四冲程内燃机-机械原理课程设计说明书

1、X X 大学机械原理课程设计说明书四冲程燃机设计院（系）机械工程学院专 业 机械工程及自动化班 级XX机械工程X班学生指导老师XXX年 月曰课程设计任务书兹发给 XXX班学生 XXX 课程设计任务书，容如下：1 设计题目： 四冲程燃机设计2. 应完成的项目：(1) 燃机机构运动简图 1 (A4)(2) 燃机运动分析与动态静力分析图 1( A3)(3) 力矩变化曲线图1( A4)(4) 进气凸轮设计图1 (A4)(5) 工作循环图1 (A4)(6) 计算飞轮转动惯量(7) 计算燃机功率(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

2、任务书于20XX年1月4日发出，应于20XX 年1月15日前完成，然后进行答辩。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目录摘 要 1第一章 绪论 211 课程设计名称和要求 212 课程设计任务分析 2第二章 四冲程燃机设计 421 机构设计 422 运动分析 723 动态静力分析 1124 飞轮转动惯量计算 1625 发动机功率计算 1826 进排气凸轮设计 1827 工作循环分析 19设计小结 21参考文献 22摘要燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器部燃烧，并将其放出的热能直 接转换为动力的热力发动机。四冲程燃机是将燃料和空气混合，在其气缸燃

3、烧， 释放出的热能使气缸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 作循环的燃机。本课程设计是对四冲程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，设计一款四冲程燃机。关键词 ： 四冲程燃机；运动分析；动态静力分析第一章 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

4、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。（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（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

5、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 Mb ，完成动态静力分析图。运动分析与动态静力分析画在一图中（ A3）。4. 计算并画出力矩变化曲线图 1（A4 ）。5. 计算飞轮转动惯量 J F 。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（A4 ）8. 绘制燃机的工作循环图 1（ A4）9. 完成设计说明书（约 20 页）。第二章四冲程燃机设计1. 确定初始数据活塞行程活塞直径推杆偏距行程速比系数连杆质心位置曲柄重连杆重滑块重连杆通过质心轴C2的转动惯性半径曲柄转速发动机许用速度不均匀系数进气凸轮推程进气凸偏距进气凸偏基圆直径进气

6、门开放提前角排气凸轮推程排气凸偏距排气凸偏基圆直径排气门开放提前角速度、加速度、动态静力分析中对应点 齿轮参数2. 计算连杆及曲柄的长度H(mm) = 300D(mm) = 190 e(mm) = 50K = 1.06IAC/LAB = 0.37Q1(N) = 160Q2(N) = 130Q3(N) = 200=27959.9142 (mm2)n1(rpm) = 610S = 0.012 h1 = 9e1 = 6 d01min = 50h2 = 10e2 = 8d02min = 50A1m=3.5 mm 20 ha 1 c 0. 25Z2 z 214 Z3z 372z1361）图解法求连杆和曲

7、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= 1.06OB l r （极限位置1）OB l r （极限位置2）根据K值求极位夹角：K1180 K 1，已知K值为“6，算得。=524°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 B B，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，0为圆与水平线相交的点，

8、连接OB、OB，则OB l r，OB l rlOB OB 431.64r OB OB 148.85H2）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HOB l r （极限位置1）OB l r （极限位置2）180可求R CBi 2si nOE 、(OC)2 (CE)2(OC)2 (CD DE)2-22=.R (Rcos e)OB l r .(OF)2 e2HOF OE2.i OE . i OE sinsin OCROBl r 2Rsi n2联立（1）、（2）式求解，可求出连杆的长度I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

9、图2-4所示图 2-3 Labview 程序图2-4 Labview程序前面板3. 绘制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齿顶圆直径齿根圆直径分度圆上的齿厚公法线长基圆直径乙363.5126-0.176118.401131.768116.0185.04937.507Z2、Z' 2143.5490.17646.04557.23241.4825.94616.606Z3、Z' 3723.5252-0.176236.803257.768242.0185.04980.601利用SolidWorks软件画出机构简图如图2

10、-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 0,以圆心为起点，r为长度画一条直线，与圆 0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0A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。图2-6运动简图(2)图解法求速度作出速度方程式如下：Vb Va Vba方向：OA AB大小：？ lloA ?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

11、出发做代表VA的矢量 pa( OA且pA VA / v)，再分别过点a和p做代表VBA的方向线ab( AB)，代表VB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lac/lab =0.37，c 点即为连杆的质心点，连接 pc,则pc的长度即为Vc2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，(v 1:100)则VBAvab，Vbv pb，Vc2v pc连杆的角速度则为Vabvab2 llAB,AB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)。表2-2各点速度位置SV

