机械原理课程设计单缸四冲程内燃机.docx

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1、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年级专业学号学生姓名指导教师教师职称机械工程学院13 材料本科班朱双霞教授- 0 -机械原理课程设计计算说明书目录第一局部绪论2其次局部设计题目及主要技术参数说明32.1设计题目及机构示意图32.2机构简介32.3设计数据4第三局部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 6 3.1.1 设计曲柄滑块机构 63.1.2 曲柄滑块机构的运动分析73.2 齿轮机构的设计113.2.1 齿轮传动类型的选择123.2.2 齿轮传动主要参数及几何尺寸的计算133.3 凸轮机构的设计133.3.1 从动件位移曲线的绘

2、制143.3.2 凸轮机构根本尺寸确实定153.3.3 凸轮轮廓曲线的设计16第四局部 设计总结18第五局部 参考文献20第六局部 图纸21- 1 -机械原理课程设计计算说明书第一局部 绪论1. 本课程设计主要内容是单缸四冲程内燃机机构设计及其运动 分析，在设计计算中运用到了机械原理、理论力学、机械制图、高等数学等多门课程学问。2. 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。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，在其气缸内燃烧，释放出的热能是气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动

3、活塞做功。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。内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。这些过程中只有膨胀过程是对外做功的过程。其他过程都是为更好的实现做功过程而需要的过程。四冲程是指在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭；压缩行程时，气缸、内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并做功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。此后再由进气行程开头，进展下一个工作循环。- 2 -机械原理课程设计计算说明书其次

4、局部 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，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气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- 3 -机械原理课程设计计算说明书功输出，驱

5、动从动机械工作。内燃机的工作原理：内燃机是将液体材料燃烧时产生的热能变成机械能的装置。往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，借气缸内的燃气压力推动活塞通过连杆而使曲柄做旋转运动。单缸四冲程内燃机，活塞在气缸内往复 移 动 四 次 ， 即 进 气 、 压 缩 、 膨 胀 、 排 气 四 个 过 程 。完成一个工作循环，它对应着曲柄转两圈。1. 进气冲程：活塞由上死点向下移动，进气阀开，可燃气体进入缸。由于进气系统有阻力，故进气行程终了时，气缸内压力低于大气压力。2. 压缩冲程：活塞由下死点向上移动，进气阀闭合，将缸内燃气体压缩， 压力上升。3. 膨胀冲程：活塞在上死点四周，被压缩的气体被点燃，缸

6、内压力骤增，气体压力推动活塞向下移动，即对外做功。4. 排气冲程:活塞由下死点向上移动。由上可知，单缸四冲程内燃机在一个工作循环中，活塞只有一个冲程做功，即曲柄两转中，只有半转是因膨胀气体作用而被推动旋转，而其余的一转半中，借助机械的惯性来运转，因而曲柄所受驱动力是不均匀的，其速度波动也较大，所以一般在曲柄轴上装有飞轮。2.3 设计数据1、曲柄滑快机构设计及其运动分析；活塞冲程 H，依据行程速比系数 K，偏心距 e,柄每分钟转数n1设计内容设计数据表曲柄滑块机构的设计1符号H(mm)e(mm)Kn (r/min)1数据215551.05650设计数据表 2位置编号曲柄位置59150270- 4

7、 -机械原理课程设计计算说明书图 2 曲柄位置图机构位置安排表 3学生编号20位置编号592、齿轮机构设计：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。设计数据表 4设计内容齿轮机构设计符号Z1Z2imaa数据1545341201203、凸轮机构设计：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规律运动。设计数据表 5设计内容凸轮机构的设计符号h(mm)s数据255010503075- 5 -机械原理课程设计计算说明书第三局部 设计内容及方案分析3.1 曲柄滑块机构设计及其运动分析：活塞冲程 H，依据行

8、程速比系数 K，偏心距 e,柄每分钟转数n1设计数据表设计内容曲柄滑块机构的设计符号H(mm)e(mm)Kn (r/min)1数据215551.05650要求:确定曲柄滑块机构杆件尺寸，绘制机构运动简图；并在 3 号图纸上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， 并作出滑块的运动方程和位移线图3.1.1 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；为极位夹角。以下图为过 CC P 三点所作的外接圆。半径为r，其中 C C 垂直1、 2、1、 2C P，C P C =，C C 为滑

