单缸四冲程柴油机

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1、学号成绩课程设计说明书课程名称_ 题目名称_ 专业 _ 姓名 _ 指导老师_ 年月日实习（训）报告评语等级：评阅人：职称：年月日河南工程学院实习（训）报告实训目的（内容） ：实习时间：自月日至月日共天实 习 地 点：实 习 单 位：指导老师：系主任：目录一、机构简介与设计数据1 机构简介(1)2 设计数据(2) 二、设计内容及方案分析1 曲柄滑块机构的运动分析（6）2 曲柄滑块机构的动态静力分析（11）3 齿轮机构的设计（12）4 凸轮机构的设计（13）附：齿轮啮合图的绘制（17）三、心得体会（21）四、主要参考文献（22）一、机构简介与设计数据1. 机构简介柴油机（图 1，a）是一种内燃机，

2、它将燃料燃烧时所产生的热能转变为机械能。往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，以汽缸内的燃气压力推动活塞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，汽缸内的压力变化可由示功图(用示功器从汽缸内测得，见图1，b)表出，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作一简单介绍：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，汽缸内指示压力略低于1 大气压力，一般以 1 大气压力计算，如示功图上的 ab。压缩冲程：活塞上行，曲柄转角 =180?3

3、60?。此时进气毕，进气阀关闭，已吸入的空气受到压缩，压力渐高，如示功图上的bc。膨胀（作功）冲程：在压缩冲程终了时，被压缩的空气温度已超过柴油自燃的温度，因此，在高压下射入的柴油立刻爆炸燃烧，气缸内压力突增至最高点，燃气压力推动活塞下行对外作功，曲柄转角 =360?540? ，随着燃起的膨胀，汽缸容积增加，压力逐渐降低，如图上cb。排气冲程 :活塞上行，曲柄转角 =540?720? .排气阀开，废气被驱出，气缸内压力略高于 1 大气压力，一般亦以1 大气压力计算，如图上的ba。进排气阀的启闭是由凸轮机构控制的，图 1，a中 y-y 剖面有进排气阀各一只（图中只画了进气凸轮） 。凸轮机构是通过

4、曲柄轴O 上的齿轮 z1和凸轮轴 O1上的齿轮 z2来传动的。由于一个工作循环中， 曲柄轴转两转而进排气阀各启闭一次，所以齿轮的传动比21221 12zznni。图 1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作功的，其余的三个冲程则需依靠机械的惯性带动。因此，曲柄所受的驱动力不是均匀的，所以其速度波动也较大。为了减少速度波动，曲柄轴上装有飞轮（图上未画） 。2.设计数据见表 1，2，3。1）曲柄滑块机构的运动分析已知活塞冲程 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，作机构三个位置的加速度和加速度多边形，并作出滑块的运动线图。

5、以上内容与后面动态静力分析一起画在 1 号图纸上（参考图例1） 。表 1 图 2 曲柄位置图的作法如图2 所示，以滑块在上止点时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十二等分得12 个位置 112，12?( =375?)为汽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各位置。2）曲柄滑块机构的动态静力分析已知机构各构件的重量G，绕重心轴的转动惯量JS,活塞直径 DA，示功图数据（表 2）以及运动分析所得的各运动参数。要求确定机构两个位置（同运动分析）的各运动副反力及曲柄上的平衡力矩 My。以上内容作在运动分析的同一张图纸上（参考图例1） 。3）

6、飞轮设计已知机器的速度不均匀系数 ，曲柄轴的转动惯量1SJ、凸轮轴的转动惯量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 lAs2l04Bn1DhD G1G2G3Js1Js2J01 单位mm mm r/min mm N kgm2数据12 0 4 80 54 0 1500 10 0 20 0 21 0 20 10 0.1 0.05 0.2 1/100 齿轮机构设计凸轮机构设计 Z1Z1m h s a mm mm 22 44 5 20 20 50 10 50 30 75 1OJ、连杆 2 绕其重心轴的转动惯量2SJ，动态静力分析求得的平衡力矩My；阻力矩

7、Mc为常熟。要求用惯性力法确定安装在曲柄轴上的飞轮转动惯量JF。以上内容，作在2 号图纸上（参考图例2） 。注意： 该部分内容为选作内容。4）齿轮机构设计已知齿轮齿数、模数m、分度圆压力角 ；齿轮为正常齿制，在闭式的润滑油池中工作。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。表 2 表 3 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 气缸指示压力 0.1MPa(105N/m2) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6.5 19. 5 35 工作

8、过程进气压缩1213 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 25.5 9.5 3 3 2.5 2 1.5 1 1 1 1 1 膨胀排气5.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和，推程运动角，远休止角s，回程运动角? ，从动件的运动规律（图3） 。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。以上内容，作在2 号图纸上。图3 设计计算及说明计算数据二 设计内容1、曲柄滑块机构的运动分析1 ）根据已知数据，取 mmm

