.z.---.可修編.機械原理課程設計說明書四沖程內燃機設計院〔系〕機械工程學院專業(yè)機械工程及自動化班級××機械工程×班學生**×××指導教師×××年月日課程設計任務書茲發(fā)給×××班學生×××課程設計任務書，內容如下：設計題目：四沖程內燃機設計應完成的工程：〔1〕內燃機機構運動簡圖1*〔A4〕〔2〕內燃機運動分析與動態(tài)靜力分析圖1*〔A3〕〔3〕力矩變化曲線圖1*〔A4〕〔4〕進氣凸輪設計圖1*〔A4〕〔5〕工作循環(huán)圖1*〔A4〕〔6〕計算飛輪轉動慣量〔7〕計算內燃機功率〔8〕編寫設計說明書1份參考資料以及說明：〔1〕機械原理課程設計指導書〔2〕機械原理教材本設計任務書于20××年1月4日發(fā)出，應于20××年1月15日前完成，然后進展辯論。指導教師簽發(fā)201×年12月31日課程設計評語：課程設計總評成績：指導教師簽字：201×年1月15日.z.---.可修編.目錄摘要 1第一章緒論 21．1課程設計名稱和要求 21．2課程設計任務分析 2第二章四沖程內燃機設計 42．1機構設計42．2運動分析72．3動態(tài)靜力分析112．4飛輪轉動慣量計算162．5發(fā)動機功率計算 182．6進排氣凸輪設計 182．7工作循環(huán)分析 19設計小結 21參考文獻22摘要內燃機是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內部燃燒，并將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發(fā)動機。四沖程內燃機是將燃料和空氣混合，在其氣缸內燃燒，釋放出的熱能使氣缸內產生高溫高壓的燃氣。燃氣膨脹推動活塞作功，把曲軸轉兩圈(720°)，活塞在氣缸內上下往復運動四個行程，驅動從動機械工作，完成一個工作循環(huán)的內燃機。本課程設計是對四沖程內燃機的運動過程進展運動分析、動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉動慣量、發(fā)動機功率等，設計一款四沖程內燃機。關鍵詞：四沖程內燃機；運動分析；動態(tài)靜力分析第一章緒論1．1課程設計名稱和要求1.課程設計名稱：機械原理課程設計，四沖程內燃機設計2.課程設計要求：〔1〕要有良好的學風及嚴格的紀律〔2〕每位同學都要獨立完成自己的設計任務?！?〕圖面質量的要求1〕圖幅、線型、標題欄等均要符合國標。2〕不用徒手畫圖，圖紙上不能寫有關的計算公式、計算結果?！?〕說明書要求1〕說明書不得涂改2〕說明書要有封面、任務書、評語、目錄、正文、及參考資料等3〕封面、任務書、評語三項打印外，其余統(tǒng)一用A4打印?！?〕所有圖紙要疊好〔按4號圖紙的大小〕，連同說明書一起裝在檔案袋內?！?〕按規(guī)定時間來辯論?！?〕齒輪傳動要按照無根切條件考慮。(采用變位齒輪)1.2課程設計任務分析機構設計根據行程速比系數K及尺寸確定機構的主要尺寸，并繪制機構運動簡圖1*〔A4〕。運動分析圖解求出連桿機構的位置、速度與加速度，繪制滑塊的位移、速度與加速度曲線，完成運動分析圖。動態(tài)靜力分析通過計算和圖解，求出機構中各運動副的約束反力及應加于曲柄OA的平衡力矩，完成動態(tài)靜力分析圖。運動分析與動態(tài)靜力分析畫在一*圖中〔A3〕。計算并畫出力矩變化曲線圖1*〔A4〕。計算飛輪轉動慣量。計算發(fā)動機功率。用圖解法設計進、排氣凸輪，完成進氣凸輪設計圖1*〔A4〕。繪制內燃機的工作循環(huán)圖1*〔A4〕。完成設計說明書〔約20頁〕。第二章四沖程內燃機設計2．1機構設計1.確定初始數據活塞行程H(mm) =300活塞直徑D(mm)=190推桿偏距e(mm)=50行程速比系數K=1.06連桿質心位置lAC/LAB=0.37曲柄重Q1(N)=160連桿重Q2(N)=130滑塊重Q3(N)=200連桿通過質心軸的轉動慣性半徑=27959.9142〔m〕曲柄轉速n1(rpm)=610發(fā)動機許用速度不均勻系數[δ]=0.012進氣凸輪推程h1=9進氣凸偏距e1=6進氣凸偏基圓直徑d01min=50進氣門開放提前角 -10°排氣凸輪推程h2=10排氣凸偏距e2=8排氣凸偏基圓直徑d02min=50排氣門開放提前角-32°速度、加速度、動態(tài)靜力分析中對應點A1齒輪參數 m=3.5mm2. 計算連桿及曲柄的長度1〕圖解法求連桿和曲柄的長度設曲柄長度為r、連桿的長度為l，活塞行程H由數據知e=50〔mm〕H=300〔mm〕K=1.06〔極限位置1〕〔極限位置2〕根據K值求極位夾角：，K值為1.06，算得θ=5.24°如圖2-1所示，借助SolidWorks軟件畫出一條與活塞推程H相等距離的水平線，在點處作一點垂線，以點為起點作一條線與垂線相交形成一個三角形，并使兩條線的夾角等于5.24°。再做一條水平線與的距離為活塞偏置距e=50〔mm〕，以三角形斜邊的中點為圓心，斜邊距離的一半為半徑作圓，O為圓與水平線相交的點，連接、，則，圖2-1圖解法確定連桿和曲柄的長度由此可得曲柄r和連桿l2〕編程計算、校核設計原理：如圖2-2所示，設曲柄長度為、連桿的長度為l，活塞行程H〔極限位置1〕〔極限位置2〕可求==聯立〔1〕、〔2〕式求解，可求出連桿的長度l及曲柄的長度r。利用Labview編程軟件制作程序如圖2-3，所示具體結果如圖2-4所示圖2-3Labview程序圖2-4Labview程序前面板3. 