-2 机构运动简图文档标准实用文案3.1.2 曲柄滑块机构的运动分析1.解析法分析滑块的运动位移分析：由上图可根据曲柄滑块简图及几何知sin ECB故 cosRsin -eLECBR sin - e 2L2L2 Rsin - e 2则 S Rcos Lcos ECBRcosRsin-e2位移 s 数据表 3-2S 的位置弧度S/mmS000509.2667S1300.523599498.7938S2601.047198458.3330S3901.

11、570796403.7920S41202.094395352.3330S51502.617994315.1964S61803.141593297.2667S72103.665191300.6105S82404.18879326.6039S92704.712389373.8021S103005.235988432.6039S113305.759587484.2079S123606.283185509.2667文档标准实用文案速度分析：dsdtRsin2R2sin2 -2e Rcos2 L2 Rsin -e 2加速度分析：dvdt2Rcos2R2cos2 e 2RsinRsin -e 22R2si

12、n2 -2e Rcos34 L2 Rsin -e 2 22.图解法分析机构的二个瞬时位置 利用图解法作机构的两个瞬时位置的速度和加速度多边形 已知曲柄滑块机构的尺寸及 2 个位置，构件 1 的转速 n1 ，用图 解法求连杆的角速度 w2 及角加速度2 滑块上 C 点的速度和加速度。 a 曲柄位置：1 ）曲柄位置为 60 位置图取 l = 5 （ mm/mm ）图 3-3 曲柄位置图 =150文档标准实用文案已知W1VB=2 1= 68rad/sW1R7.2m/sVcVBVCB方向大小？2 )速度多边形图v =0.2(m/s)/mm图 3-4 速度多边由图 3-4 可知形Vc v pc 6.6m

13、/sVCB v bc 3.4m/svCB2 8.354 rad /sLn aB21R490m / s2n aCB22L28.4m/sacn aBatBnt aCB aCB3)加速度多边形a =10 m/s2 mm图 3-5 加速度多边形方向 大小 ？0?aca.pc2235m/s2由图 3-5 可知： aCt Ba.nc421m / s2文档a2aCB 1034.398rad /s2 t标准实用文案b.曲柄位置4）曲柄位置为 240 的位置图取l = 5（mm/mm ）图 3-6 曲柄位置图2 )速度多边形v =0.2(m/s)/mmVC大小 ？方向 VB VCB？图 3-7 速度多边形由图

14、3-7 可知：VC pc 4.98m / sVCB Vbc 3.8m/s文档标准实用文案3)加速度多边形a =10 m/s2 mmaBnVCB 9.337 rad / s L22L 35.48m/satBaCB大小：由图 3-8 可知：aca.pc360m/ s2aCt Ba.nc445m/ s2a2aCB 1093.66rad /s2 t3.2 齿轮机构的设计图 3-8 加速度多边形 方向 ： 0？已知：齿轮齿数 Z1,Z2, 模数 m ，分度圆压力角 ，齿轮为正常齿 制，在闭式润滑油中工作。设计数据表 3-3设计内容齿轮机构设计符号Z1Z2imaa数据1545341201203.2.1 齿

15、轮传动类型的选择由最小变位系数， Xmin =(ZZmmininZ)ha*，其中 Zmin =17 则有：文档标准实用文案17 15X1 17 15 =0.1181717 45X2 17 45 =-1.64717选择等变位齿轮传动则：X1=-X 2X1+X 2=0取 X1=0.118X2=-0.118X1+X2=0 且X1=-X 20。此类齿轮传动称为等变位传动。由于X1+X2=0, 故:a = a ， = , y=0, y=0 即其啮合角等于分度圆压力角中心距等于中心距节圆与分度圆 重合，齿顶圆不需要降低。 对于等变位齿轮传动为有利于强度的提高， 小齿轮应采用正变位， 大齿轮采用负变位， 使

16、大小齿轮的强度趋于 接近从而使齿轮的承载能力提高。3.2.2 齿轮传动主要参数及几何尺寸的计算已知：齿轮齿数 Z1=15,Z 2=45, 模数 m=4 ，分度圆压力角 =20 。， 齿轮为正常齿制，在闭式润滑油池中工作齿轮 m=4 1 ，且为正常齿制故 ha*=1 ，c*=0.25 由等变位齿轮传动可知 = =20 。 a=a=120齿轮各部分尺寸表 3-4名称小齿轮 Z1大齿轮 Z2计算公式模数 m4压力角20分度圆直径 d60180d=mz节圆直径 d 60 180d=d=mz啮合角20a=a*齿顶高 ha4.4723.528ha= ( ha +x )*齿根高 hf4.5285.472hf

