1、機械原理時間：2021.02.09創(chuàng)作人：歐陽歷課程設(shè)計說明書：單缸四沖程柴油機院（系、部）:機械工程學(xué)院專業(yè)：材料成型及控制工程班級：01班學(xué)號：1003040124設(shè)計者:解志強指導(dǎo)教師：王靖2012 年 12 月 20 H第1章設(shè)計要求1.1設(shè)計任務(wù)(2)1.2設(shè)計思路(2)1. 3機構(gòu)簡介(3)1.4設(shè)計數(shù)據(jù)(4)第2章連桿機構(gòu)設(shè)計和運動分析2.1連桿機構(gòu)的設(shè)計要求(5)2.2桿件尺寸確定(5)2.2桿件運動的分析與計算(5)2.3圖解法作桿件的運動分析(7)第3章齒輪機構(gòu)傳動設(shè)計3.1齒輪機構(gòu)的設(shè)計要求(8)3. 2齒輪參數(shù)的計算(8)第4章凸輪機構(gòu)設(shè)計(11)4.1凸輪機構(gòu)的設(shè)計要

2、求 (11)4.2運動規(guī)律的選擇(11)4.3基圓半徑的計算(12)4.4凸輪設(shè)計圖(13)課程設(shè)計小結(jié)(14)參考文獻(14)第1章設(shè)計要求1.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個四沖程內(nèi)燃機。機器的功能與設(shè)計要求：該機器的功能是 把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機械能。須完成的動作為：活塞的吸氣，壓縮，做功， 排氣4個過程，進，排氣門的開關(guān)與關(guān)閉、燃料噴射。1.2設(shè)計思路設(shè)計四沖程內(nèi)燃機的關(guān)鍵點在于活塞的吸氣，壓縮，做功，排氣以 及氣門的開閉兒個動作的完成。而怎樣將這個兒個動作完成并按照運動 循環(huán)圖結(jié)合起來這是我們完成這次課程設(shè)計所需要解決的問題。所以， 我將從這些方面入手，依據(jù)這些需要來選擇機構(gòu)。1.3機構(gòu)簡介柴油機（如附

3、圖1 （a）是一種內(nèi)燃機，它將燃料燃燒時所產(chǎn)生的熱能 轉(zhuǎn)變成機械能。往復(fù)式內(nèi)燃機的主體機構(gòu)為曲柄滑塊機構(gòu)，以氣缸內(nèi)的 燃?xì)鈭R力推動活塞3經(jīng)連桿2而使曲柄1旋轉(zhuǎn)。本設(shè)計是四沖程內(nèi)燃機，即以活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)移動四次（對應(yīng)曲柄兩 轉(zhuǎn)）完成一個工作循環(huán)。在一個工作循環(huán)中，氣缸內(nèi)的壓力變化可由示 功圖（用示功器從氣缸內(nèi)測得，如附圖1 （b）所示），它表示汽缸容積 （與活塞位移s成正比）與壓力的變化關(guān)系，現(xiàn)將四個沖程壓力變化做 一簡單介紹。進氣沖程：活塞下行，對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角0=0° -180° o進氣閥開，燃?xì)忾_ 始進入汽缸，氣缸內(nèi)指示壓力略低于1個大氣壓力，一般以1大氣壓力 算，如示功

4、圖上的a-bo壓縮沖程：活塞上行，曲柄轉(zhuǎn)角0 =180° - 360° o此時進氣完畢，進氣 閥關(guān)閉，已吸入的空氣受到壓縮，壓力漸高，如示功圖上的b-c。做功沖程：在壓縮沖程終了時，被圧縮的空氣溫度已超過柴油的自燃的溫度，因此，在髙壓下射入的柴油立刻爆燃，氣缸內(nèi)的壓力突然增至最高 點，燃?xì)鈮毫ν苿踊钊滦袑ν庾龉ΓD(zhuǎn)角0 =360° -540。隨著 燃?xì)獾呐蛎洠瑲飧兹莘e增加，壓力逐漸降低，如圖上c-b。排氣沖程：活塞上行，曲柄轉(zhuǎn)角0 =540° -720°。排氣閥打開，廢氣被 驅(qū)岀，氣缸內(nèi)壓力略高于1大氣壓，一般亦以1大氣壓計算，如圖上的

