单缸四冲程柴油机课程设计说明书

1、机械原理课程设计说明书设 计 题 目：单缸四冲程柴油机院（系、部）：机械工程学院专业：材料成型及控制工程班级：01 班学号：1003040124设计者 ：解志强指导教 师：王靖2012年 12 月 20 日湖南科技大学机械原理课程设计（论文）目录第 1章设计要求(2)1.1(2)1.2(2)1.3(3)1.4(4)第 2 章连杆机构设计和运动分析(5)2.1(5)2.2(5)2.2(5)2.3(7)第 3 章 齿轮机构传动设计(8)3.1(8)3.2(8)第 4 章 凸轮机构设计(11)4.1(11)4.2(11)4.3(12)4.4(13)(14)(14)1湖南科技大学机械原理课程设计（论文

2、）第 1章设计要求1.1设计任务设计一个四冲程内燃机。机器的功能与设计要求：该机器的功能是把化学能转化成机械能。须完成的动作为：活塞的吸气，压缩，做功，排气 4 个过程，进，排气门的开关与关闭、燃料喷射。1.2设计思路设计四冲程内燃机的关键点在于活塞的吸气，压缩，做功，排气以及气门的开闭几个动作的完成。 而怎样将这个几个动作完成并按照运动循环图结合起来这是我们完成这次课程设计所需要解决的问题。所以，我将从这些方面入手，依据这些需要来选择机构。1.3机构简介柴油机（如附图 1（a）是一种内燃机，它将燃料燃烧时所产生的热能转变成机械能。往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，以气缸内的燃气压力推动活

3、塞 3 经连杆 2 而使曲柄 1 旋转。本设计是四冲程内燃机， 即以活塞在气缸内往复移动四次（对应曲柄两转）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由示功图（用示功器从气缸内测得， 如附图 1（b）所示），它表示汽缸容积 （与活塞位移 s 成正比）与压力的变化关系，现将四个冲程压力变化做一简单介绍。进气冲程：活塞下行，对应曲柄转角 =0° 180°。进气阀开，燃气开始进入汽缸， 气缸内指示压力略低于 1 个大气压力，一般以 1 大气压力算，如示功图上的 a b。压缩冲程：活塞上行，曲柄转角=180° 360°。此时进气完毕，进气阀关闭，已吸

4、入的空气受到压缩，压力渐高，如示功图上的bc。做功冲程：在压缩冲程终了时， 被压缩的空气温度已超过柴油的自燃2湖南科技大学机械原理课程设计（论文）的温度，因此，在高压下射入的柴油立刻爆燃，气缸内的压力突然增至最高点，燃气压力推动活塞下行对外做功，曲柄转角=360° 540°。随着燃气的膨胀，气缸容积增加，压力逐渐降低，如图上cb。排气冲程：活塞上行，曲柄转角 =540° 720°。排气阀打开，废气被驱出，气缸内压力略高于 1 大气压，一般亦以 1 大气压计算，如图上的 ba。进排气阀的启闭是由凸轮机构控制的。 凸轮机构是通过曲柄轴O 上的齿轮 Z1 和凸

5、轮轴上的齿轮Z2 来传动的。由于一个工作循环中， 曲柄转两转而进排气阀各启闭一次，所以齿轮的传动比i12=n1/n2 =Z1/Z2 =2。由上可知，在组成一个工作循环的四个冲程中， 活塞只有一个冲程是对外做功的，其余的三个冲程则需一次依靠机械的惯性带动。（a）机构简图（ b）示功图图 1-1柴油机机构简图及示功图3湖南科技大学机械原理课程设计（论文）1.4设计数据表 1-1设计数据表设计内曲柄滑块机构的运动分析曲柄滑块机构的动态经历分析及飞轮转动惯量的确定容符号HlAS2n1D hDG1G2G3Js1Js2Js3单位mmmmr/minmmNKg·m 2数据12048015001002

6、0021020100.10.050.21/100齿轮机构的设计凸轮机构的设计Z1Z2mhsmm°mm°2244520205010503075表 1-2示功图数据表位置编号123456789101112曲柄位置306090120150180210240270300330360（°）气缸指示压力1111111116.519.535/(1052N· m)工作过程进气压缩121314151617181920212223243753904204504805105405706006306606907206025.59.5332.521.511111做功排气4湖南科技