9、块的两极限位置，A 为圆上的一点，它2121、 2至C C1、 2的距离为偏距e，即A 为曲柄的回中心。曲柄回转中心A 点的位置。为了能够满足机构连续性条件，A 点只能在右图所示的C AP 上选取，2而不能在Pt(P、t 为滑块处于两极限位置 CC1、 2时，导路的垂线设C2与C C P 圆周的交点)上选取。图 3-11 2C A=则描述了1- 6 -由条件可以求出曲柄和连杆的长度：可得R=106mm,L=424mm,按此尺寸做得曲柄滑块的机构运动简图， 如以下图图 3-2 机构运动简图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：由上图可依据曲柄滑块简图及几何知- 7

10、-机械原理课程设计计算说明书由于,所以,故，则：S 的位置S0S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12位移 s 数据表0306090120150180210240270300330360弧度00.5235991.0471981.5707962.0943952.6179943.1415933.6651914.188794.7123895.2359885.7595876.283185S/mm 530512.4732428.3043410.5362360.9433328.8758318328.8758360.9433410.5362428.3043512.4732530速度分析；- 8

11、 -机械原理课程设计计算说明书加速度分析；2、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曲柄滑快机构的尺寸及 2 个位置，构件 1 的转速 n1 ，用图解法求连杆的角速度2及角加速度2和滑块上 C 点的速度和加速度。a 曲柄位置；（1） 曲柄位置为 150位置图取=5mm/mml图 3-3 曲柄位置图=150。- 9 -机械原理课程设计计算说明书（2） 速度多边形图速度多边形如以下图由 已 知w=2n=68rad/s1V =w R=68rad/s 0.106mA1=7.208m/s取m =0.1m/s/mmv由V= V +VBABA图 3-4 速度多边形图方

12、向 大小 ？ ？由图可知 VB= m pb = 4.105m/sV=5.86m/sV= mBAV ab（3） 加速度多边形图加速度多边形如以下图：=80.98(m/s)取m =21.26m/s2/mma方向0大小？0？图 3-5 加速度多边形图可知=21.26 25=531.5 m/s2=490.144(m/s)b,曲柄位置为 270 1曲柄位置为 270位置图- 10 -机械原理课程设计计算说明书3-6 曲柄位置图同理 m =5mm/mm， m =0.1(m/s/mm)， m =21.26(m/s2/mm)lva（2） 速度多边形图速度多边形如以下图由图可知：=0= V =7.208m/sA

13、图 3-7 速度多边形图（3） 加速度多边形图 加速度多边形如以下图方向0大小？0？图 3-8 加速度多边形图= 21.26 14=297.64 m/s3.2 齿轮机构的设计：齿轮齿数Z1，Z2，模数m，分度圆压力角，齿轮为正常- 11 -机械原理课程设计计算说明书齿制，在闭式润滑油池中工作。设计数据表设计内容符号数据齿轮机构设计Z1Z21545imaa4要求：选择两轮变位系数，计算齿轮各局部尺寸3.2.1 齿轮传动类型的选择由最小变位系数，其中z=17 则有；min选择等变位齿轮传动则：x =-x12x +x =012取x =0.118x =-0.11812x +x =0,且 x =-x 0

14、。此类齿轮传动称为等变位传动。由于 x +x=0,121故212=, a=a ,y=0,y=0即其啮合角等于分度圆压力角，中心距等于标准中心距，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，小齿轮应承受正变位，大齿轮承受负变位，使大、小齿轮的强度趋于接近，从而使齿轮的承载力量提高 。12机械原理课程设计计算说明书3.2.2 齿轮传动主要参数及几何尺寸的计算：齿轮齿数 Z1=15，Z2=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=41,且为正常齿制故h*=1, c*=0.25a由等变位齿轮传动可知=20。 a=a=120名

15、称下齿轮 z1大齿轮 z计算公式212122121齿轮各局部尺寸模数 m4压力角20分度圆直径 d60180d=mz节圆直径 d60180d =d =z miii啮合角”20”=齿顶高 ha4.4723.528h =(h *+x )maiai齿根高 hf4.5285.472h =(h *+c*-x )mfiai齿顶圆直径 da64.472183.528d =d +haiiai齿根圆直径 df50.944169.056d =d -2hfiifi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y0y=0基圆直径 db56.4169.2d d cosb=齿距

16、p12.56P= m基圆齿距 pb11.81P =p cosb齿厚 s6.28s= m/2齿槽宽 e6.28e= m/2顶隙 c1c=c*m传动比 i3I =w /w =z /z =d /d 3.3 凸轮机构的设计：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规律运动。13机械原理课程设计计算说明书设计内容设计数据表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变化的，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