繪制內燃機的機構運動簡圖。由初始數據可知齒輪的參數如表2-1所示LINKE*cel.Sheet.8"F:\\機械原理課程設計\\機械原理課程設計原始數據2ptr.*ls""數據!R1C5:R4C8"\a\f4\h錯誤!鏈接無效。表2-1齒輪參數LINKE*cel.Sheet.8"F:\\機械原理課程設計\\機械原理課程設計原始數據2ptr.*ls""數據!R33C1:R36C10"\a\f4\h錯誤!鏈接無效。利用SolidWorks軟件畫出機構簡圖如圖2-5所示圖2-5機構簡圖2.2 運動分析1、速度分析〔1〕在CAD中新建一個零件圖，在任意處以曲柄長度r畫一個圓，圓心為O，以圓心為起點，r為長度畫一條直線，與圓O交于點A，再畫一條無限長度豎直線，以A為起點畫線與豎直線相交于點B，長度為l，一個簡易的機構運動簡圖就完成了。在簡圖上定出當OA與AB共線和垂直的四個點，并以上共線點在圓上陣列出12個點，此時圓上共有15個點。如圖2-6所示。圖2-6運動簡圖圖解法求速度作出速度方程式如下：方向：大?。海?？圖2-7速度矢量三角形如圖2-7所示，在SolidWorks中任取一點p作為速度極點。從點p出發(fā)做代表的矢量pa(且)，再分別過點a和p做代表的方向線ab〔〕，代表的方向線pb(豎直方向〕，兩者相交于點B，在線段ab上截出一點C，使得=0.37，c點即為連桿的質心點，連接pc，則pc的長度即為的大小。賦予速度矢量三角形一些約束，則速度矢量三角形可跟著機構運動簡圖的運動而變化，()則，，連桿的角速度則為在運動分析圖中將曲柄移動一個點，記錄一組數據，數據如表2-2所示(S為連桿上端點與活塞推程最高點的距離)。表2-2各點速度位置SVAB(m/s)Vc2(m/s)VB(m/s)ω2A009.5084.754022.02251A126.117.8217.516.08418.11507A292.064.1079.2669.429.51267A2'124.52.1499.5429.7484.977533A3170.850.8419.4169.5081.947932A4237.995.5238.2056.87312.79242A5281.738.6176.73.76719.95877A6299.589.5755.9750.57422.1777A6'3009.5084.754022.02251A7290.448.2086.657-2.87519.01144A8251.314.4568.304-6.70510.32103A9182.110.9229.644-9.8962.135545A9'124.54.4969.653-10.51810.41367A1097.199.5379.324-10.1622.08968A1126.928.9257.306-6.36420.67216根據速度表格中的數據繪出S的曲線如圖2-8所示，繪出的曲線圖如圖2-9所示。圖2-8S曲線圖圖2-9曲線圖2、加速度分析〔1〕列出加速度的方程式方向：大小：？？在SolidWorks中任取一點作為加速度極點。從點出發(fā)作代表的矢量〔由機構圖上的點A指向點O，且〕；再過點和，作代表〔//BA，由點B指向點A〕和代表的矢量〔AB〕；然后再作代表的矢量〔豎直方向〕〔〕。圖2-10加速度矢量三角形求得加速度數據如表2-3所示表2-3各點加速度位置anBAatBAaBAaBac2α2A0209.390171.21221.17819.8685.34164.9372A1141.678337.43365.9667611.56582.74781.5583A239.06853553.33554.7186.84416.671281.628A2'10.69672604.79605.0711383.571400.82A31.63821621.07621.07-192.11395.171438.528A470.65254493.03498.07-360.45471.881141.96A5171.9847252.18305.24-385.93151.57584.1015A6212.351521.64213.45-398.19529.5950.12276A6'209.390171.36221.22-404.36530.58165.2847A7156.0459314.83351.38-448.34527.27729.212A845.99049587.05588.85-467.03481.981359.73A91.968972680.22680.22-258.37386.351575.532A9'46.81988585.25587.1251.79391.231355.561A10210.6693451.34498.09361.26472.11045.398A11184.4991216.51284.46671.59616.8501.4824繪出aB的曲線圖如圖2-11所示。圖2-11曲線圖〔2〕編寫程序計算校核如下列圖2-12、2-13〔圖中數據為A1點數據〕圖2-12前面板圖2-13程序圖2.3動態(tài)靜力分析1.活塞上的氣體壓力求解運用公式〔N〕〔數值查附表一可得〕F—活塞的面積〔cm〕根據附表一表中的數據找到對應的，所以〔N〕由原始數據連桿重量，活塞重量，上面所求得的，，然后求出作用于構件上的慣性力=〔N〕〔N〕可以求出，活塞上所受合力的大小及方向4〕連桿重量，上面所求的，=，即可求作用于構件上的慣性力矩〔Kg·m2〕〔見原始數據〕〔N·m〕5〕以構件2、3為示力體，將作用在構件2上A點處的反力R分解為和〔方向先假設〕，取=0，求出。