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1、 课程设计报告书题目:四冲程内燃机设计学 院 专 业 机械电子工程 学生姓名 学生学号 指导教师 课程编号 课程学分 20 起始日期 2015。1 5-20151。16 教师评语一、设计过程 严谨认真 较认真 不认真二、设计报告书计算过程 完整 基本完整 不完整计算结果 正确 基本正确 错误多书面撰写 规范 较规范 不规范三、设计图设计内容齐全 较齐全 不齐全制图水平 规范 较规范 不规范图面质量 优良 良好 中等 较差四、综合设计能力强 一般 较差五、答辩 清晰 基本清晰不清晰 教师签名: 日 期：成绩评定成绩： 优 良 中 合格 不合格备注 【目录】一、 四冲程内燃机的运动分析及总体设计思
2、路 1二、 绘制内燃机运动简图(A) 2三、 绘制连杆机构位置图（A2) 2四、 绘制机构15个位置的速度及加速度多边形（A) 3绘制滑块B的位移曲线、速度曲线及加速度曲（2)3五、 动态静力分析(A） 6六、 计算飞轮转动惯量（不计构件质量) 11七、 计算发动机功率 1八、 对曲柄滑块进行机构部分平衡 15九、 通过编程设计凸轮 16十、 绘制内燃机工作循环图（A4） 23十一、 心得体会 23 / 一、 四冲程内燃机的运动分析及总体设计思路 根据设计任务书，我们需要解决以下问题：凸轮的参数是多少？如何能让机构正常循环工作?为了解决这个问题，我们需要对整个机构从运动及力学的角度分析。 首先
3、，需要明确四冲程内燃机的工作原理:内燃机是通过吸气、压缩、燃烧、排气四个过程不断重复进行的。如果在四个冲程里完成吸气、压缩、做功(燃烧、膨胀）、排气的循环动作,就叫做四冲程。相应的内燃机叫四冲程内燃机。 第一冲程,即吸气冲程。这时曲轴向下转动，带动活塞向下,同时通过齿轮带动凸轮向下旋转，是凸轮的突起部分顶开进气阀门，雾状汽油和空气混合的燃料被吸入气缸。第二冲程,即压缩冲程。曲轴带动活塞向上,凸轮的突起部分已经转两个过去，进气阀门被关闭,由于凸轮只转了周，所以排气阀门仍然处于关闭状态。活塞向上运动时,将第一冲程吸入的可燃气体压缩，被压缩的气体的压强达到0.6.兆帕,温度升高到30摄氏度左右。第三
4、冲程是做功冲程。在压缩冲程末火花塞产生电火花，混合燃料迅速燃烧，温度骤然升高到2000摄氏度左右,压强达到35兆帕。高温高压烟气急剧膨胀，推动活塞向下做功，此时曲柄转动半周而凸轮转过 周,两个气阀仍然紧闭。第四冲程是排气冲程。由于飞轮的惯性，曲柄转动，使活塞向上运动，这时由于凸轮顶开排气阀，将废气排出缸外。四个冲程是内燃机的一个循环，每一个循环，活塞往复两次，曲柄转动两周，进排气阀门各开一次。1 .1已知条件: 活塞行程 H=1 （m) 活塞直径 D170（）活塞移动导路相对于曲柄中心的距离=4 (mm)行程速比系数 K1054 连杆重心C至点的距离 =35 曲柄重量 =15(N）连杆重量 =
5、120 （N)活塞重量 200（N）曲柄的转速 =600 (rpm)连杆通过质心C的转动惯性半径 016 （)发动机的许用速度不均匀系数 1/0曲柄不平衡的重心到O点的距离 = (mm）开放提前角进气门：0；排气门:32齿轮参数：=3。5 （mm） ；=20；=1=1 ； =72 ; 36凸轮I 行程 10（mm) 凸轮 偏心距 0（m） 凸轮I的基圆半径 =55（m） 凸轮I的行程 =10(m) 凸轮I的偏心距 = 7(m)凸轮I的基圆半径 = 0（mm）.求连杆的长度和曲柄的长度设连杆的长度为、曲柄长度为 又=1745.9mm 51.39mm=17.4 mm (1） =30mm （2）图
