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 曲柄滑块机构得运动分析……………………………… ７
3、2 齿轮机构得设计……………………………………………
１1
3、２、1 齿轮传动类型得选择……………………………………
12
3、2、2 齿轮传动主要参数及几何尺寸得计算…………………
13
3、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………………………………1５
3、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。

四冲程就是指在进气、压缩、膨胀与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;膨胀行程就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。

此后再由进气行程开始,进行下一个工作循环。

第二部分课题题目及主要技术参数说明
2、1 课题题目
单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析
图2-1内燃机机构简图
2、2机构简介
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。

广义上得内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机与自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式得燃气轮机、喷气式发动机等，但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,释放出得热能使气缸内产生高温高压得燃气。

燃气膨胀推动活塞作功，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。

内燃机得工作原理:
内燃机就是将液体材料燃烧时产生得热能变成机械能得装置。

往复式内燃机得主体机构为曲柄滑块机构,借气缸内得燃气压力推动活塞通过连杆而使曲柄做旋转运动。

单缸四冲程内燃机,活塞在气缸内往复移动四次，即进气、压缩、膨胀、排气四个过程。

完成一个工作循环,它对应着曲柄转两圈。

1、进气冲程:活塞由上死点向下移动,进气阀开,可燃气体进入缸。

由于进气系统有阻力，故进气行程终了时,气缸内压力低于大气
压力。

２、压缩冲程:活塞由下死点向上移动,进气阀闭合，将缸内燃
气体压缩，压力上升。

３、膨胀冲程:活塞在上死点附近,被压缩得气体被点燃，缸内压力骤增,气体压力推动活塞向下移动,即对外做功。

４、排气冲程:活塞由下死点向上移动。

由上可知，单缸四冲程内燃机在一个工作循环中,活塞只有一个冲程做功,即曲柄两转中,只有半转就是因膨胀气体作用而被推动旋转,而其余得一转半中,借助机械得惯性来运转,因而曲柄所受驱动力就是不均匀得,其速度波动也较大,所以一般在曲柄轴上装有飞轮。

2、3 设计数据
1、曲柄滑快机构设计及其运动分析
已知;活塞冲程H ，按照行程速比系数K,偏心距e,,柄每分钟转数n1
设计数据表２
图2 曲柄位置图 机构位置分配表3 ２、齿轮机构设计
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,在闭式润滑油池中工作。

设计数据表4
已知：从动件冲程ｈ,推程与回程得许用压力角［α] ,[α]′，
推程运动角Φ,远休止角Φｓ,回程运动角Φ′,从动件按余弦加速度
运动规律运动。

设计数据表5
3、1曲柄滑块机构设计及其运动分析
已知:活塞冲程H,按照行程速比系数Ｋ,偏心距e,,柄每分钟转数n1
3
号图纸上利用图解法作机构得两个瞬时位置得速度与加速度多边形，
并作出滑块得运动方程与位移线图
3、１、1设计曲柄滑块机构
以R，L表示曲柄、连杆得长度;e表示曲柄回转中心与滑块移动
导路中线得距离,即偏距;H表示滑块得最大行程;K为行程速比系数;
θ为极位夹角。

下图为过Ｃ1、C2、P三点所作得外接圆。

半径为r,其中C1、C2垂直
Ｃ2P,∠C1 P C2=θ,Ｃ1、C2为滑块得两极限位置,A为圆上得一点,它至
C1、Ｃ2得距离为偏距e,即A为曲柄得回中心。

图３-1
设∠Ｃ2Ｃ1A=β则β描述了曲柄回转中心Ａ点得位置。

为了能够满足机构连续性条件，A点只能在右图所示得Ｃ2ＡP上选取,而不能在Pt(P、t为滑块处于两极限位置C1、C2时,导路得垂线与C1C2P圆周得交点)
上选取。

由已知条件可以求出曲柄与连杆得长度
:
可得R=1０6mｍ，Ｌ=４24mm,按此尺寸做得曲柄滑块得机构运动简图, 如下图
图3－2机构运动简图
3、1、2曲柄滑块机构得运动分析
1、解析法分析滑块得运动
位移分析:由上图可根据曲柄滑块简图及几何知
由于，所以,
故，则：
位移ｓ数据表
S得位置弧度Ｓ/ｍm
0 0 ５30
S
Ｓ
3００、52359９51２、４7３2 1
60 1、0４７１９8 42８、３0４3
S
2
90 1、570796 4１0、536２
S
3
Ｓ
120 2、０9４395 360、９433 4
S
150 2、6１7９94 328、87５8 5
S
１８0 3、141５９３3１8
6
２１0 3、6６5１91 328、8758 S
７
240 4、１887９36０、94３３S
８
270 4、712３89 410、5３6２S
9
3０0 5、235９88 ４2８、３043 Ｓ
1０
330 5、７59５87 512、4７32 S
1１
360 6、２８3185 ５３0 S
12
速度分析;
加速度分析;
2、图解法分析机构得二个瞬时位置
利用图解法作机构得两个瞬时位置得速度与加速度多边形
已知曲柄滑快机构得尺寸及2个位置，构件1得转速ｎ1 ,用图解法求连杆得角速度ω2及角加速度α２与滑块上C点得速度与加速度。

