单缸四冲程柴油机

1、学号学号成绩成绩课程设计说明书课程设计说明书课程名称课程名称 _题目名称题目名称 _专专业业 _姓姓名名 _指导老师指导老师 _年年月月日日实习（训）报告评语实习（训）报告评语等级：评阅人：职称：年月日河河南南工工程程学学院院实习（训）报告实习（训）报告实训目的（内容） ：实习时间：自月日至月日共天实 习 地 点：实 习 单 位：指导老师：系主任：目目录录一、一、机构简介与设计数据机构简介与设计数据1 机构简介(1)2 设计数据(2)二、二、设计内容及方案分析设计内容及方案分析1 曲柄滑块机构的运动分析（6）2 曲柄滑块机构的动态静力分析（11）3 齿轮机构的设计（12）4 凸轮机构的设计（1

2、3）附：齿轮啮合图的绘制 （17）三三、心得体会心得体会（21）四四、主要参考文献主要参考文献（22）一一、机构简介与设计数据、机构简介与设计数据1. 机构简介机构简介柴油机（图 1，a）是一种内燃机，它将燃料燃烧时所产生的热能转变为机械能。往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，以汽缸内的燃气压力推动活塞 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，汽缸内的压力变化可由示功图(用示功器从汽缸内测得，见图 1，b)表出，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作一简单

3、介绍：进气冲程：活塞下行，对应曲柄转角=0180。进气阀开，燃气开始进入汽缸，汽缸内指示压力略低于 1 大气压力，一般以 1 大气压力计算，如示功图上的 ab。压缩冲程：活塞上行，曲柄转角=180360。此时进气毕，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 bc。膨胀（作功）冲程：在压缩冲程终了时，被压缩的空气温度已超过柴油自燃的温度，因此，在高压下射入的柴油立刻爆炸燃烧，气缸内压力突增至最高点，燃气压力推动活塞下行对外作功，曲柄转角=360540，随着燃起的膨胀，汽缸容积增加，压力逐渐降低，如图上 cb。排气冲程:活塞上行，曲柄转角=540720.排气阀开，废气被驱出，气缸内

4、压力略高于 1 大气压力，一般亦以 1 大气压力计算，如图上的 ba。进排气阀的启闭是由凸轮机构控制的， 图 1， a 中 y-y 剖面有进排气阀各一只（图中只画了进气凸轮） 。凸轮机构是通过曲柄轴 O 上的齿轮 z1和凸轮轴 O1上的齿轮 z2来传动的。 由于一个工作循环中， 曲柄轴转两转而进排气阀各启闭一次，所以齿轮的传动比2122112zznni。图图 1 1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作功的，其余的三个冲程则需依靠机械的惯性带动。因此，曲柄所受的驱动力不是均匀的，所以其速度波动也较大。为了减少速度波动，曲柄轴上装有飞轮（图上未画） 。2.设计数据设计

5、数据见表 1，2，3。1）曲柄滑块机构的运动分析曲柄滑块机构的运动分析已知活塞冲程 H,连杆与曲柄长度之比，曲柄每分钟转数 n1要求设计曲柄滑块机构，绘制机构运动简图，作机构三个位置的加速度和加速度多边形，并作出滑块的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在 1 号图纸上（参考图例 1） 。表表 1图图 2曲柄位置图的作法如图 2 所示，以滑块在上止点时所对应的曲柄位置为起始位置（即=0） ，将曲柄圆周按转向分成十二等分得 12 个位置 112，12(=375)为汽缸指示压力达最大值时所对应的曲柄位置，1324 为曲柄第二转时对应各位置。2）曲柄滑块机构的动态静力分析曲柄滑块机构的动态静力

6、分析已知机构各构件的重量 G，绕重心轴的转动惯量 JS,活塞直径 DA，示功图数据（表 2）以及运动分析所得的各运动参数。设计内容曲柄滑块机构的运动分析曲柄滑块机构的动态静力分析及飞轮转动惯量的确定符号HlAs2l04Bn1DhDG1G2G3Js1Js2J01单位mmmmr/minmmNkgm2数据120480540150010020021020100.10.050.21/100齿轮机构设计凸轮机构设计Z1Z1mhsammmm2244520205010503075要求确定机构两个位置（同运动分析）的各运动副反力及曲柄上的平衡力矩 My。以上内容作在运动分析的同一张图纸上（参考图例 1） 。3）

7、飞轮设计飞轮设计已知机器的速度不均匀系数，曲柄轴的转动惯量1SJ、凸轮轴的转动惯量1OJ、连杆 2 绕其重心轴的转动惯量2SJ，动态静力分析求得的平衡力矩 My；阻力矩 Mc为常熟。要求用惯性力法确定安装在曲柄轴上的飞轮转动惯量 JF。以上内容，作在2 号图纸上（参考图例 2） 。注意：注意：该部分内容为选作内容。4）齿轮机构设计齿轮机构设计已知齿轮齿数、模数 m、分度圆压力角；齿轮为正常齿制，在闭式的润滑油池中工作。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。表表 2表表 3位置编号123456789101112曲柄位置（）30609012015018021

