四冲程内燃机设计讲解

1、华南理工大学广州汽车学院课程设计说明书题目四冲程内燃机设计系另寸机电工程系专业班级学号姓名指导老师课程负责人2009年9 月10 日课程设计(论文)任务书兹发给班学生课程设计(论文)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：_ 内燃机机构设计(2) 曲柄滑块机构运动分析(3) 曲柄滑块机构动态静力分析(4) 用解析法设计凸轮U的实际轮廓曲线(5) 绘制内燃机的工作循环图3、参考资料：_(1)机械原理 李琳，李杞仪主编中国轻工业出版社，2009年(2)机械原理课程设计指导书.杨忠秀主编.机械工业出版社，2003年 机构运动方案及机构设计-机械原理课程设计题例及指导.姜

2、琪主编，高教出版社，1991年4、本设计(论文)任务书于2009年 8月31 日发出，应于2009年 9月 12日前完成, 然后进行答辩。指导老师 缪丹云 签发 2009年_8_月31 日课程负责人 签发年月日课程设计（论文）评语:1.设计独立元成情况2.设计方案合理性3.计算准确性4.图纸表达正确性5.图面质量6.说明书质量7.答辩情况8.出勤情况9.其他课程设计（论文）总评成绩:课程设计（论文）答辩负责人签字年月日目录一、已知条件：在图示的四冲程内燃机中 1二、设计任务、设计步骤及注意问题 21、 机构设计（A4） 22、 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图 33、 作出机构15个位置的速

3、度多边形34、 作出机构15个位置的加速度多边形 45、用A2纸画出以上2、3、4 56、动态静力分析（A1） 57、 用直角坐标作出Mb Mb（）用方格纸绘制） 118、 计算飞轮转动惯量 119、 计算发动机功率 1310、 进行机构部分平衡 1311、 设计凸轮H的实际轮廓曲线 1412、 绘制内燃机的工作循环图（A4） 16一.已知条件：在图示的四冲程内燃机中活塞行程H=225(mm)活塞直径D=170(mm)活塞移动导路相对于曲柄中心的距离 e=50(mm)行程速比系数K=1.04连杆重心C2至A点的距离Iac2=0.35* I AE(mm)曲柄重量Q=160(N)连杆重量Q2=12

4、0(N)活塞重量Q=190(N)连杆通过质心轴C2的转动惯性半径2 =0.16*l 2AE(mm)c c曲柄的转速ni=620(rpm)发动机的许用速度不均匀系数5 =1/100曲柄不平衡的重心到 0点的距离loc=lO/(mm)开放提前角：进气门:-10 ° ；排气门:-32 °齿轮参数：M=3.5(mm); a =20° h a=1乙=乙'=14; Z 3=N=72; Z i=36二.设计任务、设计步骤及注意问题1.机构设计任务：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）步骤：（1）求连杆及曲柄长度设连杆的长度为I

5、、曲柄的长度为r'OB = l-r0E3 =l+r1801.0511.0513.53R CB1H2si n1827.78OE(OC)2 (CE)2.R2 (CD e)2438.77l r(OF)2 e2 (1)HOF OE 551.27i OE sin113.895OC10.365(2)l r 2Rsi n2联立(1) (2),解得 l=441mm r=111mmA4图纸2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图任务：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 为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度最大时的曲柄位 置（即曲柄旋转一周共分为十五个位置）并做出机构各位置时

6、的机构 位置图,求出滑块的相对位移。步骤：A2图纸3. 作出机构15个位置的速度多边形 任务：求出这15个位置的VbA、Vc2> Vb、3 2的数值，并列表表示。（表步骤：在A2图纸上，作出Va垂直OA方向与1相同。Vb方向与导轨平行。从a点开始作Vba与AB垂直，与Vb的交点记为b。b指向a的方向就 是Vba的方向。Vba乘以0.35,计算出C2点。连结p c2,由量取长度乘以比例尺得到实际大小。2 n164.9l ab60l AC2 0.36 Iabvai 1oa1oa 7.2m/s60A2 比例尺：Uv=1: 200表(mm/s)VBAVc2VbA36.023.40Ai28.127

7、.022.713.6A14.035.034.26.7A8.236.834.32.6A6.834.235.01.7A20.731.227.19.2A33.126.214.115.2A35.023.13.016.0A33.712.6014.5A30.025.013.416.2A15.032.226.07.4A6.036.036.21.8A12.235.137.25.6Aio21.032.336.09.3Aii33.227.021.214.84.作出机构的15个位置的加速度多边形任务：求出15个位置的a；A、aBAac2、aB的数值并列表表示。（表二）步骤：在A2图纸上，先作出aA，与OA平行。由a

8、点作 J，在作at垂直于naBA，交于点B。ab的长度乘以尺后的到实际大小。0.35得到c2点。连结P C两点，得到ac2。量取长度乘以比例aBA ° BA计算公式:aBnt= aBA +aBA +aBA大小:？121OA22 IBA?方向:平行导轨AOBA丄ABA2 l1OA(2n)260l oa 467.n2 l2BABAnBA(max)2(16.3)20.441117.2m/s2nBA(min)(1.7)20.4411.32m/s2aaaa53 m / s2比例尺：1： 1000O表二:(mm/s2)naBAtaBAaBAaC2aBA117.240124.293.0518590

9、A82.7262273.8591.8442451A20.3431430.5975.0326133A3.4463464.01052.229722A1.4474475.01077.131072A40.0378381.1859.4310314A99.3211234.1480.7412321A114.218115.943.1403354A96.550109.2115.6440361A117.2254278.8573.7413360A825.6452451.71022.7340348A91.5498497.01126.9300120A13.4476475.21077.129238Aio40.139439