9、2Ll（以大图为准，这里只是示意） ，画机构运动简图。2 ）运动分析设曲柄长为OAL，连杆长为ABL，由表 1 可得，=ABL/OAL=4, H=(ABL+)-(ABL-OAL)=120mm. 解得OAL=60mm ，ABL=240mm 。OAL=60mm ABL=240mm 设计计算及说明计算数据A点了角速度：602n1A=2x3.14x1500/60 =157srad当曲柄转动到 10，11， 12 号点时的位置的滑块的位移量：由几何知识可知LLLLLOBOA2AB2OB2OA 2AOBcos解得：10S=264mm 11S=290mm 12S=300mm 速度分析：BAAvvvB大小？L

10、OAOA未知）（2OAABL方向竖直OA BA sm9.42LvOAOAA以mmvm 2v根据矢量方程式，做机构各点的速度图，及滑块 B的速度图（以大图为准，这里只是示意）。srad156A10S=264mm 11S=290mm 12S=300mm sm9.42vA设计计算及说明计算数据由图 4 可知b a p 图 5 11号点位速度分析图由图 5 可知设计计算及说明计算数据s/18.3radlvsm9.2lvabBA12 2pbv10 B，s/rad53lvsm5.7lvabBA11pbv11 BAB，sm9.2v10 Bsm5.7v11 Ba P(b) 图 6 12号点位速度分析图由图 6

11、 可知加速度分析tnaaaaaaaBBABBABAAA，大小？OA2 OALAB2 ABL？方向竖直 OA BA AB 以 mms/m202a根据矢量方程式，做机构各点的加速度图，及滑块 B的速度图（以大图为准，这里只是示意）。p S2 b a n 图 7 10号点位加速度分析图设计计算及说明计算数据sm94.1478LaOA2OAAs/39.25radlv0vabBA2112 BAB0v12 Bsm1478.9aA由图 7 可知p S2 a b n 图 7 11号点位加速度分析图由图 7 可知p a S2 b 图 8 12 号点位加速度分析图由图 8 可知设计计算及说明计算数据2 a10/7

12、39.4smbpaB2 a11/1282.8smbpaB2 a12/1850smbpaB210/739.4smaB212/1850smaB2、曲柄滑块机构的动态静力分析1) 受力分析对 10，11，12 号点位进行受力分析，分别为图9（a） （b）（c）（a）10 号点（b）11号点（c）12 号点图 9 受力分析2）计算活塞上的气体压力设计计算及说明计算数据NDpPNDpPNDpPiii27489 4153154510542 h12122 h11 112 h1010，33Gpi33GpiPPP43R43R43R2iM2iM2iM2G2G2GtR12tR12nR12nR1212RNPNPNP2

13、7489153155105 12 11 10，3）求作用于构件上的惯性力3、齿轮机构的设计1）传动类型的选择：按照一对齿轮变位因数之和（x1+x2）的不同，齿轮传动可分为零传动、正传动和负传动。零传动就是变位因数之和为零。零传动又可分为标准齿轮传动和高度变为齿轮传动。高变位齿轮传动具有如下优点：小齿轮正变位，齿根变厚，大齿轮负变位，齿根变薄，大小齿轮抗弯强度相近，可相对提高齿轮机构的承载能力; 大小齿轮磨损相近，改善了两齿设计计算及说明计算数据NampNJMNampBicisi1478.8147.9216010 31010102013222，NampNJMNampBicisi2565.6256

14、.5268011 31111112113222，NampNJMNampBicisi37000320012 31212122213222，NpNMNpiii1478.8147.92160101001322，NpNMNpiii2565.6256.52680111111322，NpNMNpiii370003200121221322，轮的磨损情况。因为在柴油机中配气齿轮要求传动精确且处于高速运动中，为提高使用寿命高变位齿轮较为合适。2）变位因数的选择：此次设计应用封闭图法，查表计算得x1=0.23 x2=-0.23, 数据查表得具体参考【 1】3）齿轮机构几何尺寸的计算：齿轮 m=51 且为正常齿制故

15、 ha*=1 ， c*=0.25 名称小齿轮大齿轮计算公式变位因数 x 0.23 -0.23 分度圆直径 d 110 220 d=mz 法向齿距 Pn 14.76 Pn=m cos啮合角 2020中心距 a(a) 165 节圆直径 d110 220 中心距变动因数 y 0 齿高变动因数 0 =x1+x2-y 齿顶高 ha 6.15 3.85 ha=(ha* +c*-)m齿根高 hf5.1 7.4 hf=(ha* +c*-x)m齿全高 h 11.25 11.25 h=ha+hf齿顶圆直径 da122.3 227.7 da=d+2ha齿根圆直径 df99.8 205.2 df=d-2hfx1=0.23 x2=-0.23 205100228122220110ddddddf1f1a2a121（注：公式参考资料【 1】 ）4 凸轮机构的设计1）运动规律的选择：根据从动件运动规律图分析知位移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。重合度 a1.65 分度圆齿厚 s 7.85 齿顶厚 sa7.11 3.79 设计计算及说明计算数据（公式参考资料【 1】 ） ：S=C0+C1+C22加速阶段 0-25 S=2h 2/ 0减速阶段 25-50 S=h-2h(0- )2/ 02以从动件开始上升