四冲程内燃机设计

机械原理课程设计指导书

四冲程内燃机设计

一．设计任务

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张（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1张（A2）。

3.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M（每人负责完成5～6个位置），完成动态静力分析图1张（A1）。

力矩

b

4.计算并画出力矩变化曲线图1张（A3方格纸）。

5.计算飞轮转动惯量F J。

6.计算发动机功率。

7.用图解法设计进、排气凸轮，完成凸轮设计图1张（A3）。

8.绘制内燃机的工作循环图1张（A4）。

9.完成设计说明书（约20页）。

●分组及组内数据见附表1；

●示功图见附表2；

●组内成员分功见附表3；

●课程设计进程表见附表4；

●四冲程内燃机中运动简图见附图1。

二．设计步骤及注意问题

1. 确定初始数据

根据分组情况（附表1），查出设计初始数据。

活塞行程 H = （mm ） 活塞直径 D= （mm ） 活塞移动导路相对于曲柄中心的距离 e= （mm ） 行程速比系数 K=

连杆重心2c 至A 点的距离 2AC l = （mm ） 曲柄重量 1Q = （N ） 连杆重量 2Q = （N ） 活塞重量 3Q = （N ） 连杆通过质心轴2c 的转动惯性半径c ρ 2c ρ= （m 2m ） 曲柄的转速

n 1= （rpm ）

发动机的许用速度不均匀系数 [δ]= 曲柄不平衡的重心到O 点的距离 OC l =OA l （mm ） 开放提前角：

进气门：-10°；排气门： -32° 齿轮参数：

m =3.5（mm ）； α=20°；a h *=1；25.0*=C

2Z ='

2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36

2. 计算连杆及曲柄的长度

设曲柄长度为r 、连杆的长度为l ，活塞行程H

r l OB -=∴I （极限位置1）

r l OB += （极限位置2）

11

180+-︒

=K K θ θ∴ 可求

θ

sin 2H

CB R I =

=

2

2

)()(CE OC OE -=

=22)()(DE CD OC -- =22)cos (e R R --θ

)1()(22----------------+=+e OF r l

2

H OE OF +

= OC

OE

1

sin -=α θαδ-=

)2(2

sin

2-------------------=-δ

R r l

联立（1）、（2）式求解，可求出连杆的长度l 及曲柄的长度r 。

3. 绘制内燃机的机构运动简图（A4）

根据曲柄与连杆的尺寸、活塞（滑块）的行程、活塞移动导路相对于曲柄中心的距离e 、各齿轮的参数等数据，参照“附图1”绘制构内燃机的运动简图。 注意：

● 严格按比例绘制（推荐1：4）

● 先打好图纸的边框，画好标题栏，再根据空间的大小合理安排位置画图。标题栏放在图纸的右下方。

● 凸轮先不画，待凸轮设计完成后再补画 ● 样例中进、排气阀机构有错，需要找出并更正

●

图线、箭头要规范、书写要工整（以机械制图中的GB 为准）。 ➢ 实体用粗实线

➢

齿轮的节圆用点划线（间距要基本相同）

图1 曲柄滑块机构设计

➢ 文字、尺寸（界）线、剖面线用细实线。粗细线比例为2：1。

➢ 文字与尺寸标注方向朝上或朝左（在尺寸线上写时可朝左，如样图中的162；无尺寸线时只能朝上，如样图中的Z 3。上下以标题栏中的文字为准） ➢ 假想位置可画成虚线或双点划线（建议用双点划线） ➢

尺寸按自己的实际尺寸标注，不要抄样例尺寸。

4. 运动分析

1）参照图2设置图纸布局（A2）

2）在速度“v 图”与加速度“a 图”之间的位置上，画出曲柄滑块机构的运动简图（参照图3）

具体作法：

以活塞在最高位置时的“A ”为起点（记为A 0），由A 0开始，顺时针方向将圆等分为12等分，得A 0、1A 、2A 、……，11A 共12个点；

找出滑块在最低位置时曲柄上A 点的位置，记为'6A ；

找出曲柄OA 与连杆AB 垂直的两点（此

时22r l l OB +=），分别记为A '2和A '

9。如

此，曲柄回转一周共分为15个位置

可近似认为，当曲柄在OA '2和OA '

9位置时，滑快B 的速度为最大值。

注意：

● 括号内的编号在绘制运动分析图时不用，绘制动态静力分析图时再使用。 ●

图中，用粗实线画出曲柄滑块的一个位置（任选）。其它14个位置的曲柄与连杆用细实线画，滑块不画，标注出各B 点的位置即可。

图2 机构运动分析

图3 曲柄滑块的运动简图

3）设定合适的比例，画出机构15个位置的速度多边形

● 在“V 图”的左上角清楚注明绘图比例（mm

s

m v /=μ）

● 速度矢量用粗实线绘制，箭头长宽比约4/1～5/1，绘图要规范、工整 ●

若图线太短，不够画箭头时，可用小圆点代替箭头。

4）通过图解法，求出这15个位置的2B C2BA V V V ω、、、的数值。

● 所有公式和计算过程都写在说明书上，不要写到图纸上

●

在说明书上写出1个点的求解步骤和方法即可（包括简图），其他点直接将所计算数据列在表中即可。

表一 机构各点速度表

5）同理，画出15个位置的加速度多边形，求出B C a a 、、、、、22BA t

BA n BA a a a α的

数值，并将方法和结果在说明书中说明和列表。（不同的图可用不同的比例，注明即可）

表二 机构各点加速度表

6）在图纸的右侧绘制15个点的位移曲线、速度曲线和加速度曲线图。

● 坐标与单位要标注清楚

● 用粗实线绘制

●

画出一个完整循环，也就是要画360°（起点要画2次），起点和终点的数据大小要完全相同（因为是同一个点）。

5. 动态静力分析

1）计算活塞上的气体压力

F p P i ⋅=' （N ）

F —活塞的面积（cm 2）

●

注意“附表2”表中的数据单位是mm ，而比例是“（2N/cm 2）/mm ”，所以查表所得数据要进行换算

2）求作用于构件上的惯性力

2I P =22c a m ⋅- （N ） B I a m P ⋅-=33 （N ）

3）求出活塞上所受合力的大小及方向

3'3Q P P P I

++=