四冲程内燃机-机械原理课程设计说明书

XX大学机械原理课程设计说明书四冲程内燃机设计院（系）机械工程学院专业机械工程及自动化班级××机械工程×班学生姓名×××指导老师×××年月日课程设计任务书兹发给×××班学生×××课程设计任务书，内容如下：1．设计题目：四冲程内燃机设计2．应完成的项目：（1）内燃机机构运动简图1张（A4）（2）内燃机运动分析与动态静力分析图1张（A3）（3）力矩变化曲线图1张（A4）（4）进气凸轮设计图1张（A4）（5）工作循环图1张（A4）（6）计算飞轮转动惯量（7）计算内燃机功率（8）编写设计说明书1份3．参考资料以及说明：（1）机械原理课程设计指导书（2）机械原理教材4．本设计任务书于20××年1月4日发出，应于20××年1月15日前完成，然后进行答辩。指导教师签发201×年12月31日课程设计评语：课程设计总评成绩：指导教师签字：201×年1月15日目录摘要..............................................................................................................................1第一章绪论....................................................................................................................21．1课程设计名称和要求..................................................................................21．2课程设计任务分析......................................................................................2第二章四冲程内燃机设计..........................................................................................42．1机构设计........................................................................................................42．2运动分析........................................................................................................72．3动态静力分析...............................................................................................112．4飞轮转动惯量计算......................................................................................162．5发动机功率计算..........................................................................................182．6进排气凸轮设计..........................................................................................182．7工作循环分析..............................................................................................19设计小结........................................................................................................................21参考文献....................................................................................................................................221摘要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。四冲程内燃机是将燃料和空气混合，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，把曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，驱动从动机械工作，完成一个工作循环的内燃机。本课程设计是对四冲程内燃机的运动过程进行运动分析、动态静力分析，计算飞轮转动惯量、发动机功率等，设计一款四冲程内燃机。关键词：四冲程内燃机；运动分析；动态静力分析2第一章绪论1．1课程设计名称和要求1.课程设计名称：机械原理课程设计，四冲程内燃机设计2.课程设计要求：（1）要有良好的学风及严格的纪律（2）每位同学都要独立完成自己的设计任务。（3）图面质量的要求1）图幅、线型、标题栏等均要符合国标。2）不用徒手画图，图纸上不能写有关的计算公式、计算结果。（4）说明书要求1）说明书不得涂改2）说明书要有封面、任务书、评语、目录、正文、及参考资料等3）封面、任务书、评语三项打印外，其余统一用A4打印。