四冲程内燃机-机械原理课程设计说明书

.z.-----总结资料**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**×××指导教师×××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：设计题目：四冲程内燃机设计应完成的工程：〔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，然后进展辩论。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.z.-----总结资料目录摘要 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 22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展运动分析、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〕按规定时间来辩论。〔7〕齿轮传动要按照无根切条件考虑。(采用变位齿轮)1.2课程设计任务分析机构设计根据行程速比系数K及尺寸确定机构的主要尺寸，并绘制机构运动简图1张〔A4〕。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。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，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〕。计算并画出力矩变化曲线图1张〔A4〕。计算飞轮转动惯量。计算发动机功率。用图解法设计进、排气凸轮，完成进气凸轮设计图1张〔A4〕。绘制内燃机的工作循环图1张〔A4〕。完成设计说明书〔约20页〕。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连杆通过质心轴的转动惯性半径=27959.9142〔m〕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=3.5mm2. 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由数据知e=50〔mm〕H=300〔mm〕K=1.06〔极限位置1〕〔极限位置2〕根据K值求极位夹角：，K值为1.06，算得θ=5.24°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，在点处作一点垂线，以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、，则，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l2〕编程计算、校核设计原理：如图2-2所示，设曲柄长度为、连杆的长度为l，活塞行程H〔极限位置1〕〔极限位置2〕可求==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LINKE*cel.Sheet.8"F:\\机械原理课程设计\\机械原理课程设计原始数据2ptr.*ls""数据!R1C5:R4C8"\a\f4\h表2-1齿轮参数LINKE*cel.Sheet.8"F:\\机械原理课程设计\\机械原理课程设计原始数据2ptr.*ls""数据!R33C1:R36C10"\a\f4\h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'3723.5252-0.176236.803257.768242.0185.04980.601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。图2-6运动简图图解法求速度作出速度方程式如下：方向：大小：？？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出发做代表的矢量pa(且)，再分别过点a和p做代表的方向线ab〔〕，代表的方向线pb(竖直方向〕，两者相交于点B，在线段ab上截出一点C，使得=0.37，c点即为连杆的质心点，连接pc，则pc的长度即为的大小。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，()则，，连杆的角速度则为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)ω2A009.5084.754022.02251A126.117.8217.516.08418.11507A292.064.1079.2669.429.51267A2'124.52.1499.5429.7484.977533A3170.850.8419.4169.5081.947932A4237.995.5238.2056.87312.79242A5281.738.6176.73.76719.95877A6299.589.5755.9750.57422.1777A6'3009.5084.754022.02251A7290.448.2086.657-2.87519.01144A8251.314.4568.304-6.70510.32103A9182.110.9229.644-9.8962.135545A9'124.54.4969.653-10.51810.41367A1097.199.5379.324-10.1622.08968A1126.928.9257.306-6.36420.67216根据速度表格中的数据绘出S的曲线如图2-8所示，绘出的曲线图如图2-9所示。图2-8S曲线图图2-9曲线图2、加速度分析〔1〕列出加速度的方程式方向：大小：？？在SolidWorks中任取一点作为加速度极点。从点出发作代表的矢量〔由机构图上的点A指向点O，且〕；再过点和，作代表〔//BA，由点B指向点A〕和代表的矢量〔AB〕；然后再作代表的矢量〔竖直方向〕〔〕。