如圖2-14，用圖解法求出h1，h2取，設M逆時針為正，則圖2-14示力圖6〕以構件2、3為示力體，取利用圖解法求出和，畫受力分析圖如圖2-15,用矢量法解得，，圖2-15受力分析矢量圖7〕以構件3為示力體，對滑塊進展受力分析如圖2-16圖2-16滑塊受力分析圖8〕以構件1為示力體〔構件1的重力忽略不計〕，取求出，再由=0，求出對曲柄做受力分析如圖2-17，量得，又圖2-17曲柄力矩圖上述要求的數據可以通過原始數據與已經求的數據通過e*cel表格求得如下表格2-4所示表格2-4動態(tài)靜力分析各點數據位置α2ac2aBpiP'(N)下正Pi3〔N)P(N)Pi2〔N)Mi2〔N*m〕逆正A0164.9372685.34819.800-16730.6-16530.69091.24161.17467A1781.5583582.74611.56-1-567.06-12480.8-12847.97730.221289.8774A21281.628416.67186.84-1-567.06-3813.07-4180.135527.253-475.351A2'1400.82383.5711-1-567.06-224.49-591.555088.171-519.559A31438.528395.17-192.11-1-567.063920.6193553.5595242.049-533.545A41141.96471.88-360.45-1-567.067356.1366989.0766259.63-423.549A5584.1015151.57-385.93-1-567.067876.1377509.0772010.622-216.641A650.12276529.59-398.19-1-567.068126.3417759.2817025.17-18.5904A6'165.2847530.58-404.36-1-567.068252.267885.27038.30361.30353A7729.212527.27-448.34-1-567.069149.8128782.7526994.395270.4623A81359.73481.98-467.031.5850.599531.24210581.836393.609504.3194A91575.532386.35-258.3752835.35272.8678308.1675125.049584.3594A9'1355.561391.2351.7984536.48-1056.943679.5395189.783502.7731A101045.398472.1361.26158505.9-7372.671333.2346262.548-387.735A11501.4824616.8671.5943.524667.11-13705.911161.178182.037-185.998A12164.9372685.34819.814079388.4-16730.662857.769091.24161.17467A13781.5583582.74611.5614079388.4-12480.867107.567730.221289.8774A141281.628416.67186.8472.541111.85-3813.0737498.785527.253-475.351A14'1400.82383.571150.528636.53-224.4928612.045088.171-519.559A151438.528395.17-192.1132.518429.453920.61922550.075242.049-533.545A161141.96471.88-360.45158505.97356.13616062.046259.63-423.549A17584.1015151.57-385.937.54252.957876.13712329.092010.622-216.641A1850.12276529.59-398.192.51417.658126.3419743.9917025.17-18.5904A18'165.2847530.58-404.362.51417.658252.269869.917038.30361.30353A19729.212527.27-448.341567.069149.8129916.8726994.395270.4623A201359.73481.98-467.031567.069531.24210298.36393.609504.3194A211575.532386.35-258.371567.065272.8676039.9275125.049584.3594A21'1355.561391.2351.791567.06-1056.94-289.8815189.783502.7731A221045.398472.1361.261567.06-7372.67-6605.616262.548-387.735A23501.4824616.8671.591567.06-13705.9-12938.98182.037-185.998h1逆正〔mm〕h2逆正〔mm〕Rt12〔N)Rn12(N)R03R12h3Mb-10.1823.4265.6171925570.651699.3125570.730.39-9.97259122.53-22