10、7.0895.7325138Ai97.8203224.5458.04614315. 任务：用直角坐标作滑块 B点的位移曲线 S=S( © ),速度曲线 VB=VB( © )及加速度曲线aB=aB( © )。(把以上2、3、4、5作在一张2 号图纸上)步骤：A2图纸6. 动态静力分析任务：求出机构在各位置时各运动副的反力及应加于曲柄0A的平衡力矩M,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Pl2P|3 M ,2等数值列于表三.(2)列出各个位置的的计算公式，并计算出其数值。将各个位置的p'、R；2、3、R23、

11、Ri2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'、p、M '等数值列于表六bb将Mb和Mb进行比较，计算出它们的误差，把结果列于表七。步骤：(1)计算活塞上的气体压力p p F ( N)p Pi厂例如点 A14: p'72.5 226.816443(N)D 22F(3)226.8(cm )求作用于构件上的惯性：pm a (N)I 22 C2JC2 m2C 120/9.8 (0.16 04412) 0.381kg m2M I 2JC2 2PI 3m3 aB(N)表三:R2M I 2R3A-3796-327.4-5429A-3

12、673-429.3-2133A14-4041-371-2908A18-5388-44.04-6592A23-5633-174.4-9306Q3(3)计算活塞上受力的大小及方向:P|3(4)把作用在构件 取Mb=02上的反力R12分解为R；和R；2 求出R；解：以B点取距,设顺时针为正：(A4)：M12327.4PI2 3796Q2120hi0.073h20.008(A9M 12Pi 2 h1Q2 h2)：M 121 AB429.3R20.049M|2p 2h1Q2 h24 )： M1 AB12371P120.016M 12Pi 2 h1Q2 h?1 AB54373673 Q28215.6404

13、1Q2h2(h2(As): Mi2 44.0413553h 0.013h 2 =0.031120120R25388hih1Q20.1330.128120M|2 P2 h1 Q2 h>1 AB(A23 ) M 12174.4hi0.031h20.067RtM I2P|2 hi Q2 h2R121 AB(5)以构件2、3为示力体，取(6) 以构件3为示力体，取267.8F 0,P2 Q5633 Q212070.4,求Rn 和R12 %3 ，求 R23求出&1再由M0=0,求出Mb表四:IpR12R：R2R03R23A276.825010-5437335799786.624140A13

14、845731.88215.697413915.59741A14164436570213553677582651467168A18692675.4-267.868174.4381A23276.8366.8-70.4375.64.6366(7)以构件1为示力体，(构件1的重力忽略不计)，取表五:R01MbA33579671580A9741204820Al4677581931103Al86813268.8A375.64131.6表六:I2P （ N*cm ）PbMbA276.85823.8646441A13841917212787A1416443169451880895A1869212013356A

15、23276.838.84306.88）用茹可斯基杠杆法，把速度多边形转 90°,把所有外力平移到速度多边的相 应点上，取 M p 0 求出m '，并与m b值进行比较。表七:MbMb误差A6715806464413.8%A2048202127873.7%A14193110318808952.6%Al83268.81335675%A234131.64306.84.07%（9）用一张4号图纸大小的方格纸Mb（）曲线7. 用直角坐标作出Mb Mb（）用方格纸绘制）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Jf。（1）在本课程设计中，决定飞轮的转动惯量时，不考虑机构

16、各构件的质量和转动惯量。（2） 把 M M （）曲线作为 M M （）曲线（驱动力矩曲线）參斤丄三三之外_ 1么尧/%规定：当M b与的方向一致时为负，画在横坐标的下方。 当M b与的方向相反时为正，画在横坐标的上方。（1的方向为顺时针）（3）根据一个波动周期内的输入功等于输出功求阻抗力矩（常数） M ，并作出阻抗力矩曲线（a）求出阻抗力矩（Mr（）的纵坐标H：m =20N ?m/mm20.5(mm)Mr m H 410注意：i）f i,f 2f6表示各单位的面积，单位为 mrh在横坐标之下为负值，在横坐标之上为正值。ii）H的单位为毫米，当乘上比例尺之后，才能得出M之值。MbIVI r（c）

17、根据求出的H值，作出m m （）阻抗力矩曲线。（4）根据上面各单元的面积求相应的功，并求出最大盈亏功f1'f2f31f4f；f61f7-10.141.89-24.2851.29-16.342.62-0.53Mb 20Nm/mm3.14/60W f；Mb10.56 W2If2Mb20.9W3f3Mb25.03 W41f4 Mb52.59W5f5Mb16.74 W51f6Mb27.42W7 f7Mb31.4（5）求出在各个位置上功的累积变化量WW, W；105.6WbW284.6Wc33.50Wd 19.09We 2.344Wf5.08WgWmaxWd52.59 WminW 25.03(6

18、) 求出最大盈亏功WmaxWmax Wmax Wmin35.236(7) 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:2 口1/100 m 620m1 60Je184.16 kg m2m9. 计算发动机功率H LMb2凸 1.858 HP60 75010.对曲柄滑快机构进行机构部分平衡（平衡 A点的质量）由上面的方程组可求得:m2B m2 也 4.284 KGI ABm2A m2 也 7.960 KG1 abmBm3 m2B'解得 mB=15.103kgmA=24.287kgmAgm2A(2)把曲柄A点的质量用距O点为a=0.5r的平衡质量mb平衡mb 2 mA 48.5kgmb a mA rImb 0.5rmA r11.用解析法设计凸轮u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