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1、机械原理课程设计指导书( 四冲程)机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程H=（mm）活塞直径D=（ mm）活塞移动导路相对于曲柄中心的距离e=（ mm）行程速比系数K=连杆重心 c2至 A 点的距离l AC 2= 系 数 l AB (mm)曲柄重量Q1 =(N)连杆重量Q2 =(N)活塞重量Q3=(N)连杆通过质心轴 c2 的转动惯性半径cc2 =系数 l 2AB (m m2 )曲柄的转速n1=(rpm)发动机的许用速度不均匀系数=曲柄不平衡的重心到O点的距离lOC=l OA（）mm开放提前角：进气门： -10 ；排气门：-32 齿轮参数：m=3.
2、5（ mm）；=20； h* a =1Z2=Z2=14； Z 3 = Z3 =72； Z1 =36示功图见 P10 图 2 所示。二设计任务1. 机构设计按照行程速比系数 K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（ 4 号图纸）。（凸轮要计算出装角后才画在该图上）2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十- 1 -二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。3. 作出机构 15 个位置的速度多边形求出这 15 个位置的 VBA
3、、VC2 、VB 、2 的数值，并列表表示。（表一）4. 作出机构的 15 个位置的加速度多边形求出 15 个位置的 aBAn、 aBAt、 aBA 、2 、 aC2 、 a B 的数值，并列表表示。（表二）5. 用直角坐标作滑快 B 点的位移曲线 SB = SB （），速度曲线 VB VB ( ) 及加速度曲线 aBaB () 。（把以上 2、 3、 4、 5 作在一张 2 号图纸上）6. 动态静力分析（ 1 号图纸）求出机构在各位置时各运动副的反力及应加于曲柄 OA的平衡力矩 M b ，并用速度多边形杠杆法检验。 （每人完成五个位置）各种数据均要列表表示：（ 1） 将各个位置的 PI 2
4、、 M I 2 、 PI 3 等数值列于表三。（ 2） 列出各个位置的 R12t 的计算公式，并计算出其数值。（ 3） 将各个位置的p 、 R12n 、 R12t 、 R12 、 R03、 R23 等数值列于表四。（ 4） 将各个位置的 R01 、 M b 等数值列于表五（ 5） 将各个位置的 p 、 pb 、 M b 等数值列于表六（ 6） 将 M b 与 M b 进行比较，计算出它们的误差， 把结果列于表七。7. 用直角坐标作出 M b = M b （ ）曲线。（用方格纸绘制）（ M b 统一用“动态静力分析”所求得的值）8.计算当不考虑机构各构件的质量和转动惯量时的飞轮转动惯量J F 。
5、9. 计算发动机功率。- 2 -10. 对曲柄滑快机构进行机构部分平衡（平衡 A 点的质量）。11. 用解析法设计凸轮的实际轮廓曲线建立凸轮轮廓的数学模型， 写出程序设计框图， 编写程序，要有简短的程序说明及变量符号说明， 上机计算并打印结果 （包括凸轮轮廓曲线）。12. 绘制内燃机的工作循环图（ 4 号图纸）。根据工作循环图及曲柄的位置， 求出凸轮的安装角， 把凸轮画在机构运动简图上。13. 最后，将设计过程写成 20 页左右的详细说明书。三设计步骤及注意问题1. 求连杆及曲柄的长度设连杆的长度为l 、曲柄长度为 rOBlrOBlr180K1K 1可求RCBIH2sinOE(OC)2(CE)