12、AB(mVc2(m/s)W(m32A009.5084.754022.02251A126.117.8217.516.08418.11507A292.064.1079.2669.429.51267A2'124.52.1499.5429.7484.977533A3170.850.8419.4169.5081.947932A4237.995.5238.2056.87312.79242A5281.738.6176.73.76719.95877A6299.589.5755.9750.57422.1777A6'3009.5084.754022.02251A7290.448.2086.657-

13、2.87519.01144A8251.314.4568.304-6.70510.32103A9182.110.9229.644-9.8962.135545A9'124.54.4969.653-10.51810.41367A1097.199.5379.324-10.1622.08968A1126.928.9257.306-6.36420.67216根据速度表格中的数据绘出S的曲线如图2-8所示，绘出VB的曲线图如图2-9所图2-9 VB曲线图2、加速度分析(1)列出加速度的方程式aBa anaBAaBA方向：A OB AAB大小：？2l1 lOA2l2>AB？在SolidWorks

14、中任取一点p作为加速度极点。从点p出发作代表aA的矢量pa （由机构图上的点A指向点O,且pa'）；再过点a'和p'，作代表aBA（ /BA，由点B指向a点A ）和代表 a；A的矢量a'b'（ AB）；然后再作代表 a；的矢量p'b'（竖直方向）（a 1:10000 ）。图2-10加速度矢量三角形求得加速度数据如表2-3所示表2-3各点加速度位置na bata baaBAaBac2aA0209.390171.21221.17819.8685.34164.9372A1141.678337.43365.9667611.56582.74781.

15、5583A239.06853553.33554.7186.84416.671281.628A2'10.69672604.79605.0711383.571400.82A31.63821621.07621.07-192.11395.171438.528A470.65254493.03498.07-360.45471.881141.96A5171.9847252.18305.24-385.93151.57584.1015A6212.351521.64213.45-398.19529.5950.12276A6'209.390171.36221.22-404.36530.58165.2

16、847A7156.0459314.83351.38-448.34527.27729.212A845.99049587.05588.85-467.03481.981359.73A91.968972680.22680.22-258.37386.351575.532A9'46.81988585.25587.1251.79391.231355.561A10210.6693451.34498.09361.26472.11045.398A11184.4991216.51284.46671.59616.8501.4824绘出aB的曲线图如图2-11所示aB（2）编写程序计算校核如下图2-12、2-1

17、3 （图中数据为A1点数据）荃于labview的（R負曲觴块速勳H度验算程序脯豪曲-VKAfi曲耐皿mm肛,1402 勺43L74号IE開WfelLJfi画图2-12前面板图2-13程序图2.3动态静力分析1.活塞上的气体压力求解运用公式P'Pi F（ N）（数值查附表一可得）2FD（ cm 2）F活塞的面积（cm）2I根据附表一表中的数据找到对应的Pi，所以PPiF（ N）由原始数据已知连杆重量Q2，活塞重量Q3，上面所求得的ac2，aB，然后求出作用于构件上的惯性力Pi2 _ m2 ac2PI3m3 aBMb 0图2-14示力图可以求出，活塞上所受合力的大小及方向P P'

18、P3 Q34）已知连杆重量Q2，上面所求的2，： = 0.15IAb，即可求作用于构件上的惯性力矩JCm2 C(Kg m2)(见原始数据)M 12JC2 2(N m)5）以构件2、3为示力体，将作用在构件2上A点处的反力R12分解为和R；（方向先假设），取M b=0,求出R；2。如图2-14,用图解法求出hi, h2取设M逆时针为正，则R2 lAB-Q2 I P2 h I MI20占 Q B I R2 h l MI2R2 |I AB6）以构件2、3为示力体，取 F0,利用图解法求出r12和&3，画受力分析图如图2-15,用矢量法解得R：2, Ro3, R27）以构件3为示力体，对滑块进

19、行受力分析如图2-16L心图2-16滑块受力分析图F 0,求出R01，再由 豊得h3，又R2R21图2-17曲柄力矩图8）以构件1为示力体（构件1的重力忽略不计），取Mo =0 ,求出Mb对曲柄做受力分析如图2-17 ，M b R 21 h3excel表格求得如下上述要求的数据可以通过原始数据与已经求的数据通过 表格2-4所示表格2-4动态静力分析各点数据hl逆正(mr)h2逆正(m)R12 ( N)R12(N)R03R12h3Mb-10.1823.4265.6171925570.651699.3125570.730.39-9.97259122.53-22.21-2858.619713.05-

20、1667.6119919.2477.49-1543.54251.52-53.45-2102.926837.27-3879.847153.358127.83-914.414271.98-59.97-1983.891227.33-3286.642332.84578.31-182.685239.21-61.93-1649.96-5585.98-2178.75824.564122.59714.0333144.38-45.37-1098.62-12148.9-1051.2912198.4896.251174.10477.66-8.22142.5975-9547.82-486.089548.88560.9