17、程为：则其回程时的位移方程为：以从动件开头上升的点位=0。 ,s=0 据此计算得单位：。s()单位：mm102030405060708090100110s2.48.616.422.6252522.616.48.62.40则从动件位移曲线图如下：其中h=25, =50, =10, =50, =250001002单位：。s()单位：mm14机械原理课程设计计算说明书图 3-9 位移曲线图3.3.2 凸轮机构根本尺寸确实定依据许用压力角计算出基圆半径最小值，凸轮外形选为偏距为零且对称。如右图所示，从动件的盘型机构位于推程的某位置上，法线nn 与从动件速度vB的夹角为轮廓在B 点的压力角，P 点为凸轮

18、与从动件的相对速度瞬心。故从而有又由图中的三角形BCP 可得则基圆半径的计算公式：将S=S和=，=20。，计算得出：r23.3mm ，取r0=35mm，滚子半径选取r015=5mmr机械原理课程设计计算说明书图 3-103.3.2 凸轮轮廓曲线的设计依据反转法建立直角坐标系。1以 r0为半径作基圆取B0为从动件初始位置，自 B0起沿-w 方向将基圆中心角分为 、 、 、 对应四段圆弧，并将 、00100200对应弧进展五等分。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B,B ,B ,B点，用光滑曲线连接个点，所得封1

19、21011闭曲线便是凸理论轮廓曲线。(2) 在凸理论轮廓曲线根底上，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。16机械原理课程设计计算说明书凸轮轮廓曲线如下:图 3-1117机械原理课程设计计算说明书第四局部 设计总结经过几天不断的努力，身体有些疲乏，但看到劳动后的硕果， 心中又有分喜悦。总而言之，感受良多，收获颇丰。做机械原理课程设计是第一次，在课程设计中充分表达从学习到运用再到实践的过程。学习重在学以致用，在实践中温习、反复、加强和提高所学的内容，使所学的内容更加扎实，融会贯穿，综合运用力量也得到提升。作为大学生，要把 所学的东西运用到实际生产、生活中去，设计出有用

20、的产品，这才是我们学习的最终目的所在。一周课程设计虽短，去过的格外劳碌充实。一开头的时候完全没有头绪，大家集中在图书馆，翻阅了大量的资料，并就进展本课程设计时所遇到的问题进展了争论，大局部问题得到了解决，还有不懂的向朱教师提出后都得到了具体的解答，我们总结出此次课程设计大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。值得留意的是：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，我们对设计对象的构造关系和参数表达往往是模糊的，很多细节在一开头不是很清楚，随着设计

21、过程的深入， 这些关系才渐渐清楚起来；机械设计过程是一个不断完善的过程，各个设计阶段并非简洁的安挨次进展，为了改进设计结果，常常需要在各步骤之间反复、穿插进展，指导获得满足的结果为止。获得这份拥有是我们团队共同努力的结果。我们通过默契的协作，精细的分工， 精诚的合作，不断的拼搏，共同完成了这一困难而又荣耀的任务。在课程设计中我深深地体会到我们学习的很多缺乏之处。首先学习学问太过散乱，各科内容很少有时机联系结合起来，也很少有机- 18 -机械原理课程设计计算说明书会让我们去实践，去把这些学问运用到一起，做成一个实际有意义的作品出来。再者我们的课程常常学完了就不管了，用不了多久就忘的一干二净，到毕

22、业的时候甚至有些课程到底学的什么东西都不知道。还有很多学生对实习、试验等实践性课程的不重视，只重视有考试的课程，实践严峻缺乏，简洁消灭“高分低能”的现象。我们应当认真思考，树立正确的人生观、价值观，知道我们就读大学的目的，全面提升自己。- 19 -机械原理课程设计计算说明书第五局部 参考文献1 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理M.第八版，北京：高等教育出版社，2023.2 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册S.第三版,北京：高等教育出版社，2023.3 王湘江，何哲明. 机械原理课程设计指导书.长沙：中南大学出版社，2023.4 陆凤仪.机械原理课程设计.北京：机械工业出版社, 2023.5 张展.齿轮设计与有用数据速查，机械工业出版社.6 姜琪.机械运动方案及机构设计.北京：高等教育出版社.7 哈尔滨工业大学理论力学教研室，理论力学.第七版，北京： 高等数学出版社.8 同济大学数学系，高等数学.第六版，北京：高等数学出版社.20239 刘鸿文，材料力学,第五版，北京：高等数学出版社.10 杨惠英，王玉坤.机械制图.第三版，清华大学出版社.11 余桂英，郭纪林.AutoCAD2023 根底教程.大连：大连理工大学出版社，2023.- 20 -机械原理课程设计计算说明书第六局部 图纸- 21 -