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anBAatBAaBAaBac2α2A0209.390171.21221.17819.8685.34164.9372A1141.678337.43365.9667611.56582.74781.5583A239.06853553.33554.7186.84416.671281.628A2'10.69672604.79605.0711383.571400.82A31.63821621.07621.07-192.11395.171438.528A470.65254493.03498.07-360.45471.881141.96A5171.9847252.18305.24-385.93151.57584.1015A6212.351521.64213.45-398.19529.5950.12276A6'209.390171.36221.22-404.36530.58165.2847A7156.0459314.83351.38-448.34527.27729.212A845.99049587.05588.85-467.03481.981359.73A91.968972680.22680.22-258.37386.351575.532A9'46.81988585.25587.1251.79391.231355.561A10210.6693451.34498.09361.26472.11045.398A11184.4991216.51284.46671.59616.8501.4824绘出aB的曲线图如图2-11所示。图2-11曲线图〔2〕编写程序计算校核如下列图2-12、2-13〔图中数据为A1点数据〕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〔N〕〔数值查附表一可得〕F—活塞的面积〔cm〕根据附表一表中的数据找到对应的，所以〔N〕由原始数据连杆重量，活塞重量，上面所求得的，，然后求出作用于构件上的惯性力=〔N〕〔N〕可以求出，活塞上所受合力的大小及方向4〕连杆重量，上面所求的，=，即可求作用于构件上的惯性力矩〔Kg·m2〕〔见原始数据〕〔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R分解为和〔方向先假设〕，取=0，求出。如图2-14，用图解法求出h1，h2取，设M逆时针为正，则图2-14示力图6〕以构件2、3为示力体，取利用图解法求出和，画受力分析图如图2-15,用矢量法解得，，图2-15受力分析矢量图7〕以构件3为示力体，对滑块进展受力分析如图2-16图2-16滑块受力分析图8〕以构件1为示力体〔构件1的重力忽略不计〕，取求出，再由=0，求出对曲柄做受力分析如图2-17，量得，又图2-17曲柄力矩图上述要求的数据可以通过原始数据与已经求的数据通过e*cel表格求得如下表格2-4所示表格2-4动态静力分析各点数据位置α2ac2aBpiP'(N)下正Pi3〔N)P(N)Pi2〔N)Mi2〔N*m〕逆正A0164.9372685.34819.800-16730.6-16530.69091.24161.17467A1781.5583582.74611.56-1-567.06-12480.8-12847.97730.221289.8774A21281.628416.67186.84-1-567.06-3813.07-4180.135527.253-475.351A2'1400.82383.5711-1-567.06-224.49-591.555088.171-519.559A31438.528395.17-192.11-1-567.063920.6193553.5595242.049-533.545A41141.96471.88-360.45-1-567.067356.1366989.0766259.63-423.549A5584.1015151.57-385.93-1-567.067876.1377509.0772010.622-216.641A650.12276529.59-398.19-1-567.068126.3417759.2817025.17-18.5904A6'165.2847530.58-404.36-1-567.068252.267885.27038.30361.30353A7729.212527.27-448.34-1-567.069149.8128782.7526994.395270.4623A81359.73481.98-467.031.5850.599531.24210581.836393.609504.3194A91575.532386.35-258.3752835.35272.8678308.1675125.049584.3594A9'1355.561391.2351.7984536.48-1056.943679.5395189.783502.7731A101045.398472.1361.26158505.9-7372.671333.2346262.548-387.735A11501.4824616.8671.5943.524667.11-13705.911161.178182.037-185.998A12164.9372685.34819.814079388.4-16730.662857.769091.24161.17467A13781.5583582.74611.5614079388.4-12480.867107.567730.221289.8774A141281.628416.67186.8472.541111.85-3813.0737498.785527.253-475.351A14'1400.82383.571150.528636.53-224.4928612.045088.171-519.559A151438.528395.17-192.1132.518429.453920.61922550.075242.049-533.545A161141.96471.88-360.45158505.97356.13616062.046259.63-423.549A17584.1015151.57-385.937.54252.957876.13712329.092010.622-216.641A1850.12276529.59-398.192.51417.658126.3419743.9917025.17-18.5904A18'165.2847530.58-404.362.51417.658252.269869.917