21、8582.29139.5822.75-607.827-14971.7-1139.914984.052.8642.8543948.0513.58-929.401-15069.1-851.4315097.79.14-137.99329.8685.21-1135.85-15709.3-935.3415750.2652.91-833.346-95.88116.45216.7075-16871.3-2820.616872.793.38-1575.57-218.16124.931198.593-11054.61084.8211119.43130.7-1453.31-271.73116.282066.823

22、-2509.841647.463251.316114.9-373.576-246.75108.374444.6431576.72712.674716.02620.9-98.5649-137.771.223018.961-4338.52-1899.615285.535143.83-760.218-10.1823.4265.61719-54113.1-5162.3954113.140.18-9.74037122.53-22.21-2858.6-60510.34882.3260577.73100.236071.706251.52-53.45-2102.92-35670.44473.0635732.3

23、3146.435232.286271.98-59.97-1983.89-287133314.4128781.47148.54274.048239.21-61.93-1649.96-25094.92263.0125149.03138.143474.087144.38-45.37-1098.62-21350.8483.721379.05100.582150.30477.66-8.22142.5975-14370.2-340.3514370.9460.3866.567539.5822.75-607.827-16977.8-1431.7916988.663.5760.6495148.0513.58-9

24、29.401-17085.5-1207.6717110.768.06-137.91329.8685.21-1135.85-16903.5-1309.4516941.652.2-884.351-95.88116.45216.7075-11845.5-668.9411847.592.75-1098.86-218.16124.931198.593-8521.03-88.018604.916128.35-1104.44-271.73116.282066.8231881.013524.492794.63100.19279.994-246.75108.374444.64310232.274161.3211

25、155.9122.021361.243-137.771.223018.96120632.774638.8820852.4778.691640.8812.4飞轮转动惯量计算1绘制力矩变化曲线Mb = Mb （）1）把Mb二Mb （）曲线作为Md = Md（）曲线（驱动力矩曲线）将所得30个Mb值，在A3图纸上画出去变化曲线，即Md = Md（）曲线，如图 2-18111111=100- m /mmm2）以Mb的平均值作为阻抗力矩Mr （常数）。这是因为在周期性的速度波动中,一个波动周期的输入功等于输出功。即d r E 0，首先，根据图2-16用CAD直接得出图中各个区域的面积，如表 2-5所示表

26、2-5力矩各区域面积单兀面积f 1f2f3f 4f 5f6面积大小（mm2）-101.894384.3587-187.5711864.8207-120.668140.1461根据已知数据求阻抗力矩(M r M rH f1 f2 f3 f4 f5 f6(mm) =6.76( mm根据求出的H值，画Mr二Mr （）阻抗力矩曲线，如图2-19所示ptp=O.图2-19阻抗力矩曲线以H为界，H以上为盈功，以下为亏功。且盈功为正，亏功为负值，用CAD求各部分面积，所得数据如表2-6。区域面积f' 1f' 2f' 3f' 4f ' 5f ' 6f'

27、7面积大小(mm2)-185.322421.4178-376.2884716.472-244.006872.552-0.5339表2-6阻抗力矩曲线各区域面积根据上面各区域的面积，用公式Wi，求对应的功得:W f i mWf 2MdWf 3叫W f4咙W f5皿W f6W f7MiMd5559. 672624. 53411288. 6521494. 167320. 2042176. 5616. 073)根据上面数据，求在各个位置上功的累积变化量WWa W1 =-5559.672WbW+W2 =-4917.138WcW +W2 +W3 = -16205.7885WdWi +W2+W3 +W4=

28、5288.3715We W1 +W2+W3 +W4+W5 =-2031.8325Wf w1 +W2 +W3 +W4 +W5 +W6 = 144.7275Wg w +W, +W3 +W4 +W 5 +W6 +W7 = 128.7105所以，根据上面数据可得Wmax 5288.3715 (Nn)Wmin -5559.672 (Nn)从而得到最大盈亏功WmaxWmax 二Wmax Wmin = 10848.0435 ( Ng根据许用不均匀系数,求等效构件上所需的等效转动惯量已知Jm ax2m2 m60），0.012从而得到 J =221.52（ kg*m2）飞轮的转动惯量：Je Jf Jc不考虑各构件的质量和转动惯量Jc忽略不计2Jf Je=221.52（kg*m）2.5发动机功率计算H l由公式 N坐 世 丄（HP），H=6.77,L=100.53， Mb=100,260 750=0.125，n 1=610,解得 N=57.66HP2.6进排气凸轮设计已知：两凸轮的推程角均为60°，回程角均为60°，远休止角均为10°。查表知,进气凸轮的行程 h=9mm ,偏距e=6mm ,基圆半径r=50mm;排气凸轮的行程 h=10mm ,偏距e=8mm ,