8、0240270300330360气缸指示压力0.1MPa(105N/m2)1111111116.519.535工作过程进气压缩121314151617181920212223243753904204504805105405706006306606907206025.59.5332.521.511111膨胀排气5.凸轮机构设计凸轮机构设计已知从动件冲程 h，推程和回程的许用压力角 和 ?，远休止角s，回程运动角，从动件的运动规律（图 3） 。要求按照许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线。以上内容，作在 2 号图纸上。图图3 3设计计算及说明计算数据二二 设计内容设计内

9、容1 1、曲柄滑块机构的运动分析曲柄滑块机构的运动分析1）根据已知数据，取mmm2Ll（以大图为准，这里只是示意） ，画机构运动简图。2）运动分析设曲柄长为OAL，连杆长为ABL，由表 1 可得，=ABL/OAL=4,H=(ABL+)-(ABL-OAL)=120mm.解得OAL=60mm，ABL=240mm。OAL=60mmABL=240mm设计计算及说明计算数据A 点了角速度 ：602n1A=2x3.14x1500/60=157srad当曲柄转动到 10， 11， 12 号点时的位置的滑块的位移量：由几何知识可知LLLLLOBOA2AB2OB2OA2AOBcos解得：10S=264mm11S

10、=290mm12S=300mm速度分析：BAAvvvB大小？LOAOA未知）（2OAABL方向竖直OABAsm9.42LvOAOAA以mmvm2v根据矢量方程式，做机构各点的速度图，及滑块 B 的速度图（以大图为准，这里只是示意） 。srad156A10S=264mm11S=290mm12S=300mmsm9.42vA设计计算及说明计算数据由图 4 可知bap图图 5 51111 号点位速度分析图号点位速度分析图由图 5 可知设计计算及说明计算数据s/18.3radlvsm9.2lvabBA122pbv10B，s/rad53lvsm5.7lvabBA11pbv11BAB，sm9.2v10Bsm

11、5.7v11BaP(b)图图 6 61212 号点位速度分析图号点位速度分析图由图 6 可知加速度分析tnaaaaaaaBBABBABAAA，大小？OA2OALAB2ABL？方向竖直 OABAAB以mms/m202a根据矢量方程式，做机构各点的加速度图，及滑块 B 的速度图（以大图为准，这里只是示意） 。pS2ban图图 7 71010 号点位加速度分析图号点位加速度分析图sm94.1478LaOA2OAA设计计算及说明计算数据s/39.25radlv0vabBA2112BAB0v12Bsm1478.9aA由图 7 可知pS2abn图图 7 71111 号点位加速度分析图号点位加速度分析图由图

12、 7 可知paS2b图图 812 号点位加速度分析图号点位加速度分析图由图 8 可知2a10/739.4smbpaB2a11/1282.8smbpaB2a12/1850smbpaB设计计算及说明计算数据210/739.4smaB212/1850smaB2 2、曲柄滑块机构的动态静力分析曲柄滑块机构的动态静力分析1) 受力分析对 10，11，12 号点位进行受力分析，分别为图 9（a） （b）（c）（a）10 号点号点（b）11 号点号点（c）12 号点号点图图 9 9 受力分析受力分析2）计算活塞上的气体压力NDpPNDpPNDpPiii274894153154510542h12122h111

13、12h1010，设计计算及说明计算数据33Gpi33GpiPPP43R43R43R2iM2iM2iM2G2G2GtR12tR12nR12nR1212RNPNPNP27489153155105121110，3）求作用于构件上的惯性力3 3、齿轮机构的设计齿轮机构的设计1）传动类型的选择：按照一对齿轮变位因数之和（x1+x2）的不同，齿轮传动可分为零传动、正传动和负传动。零传动就是变位因数之和为零。零传动又可分为标准齿轮传动和高度变为齿轮传动。高变位齿轮传动具有如下优点：小齿轮正变位，齿根变厚，大齿轮负变位，齿根变薄，大小齿轮抗弯强度相近，可相对提高齿轮机构的承载能力;大小齿轮磨损相近，改善了两齿

14、NampNJMNampBicisi1478.8147.921601031010102013222，NampNJMNampBicisi2565.6256.526801131111112113222，NampNJMNampBicisi3700032001231212122213222，设计计算及说明计算数据NpNMNpiii1478.8147.92160101001322，NpNMNpiii2565.6256.52680111111322，NpNMNpiii370003200121221322，轮的磨损情况。 因为在柴油机中配气齿轮要求传动精确且处于高速运动中，为提高使用寿命高变位齿轮较为合适。2

15、）变位因数的选择：此次设计应用封闭图法，查表计算得 x1=0.23x2=-0.23,数据查表得具体参考【1】3）齿轮机构几何尺寸的计算：齿轮 m=51 且为正常齿制故 ha*=1 ， c*=0.25（注：公式参考资料【（注：公式参考资料【1 1】 ）4 4 凸轮机构的设计凸轮机构的设计1）运动规律的选择：根据从动件运动规律图分析知位移 s 对转角的二阶导数为常数且周期变换，所以确定为二次多项式运动规律。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=mcos啮合角2020中心距 a(a)165节圆直径 d110220中心距变