038.30361.30353A19729.212527.27-448.341567.069149.8129916.8726994.395270.4623A201359.73481.98-467.031567.069531.24210298.36393.609504.3194A211575.532386.35-258.371567.065272.8676039.9275125.049584.3594A21'1355.561391.2351.791567.06-1056.94-289.8815189.783502.7731A221045.398472.1361.261567.06-7372.67-6605.616262.548-387.735A23501.4824616.8671.591567.06-13705.9-12938.98182.037-185.998h1逆正〔mm〕h2逆正〔mm〕Rt12〔N)Rn12(N)R03R12h3Mb-10.1823.4265.6171925570.651699.3125570.730.39-9.97259122.53-22.21-2858.619713.05-1667.6119919.2477.49-1543.54251.52-53.45-2102.926837.27-3879.847153.358127.83-914.414271.98-59.97-1983.891227.33-3286.642332.84578.31-182.685239.21-61.93-1649.96-5585.98-2178.75824.564122.59714.0333144.38-45.37-1098.62-12148.9-1051.2912198.4896.251174.10477.66-8.22142.5975-9547.82-486.089548.88560.98582.29139.5822.75-607.827-14971.7-1139.914984.052.8642.8543948.0513.58-929.401-15069.1-851.4315097.79.14-137.99329.8685.21-1135.85-15709.3-935.3415750.2652.91-833.346-95.88116.45216.7075-16871.3-2820.616872.793.38-1575.57-218.16124.931198.593-11054.61084.8211119.43130.7-1453.31-271.73116.282066.823-2509.841647.463251.316114.9-373.576-246.75108.374444.6431576.72712.674716.02620.9-98.5649-137.771.223018.961-4338.52-1899.615285.535143.83-760.218-10.1823.4265.61719-54113.1-5162.3954113.140.18-9.74037122.53-22.21-2858.6-60510.34882.3260577.73100.236071.706251.52-53.45-2102.92-35670.44473.0635732.33146.435232.286271.98-59.97-1983.89-287133314.4128781.47148.54274.048239.21-61.93-1649.96-25094.92263.0125149.03138.143474.087144.38-45.37-1098.62-21350.8483.721379.05100.582150.30477.66-8.22142.5975-14370.2-340.3514370.9460.3866.567539.5822.75-607.827-16977.8-1431.7916988.663.5760.6495148.0513.58-929.401-17085.5-1207.6717110.768.06-137.91329.8685.21-1135.85-16903.5-1309.4516941.652.2-884.351-95.88116.45216.7075-11845.5-668.9411847.592.75-1098.86-218.16124.931198.593-8521.03-88.018604.916128.35-1104.44-271.73116.282066.8231881.013524.492794.63100.19279.994-246.75108.374444.64310232.274161.3211155.9122.021361.243-137.771.223018.96120632.774638.8820852.4778.691640.8812.4飞轮转动惯量计算1.绘制力矩变化曲线=〔〕1〕把=〔〕曲线作为=〔〕曲线〔驱动力矩曲线〕将所得30个值，在A3图纸上画出去变化曲线，即=〔〕曲线，如图2-18图2-18力矩变化曲线图以的平均值作为阻抗力矩〔常数〕。这是因为在周期性的速度波动中，一个波动周期内的输入功等于输出功。即，首先，根据图2-16用CAD直接得出图中各个区域内的面积，如表2-5所示表2-5力矩各区域面积单元面积f1f2f3f4f5f6面积大小(mm2)-101.894384.3587-187.5711864.8207-120.668140.1461根据数据求阻抗力矩〔=6.76〔mm〕根据求出的H值，画=〔〕阻抗力矩曲线，如图2-19所示图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求各局部面积，所得数据如表2-6。表2-6阻抗力矩曲线各区域面积区域面积f’1f’2f’3f’4f’5f’6f’7面积大小(mm2)-185.322421.4178-376.2884716.472-244.006872.552-0.5339根据上面各区域的面积，用公式，求对应的功得：根据上面数据，求在各个位置上功的累积变化量=-5559.672+=-4917.138++=-16205.7885+++=5288.3715++++=-2031.8325+++++=144.7275++++++=128.7105所以，根据上面数据可得5288.3715〔Nm〕-5559.6