单缸四冲程柴油机课程设计说明书..

《机械原理》

课程设计说明书

设计题目：单缸四冲程柴油机

院（系、部）：机械工程学院

专业：材料成型及控制工程

班级：01班

学号：1003040124

设计者：解志强

指导教师：王靖

2012年 12月 20日

目录

第1章设计要求 (2)

1.1 设计任务 (2)

1.2 设计思路 (2)

1.3 机构简介 (3)

1.4 设计数据 (4)

第2章连杆机构设计和运动分析 (5)

2.1 连杆机构的设计要求 (5)

2.2 杆件尺寸确定 (5)

2.2 杆件运动的分析与计算 (5)

2.3 图解法作杆件的运动分析 (7)

第3章齿轮机构传动设计 (8)

3.1 齿轮机构的设计要求 (8)

3.2 齿轮参数的计算 (8)

第4章凸轮机构设计 (11)

4.1 凸轮机构的设计要求 (11)

4.2 运动规律的选择 (11)

4.3 基圆半径的计算 (12)

4.4 凸轮设计图 (13)

课程设计小结 (14)

参考文献 (14)

第1章

设计要求

1.1设计任务

设计一个四冲程内燃机。机器的功能与设计要求：该机器的功能是把化学能转化成机械能。须完成的动作为：活塞的吸气，压缩，做功，排气4个过程，进，排气门的开关与关闭、燃料喷射。

1.2设计思路

设计四冲程内燃机的关键点在于活塞的吸气，压缩，做功，排气以及气门的开闭几个动作的完成。而怎样将这个几个动作完成并按照运动循环图结合起来这是我们完成这次课程设计所需要解决的问题。所以，我将从这些方面入手，依据这些需要来选择机构。

1.3机构简介

柴油机（如附图1（a））是一种内燃机，它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。

（a）机构简图（b）示功图

图1-1 柴油机机构简图及示功图

1.4设计数据

表1-1 设计数据表

设计内

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容

符号

H λl A S2n1D h D G1 G2 G3 Js1 Js2 Js3 δ

单位

mm mm r/min mm N Kg·m2

数据

120 4 80 1500 100 200 210 20 10 0.1 0.05 0.2 1/100 齿轮机构的设计凸轮机构的设计

Z1 Z2 mαh ΦΦsΦ′[α] [α]′

mm °mm °

22 44 5 20 20 50 10 50 30 75

表1-2 示功图数据表

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

1 1 1 1 1 1 1 1 1 6.5 19.5 35

力

/(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

第2章

连杆机构的运动分析

2.1 连杆机构的设计要求

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。

2.2 杆件尺寸的确定

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I，由已知条件：

λ=I/r=4，H=（I+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。

S

O B 12 12′

r I 11 1

A 10 2

9 3

8 4

7 5

6

图2-1 曲柄滑块机构运动简图图2-2 曲柄位置图

2.2 杆件运动的分析与计算

由几何知识：sin∠OBA= =