17、= (ha +c -x )齿顶圆 齿根圆直径 da 直径 df68.94450.944187.056169.056d a=d+2h a df =d-2h f文档标准实用文案中心距 a120a=a=m （ z +z ） /2中心距变动系数 y012y=0齿顶高降低系数 yy=0y=0齿顶高降低系数 基圆直径 dbb齿距 p12.56b齿距 p 基圆齿距 p12.56P= m基圆齿距 pb 齿厚 s6.625.94bS= （/2+2xtan ）m齿厚 齿槽宽 e齿槽宽顶隙 c*顶隙 c 传动比 i1c=c mI12=1/ 2=z2/z1=d 23.3 凸轮机构的设计已知：从动件冲程 h ，推程和回

18、程的许用压力角 ，推 程运动角，远休止角 s，回程运动角，从动件按余弦加速度运 动规律运动。设计数据表 3-5设计内容凸轮机构的设计符号H（ mm ）s数据2550105030753.3.1 从动件位移曲线的绘制从动件推杆的位移随凸轮转角的变化而变化，分为四个过程分 别是推程，远休止，回程，近休止。 从动件按余弦加速度运动规律运动，则其推程时的位移方程为：h1-cos0S= 2其回程时的位移方程为：h1 cos0 S= 2以从动件开始上升的点位 =0 o，s=0文档标准实用文案据此计算得（单位：o） s（）（单位： mm ）102030405060708090100110s2.48.616.4

19、22.6252522.616.48.62.40则从动件位移曲线图如下：其中 h=25 ，0=50 ，01 =10 ，0 =50 ，02 =250（单位：o）s（）（单位：mm ）图 3-93.3.2 凸轮机构基本尺寸的确定文档根据许用压力角计算出基圆半 径最小值，凸轮形状选为偏距为零且 对称。如右图所示，从动件的盘形机 构位于推程的某位置 ，上法线 n n 与从动件速度 VB 夹角为轮廓在 B 点的压力角，p 点为凸轮与从动件的 相对速度瞬心。标准实用文案故 VP = V = W OP图 3-10ds d又由图中的三角形 BCP 可得ds OPd tan = S0 S = r0 sds从而有v

20、 OP= w1 =则基圆半径的计算公式： r0 tands将 s= 是（） dt15 和= 代入上式计算得出： r0 66.4mm ，取 r0=80mm ，滚子半径选取 rr =10mm3.3.2 凸轮轮廓曲线的设计 根据反转法建立直角坐标系。(1) 以r0为半径作基圆取从动件初始位置，自 B0起沿-w 方向将 基圆中心角分为 0，01 ，0 ，02 对应四段圆弧，并将 0，0 对应弧进行五等分。 在从动件位移曲线图上量取各相应的行程以此为 半径并分别以基圆上的 1，2，10， 11 点为圆心作弧，令其与各等分点相交于 B1， B2,B10,B11 点，用光滑曲线连接各点，所得封闭曲线便是凸理

21、论轮廓曲线。(2) 在凸理论轮廓曲线基础上，以滚子半径为偏移量作出其等距 曲线，即为滚子从动件凸轮工作轮廓曲线。凸轮轮廓曲线如下：文档标准实用文案文档标准实用文案第四部分 设计总结机械原理课程设计已经结束， 经过一周的奋战我们的课程设计终 于完成了， 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练， 是我 们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足 下”，通过这次课程设计， 我深深体会到这句千古名言的真正含义 我 们今天认真的进行课程设计， 学会脚踏实地迈开这一步， 就是为明天 能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础说实话，课程设计真的有点累需要靠自己的毅力，坚持和一个 团队的合

22、作。然而，当我们一着手整理自己的设计成果，漫漫回味这 一周的付出与努力，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消因为我们的课程设计只有一周余的时间， 所以时间上非常紧， 容 不得我们有丝毫懈怠， 除了在寝室休息食堂吃饭其他时间都是在做课 程设计。这个过程中我们团队在网上收集资料，选定方向，提出初步 的方案，经过几次不断地反复修改和讨论，我们确定了设计的方向。 这个阶段我们分工明确，有条不紊，我想这是我最充实的几天，经过 概念设计后我们对方案都认为有深刻的了解，可是真正落实到细节， 我们低估了它的困难性， 在设计时遇到大量的专业知识问题， 除了向 老师咨询外， 还需要自己去重新查阅资料， 而且很多资料都需要花大 量的时间去阅读，思考，最