5、bf a。進排氣閥的啟閉是山凸輪機構(gòu)控制的。凸輪機構(gòu)是通過曲柄軸O上的齒 輪Z1和凸輪軸上的齒輪Z2來傳動的。山于一個工作循環(huán)中，曲柄轉(zhuǎn)兩 轉(zhuǎn)而進排氣閥各啟閉一次，所以齒輪的傳動比j12=nVn2=ZVZ2 =2o由上可知，在組成一個工作循環(huán)的四個沖程中，活塞只有一個沖程是對外 做功的，其余的三個沖程則需一次依靠機械的慣性帶動。圖1-1柴油機機構(gòu)簡圖及示功圖1.4設(shè)計數(shù)據(jù)表1T設(shè)計數(shù)據(jù)表設(shè)計內(nèi) 容曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析曲柄滑塊機構(gòu)的動態(tài)經(jīng)歷分析及飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定符號HX1aS2WiD.DG1G2G3JslJs2Js38單位mmmmr/minmmNKg m2數(shù)據(jù)1204801500100200

6、21020100.10.050.21/100齒輪機構(gòu)的設(shè)計凸輪機構(gòu)的設(shè)汁Z1Z2mah<Dsa>f22'mmommo2244520205010503075表1-2示功圖數(shù)據(jù)表位置編號1231567S9101112曲柄位置 (° )306090120150180210240270300330360氣缸指示壓 力/(10訊 m2)1111111116.519.535工作過程進氣壓縮12，1314151617181920212223243753904204504805105405706006306606907206025.59.5332.521. 511111做 功排

7、氣第2章連桿機構(gòu)的運動分析2.1連桿機構(gòu)的設(shè)計要求已知：活塞沖程H,連桿與曲柄長度之比入，曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)nl。 要求：設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)，繪制機構(gòu)運動簡圖，做機構(gòu)滑塊的位 移、速度和加速度運動線圖。2.2桿件尺寸的確定曲柄位置圖的做法如附圖2所示，以滑塊在上指點是所對應(yīng)的曲柄 位置為起始位置(即0二0° ),將曲柄圓周按轉(zhuǎn)向分成12等分分得12個 位置1-12, 12( 0 =375° )為氣缸指示壓力達最大值時所對應(yīng)的曲柄位置，13-24為曲柄第二轉(zhuǎn)時對應(yīng)的各位置。1)設(shè)曲柄長度為r,連桿長度為I,由已知條件：X =l/r=4, H= (l+r) - (l-r) =2r=1

8、20mm可得r=60mm, l=240mm按此尺寸做得曲柄滑塊機構(gòu)的機構(gòu)運動 簡圖。圖2-1曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖圖2-2曲柄位置圖2.2桿件運動的分析與計算由幾何知識：sinZOBA二rsincp sincp1得： cosZOBA-sin(p 9 一()s=rcosP+I cosZOBA二 rcosP+I1-(sin(p 2(2-1)(2-2)o)lsin2(pdsv 二dt(2-3)把各點的角度分別代入上式(2-2) (2-3) (2-4)得:Si二Si】二290. 0 i 9nuuS2=:Sio:=264. 30/nnnS3二S9二232. 3 (9mniS.|=Ss=204. 30 /m

9、niS5=S7=186. 156mm$6=180. 000Si2=300. 000mmV】二譏二-5 741m/sV3二-V9二-9. 425m/sV尸一V汙一3. 684m/sVU二-9. 207m/sV.,=-V3=-7. U7m/sV6=V12=0m/sa】二a：i=1282 86m/s a3=a9=-l. 598 m/s2 &5二&二-1281 34 in/s*3：二340二 / 39. 401 m/sa =as=741. 036 m/s:矢二-1478. 9 m/s：2.3圖解法作桿件的運動分析對點1做速度分析，即0 = 30"，如下圖所示，向量品表示譏向量

