四冲程内燃机 机械原理课程设计说明书
机械原理课程设计单缸四冲程内燃机
机械原理课程设计说明书题目：单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析二级学院机械工程学院年级专业 13材料本科班学号学生姓名指导教师朱双霞教师职称教授目录第一部分绪论 (2)第二部分设计题目及主要技术参数说明 (3)2.1 设计题目及机构示意图 (3)2.2 机构简介 (3)2.3 设计数据 (4)第三部分设计内容及方案分析 (6)3.1 曲柄滑块机构设计及其运动分析 (6)3.1.1 设计曲柄滑块机构 (6)3.1.2 曲柄滑块机构的运动分析 (7)3.2 齿轮机构的设计 (11)3.2.1 齿轮传动类型的选择 (12)3.2.2 齿轮传动主要参数及几何尺寸的计算 (13)3.3 凸轮机构的设计 (13)3.3.1 从动件位移曲线的绘制 (14)3.3.2 凸轮机构基本尺寸的确定 (15)3.3.3 凸轮轮廓曲线的设计 (16)第四部分设计总结 (18)第五部分参考文献 (20)第六部分图纸 (21)第一部分绪论1.本课程设计主要内容是单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析，在设计计算中运用到了《机械原理》、《理论力学》、《机械制图》、《高等数学》等多门课程知识。
2. 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。
通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。
活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。
活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能是气缸内产生高温高压的燃气。
燃气膨胀推动活塞做功。
再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。
内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。
这些过程中只有膨胀过程是对外做功的过程。
其他过程都是为更好的实现做功过程而需要的过程。
四冲程是指在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。
进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭；压缩行程时，气缸、内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并做功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。
机械原理课程设计指导书(四冲程)
机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 = 系 数 AB 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= 系数AB l 2(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 *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10图2所示。
二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。
（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。
3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。
（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。
（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。
单缸四冲程柴油机课程设计说明书
目录目录1、机构简介与设计数据ﻩ２（1）机构简介.................................................................................................................. ２（2）设计数据 ................................................................................................................. ３2、设计内容及方案分析ﻩ3(１）曲柄滑块机构的运动分析 (4)(2）齿轮机构的设计ﻩ6（3)凸轮机构的设计ﻩ８3、设计体会.......................................................................................................... １14、主要参考文献ﻩ11ﻬ单缸四冲程柴油机1、机构简介与设计数据(1)机构简介柴油机(如附图1（a））是一种内燃机,他将燃料燃烧时所产生的热能转变成机械能。
往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，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.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，气缸内的压力变化可由示功图（用示功器从气缸内测得，如附图１（ｂ）所示）,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做一简单介绍。
进气冲程:活塞下行，对应曲柄转角θ=０°→１８0°。
进气阀开，燃气开始进入汽缸，气缸内指示压力略低于1个大气压力，一般以1大气压力算,如示功图上的a →b。
压缩冲程：活塞上行,曲柄转角θ＝180°→３60°。
此时进气完毕,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ｂ→c。
机械原理课程设计任务书-单缸四冲程内燃机
机械原理课程设计任务书
设计题目：单缸四冲程内燃机一、已知条件：
在图示的单缸四冲程内燃机中
活塞行程H
连杆与曲柄长度之比λ
曲轴转速
n
1
曲轴正时齿轮齿数
z
1
凸轮轴正时齿轮齿数
z
2
正时齿轮模数m
正时齿轮压力角α
气门推杆升程h
进气凸轮推程运动角Φ
进气凸轮远程休止角
Φ
s
进气凸轮回程运动角Φ'
进气凸轮推程许用压力角[]α
进气凸轮回程许用压力角[]'α
具体数值见下表：
进气门推杆的运动规律如下图所示：
二、设计任务
1.根据已知条件，要求完成如下设计任务：
●确定曲柄滑块机构杆件尺寸，绘制机构运动简图；利用图解法分
析机构的三个瞬时位置（用图纸绘制，与设计说明书一起上交）●计算齿轮机各部分参数。
●画出凸轮理论轮廓曲线和实际轮廓曲线
2．完成设计计算说明书一份（不少于3000字），内容包括：
●设计说明书封面
●目录
●机构简介与设计数据
●设计内容及方案分析
●设计体会
●主要参考文献
三、课程设计进程安排
本课程设计共计一周（五天），时间分配见下表。
机械原理课程设计指导书(四冲程)
