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1、机械原理时间：2021.02.09创作人：欧阳历课程设计说明书：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 H第1章设计要求1.1设计任务(2)1.2设计思路(2)1. 3机构简介(3)1.4设计数据(4)第2章连杆机构设计和运动分析2.1连杆机构的设计要求(5)2.2杆件尺寸确定(5)2.2杆件运动的分析与计算(5)2.3图解法作杆件的运动分析(7)第3章齿轮机构传动设计3.1齿轮机构的设计要求(8)3. 2齿轮参数的计算(8)第4章凸轮机构设计(11)4.1凸轮机构的设计要
2、求 (11)4.2运动规律的选择(11)4.3基圆半径的计算(12)4.4凸轮设计图(13)课程设计小结(14)参考文献(14)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 及气门的开闭儿个动作的完成。而怎样将这个儿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
3、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 燃气圧力推动活塞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，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=0 -180 o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-bo压缩冲程：
4、活塞上行，曲柄转角0 =180 - 360 o此时进气完毕，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b-c。做功冲程：在压缩冲程终了时，被圧缩的空气温度已超过柴油的自燃的温度，因此，在髙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0 =360 -540。随着 燃气的膨胀，气缸容积增加，压力逐渐降低，如图上c-b。排气冲程：活塞上行，曲柄转角0 =540 -720。排气阀打开，废气被 驱岀，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 bf a。进排气阀的启闭是山凸轮机构控制的。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。山于一个工作循环中，曲柄转两 转而进排气阀各启闭一次，所以齿轮的传动比j12=nVn2=ZVZ2 =2o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。图1-1柴油机机构简图及示功图1.4设计数据表1T设计数据表设计内 容曲柄滑块机构的运动分析曲柄滑块机构的动态经历分析及飞轮转动惯量的确定符号HX1aS2WiD.DG1G2G3JslJs2Js38单位mmmmr/minmmNKg m2数据120480150010020021020100.10.050.21/100齿轮机构的设计凸轮机构的设汁Z1Z2ma
6、hf22mmommo2244520205010503075表1-2示功图数据表位置编号1231567S9101112曲柄位置 ( )306090120150180210240270300330360气缸指示压 力/(10讯 m2)1111111116.519.535工作过程进气压缩12，1314151617181920212223243753904204504805105405706006306606907206025.59.5332.521. 511111做 功排 气第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入，曲柄每分钟转数nl。 要求：设计曲柄滑
7、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0二0 ),将曲柄圆周按转向分成12等分分得12个 位置1-12, 12( 0 =375 )为气缸指示压力达最大值时所对应的曲柄位置，13-24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：X =l/r=4, H= (l+r) - (l-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。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
8、计算由几何知识：sinZOBA二rsincp sincp1得： cosZOBA-sin(p 9 一()s=rcosP+I cosZOBA二 rcosP+I1-(sin(p 2(2-1)(2-2)o)lsin2(pdsv 二dt(2-3)把各点的角度分别代入上式(2-2) (2-3) (2-4)得:Si二Si】二290. 0 i 9nuuS2=:Sio:=264. 30/nnnS3二S9二232. 3 (9mniS.|=Ss=204. 30 /mniS5=S7=186. 156mm$6=180. 000Si2=300. 000mmV】二讥二-5 741m/sV3二-V9二-9. 425m/sV尸
9、一V汙一3. 684m/sVU二-9. 207m/sV.,=-V3=-7. U7m/sV6=V12=0m/sa】二a：i=1282 86m/s a3=a9=-l. 598 m/s2 &5二&二-1281 34 in/s*3：二340二 / 39. 401 m/sa =as=741. 036 m/s:矢二-1478. 9 m/s：2.3图解法作杆件的运动分析对点1做速度分析，即0 = 30，如下图所示，向量品表示讥向量而表示必，向量药则表示oa杆做圆周运动的速度o图2-3 点1的速度分析图有：必二匕+血 方向：B-0 丄0A 丄AB 大小：？ G7f2 ?第3章齿轮机构的设计3.1齿轮机构的设计
10、要求已知：齿轮齿数Zl, Z2,模数m,分度圆压力角CI,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齿轮参数的计算1） 齿轮基本参数：注：下面单位为mm模数：m二5压力角：a = 20。齿数：z产22 z2=44齿顶高系数：V=i.o齿根高系数：/=0.25传动比：i = z2/ Zi（ 31）齿顶高变动系数：er =+ x2 - y（32）分度圆直径：|=也召2=勺（3 - 3）2)3)4)基圆直径：diA = mzA cosadhl = mzy cosa(3-5)(3-4)齿顶高：hal = m(h +x -
11、a)ha2 = m(ha +x2-a)齿根高:hfi = m(hj +c? -Xj)h门=+c4 -x2)齿顶圆直径： daX = d + 2/?dl齿根圆直径：= 一2力门d fl = d2 21*2(3-6)(3-7)(3-8)(3-9)(3-10)(3-13)(3-12)实际中心距确定：X甘1a 二(a/5+1) x5(3-15)啮合角八遇匕2葺刖xc吨）in vaf = 21 ana(x + x2) /(勺 + z?)+ 加 va( 3 17 )分配变位系数坷、x2；min启7si a(3-18)lmin ha (min 3 )/ Zmjn 入2min (1.27) 齿顶圆齿厚：sal
12、 = S2ral(invaa -inva) (3-24)sal =5? -2ral(mvacP -inva) (3-25) -r2一般取0.258)分度圆齿疗:5 =7Dn + 2xmta(3-26)= 7Dn + 2xm tan a( 3一27 )-2 -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= n m cos a啮合角a 2020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。0o 二xl+x2-y齿顶高ha6.153. 85ha= (h * +c*- o ) m齿根高hf5. 17.4hf= (h* +c* -
