单缸四冲程柴油机课程设计说明书
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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。
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。
N
Kg·m2
数据
120
4
80
3000
100
200
210
20
10
0.1
0.05
0.2
1/100
设计数据表2
位置编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
曲柄位置（°）
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
气缸指示压力/(105N·m2)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
6.5
19.5
35
工作过程
进 气
机械原理
课程设计说明书
设计题目：单缸柴油机主体机构
院（系、部）：机械工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
班 级：机1141
学 号：*********
设计者：陈春山
**********
2013年9月6日
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。
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
设计内容
曲柄滑块机构的运动分析
曲柄滑块机构的动态经历分析及飞轮转动惯量的确定
符号
H
λ
LAS2
n1
Dk来自百度文库
D
G1
G2
G3
Js1
Js2
Js3
δ
单位
mm
mm
r/min
mm
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。
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 sB12 12′
rl11 1
A10 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：
位移
S1=S11=290.079mm S2=S10=264.3mm
S3=S9=232.38mm S4=S8=204.31mm
S5=S7=186.156mmS6=180mm S12=300mm
速度
V1=-V11=-11.482m/sV2=-V10=-18.414m/s
V3=-V9=-18.850m/sV4=-V8=-14.234m/s
V5=-V7=-7.368m/sV6=V12=0m/s
加速度
a1=a11=5131.44m/s2a2=a10=2957.604m/s2
a3=a9=-6.356m/s2a4=a8=2964.144m/s2
a5=a7=-5125.36m/s2a6=-5915.6m/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）。
3、设计体会
经过几天不断的努力，身体有些疲惫，但看到劳动后的硕果，心中又有几分喜悦。总而言之，感触良多，收获颇丰。
通过认真思考和总结，机械设计存在以下一般性问题：机械设计的过程是一个复杂细致的工作过程，不可能有固定不变的程序，设计过程须视具体情况而定，大致可以分为三个主要阶段：产品规划阶段、方案设计阶段和技术设计阶段。值得注意的是：机械设计过程是一个从抽象概念到具体产品的演化过程，我们在设计过程中不断丰富和完善产品的设计信息，直到完成整个产品设计；设计过程是一个逐步求精和细化的过程，设计初期，我们对设计对象的结构关系和参数表达往往是模糊的，许多细节在一开始不是很清楚，随着设计过程的深入，这些关系才逐渐清楚起来；机械设计过程是一个不断完善的过程，各个设计阶段并非简单的安顺序进行，为了改进设计结果，经常需要在各步骤之间反复、交叉进行，指导获得满意的结果为止。
获得这份拥有是我们团队共同努力的结果。我们通过默契的配合，精细的分工，精诚的合作，不断的拼搏，共同完成了这一艰巨而又光荣的任务。
在这里，特别要感谢一下田老师。经过她的精心指导，我们多了几分激情，少了几分麻烦，多了几分灵感，少了几分忧虑
4、主要参考文献
《机械原理课程设计指导书》（戴娟主编 机械工业出版社）
《机械原理教程》（第2版） （张伟社 主编 西北工业大学出版社）
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。
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。
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。
N
Kg·m2
数据
120
4
80
3000
100
200
210
20
10
0.1
0.05
0.2
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设计数据表2
位置编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
曲柄位置（°）
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
气缸指示压力/(105N·m2)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
6.5
19.5
35
工作过程
进 气
机械原理
课程设计说明书
设计题目：单缸柴油机主体机构
院（系、部）：机械工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
班 级：机1141
学 号：*********
设计者：陈春山
**********
2013年9月6日
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。
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
设计内容
曲柄滑块机构的运动分析
曲柄滑块机构的动态经历分析及飞轮转动惯量的确定
符号
H
λ
LAS2
n1
Dk来自百度文库
D
G1
G2
G3
Js1
Js2
Js3
δ
单位
mm
mm
r/min
mm
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。
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 sB12 12′
rl11 1
A10 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：
位移
S1=S11=290.079mm S2=S10=264.3mm
S3=S9=232.38mm S4=S8=204.31mm
S5=S7=186.156mmS6=180mm S12=300mm
速度
V1=-V11=-11.482m/sV2=-V10=-18.414m/s
V3=-V9=-18.850m/sV4=-V8=-14.234m/s
V5=-V7=-7.368m/sV6=V12=0m/s
加速度
a1=a11=5131.44m/s2a2=a10=2957.604m/s2
a3=a9=-6.356m/s2a4=a8=2964.144m/s2
a5=a7=-5125.36m/s2a6=-5915.6m/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）。
3、设计体会
经过几天不断的努力，身体有些疲惫，但看到劳动后的硕果，心中又有几分喜悦。总而言之，感触良多，收获颇丰。
通过认真思考和总结，机械设计存在以下一般性问题：机械设计的过程是一个复杂细致的工作过程，不可能有固定不变的程序，设计过程须视具体情况而定，大致可以分为三个主要阶段：产品规划阶段、方案设计阶段和技术设计阶段。值得注意的是：机械设计过程是一个从抽象概念到具体产品的演化过程，我们在设计过程中不断丰富和完善产品的设计信息，直到完成整个产品设计；设计过程是一个逐步求精和细化的过程，设计初期，我们对设计对象的结构关系和参数表达往往是模糊的，许多细节在一开始不是很清楚，随着设计过程的深入，这些关系才逐渐清楚起来；机械设计过程是一个不断完善的过程，各个设计阶段并非简单的安顺序进行，为了改进设计结果，经常需要在各步骤之间反复、交叉进行，指导获得满意的结果为止。
获得这份拥有是我们团队共同努力的结果。我们通过默契的配合，精细的分工，精诚的合作，不断的拼搏，共同完成了这一艰巨而又光荣的任务。
在这里，特别要感谢一下田老师。经过她的精心指导，我们多了几分激情，少了几分麻烦，多了几分灵感，少了几分忧虑
4、主要参考文献
《机械原理课程设计指导书》（戴娟主编 机械工业出版社）
《机械原理教程》（第2版） （张伟社 主编 西北工业大学出版社）
压 缩
12′
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2
1.5
1
1
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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。