6、1 曲柄连杆几何关系图 联立（1)、(2）式求解，可求出连杆的长度及曲柄的长度。 mm m二、绘制内燃机机构简图（A4)按照比例尺1:4,根据第二组数据，绘制内燃机机构简图,空出凸轮的结构，并对凸轮与排气装置的连接方式进行修改。图1机构运动简图三、绘制连杆机构位置图 以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针分为十二等分，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(即曲柄旋转一周供分为十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑块的相对位移. 当活塞在最高位置时位起点,曲柄A点的编号为，由点开始，顺时针方向把圆分为12等分，得、等点。当滑块在最低位置时，曲柄上点的编号为。
7、 可近似以为，当曲柄在和位置时,滑块B速度为最大值。四作出机构个位置的速度和加速度多边形4。速度分析,画出速度多边形 单位:/s,w-rad/s = （）大小 ? lAO ?方向 BE A B 图 2 点A1速度多边形表一 个位置的VBA、VC2、VB、2数值画图基本步骤: 确定极点; 根据va的大小和方向过极点p画出va即p； 过a画出V的方向AO; 过p画出的方向导轨,与VB交于b； p即为VB； ab即为VBA； 取ac=0.36ab,则pc即为c； w2=VBA /LAB图 3速度多边形（模拟图1)图 4 速度多边形（模拟图2）4.2绘制加速度多边形作出加速度多边形 B = a aBA
8、n + aBt （4）大小 ? 2lAO 22BA ? 方向 E AO B aB = -33.0 m/s2作机构的15个位置的加速度多变形，见2号图纸 各位置参数数值如表2 图 5点A1加速度多边形注:，表 2 ，,，的数值画图基本步骤:确定极点p;根据aA的大小和方向作出A即pa;过a,由的大小和方向画出即at；过作出的方向；过作出的方向导轨,与的方向交于b,则b即为，t即为；b即；取c2=0.35lb,c2即;/LAB.图 加速度多边形（模拟图1）图 加速度多边形(模拟图）五.动态静力分析动态静力分析根据理论力学中所讲的达朗伯原理，将惯性力视为一般外力加在构件上,仍可采用静力学方法对其进行
9、受力分析。这样的力分析称为动态静力分析。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(每人完成五个位置).各种数据都要列表表示.5. 计算活塞上的气体压力 （N） (5） 活塞的面积 （）图 活塞的气体压强表 由图可知,在特殊位置(如,1,，24，2，22）处，气体压力非常大，可相信为电火花点燃,气体爆炸，内燃机工作时的点。5.2 求作用于构件上惯性力. （N) （6） (7) （N) （）在这一步时，需要注意惯性力的方向均与加速度或角加速度相反。惯性力是指当物体加速时，惯性会使物体有保持原有运动状态的倾向,若是以该物体为坐标原点，看起来就仿佛有一股方向相反的力作用在该物体上,因
10、此称之为惯性力。惯性力实际上并不存在，实际存在的只有原本将物体加速的力。53求出活塞上受力的大小及方向 (） （9）表三 0个位置的、在这一步里,可得第一步时的假设正确，活塞上所受的力会由于气体压力的急剧改变而改变大小，甚至方向,而这也正是内燃机工作的核心。54 把作用在构件2上的反力分解为和，取，求出.计算方式：(矢量式）（0）其中,h为Q到B点的水平距离，h2为Pi到B点的垂直距离,c为转动惯量=J（c的角加速度）。特别注意其方向，使用右手法则，判断其力矩方向,又或规定逆时针为正。小组决定为方便判断以及减少错误的出现,使用逆时针为正,决定式中各项的正负.在这一步运算中要注意比例尺和单位的转
11、换。由于在计算中2为标准国际单位,因此要把毫米化为米，这一点很容易出错!如上，我们能够得到动态静力分析中所能确定的两个力的大小。而其他未知力均能求得方向(或在某一直线上)图9 连杆受力分析 图10 力多边形 图1原动件力矩图（1） 以点作实例,受力分析如图9（2） 以构件，为示力体, 首先取，即 由此求出,即代入LAB=4。6,2120, h234.5， h=21, 2， I3138，求得=-1509.77（3） 然后取 求出和.在这一步骤中,，方向均未知，在受力分析时可假设其已知，在这一步中通过力封闭多边形求出方向。如图10（4） 再以构件1为示力体，(构件1上的重力忽略不计)，取,求出，再由，求
