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 (2)

（1）机构简介 (2)

（2）设计数据 (3)

2、设计内容及方案分析 (3)

（1）曲柄滑块机构的运动分析 (4)

（2）齿轮机构的设计 (6)

（3）凸轮机构的设计 (8)

3、设计体会 (11)

4、主要参考文献 (11)

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。

做功冲程：在压缩冲程终了时，被压缩的空气温度已超过柴油的自燃的温度，因此，在高压下射入的柴油立刻爆燃，气缸内的压力突然增至最高点，燃气压力推动活塞下行对外做功，曲柄转角θ=360°→540°。随着燃气的膨胀，气缸容积增加，压力逐渐降低，如图上c→b。

排气冲程：活塞上行，曲柄转角θ=540°→720°。排气阀打开，废气被驱出，气缸内压力略高于1大气压，一般亦以1大气压计算，如图上的

b→a。

进排气阀的启闭是由凸轮机构控制的。凸轮机构是通过曲柄轴O上的齿轮Z1和凸轮轴上的齿轮Z2来传动的。由于一个工作循环中，曲柄转两转而进排气阀各启闭一次，所以齿轮的传动比i12=n1/n2=Z1/Z2 =2。

由上可知，在组成一个工作循环的四个冲程中，活塞只有一个冲程是对外做功的，其余的三个冲程则需一次依靠机械的惯性带动。

（2）设计数据

设计数据表1

设计数据表2

/(105N·m2)

工作过程进气压缩

12′13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 375 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720

60 25.5 9.5 3 3 2.5 2 1.5 1 1 1 1 1

做功排气

2、设计内容及方案分析

（1）曲柄滑块机构的运动分析

已知：活塞冲程H，连杆与曲柄长度之比λ，曲柄每分钟转数n1。

要求：设计曲柄滑块机构，绘制机构运动简图，做机构滑块的位移、速度和加速度运动线图。

曲柄位置图的做法如附图2所示，以滑块在上指点是所对应的曲柄位置为起始位置（即θ=0°），将曲柄圆周按转向分成12等分分得12个位置1→12，12′（θ=375°）为气缸指示压力达最大值时所对应的曲柄位置，13→24为曲柄第二转时对应的各位置。

1）设曲柄长度为r，连杆长度为l，由已知条件：

λ=l/r=4，H=（l+r）-（l-r）=2r=120mm

可得r=60mm，l=240mm按此尺寸做得曲柄滑块机构的机构运动简图，如图1。

2）

O s B 12 12′r l 11 1

A 10

2

9 3

8 4

7 5

附图2 曲柄位置图 6

由几何知识：sin∠OAB==故：

cos∠OAB=

∴s=rcos+l cos∠OAB= rcos+l

V==-ωrsin-

把各点的角度分别代入上式得：

S1=S11=290.079mm S2=S10=264.3mm

S3=S9=232.38mm S4=S8=204.31mm

S5=S7=186.156mm S6=180mm S12=300mm

V1=-V11=-5.741m/s V2=-V10=-9.207m/s

V3=-V9=-9.425m/s V4=-V8=-7.117m/s

V5=-V7=-3.684m/s V6=V12=0m/s

a1=a11=1282.86m/s2 a2=a10=739.401 m/s2

a3=a9=-1.598 m/s2a4=a8=741.036 m/s2

a5=a7=-1281.34 m/s2a6=-1478.9 m/s2

根据上面的数据描点画图分别得其位移、速度和加速度运动线图（分别如图2（a）、图2（b）和图2（c）所示）。

（2）齿轮机构的设计

已知：齿轮齿数Z1，Z2，模数m，分度圆压力角α，齿轮为正常齿制，再闭式润滑油池中工作。

要求：选择两轮变位系数，计算齿轮各部分尺寸，用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。

1）传动类型的选择：

按照一对齿轮变位因数之和（x1+x2）的不同，齿轮传动可分为零传

动、正传动和负传动。

零传动就是变位因数之和为零。零传动又可分为标准齿轮传动和高度变为齿轮传动。

高变位齿轮传动具有如下优点：①小齿轮正变位，齿根变厚，大齿轮负变位，齿根变薄，大小齿轮抗弯强度相近，可相对提高齿轮机

构的承载能力;②大小齿轮磨损相近，改善了两齿轮的磨损情况。因

为在柴油机中配气齿轮要求传动精确且处于高速运动中，为提高使用

寿命高变位齿轮较为合适。

2）变位因数的选择：

此次设计应用封闭图法，查表计算得x1=0.23 x2=-0.23, 数据查

表得具体参考《齿轮设计与实用数据速查》第34页内容（张展主编机械工业

出版社）

3）齿轮机构几何尺寸的计算：

齿轮m=5>1 且为正常齿制故ha*=1 ，c*=0.25

大齿轮计算公式

名称小齿

轮

变位因数x 0.23 -0.23

110 220 d=mz

分度圆直径

d

法向齿距Pn 14.76 Pn=πm·cosα

啮合角α′20°20°