7、大学机械原理课程设计（论文）第 2章连杆机构的运动分析2.1连杆机构的设计要求已知：活塞冲程 H，连杆与曲柄长度之比 ，曲柄每分钟转数n1。要求：设计曲柄滑块机构，绘制机构运动简图，做机构滑块的位移、速度和加速度运动线图。2.2杆件尺寸的确定曲柄位置图的做法如附图2 所示，以滑块在上指点是所对应的曲柄位置为起始位置（即 =0°），将曲柄圆周按转向分成12 等分分得 12 个位置 112，12（ =375°）为气缸指示压力达最大值时所对应的曲柄位置， 1324 为曲柄第二转时对应的各位置。1）设曲柄长度为r，连杆长度为 I，由已知条件： =I/r=4，H=（I+r）-（ l-

8、r）=2r=120mm可得 r=60mm，l=240mm 按此尺寸做得曲柄滑块机构的机构运动简图。SOB12 12rI111A1029384756图 2-1曲柄滑块机构运动简图图 2-2曲柄位置图2.2杆件运动的分析与计算由几何知识 ： sin OBA=5湖南科技大学机械原理课程设计（论文）得： cos OBA=(2-1) s=rcos +I cos OBA= rcos +I(2-2)V=- rsin-(2-3)22sin 264 cos 2sin21432sin1AdV2- rcos4* I(2-4)2dt322 1sin4把各点的角度分别代入上式（2-2 ）（2-3 ）（2-4 ）得：S1

9、=S11=290.079mmS2=S10=264.307mmS=S=232.379mmS4=S=204.307mm398S5=S7=186.156mmS 6=180.000S 12=300.000mmV=-V =-5.741m/sV=-V =-9.207m/s111210V3=-V9=-9.425m/sV4=-V8=-7.117m/sV=-V =-3.684m/sV6=V =0m/s5712a1=a11=1282.86m/s2a2=a10=739.401 m/s 2a3=a9=-1.598 m/s 2a4=a8 =741.036 m/s 2a5=a7=-1281.34 m/s 2a6=-147

10、8.9 m/s 26湖南科技大学机械原理课程设计（论文）2.3图解法作杆件的运动分析对点 1 做速度分析，即o30 ，如下图所示，向量 ab 表示 vab，向量 pb表示 vb ，向量 pa则表示 OA杆做圆周运动的速度va 。图 2-3点 1 的速度分析图有： vb =va + vab方向： BOOA AB大小： ？r2？7湖南科技大学机械原理课程设计（论文）第 3 章齿轮机构的设计3.1齿轮机构的设计要求已知：齿轮齿数 Z1，Z2，模数 m，分度圆压力角 ，齿轮为正常齿制，再闭式润滑油池中工作。要求：选择两轮变位系数， 计算齿轮各部分尺寸，用 2 号图纸绘制齿轮传动的啮合图。3.2齿轮参数

11、的计算1) 齿轮基本参数：注：下面单位为 mm模数 ： m=5压力角：20齿数：z1 =22z2 =44齿顶高系数 ：ha1.0齿根高系数：c0.2 5传动比：iz2 / z1齿顶高变动系数：x1x2y分度圆直径：d1mz1d2mz2基圆直径：db1mz1 c o sdb2mz2 cos齿顶高：ha1m hax1)(ha2m hax2)(（3-1 ）（ 3-2 ）（ 3-3 ）（ 3-4 ）（ 3-5 ）（ 3-6 ）（ 3-7 ）8湖南科技大学机械原理课程设计（论文）齿根高：hf 1m hcx( a1 )hf 2m hc x2 )(a齿顶圆直径：da1d12ha1da 2d22ha 2齿根圆

12、直径：d f 1d12h f 1d f 2d 22hf 22)实际中心距 a 的确定 ：a m(z1z2 )2a =（a/5+1 ） 53)啮合角：cos( )m( z1z2 )cos()2inv2tan( x1x2 ) /( z1z2 )inv4) 分配变位系数 x1、 x2 ；（ 3-8 ）（ 3-9 ）（ 3-10 ）（ 3-11 ）（ 3-12 ）（ 3-13 ）（ 3-14 ）（ 3-15 ）（3-16 ）（ 3-17 ）2ha17zmin2sin；ha ( zminz2 ) / zminx1minha (zmin z1 ) / zmin x2 min（ 3-18 ）（ 3-19 ）

