单缸四冲程柴油机机构设计 机械原理课程设计 - 图文

机械原理课程设计

说 明 书

设计题目：单缸四冲程柴油机机构设计

学 院：机电工程学院 专 业：车辆工程 班 级： S1

学 号：2012126849 设 计 者：黄通尧 指导教师：王洪波

提交日期：二○一四 年七月

1、机构简介

柴油机是内燃机的一种，如图1所示。它将柴油燃烧时所产生的热能转变为机械能。往复式内燃机的主运动机构是曲柄滑块机构，以气缸内的燃气压力推动活塞3经连杆2而使曲柄1旋转。

图1 柴油机机构简图及示功图

四冲程内燃机是以活塞在气缸内往复移动四次（对应于曲柄轴转两转）完成一个工作循环。在一个工作循环中气缸内的压力变化可用示功器或压力传感器从气缸内测得，然后将压力与活塞位移的关系绘成曲线图，称为示功图，见图1（b）。

现将四冲程柴油机的压力变化关系作一粗略介绍：

=0°—180°，进气阀开启，空气进入气缸。汽缸内

指示压力略低于1个大气压，一般可以1个大气压来计算。进气结束时，进气阀关闭。如示功图上的a一b段。

=180°—360°，将进入气缸的空气压缩。随着活塞

的上移气缸内压力不断升高。如示功图上的b一c段。

膨胀冲程：在压缩冲程结束前，被压缩空气的温度已超过柴油的自燃温度。因此当高压油泵将柴油喷进燃烧室时，呈雾状细滴的柴油与高温空气相接触，立即爆炸燃烧，使气缸内的压力骤增至最高点。燃气产生的高压推动活塞下行，通过连杆带动曲柄旋转对外作功。对应曲柄转

=360°—540°，随着燃气的膨胀活塞下行气缸容积增大，气缸内压力逐渐降低，如示功图上c—d段。

排气冲程：排气阀开启，活塞上行将废气排出。气缸内压力略高于1个大气压，一般亦以一个大气压计算。对应

=540°—720°，如示功图上d—a段。

进、排气阀的开启是通过凸轮机构控制的。凸轮机构是通过曲柄轴上的齿轮Z1和凸轮轴上的齿轮Z2来传动的。这一对齿轮称为正时齿轮，由于一个工作循环中，曲柄轴转动两周而进、排气阀各开启一次，所以正时齿轮的传动比为i12=2。

由上可知，在一个工作循环的四个冲程中只有一个冲程是作功的，其余三个冲程都要依靠机械的惯性来带动、要消耗功的。因此曲柄会由于驱动力的不均匀而引起速度波动。为了减小速度波动，曲柄轴上应加装飞轮来进行调速。

2、已知数据

已知数据表

设计内容 符号 单位 数据 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 H mm 120 lAs2 l04B n1 Dh mm D G1 G2 N G3 Js1 Js2 kgm2 J01 4 mm r/min 80 540 1500 100 200 210 20 10 0.1 0.05 0.2 1/100 齿轮机构设计 Z1 22 Z1 44 m mm 5 ° 20 h mm 20 示功图数据表 位置编号 曲柄位置（°） 气缸指示压力520.1MPa(10N/m) 工作过程 12′ 375 60 13 390 25.5 14 420 9.5 15 450 3 膨胀

1 30 1 2 60 1 3 90 1 4 120 1 进气 16 480 3 17 510 2.5 18 540 2 5 150 1 6 180 1 50 凸轮机构设计 s ° [] [a′] 10 50 30 75 7 210 1 8 9 10 11 12 360 35 240 270 300 330 1 1 6.5 19.5 压缩 19 570 1.5 20 21 22 23 24 720 1 600 630 660 690 1 1 1 1 排气 3、设计内容

我的学生编号为 37 ，即计算 7、12 两个位置。

（1） 曲柄滑块机构的运动分析

mmm 1）根据已知数据，取μL?0.001l

（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L1，连杆长为L2，由表，λ=1/L1=4,H=(L1+L2)-(L1-L2)=120mm.得L1=60mm，