（5）所有图纸要叠好（按4号图纸的大小），连同说明书一起装在档案袋内。（6）按规定时间来答辩。（7）齿轮传动要按照无根切条件考虑。(采用变位齿轮)1.2课程设计任务分析1.机构设计根据行程速比系数K及已知尺寸确定机构的主要尺寸，并绘制机构运动简图1张（A4）。2.运动分析图解求出连杆机构的位置、速度与加速度，绘制滑块的位移、速度与加速度曲线，完成运动分析图。3.动态静力分析通过计算和图解，求出机构中各运动副的约束反力及应加于曲柄OA的平衡力矩bM，完成动态静力分析图。运动分析与动态静力分析画在一张图中（A3）。4.计算并画出力矩变化曲线图1张（A4）。5.计算飞轮转动惯量FJ。6.计算发动机功率。7.用图解法设计进、排气凸轮，完成进气凸轮设计图1张（A4）。38.绘制内燃机的工作循环图1张（A4）。9.完成设计说明书（约20页）。4第二章四冲程内燃机设计2．1机构设计1.确定初始数据活塞行程H(mm)=300活塞直径D(mm)=190推杆偏距e(mm)=50行程速比系数K=1.06连杆质心位置lAC/LAB=0.37曲柄重Q1(N)=160连杆重Q2(N)=130滑块重Q3(N)=200连杆通过质心轴2c的转动惯性半径c2c=27959.9142（m2m）曲柄转速n1(rpm)=610发动机许用速度不均匀系数[δ]=0.012进气凸轮推程h1=9进气凸偏距e1=6进气凸偏基圆直径d01min=50进气门开放提前角-10°排气凸轮推程h2=10排气凸偏距e2=8排气凸偏基圆直径d02min=50排气门开放提前角-32°速度、加速度、动态静力分析中对应点A1齿轮参数m=3.5mm201ah25.0c142'2zz723'3zz361z2.计算连杆及曲柄的长度1）图解法求连杆和曲柄的长度设曲柄长度为r、连杆的长度为l，活塞行程H由已知数据知e=50（mm）H=300（mm）K=1.06rlOB（极限位置1）rlOB（极限位置2）根据K值求极位夹角：11180KK，已知K值为1.06，算得θ=5.24°5如图2-1所示，借助SolidWorks软件画出一条与活塞推程H相等距离的水平线BB，在B点处作一点垂线，以B点为起点作一条线与垂线相交形成一个三角形，并使两条线的夹角等于5.24°。再做一条水平线与BB的距离为活塞偏置距e=50（mm），以三角形斜边的中点为圆心，斜边距离的一半为半径作圆，O为圆与水平线相交的点，连接OB、OB，则rlOB，rlOB图2-1图解法确定连杆和曲柄的长度由此可得曲柄r和连杆l85.1482OBOBr64.4312OBOBl2）编程计算、校核设计原理：如图2-2所示，设曲柄长度为r、连杆的长度为l，活塞行程HrlOB（极限位置1）rlOB（极限位置2）11180KK可求sin2HCBRI22)()(CEOCOE6=22)()(DECDOC=22)cos(eRROB)1()(22eOFrl2HOEOFROEOCOE11sinsinOB)2(2sin2Rrl联立（1）、（2）式求解，可求出连杆的长度l及曲柄的长度r。利用Labview编程软件制作程序如图2-3，所示具体结果如图2-4所示图2-3Labview程序图2-4Labview程序前面板3.绘制内燃机的机构运动简图。由初始数据可知齿轮的参数如表2-1所示表2-1齿轮参数齿数模数m分度圆直径变位系数基圆直径齿顶圆直径齿根圆直径分度圆上的齿厚公法线长Z1363.5126-0.176118.401131.768116.0185.04937.507Z2、Z'2143.5490.17646.04557.23241.4825.94616.606Z3、Z'3723.5252-0.176236.803257.768242.0185.04980.6017利用SolidWorks软件画出机构简图如图2-5所示图2-5机构简图2.2运动分析1、速度分析（1）在CAD中新建一个零件图，在任意处以曲柄长度r画一个圆，圆心为O，以圆心为起点，r为长度画一条直线，与圆O交于点A，再画一条无限长度竖直线，以A为起点画线与竖直线相交于点B，长度为l，一个简易的机构运动简图就完成了。在简图上定出当OA与AB共线和垂直的四个点，并以上共线点在圆上阵列出12个点，此时圆上共有15个点。如图2-6所示。8图2-6运动简图（2）图解法求速度作出速度方程式如下：BAABVVV方向：OAAB大小：？OAl1？图2-7速度矢量三角形如图2-7所示，在SolidWorks中任取一点p作为速度极点。从点p出发做代表AV的矢量pa(OA且vAVpA/)，再分别过点a和p做代表BAV的方向线ab（AB），代表BV的方向线pb(竖直方向），两者相交于点B，在线段ab上截出一点C，使得abacll/=0.37，c点即为连杆的质心点，连接pc，则pc的长度即为2cV的大小。赋予速度矢量三角形一些约束，则速度矢量三角形可跟着机构运动简图的运动而变化，(100:1v)则abVvBA，pbVvB，pcVvc2连杆的角速度则为ABablVvABab12在运动分析图中将曲柄移动一个点，记录一组数据，数据如表2-2所示(S为连杆上端点与活塞推程最高点的距离)。9表2-2各点速度位置SVAB(m/s)Vc2(m/s)VB(m/s)ω2A009.5084.754022.02251A126.117.8217.516.08418.11507A292.064.1079.2669.429.51267A2'124.52.1499.5429.7484.977533A3170.850.8419.4169.5081.947932A4237.995.5238.2056.87312.79242A5281.738.6176.73.76719.95877A6299.589.5755.9750.57422.1777A6'3009.5084.754022.