6、 2=(OC)2(CDDE) 2=R2(CD e) 2l r(OF)2e2(1)OFOEH2sin1 OEOClr2Rsin(2)2联立（ 1）、（2）式求解，可求出连杆的长度l 及曲柄的长度 r.- 3 -2.曲柄回转一周共分为15 个位置当活塞在最高位置时为起点，曲柄 A 点的编号为 A。，由 A。点开始，顺时针方向把圆等分为 12 等分，得 A。、 A1 、 A2 、， A11 等点。当滑快在最低位置时，曲柄上 A 点的编号为 A6 。可近似认为，当曲柄在OA 2 和 OA 9 位置时，滑快 B 的速度为最大值。注：括号内的编号在分析力时才使用。3.动态静力分析步骤（1） 计算活塞上的气
7、体压力p piF（N）F活塞的面积（ cm 2 ）(2) 求作用于构件上的惯性力p I 2 =m2ac2（N）J C2m22C- 4 -PIm3aB（ N）（3） 出活塞上受力的大小及方向PPPI3Q3（4） 把作用在构件 2 上的反力 R 12 分解为 R12n 和 R12t 取M B =0，求出 R12t（5） 以构件 2、3为示力体，取F 0, 求出 R12n 和 R03（6） 以构件 3为示力体，取F 0, 求出 R23（7） 以构件 1为示力体，（构件 1 的重力忽略不计），取F 0,求出 R01 ，再由M 0 =0，求出 M b 。（8） 用茹可斯基杠杆法， 把速度多边形转90，把
8、所有外力平移到速度多边形的相应点上，取M p =0 求出 M b ，并与 M b 值进行比较。（9） 用一张 4 号图纸大小的方格纸作出M b = M b （）曲线。4. 飞轮转动惯量的确定（2） 在本课程设计中，决定飞轮的转动惯量时，不考虑机构各构件的质量和转动惯量。（3） 把 M b = M b （）曲线作为 M d = M d （）曲线（驱动力矩曲线）M b3- 5 -规定：当 M b 与1 的方向一致时为负，画在横坐标的下方。当 M b 与 1 的方向相反时为正，画在横坐标的上方。（在本课程设计中， 1 的方向为顺时针）（4） 以 M b 的平均值作为阻抗力矩 M r （常数）。这是因
9、为在周期性的速度波动中，一个波动周期内的输入功等于输出功。即drE0（a）首先求出下列各单元的面积：f1 、 f 2 、 f3 、 f4 、 f5 、 f 6（b）求出阻抗力矩（ M rM r（ ）的纵坐标 H：Hf1 f 2 f3 f 4 f5f 6 (mm)L注意：）f1 ， f2 f6 表示各单元的面积，单位为 mm 2 ,在横坐标之下为负值，在横坐标之上为正值。） H 的单位为毫米，当乘上比例尺M b 之后，才得出M r 之值。（ c）根据求出的 H 值，作出 M r = M r（ ）阻抗力矩曲线（现为水平线）（5） 求出下列各单元的面积：f 1 、 f 2 、 f3 、 f 4 、
10、f5 、 f 6 、 f 7在阻抗力矩曲线之上的面积表示盈功， 在阻抗力矩曲线之下面积表示亏功。盈功为正，亏功为负值。- 6 -（6） 根据上面各单元的面积求相应的功Wf M BWf M bW f114477M bW2f2M bW5f 5M bW3f3MbW6f 6Mb（7） 求出在各个位置上功的累积变化量WWa（ Nm）Wd （Nm）Wb（ Nm）We （Nm）Wc（ Nm）W f （Nm）Wg（ Nm）根据上面各值找出Wm ax （ Nm）Wm i n （Nm）（8） 求出最大盈亏功WmaxWmax =WmaxWmin =（ Nm）(8) 根据许用不均匀系数 ，求出等效构件上所需的等效转动惯量：Je2kg m2（m2 n1 ）Wmaxm60（ 9）确定飞轮的转动惯量：J eJFJc按题意：不考虑各构件的质量和转动惯量。Jc 可忽略不挤J FJe5计算发动机功率M rLM bn1N160(HP)27506. 曲柄滑快机构的平衡- 7 -（ 1） 把连杆的质量代换到A、 B 点m2m2A m2 Bm2 Al AC2 m2 B (l AB l AC 2 )由上面的方程组可求得：l AC 2m2 Bm2 l ABm2 Am2l ABl AC 2l