机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 = 系 数 AB 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= 系数AB l 2(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 *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10图2所示。
二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。
（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。
3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。
（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。
（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。
机械原理课程设计指导书(四冲程)
机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 = 系 数 AB 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= 系数AB l 2(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 *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10图2所示。
二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。
（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。
3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。
（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。
（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。
机械原理课程设计指导书(四冲程)
机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 = 系 数 AB 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= 系数AB l 2(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 *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10图2所示。
二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。
（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。
3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。
（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。
（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。
四冲程内燃机课程设计
点
（m/s）
（m/s）
（m/s）
（rad/s）
A0
……
5）同理，画出15个位置的加速度多边形，求出 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
点
(m/s2)
……
A0
……
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。
55
1.07
160
120
180
660
1/90
组10
360
195
60
1.08
170
130
190
670
1/80
组11
380
200
65
1.09
180
140
200
680
1/80
附表1续：各组初始数据
单位：mm
分组
凸轮Ⅰ（进气）
凸轮Ⅱ（排气）
h1
e1
r0min
ω
h2
e2
r0min
ω
组1
6
5
50
8
0
54
组2
7
0
7.飞轮转动惯量的确定
在本课程设计中，决定飞轮的转动惯量时，不考虑机构各构件的质量和转动惯量。
1）求出图8-b中下列各单元的面积（以Mr为界）：
、 、 、 、 、 、
在阻抗力矩曲线之上的面积表示盈功，在阻抗力矩曲线之下面积表示亏功。
盈功为正，亏功为负值。
2）根据上面各单元的面积求相应的功
3）求出在各个位置上功的累积变化量
注意：
严格按比例绘制（推荐1：4）
四冲程内燃机-机械原理课程设计说明书
四冲程内燃机-机械原理课程设计说明书-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIANX X 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×班学生姓名×××指导老师×××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：1．设计题目：四冲程内燃机设计2．应完成的项目：（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，然后进行答辩。
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日目录摘要 (1)第一章绪论 (2)1．1 课程设计名称和要求 (2)1．2 课程设计任务分析 (2)第二章四冲程内燃机设计 (4)2．1 机构设计 (4)2．2 运动分析 (7)2．3 动态静力分析 (11)2．4 飞轮转动惯量计算 (16)2．5 发动机功率计算 (18)2．6 进排气凸轮设计 (18)2．7 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。
机械原理课程设计指导书(四冲程)
机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 = 系 数 AB 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= 系数AB l 2(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 *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10图2所示。
二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。
（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。
3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。
（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。