13、x1 x2(invinv)( z1z2 )（3-20 ）2 tan5)中心距变动系数y=( aa )/m（3-21 ）6)重合度：1 z1 (tana1tan )z2 (tan a2 tan) （3-22 ）2a1cos 1 (db1 / d a1 )a 2cos 1 (d b2 / da 2 )（3-23 ）一般情况应保证1.27) 齿顶圆齿厚：sa1 s1ra12ra1 (inv a1 inv )（3-24 ）r19湖南科技大学机械原理课程设计（论文）sa 2s2ra 22r a2(inv a 2inv )（3-25 ）r2一般取 sa0.258) 分度圆齿厚： 11m21mtans2xs

14、212x2 m tanm2（3-26 ）（ 3-27 ）表 3-1齿轮参数的主要计算结果名称小齿轮大齿轮计算公式变位因数 x0.23-0.23分度圆直径 d110220d=mz法向齿距 Pn14.76Pn=m·cos啮合角 20°20°中心距 a(a )165节圆直径 d110220中心距变动因数 y0齿高变动因数 0 =x1+x2-y齿顶高 ha6.153.85ha =(h a* +c*- )m齿根高 hf5.17.4hf =(h a* +c*-x)m齿全高 h11.2511.25h=ha+hf齿顶圆直径 da122.3227.7da=d+2ha齿根圆直径 d9

15、9.8205.2d =d-2hfff重合度 a1.65分度圆齿厚 s7.85齿顶圆齿厚 Sa7.113.7910湖南科技大学机械原理课程设计（论文）第 4 章凸轮机构的设计4.1凸轮机构的设计要求已知：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 ，从动件的运动规律如 ( 附图3) 所示。要求：按照许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径， 画出凸轮实际廓线。并画在2 号图纸上s图 4-1从动件运动规律图4.2运动规律的选择：根据从动件运动规律图 ( 附图 3) 分析知位移 s 对转角 的二阶导数为常数且周期变换，所以确定为二次多项式运动规律。公

16、式：S=C0 C1C22（4-1）加速阶段： 0-25 °S=2h2/ 0(4-2)11湖南科技大学机械原理课程设计（论文）减速阶段：25-50°S=h-2h(2/ 2（4-3） - )00以从动件开始上升的点为=0°表 4-1 凸轮 S（ ）计算结果 （单位：°） S() （单位： mm）00101.6206.425103013.64018.4502060207018.48013.68510906.41001.611004.3基圆半径计算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。如下图所示，从动件的盘型机构位于推程的某位置上，法线

17、nn 与从动件速度 VB2的夹角为轮廓在B 点的压力角，P12 为凸轮与从动件的相对速度瞬心。故 VP12=VB2=|OP12| ，从而有|OP12| =VB2/ 1=ds/d 。计算可知tan =12湖南科技大学机械原理课程设计（论文）整理得基圆半径将 S=S（ ）和 = 代入 得：r 020mm 在此我取 r 0=34mm滚子半径选取 r r =4mm4.4凸轮设计图根据以上数据做出凸轮的实际廓线及理论廓线，如下图所示：图 4-1凸轮的实际轮廓线及理论轮廓线13湖南科技大学机械原理课程设计（论文）课程设计小结经过几天不断的努力， 身体有些疲惫， 但看到劳动后的硕果， 心中又有几分喜悦。总而言之，感触良多，收获颇丰。通过认真思考和总结，机械设计存在以下一般性问题：机械设计的过况而定，大程是一个复杂细致的工作过程，不可能有固定不变的程序，设计过程须视具体情致可以分为三个主要阶段：产品规划阶段、 方案设计阶段和技术设计阶段。 值得注意的是： 机械设计过程是一个从抽象概念到具体产品的演化过程，我们在设计过程中不断丰富和完善产品的设计信息，直到完成整个产品设计；设计过程是一个逐步求精和细化的过程，设计初期，我们对设计对象的结构关系和参数表达往往是模糊的， 许多细节在一开始不是很清楚，随着设计过程的深入，这些关系才逐渐清楚起来；机