a曲柄位置;
(1）曲柄位置为１５0°位置图取
l
μ=5（mm/ｍm）
图3-3曲柄位置图=15０。

（2）速度多边形图
由已知w1=2πn=６8ｒａd/s
V A=w1R＝68ｒaｄ／s⨯0、10６m
=7、２08ｍ/s
取
v
μ=0、1(ｍ／s/mm）
由
方向√√ √
大小? √？
速度多边形如下图
图3－4 速度多边形图
由图可知4、105m／ｓ
=5、86ｍ／s
(3)加速度多边形图
加速度多边形如下图:
图3-5加速度多边形图
＝490、1４４(m ／
s)
=80、98(m ／ｓ)
取a μ＝2１、26(m/ｓ2/ｍm ）
方向 √ √ ０ √ √
大小 ？ √ 0 √ ? 可知
＝21、2６⨯
２5
=５31、5 m/s 2
b ，曲柄位置为２７０°
１)曲柄位置为２7０°位置图
3-6曲柄位置图
同理 l μ=5(ｍm/ｍm),v μ=0、1(m ／s/m ｍ),a μ=２1、26(m/s 2
/ｍm)
(２)速度多边形图
速度多边形如下图
图３-7速度多边形图
由图可知:
=０
= V Ａ =７、２０８
m ／ｓ
(3)加速度多边形图
加速度多边形如下图
图３-8
加速度多边形图
方向√ √ ０√√
大小？√ 0
√？
= 2１、２6 1４
＝297、64 m／s
３、２齿轮机构得设计ﻩ
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,在闭式润滑油池中工作。

设计内容齿轮机构设计
符号Z１Z2 ｉｍ a
数据15 ４5 ４
３.２.1 齿轮传动类型得选择
由最小变位系数,其中ｚmｉn=1７则有；
选择等变位齿轮传动则：
x1＝-x2
x1+ｘ２=0
取x1=0、１１８x2=－０、11８
x１+x2=0,且ｘ1＝－ｘ2≠0。

此类齿轮传动称为等变位传动。

由于x1＋x2=0,故
α’＝α, a’＝a ,y=0，△ｙ＝0
即其啮合角等于分度圆压力角,中心距等于标准中心距,节圆与分度圆重合，齿顶圆不需要降低。

对于等变位齿轮传动,为有利于强度得提高，小齿轮应采用正变位,大齿轮采用负变位,使大、小齿轮得强度趋于接近，从而使齿轮得承载能力提高。

３．2.2 齿轮传动主要参数及几何尺寸得计算
已知:齿轮齿数Z１=15,Z2=4５，模数ｍ=4,分度圆压力角α=20。

,齿轮为正常齿制,在闭式润滑油池中工作
齿轮m=４>1，且为正常齿制故h a*=1，c＊=0、２5
由等变位齿轮传动可知α’=α=2０。

a’＝ａ=１２0
齿轮各部分尺寸
基圆齿距p
b １１、81 P
b
=ｐ cｏsα
齿厚s 6、28 ｓ=π m/２齿槽宽e 6、28 e＝π m／2 顶隙ｃ 1 c=c＊m
传动比i 3 I
12=w
1
/w
２
=z
2/z
1
=d
2
’/d
1
’
3、３凸轮机构得设计
已知：从动件冲程h,推程与回程得许用压力角[α] ,[α]′,推程运动角Φ，远休止角Φｓ，回程运动角Φ′,从动件按余弦加速度运动规律运动。

设计数据表
设计内容凸轮机构得设计
符号ｈ(mm）ΦΦs Φ′［α］[α]′
数据2５５0 10 50 30 ７５
3、3、1从动件位移曲线得绘制
从动件推杆得位移随凸轮转角δ变化得,分为四个过程分别就是:推程、远休止、回程、近休止。

从动件按余弦加速度运动规律运动,则其推程时得位移方程为:
则其回程时得位移方程为:
以从动件开始上升得点位δ=0。

,s=０
据此计算得
δ(单位：。

）s（δ)(单位:mｍ)
δ１7
ｓ2、４8、6 １
６、4 ２2、
６
２５2５2２、
6
16、4 8、6 ２、4 0
则从动件位移曲线图如下：
其中ｈ=２５, δ0＝50, δ01=10, δ’0=50, δ02=250
δ(单位:。