（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。
机械原理课程设计指导书(四冲程)
机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 = 系 数 AB 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= 系数AB l 2(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 *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10图2所示。
二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。
（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。
3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。
（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。
（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。
四冲程内燃机设计机械原理课程设计报告书
目录一、四冲程内燃机的运动分析及总体设计思路 (1)二、绘制内燃机机构简图 (3)三、绘制连杆机构位置图 (4)四、作出机构15个位置的速度和加速度多边形 (4)五、动态静力分析 (8)六、计算飞轮转动惯量（不计构件质量） (14)七、计算发动机功率 (16)八、对曲柄滑块进行机构部分平衡 (17)九、排气凸轮（凸轮Ⅱ）的轮廓设计 (17)十、四冲程工作内燃机的循环图 (24)参考文献 (26)一、四冲程内燃机的运动分析及总体设计思路根据设计任务书，我们需要解决以下问题：凸轮的参数是多少？如何能让机构正常循环工作？为了解决这个问题，我们需要对整个机构从运动及力学的角度分析。
首先，需要明确四冲程内燃机的工作原理：内燃机是通过吸气、压缩、燃烧、排气四个过程不断重复进行的。
如果在四个冲程里完成吸气、压缩、做功（燃烧、膨胀）、排气的循环动作，就叫做四冲程。
相应的内燃机叫四冲程内燃机。
第一冲程，即吸气冲程。
这时曲轴向下转动，带动活塞向下，同时通过齿轮带动凸轮向下旋转，是凸轮的突起部分顶开进气阀门，雾状汽油和空气混合的燃料被吸入气缸。
第二冲程，即压缩冲程。
曲轴带动活塞向上，凸轮的突起部分已经转两个过去，进气阀门被关闭，由于凸轮只转了1/4周，所以排气阀门仍然处于关闭状态。
活塞向上运动时，将第一冲程吸入的可燃气体压缩，被压缩的气体的压强达到0.6～1.5兆帕，温度升高到300摄氏度左右。
第三冲程是做功冲程。
在压缩冲程末火花塞产生电火花，混合燃料迅速燃烧，温度骤然升高到2000摄氏度左右，压强达到3～5兆帕。
高温高压烟气急剧膨胀，推动活塞向下做功，此时曲柄转动半周而凸轮转过1/4周，两个气阀仍然紧闭。
第四冲程是排气冲程。
由于飞轮的惯性，曲柄转动，使活塞向上运动，这时由于凸轮顶开排气阀，将废气排出缸外。
四个冲程是内燃机的一个循环，每一个循环，活塞往复两次，曲柄转动两周，进排气图11、已知条件：活塞行程 H=220 (mm) 活塞直径 D ＝160（mm ）活塞移动导路相对于曲柄中心的距离 e ＝68 (mm) 行程速比系数 K ＝1.08连杆重心C 2至A 点的距离 2AC l ＝0.35AB l 曲柄重量 1Q ＝135 (N)连杆重量 2Q ＝125 (N) 活塞重量 3Q ＝200（N ）曲柄的转速 1n ＝640 (rpm) 连杆通过质心C 2的转动惯性半径 2c ρ＝0.15 AB l (2mm ) 发动机的许用速度不均匀系数 [δ]＝1/90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 =12Z =2Z '=14; 3Z =3Z '=72; 1Z =36 凸轮I 行程 1h ＝7 mm 凸轮II 的行程 2h = 6 mm 凸轮I 的基圆半径 1r = 55 mm 凸轮II 的基圆半径 2r = 60 mm 凸轮II 的偏心距 2e = 0 mm 凸轮I 偏心距 1e = 0 mm2、求连杆的长度和曲柄的长度 设连杆的长度为l 、曲柄长度为r ∴I OB r l -= OB r l += 11180+-=︒K K θ92.6=°又 θsin 2HCB R ==I =912.99mmmme CD R DE CD OC CE OC OE 58.361)()()()()(222222=--=--=-=22)(e OF r l +=+=476.46mm -------- (1) 2HOE OF +==471.58mm OCOE1sin -=α=23.33° θαδ-==16.41° 2sin2δR r l =-=261.60mm----------- (2) 联立（1）、（2）式求解，可求出连杆的长度l 及曲柄的长度r 。
机械原理课程设计指导书(四冲程)
机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 = 系 数 AB 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= 系数AB l 2(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 *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10图2所示。
二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。
（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。
3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。
（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。
（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。
机械原理课程设计单缸四冲程内燃机
机械原理课程设计说明书题目：单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析二级学院机械工程学院年级专业13材料本科班学号学生姓名指导教师朱双霞教师职称教授目录第一部分绪论 (2)第二部分设计题目及主要技术参数说明 (3)２、1 设计题目及机构示意图 (3)2、2 机构简介 (3)2、3 设计数据…………………………………………………… ４第三部分设计内容及方案分析…………………………………… ６3、1 曲柄滑块机构设计及其运动分析…………………………６3、1、1 设计曲柄滑块机构……………………………………… ６3、1、2 曲柄滑块机构得运动分析……………………………… ７3、2 齿轮机构得设计……………………………………………１13、２、1 齿轮传动类型得选择……………………………………123、2、2 齿轮传动主要参数及几何尺寸得计算…………………133、3 凸轮机构得设计 (13)3、3、1 从动件位移曲线得绘制 (14)３、３、2 凸轮机构基本尺寸得确定………………………………1５3、3、3 凸轮轮廓曲线得设计 (1)６第四部分设计总结 (18)第五部分参考文献 (20)第六部分图纸 (2)１第一部分绪论1、本课程设计主要内容就是单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析,在设计计算中运用到了《机械原理》、《理论力学》、《机械制图》、《高等数学》等多门课程知识。