L2=240mm。

速度分析：

vB??vA?vBA

??（2?2未知）大小 ？ ?1L1 ?2L 方向 竖直 ⊥OA ⊥BA

m/sμv ?0.1，根据矢量方程式，mm

作机构各点的速度图，及滑块B

的速度线图。 由图可得，v7 B?μv?lpb?3.68m/s 7vBA，? 2?l?34.2rad/sab v12B?μv?lpb?0，

vBA12? ???39.27rad/s2 lab

加速度分析： aB??aA?a?anBA???tBAm/s2,μa?10，

mm2大小 ？ ?12L1 ?2L2 ？

方向 竖直 →OA →BA ⊥AB

m/s2根据矢量方程式，取μa?10作机构各点加速度图及滑块的加速度线图。

mm由图及速度影像法可得，

7''aB?p'b'?μa??1086m/s2,a12μa?1850m/s2B?pb?7s2'212s2'2a?ps2?μa??1290m/s,a?ps2?μa?1600m/s'a7位置加速度图

''bb' 'p

p'

a's2b''

（2） B点运动曲线绘制

同组同学计算B点在个位置的运动参数值如下表： 位置 速度（m/s） 加速度（m/s2） 位置 速度（m/s） 加速度（m/s2） 1 5.8 2 9.2 3 9.4 4 6.8 5 3.6 6 0 7 -3.6 8 -6.8 9 -9.4 10 -9.2 11 -6.3 12 0 12′ 1390 575 385 -918 -1052 -1230 -1052 -918 385 575 1390 1831 1648 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 5.8 9.2 9.4 6.8 3.6 0 -3.6 -6.8 -9.4 -9.2 -6.3 0 1390 575 385 -918 -1052 -1230 -1052 -918 385 575 1390 1831 注意：速度和加速度是有正负的。

由计算数据画B点的速度和加速度图，再由数值积分方法划出位移图。 （3） 导杆机构的动态静力分析 （1）受力分析

取μL?0.001

Rm，作2-3和1的力的示力体 mmP?'?PR43?'R43??pi3?G3??pi3?G3?G2?Mi2Mi2G2???R?n12?t12（2）计算活塞上的气体压力

22πDh'12πDh?785.4N，P?27489N R12 P7?p?12?pi?44'7i? (3) 求作用于构件上的惯性力

12 pi7??m?a??2580N,pN 2s2i2??m2?as2??3200271212 Mi7??J????152.1N,M??J???0 cic2271212 pi7??m?a??1086N,p??m?a??3700N 3Bi333Bnt

RR1212把作用在构件2上的反力R分解为和

12取?MBtt=0，7位置，R12?lAB?Mi2?G2?h1?μL?pi2h2?μ?0,?R12??574.1N

t 12位置，R12?0

力分析：

R34?P?G3?pi3?G2?pi2?R?R R23?pi2?G2?R12 R14?G1?R21 大小 ? √ √ √ √ √ √ ？ ？ √ √ √ ？ √ √ 方向 √ √ √ √ √ √ √ √ ？ √ √ √ ？ √ √

NN12μ?100?20由力的矢量方程式，作力的多边形，取μ7,， PPmmmm??R43R34 7位置力多边形

以构件1为示力体，（构件1的重力忽略不计），取

12求出M7??10.2N（顺时针），M?0。 yy?n?t??'?????t12?n12????????R41?G3?P?pi3??'pi3R12??pR41?R12R12??G2?G3?PPi2??'R21R12G1??R21?R14??pi2(G2)?R14G1????F?0,求出R，再由?M0=0，

4、选作一题 飞轮设计： 方案Ⅳ

?d??r??W,?d??r??Wmax

飞轮转动惯量的确定

J?900?Wmax?0.494kg?m2Fπ2n2[?]

飞轮尺寸的确定

2 GAD?4g?JF G?4g?JF?19.78NA2D

GA6.2972H??m bπDrr

5、设计心得体会

经过两周的奋战我们的课程设计终于完成了，在这次课程设计中我学到得不仅是专业的知识，还有的是如何进行团队的合作，因为任何一个作品都不可能由单独某一个人来完成，它必然是团队成员的细致分工完成某一小部分，然后在将所有的部分紧密的结合起来，并认真调试它们之间的运动关系之后形成一个完美的作品。

这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的可能不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解…..也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为我们的出发点都是一致的。

经过这次课程设计我们学到了很多课本上没有的东西，它对我们今后的生活和工作都有很大的帮助，所以，这次的课程设计不仅仅有汗水和艰辛，更的是苦后的甘甜。

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