.21-2858.619713.05-1667.6119919.2477.49-1543.54251.52-53.45-2102.926837.27-3879.847153.358127.83-914.414271.98-59.97-1983.891227.33-3286.642332.84578.31-182.685239.21-61.93-1649.96-5585.98-2178.75824.564122.59714.0333144.38-45.37-1098.62-12148.9-1051.2912198.4896.251174.10477.66-8.22142.5975-9547.82-486.089548.88560.98582.29139.5822.75-607.827-14971.7-1139.914984.052.8642.8543948.0513.58-929.401-15069.1-851.4315097.79.14-137.99329.8685.21-1135.85-15709.3-935.3415750.2652.91-833.346-95.88116.45216.7075-16871.3-2820.616872.793.38-1575.57-218.16124.931198.593-11054.61084.8211119.43130.7-1453.31-271.73116.282066.823-2509.841647.463251.316114.9-373.576-246.75108.374444.6431576.72712.674716.02620.9-98.5649-137.771.223018.961-4338.52-1899.615285.535143.83-760.218-10.1823.4265.61719-54113.1-5162.3954113.140.18-9.74037122.53-22.21-2858.6-60510.34882.3260577.73100.236071.706251.52-53.45-2102.92-35670.44473.0635732.33146.435232.286271.98-59.97-1983.89-287133314.4128781.47148.54274.048239.21-61.93-1649.96-25094.92263.0125149.03138.143474.087144.38-45.37-1098.62-21350.8483.721379.05100.582150.30477.66-8.22142.5975-14370.2-340.3514370.9460.3866.567539.5822.75-607.827-16977.8-1431.7916988.663.5760.6495148.0513.58-929.401-17085.5-1207.6717110.768.06-137.91329.8685.21-1135.85-16903.5-1309.4516941.652.2-884.351-95.88116.45216.7075-11845.5-668.9411847.592.75-1098.86-218.16124.931198.593-8521.03-88.018604.916128.35-1104.44-271.73116.282066.8231881.013524.492794.63100.19279.994-246.75108.374444.64310232.274161.3211155.9122.021361.243-137.771.223018.96120632.774638.8820852.4778.691640.8812.4飛輪轉動慣量計算1.繪制力矩變化曲線=〔〕1〕把=〔〕曲線作為=〔〕曲線〔驅動力矩曲線〕將所得30個值，在A3圖紙上畫出去變化曲線，即=〔〕曲線，如圖2-18圖2-18力矩變化曲線圖以的平均值作為阻抗力矩〔常數〕。這是因為在周期性的速度波動中，一個波動周期內的輸入功等于輸出功。即，首先，根據圖2-16用CAD直接得出圖中各個區(qū)域內的面積，如表2-5所示表2-5力矩各區(qū)域面積單元面積f1f2f3f4f5f6面積大小(mm2)-101.894384.3587-187.5711864.8207-120.668140.1461根據數據求阻抗力矩〔=6.76〔mm〕根據求出的H值，畫=〔〕阻抗力矩曲線，如圖2-19所示圖2-19阻抗力矩曲線以H為界，H以上為盈功，以下為虧功。且盈功為正，虧功為負值,用CAD求各局部面積，所得數據如表2-6。表2-6阻抗力矩曲線各區(qū)域面積區(qū)域面積f’1f’2f’3f’4f’5f’6f’7面積大小(mm2)-185.322421.4178-376.2884716.472-244.006872.552-0.5339根據上面各區(qū)域的面積，用公式，求對應的功得：根據上面數據，求在各個位置上功的累積變化量=-5559.672+=-4917.138++=-16205.7885+++=5288.3715++++=-2031.8325+++++=144.7275++++++=128.7105所以，根據上面數據可得5288.3715〔Nm〕-5559.672〔Nm〕從而得到最大盈虧功==10848.0435〔Nm〕根據許用不均勻系數[]，求等效構件上所需的等效轉動慣量：〔〕，從而得到=221.52〔kg*m2〕