2、内燃机就是一种动力机械，它就是通过使燃料在机器内部燃烧,并将其放出得热能直接转换为动力得热力发动机。
通常所说得内燃机就是指活塞式内燃机。
活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。
活塞式内燃机将燃料与空气混合，在其气缸内燃烧,释放出得热能就是气缸内产生高温高压得燃气。
燃气膨胀推动活塞做功。
再通过曲柄连杆机构或其她机构将机械功输出，驱动从动机械工作。
内燃机得工作循环由进气、压缩、燃烧与膨胀、排气等过程组成。
这些过程中只有膨胀过程就是对外做功得过程。
其她过程都就是为更好得实现做功过程而需要得过程。
机械原理课程设计指导书(四冲程)
机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 = 系 数 AB 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= 系数AB l 2(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 *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10图2所示。
二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。
（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。
3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。
（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。
（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。
机械原理课程设计指导书
四冲程内燃机设计 课程设计任务
一、设计图示内燃机的运动机构（图 1），主要包括：
1. 曲柄滑块机构的设计（曲轴、连杆、活塞） 2. 曲柄滑块机构的运动分析与受力分析 3. 飞轮设计 4. 内燃机功率计算 5. 传动齿轮的设计 6. 控制进、排气的凸轮传动机构设计 7. 运动循环设计
图纸可用 A4 纸替代。
五、原始数据与辅导资料
课程设计原始数据、进度安排、说明书格式要求等，均见网络教学平台。
六、其他说明
设计图一套包括： 1. 运动分析与动态静力分析图一张，手绘，A3 号图纸 2. 力矩变化曲线图一张，A4 网络纸手绘，写好坐标、比例及其他必要标注 3. 进气凸轮设计图一张，方法不限，A4 4. 内燃机工作循环图 1 张，方法不限，A4 5. 机构运动简图一张，手绘，A3 号图纸
1）计算活塞上的气体压力
P' pi F
（N）
F—活塞的面积（cm 2 ）
气体压强见机械原理课程设计原始数据.xls 中 sheet2 表。
注意“示功图表”表中的数据单位是 mm，而比例是“（2N/cm2）/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
PI2 = m2 ac2
图1
二、提交设计资料
1. 设计说明书一份 2. 设计图纸一套
三、设计要求
1. 5-6 人一组，团队协作，在组长组织下，共同完成 2. 2 周内完成，第 2 周周五答辩
四、设计准备
1. 制图工具一套 2. 安装二维（AutoCAD）或三维（SW）软件，用于辅助设计，版本不限，软
件也不限，上述 2 个软件是推荐 3. 档案袋一个，A3 图纸 2 张，A4 网格图 1 张（建议班级统一购买），其他 A4
机械设计课程设计四冲程
机械设计课程设计四冲程一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握四冲程内燃机的工作原理及各阶段的变化特点。
2. 使学生了解并能够描述四冲程内燃机关键部件的设计原则和功能。
3. 引导学生理解机械设计在四冲程内燃机性能优化中的作用。
技能目标：1. 培养学生运用CAD等软件进行简单四冲程内燃机部件的绘图能力。
2. 能够运用所学的理论知识，分析并解决四冲程内燃机在设计过程中可能出现的问题。
3. 提高学生团队协作能力，通过小组讨论、共同设计，完成四冲程内燃机的整体设计方案。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对机械设计的兴趣，培养其创新意识和实践能力。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程伦理观念，使其认识到机械设计在工程实践中的重要性。
3. 增强学生的环保意识，了解四冲程内燃机在节能减排方面的技术进步和责任。
本课程针对高年级学生，在已有一定基础知识和技能的基础上，进一步深化对四冲程内燃机的理解，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作和创新能力。
课程要求学生在掌握基本理论的基础上，通过团队协作，完成实际机械设计任务，培养解决实际问题的能力。
通过本课程的学习，使学生具备进一步深造或从事相关领域工作的基本素质。
二、教学内容1. 四冲程内燃机工作原理回顾：包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，强调各冲程中气体状态和能量转换特点。
2. 关键部件设计与分析：讲解气缸、活塞、连杆、曲轴、气门等关键部件的设计原则和功能，分析其相互配合对内燃机性能的影响。
3. 机械设计原理：介绍机械设计的基本原则，包括强度、刚度、耐磨性、可靠性等方面的要求，以及在设计过程中如何考虑四冲程内燃机的实际工况。
4. CAD绘图实践：教授学生运用CAD软件进行四冲程内燃机关键部件的绘制，掌握二维和三维建模方法。
5. 设计案例分析：分析典型的四冲程内燃机设计方案，让学生了解设计过程中可能遇到的问题及解决方法。
6. 小组设计项目：分组进行四冲程内燃机的设计实践，涵盖总体布局、部件设计、装配与调试等环节，培养学生团队协作和实际操作能力。
机械原理课程设计指导书(四冲程)
机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 = 系 数 AB 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= 系数AB l 2(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 *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10图2所示。
二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。
（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。
3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。
（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。