16、动因数 y0齿高变动因数0=x1+x2-y齿顶高 ha6.153.85ha=(ha* +c*-)m齿根高 hf5.17.4hf=(ha* +c*-x)m齿全高 h11.2511.25h=ha+hf齿顶圆直径 da122.3227.7da=d+2ha齿根圆直径 df99.8205.2df=d-2hf重合度a1.65分度圆齿厚 s7.85齿顶厚 sa7.113.79x1=0.23x2=-0.23205100228122220110ddddddf1f1a2a121设计计算及说明计算数据（公式公式参考资料【参考资料【1 1】 ） ：S=C0+C1+C22加速阶段0-25S=2h2/0减速阶段25-50

17、S=h-2h(0-)2/02以从动件开始上升的点为=0据此计算得（单位：）S()（单位：mm）00101.6206.425103013.64018.4502060207018.48013.68510906.41001.61100根据上表绘制出从动件上升位移S= S()的变化曲线（如图 10）设计计算及说明计算数据2）基圆半径计算由基圆半径公式得 3mm33mm23.5mmrr0.02-tan51.80.02tanrr02220，在此取esedsds3)作出凸轮设计图根据以上数据作出凸轮的实际廓线及理论廓线s22dpsd3mm33mmrrr0设计计算及说明计算数据s图图 1 10 0凸轮运动规律

18、图凸轮运动规律图dpds附录：附录：齿轮啮合图的绘制齿轮啮合图的绘制齿轮啮合图是将齿轮各部分尺寸按一定的比例尺画出轮齿啮合关系的一种图形。它可直观地表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数，并可借助图形作某些必要的分析。一、渐开线的画法渐开线齿廓按渐开线的形成原理绘制，如图4所示。以小齿轮廓线为例，其步骤如下:1)按公式计算出各圆直径db、d、d、df及da，画出各相应的圆。图图11112)连心线与节圆的交点为节点P。过P点作基圆之切线，与基圆相切于N1，则pn1即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线的一段。3)将pn1线段分成若干等分:1p、12、234)根据渐开线的特性N1Opn1，因弧长不易测量

19、，可按下式计算N1O所对应的弦长,1on,1ON01180sinbbdpnd（1）图图 12按此弦长在基圆上取O点。5)将基圆上的弧长N1O分成同样等分得基圆上的对应分点1、2、3。6)过点1、 2、 3作基圆的切线， 并在这些切线上分别截切线段， 使得p111, ,p222, ,、p333, ,。得1、2、3诸点。光滑连接0、1、2、3各个点的曲线即为节圆以下部分的渐开线。7)将基圆上的分点向左延伸， 作出5、 6、 7， 取p1555, ,，p1666, ,，可得节圆以下渐开线各点5、6直至画到齿顶圆为止。8)当dfdb时，在渐开线与齿根圆之间直接画出过渡圆角。二、啮合图的绘制步骤1)选取

20、比例尺L(mm/mm)，使齿全高在图样上有30-5Omm的高度为宜。定出齿轮中心01、02如图所示。分别以01、02为圆心作出基圆、分度圆、节圆、齿根圆、齿顶圆。2)画出工作齿廓的基圆内公切线，它与21OO连心线的交点为节点P，又是两节圆的切点，内公切线与过P点的节圆切线间夹角为啮合角t。，应与按式(1)计算之值相符。3)过节点p分别画出两齿轮在顶圆与根圆之间的齿廓曲线。4)按已算得的齿厚和齿距P计算对应弦长S和P。S0180sindsd(2)p0180sindpd(3)按S和p在分度圆上截取弦长得A、C点，则弧AB=s,弧AC=P （见图12）5)取AB中点D,连01、 D两点为轮齿的对称线

21、。 用描图纸描下对称线右半齿形以此为模板画出对称的左半部分齿廓及其他相邻的34个齿廓。另一齿轮的作法相同。6)作出齿廓工作段。B1、B2为起始与终止啮合点，以01为圆心21BO为半径作圆弧交齿轮1齿廓于b1点，则从b1点到齿顶圆一段齿廓为齿廓工作段。同理可作出齿轮2的齿廓工作段。7)画出两齿轮啮合过程中的滑动系数变化曲线。滑动系数计算公为xllzz11211(4)xlllzz1212(5)在21NN线段上，按计算之值取点B2、P、B1,自N1点量起，按适当的间距取LX值，按式(3)、式(4)计算出对于不同LX的各位置处两轮齿面滑动系数1和2，画出如图13 所示的滑动系数曲线图。参考文献1给出了一种使用方便的滑动系数图解计算法。 一般情况下， 轮齿的齿廓工作段最低点具有绝对值最大的滑动系数，其值为2121max111BNlzz(6)2121max21NBlzz(7)有啮合图上直接量取l、21BN、21NB代入上式即可算出max1图 13心得体会心得体会：经过一周的奋战我们的课程设计终于完成了。在这短短了五天时间里经过一周的奋战我们的课程设计终于完成了。在这短短了五天时间里如同把课本复习了一遍，为考试做好了准备。从中体会到一个完整机构从如同把课本复习了一遍，为