)s(δ)(单位：mｍ)
图3-９位移曲线图
３、3、2凸轮机构基本尺寸得确定
根据许用压力角计算出基圆半径最小值,凸轮形状选为偏距为零且对称。

如右图所示，从动件得盘型机构位于推程得某位置上,法线n—ｎ与从动件速度ｖB得夹角为轮廓在Ｂ点得压力角,P点为凸轮与从动件得相对速度瞬心。

故
从而有
又由图中得三角形△BCP可得
则基圆半径得计算公式:
将Ｓ=S(δ)与α＝［α],δ=20。

,
计算得出:r0≥23、3ｍm ,取r０=３5ｍm，滚子半径选取r r=5ｍm
图3－１0
3、３、2凸轮轮廓曲线得设计
根据反转法建立直角坐标系。

(１)以r0为半径作基圆取B0为从动件初始位置,自B0起沿-w方向将基圆中心角分为δ0、δ０1、δ’０、δ０２对应四段圆弧，并将δ0、δ’0对应弧进行五等分。

在从动件位移曲线图上量取各相应得行程,以此为半径并分别以基圆上得1,2，……,10,11点为圆心作弧，令其与各等分点相交于B１,Ｂ2,……B10，Ｂ11点,用光滑曲线连接个点,所得封闭曲线便就是凸理论轮廓曲线。

(２) 在凸理论轮廓曲线基础上，以滚子半径为偏移量作出其等距曲线,即为滚子从动件凸轮工作轮廓曲线。

凸轮轮廓曲线如下:
图3-11
第四部分设计总结
经过几天不断得努力，身体有些疲惫，但瞧到劳动后得硕果,心中又有分喜悦。

总而言之，感触良多,收获颇丰。

做机械原理课程设计就是第一次,在课程设计中充分体现从学习到运用再到实践得过程。

学习重在学以致用,在实践中温习、反复、加强与提高所学得内容,使所学得内容更加扎实，融会贯通,综合运用能力也得到提升。

作为大学生,要把所学得东西运用到实际生产、生活中去,设计出实用得产品，这才就是我们学习得最终目得所在。

一周课程设计虽短,去过得非常忙碌充实。

一开始得时候完全没有头绪，大家集中在图书馆,翻阅了大量得资料,并就进行本课程设计时所遇到得问题进行了讨论,大部分问题得到了解决,还有不懂得向朱老师提出后都得到了详细得解答,我们总结出
此次课程设计大致可以分为三个主要阶段:产品规划阶段、方案设计阶段与技术设计阶段。

值得注意得就是：机械设计过程就是一个从抽象概念到具体产品得演化过程,我们在设计过程中不断丰富与完善产品得设计信息,直到完成整个产品设计；设计过程就是一个逐步求精与细化得过程,设计初期,我们对设计对象得结构关系与参数表达往往就是模糊得,许多细节在一开始不就是很清楚，随着设计过程得深入,这些关系才逐渐清楚起来;机械设计过程就是一个不断完善得过程,各个设计阶段并非简单得安顺序进行,为了改进设计结果,经常需要在各步骤之间反复、交叉进行，指导获得满意得结果为止。

获得这份拥有就是我们团队共同努力得结果。

我们通过默契得配合，精细得分工,精诚得合作,不断得拼搏，共同完成了这一艰巨而又光荣得任务。

在课程设计中我深深地体会到我们学习得许多不足之处。

首先学习知识太过散乱，各科内容很少有机会联系结合起来,也很少有机会让我们去实践,去把这些知识运用到一起,做成一个实际有意义得作品出来。

再者我们得课程经常学完了就不管了,用不了多久就忘得一干二净,到毕业得时候甚至有些课程究竟学得什么东西都不知道。

还有许多学生对实习、实验等实践性课程得不重视,只重视有考试得课程,实践严重不足,容易出现“高分低能”得现象。

我们应该认真思考,树立正确得人生观、价值观，知道我们就读大学得目得,全面提升自己。

第五部分参考文献
［1] 孙恒,陈作模,葛文杰、机械原理[M］、第八版,北京:高等教育出版社，2013、
[2] 吴宗泽,罗圣国、机械设计课程设计手册［S]、第三版,北京:高等
教育出版社，２005、
[3] 王湘江，何哲明、机械原理课程设计指导书、长沙:中南大学出
版社,２01１、
[4] 陆凤仪、机械原理课程设计、北京：机械工业出版社, 20０3、［５］张展、齿轮设计与实用数据速查,机械工业出版社、
［６] 姜琪、机械运动方案及机构设计、北京:高等教育出版社、[7] 哈尔滨工业大学理论力学教研室,理论力学Ⅰ、第七版,北京:高
等数学出版社、
［8] 同济大学数学系,高等数学、第六版,北京:高等数学出版社、２007
[9] 刘鸿文,材料力学Ⅰ,第五版,北京:高等数学出版社、
［10] 杨惠英,王玉坤、机械制图、第三版，清华大学出版社、
[１1］余桂英,郭纪林、AutoCAD20０8基础教程、大连:大连理工大学出版社,2008、
第六部分图纸。