（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。
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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×班学生姓名×××指导老师×××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：1．设计题目：四冲程内燃机设计2．应完成的项目：（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，然后进行答辩。
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日目录摘要 (1)第一章绪论 (2)1．1 课程设计名称和要求 (2)1．2 课程设计任务分析 (2)第二章四冲程内燃机设计 (4)2．1 机构设计 (4)2．2 运动分析 (7)2．3 动态静力分析 (11)2．4 飞轮转动惯量计算 (16)2．5 发动机功率计算 (18)2．6 进排气凸轮设计 (18)2．7 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。
3.动态静力分析4.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M，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）。
矩b5.计算并画出力矩变化曲线图1张（A4）。
J。
6.计算飞轮转动惯量F7.计算发动机功率。
8.用图解法设计进、排气凸轮，完成进气凸轮设计图1张（A4）。
9.绘制内燃机的工作循环图1张（A4）。
10.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2c 的转动惯性半径c ρ 2c ρ= 27959.9142（m 2m ） 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=3.5 mm ο20=α1=*a h 25.0=*c2. 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 由已知数据知e= 50（mm ）H = 300（mm ）K= 1.06r l OB -=∴I （极限位置1） r l OB +=X （极限位置2）根据K 值求极位夹角：11180+-︒=K K θ，已知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X B B I ，在I B 点处作一点垂线，以X 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X B B I 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I OB 、X OB ，则r l OB -=I ，r l OB +=X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l 2）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Hr l OB -=∴I （极限位置1）rl OB +=X （极限位置2）θ∴ 可求=22)()(DE CD OC --=22)cos (e R R --θ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2-3 Labview 程序图2-4 Labview 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 Z 1363.5 126 -0.176 118.401 131.768 116.018 5.049 37.507 Z 2、Z'2 14 3.5 49 0.17646.04557.232 41.482 5.946 16.606 Z 3、Z'3 723.5252-0.176 236.803257.768242.0185.04980.601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（2）图解法求速度 作出速度方程式如下：方向： ↓ OA ⊥ AB ⊥ 大小： ？ OA l 1ω ？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A V 的矢量pa(OA ⊥且v A V pA μ/=)，再分别过点a 和p 做代表BA V 的方向线ab （AB ⊥），代表B V 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ab ac l l /=0.37，c 点即为连杆的质心点，连接pc ，则pc 的长度即为2c V 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，(100:1=v μ)则ab V v BA μ=，pb V v B μ=，pc V v c μ=2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)。
根据速度表格中的数据绘出S 的曲线如图2-8所示，绘出B V 的曲线图如图2-9所示。
图2-8 S 曲线图图2-9 B V 曲线图2、加速度分析（1）列出加速度的方程式方向： ↓ O A → A B → AB ⊥大小： ？ OA l 21ω AB l 22ω ？ 在SolidWorks 中任取一点'p 作为加速度极点。
从点'p 出发作代表A a 的矢量''a p （由机构图上的点A 指向点O ，且aAa a p μ=''）；再过点'a 和'p ，作代表an BA（//BA ，由点B 指向点A ）和代表atBA的矢量''b a （⊥AB ）；然后再作代表anB的矢量''b p （竖直方向）（10000:1=a μ）。
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 各点加速度绘出a B 的曲线图如图2-11所示。
图2-11B a 曲线图（2）编写程序计算校核如下图2-12、2-13（图中数据为A 1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 F p P i ⋅=' （N ） （i p 数值查附表一可得）F —活塞的面积（cm ））（cm 222⎪⎪⎭⎫⎝⎛=DF π根据附表一表中的数据找到对应的i p ，所以F p P i 'μ=（N ）由原始数据已知连杆重量2Q ，活塞重量3Q ，上面所求得的2c a ，B a ，然后求出作用于构件上的惯性力2I P =22c a m ⋅- （N ）BI a m P ⋅-=33 （N ）可以求出，活塞上所受合力的大小及方向4）已知连杆重量2Q ，上面所求的2α，2c ρ=215.0AB l ，即可求作用于构件上的惯性力矩222CC m J ρ⋅= （Kg ·m 2）（见原始数据）222J M αC I -= （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 12分解为n R 12和t R 12（方向先假设），取∑BM=0，求出tR 12。