10、而表示必，向量藥則表示oa桿做圓周運動的速度o圖2-3 點1的速度分析圖有：必二匕+血 方向：B-0 丄0A 丄AB 大小：？ G7f2 ?第3章齒輪機構(gòu)的設(shè)計3.1齒輪機構(gòu)的設(shè)計要求已知：齒輪齒數(shù)Zl, Z2,模數(shù)m,分度圓壓力角CI,齒輪為正常齒 制，再閉式潤滑油池中工作。要求：選擇兩輪變位系數(shù)，計算齒輪各部分尺寸，用2號圖紙繪制 齒輪傳動的嚙合圖。3.2齒輪參數(shù)的計算1） 齒輪基本參數(shù)：注：下面單位為mm模數(shù)：m二5壓力角：a = 20。齒數(shù)：z產(chǎn)22 z2=44齒頂高系數(shù)：V=i.o齒根高系數(shù)：/=0.25傳動比：i = z2/ Zi（ 31）齒頂高變動系數(shù)：er =+ x2 - y（

11、32）分度圓直徑：|=也召2=勺（3 - 3）2)3)4)基圓直徑：diA = mzA cosadhl = mzy cosa(3-5)(3-4)齒頂高：hal = m(h +x -a)ha2 = m(ha +x2-a)齒根高:hfi = m(hj +c? -Xj)h門=+c4 -x2)齒頂圓直徑： daX = d + 2/?dl齒根圓直徑：£= 一2力門d fl = d2 21*2(3-6)(3-7)(3-8)(3-9)(3-10)(3-13)(3-12)實際中心距"確定："X甘1a 二(a/5+1) x5(3-15)嚙合角八遇匕2葺刖xc噸）in vaf = 2

12、1 ana(x + x2) /(勺 + z?)+ 加 va( 3 17 )分配變位系數(shù)坷、x2；'min啟"7si" a(3-18)"lmin ha ('min 3 )/ Zmjn » 入2min (<min 6 )/ «min(inva, -inva)(z + Z2)X + X2 一2 tana(3-20)5)中心距變動系數(shù) y二（a'-a）/m(3-14)(3-16)(3-19)(3-21)重合度：w =丄召(tan % - tana')+ z?(tan a©? - tana') (

13、3- 2/r22)% =cosH(Jh2/Jn2)(3-23)一般情況應(yīng)保證>1.27) 齒頂圓齒厚：sal = S2ral(invaa -inva) (3-24)sal =5? -2ral(mvacP -inva) (3-25) -r2一般取>0.258)分度圓齒療:5 =7Dn + 2xmta(3-26)= 7Dn + 2xm tan a( 3一27 )-2 -表3-1齒輪參數(shù)的主要計算結(jié)果名稱小齒輪大齒輪計算公式變位因數(shù)X0. 23-0. 23分度圓直徑d110220d=mz法向齒距Pn14. 76Pn= n m cos a嚙合角a '20°20°

14、中心距a(a')165節(jié)圓直徑d110220中心距變動因數(shù)y0齒高變動因數(shù)。0o 二xl+x2-y齒頂高ha6.153. 85ha= (h * +c*- o ) m齒根高hf5. 17.4hf= (h* +c* - x) m齒全高h11.2511.25h 二 hs+hf齒頂圓直徑比122. 3227.7da=d+2ha齒根圓直徑*99.8205.2df 二 d-2hf重合度£ a1.65分度圓齒厚S7. 85齒頂圓齒厚Sa7. 113. 79凸輪機構(gòu)的設(shè)計4.1凸輪機構(gòu)的設(shè)計要求已知：從動件沖程h,推程和回程的許用壓力角ci ,<!，推程 運動角，遠休止角S,回程運動角

15、'，從動件的運動規(guī)律如（附圖 3）所示。要求：按照許用壓力角確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑， 畫出凸輪實際廓線。并畫在2號圖紙上4.2運動規(guī)律的選擇：根據(jù)從動件運動規(guī)律圖（附圖3）分析知位移s對轉(zhuǎn)角"的二階導(dǎo)數(shù)為常數(shù)且周期變換，所以確定為二次多項式運動規(guī)律。公式:sy + CQ +CQ'1)加速階段： 0-25°(4-2)(4-S=2h 62/80減速階段： 25-50°S二h-2h ( 8 o- 5 )"/ S 0"3)以從動件開始上升的點為§二0。表4-1凸輪S (J )計算結(jié)果5 (單 位：° )

16、S ( 8 )(單位：mm)00101.6206.425103013.64018.4502060207018.48013.68510906.41001.611004.3基圓半徑計算根據(jù)許用圧力角計算岀基圓半徑最小值，凸輪形狀選為偏距為零且對稱。如下圖所示，從動件的盤型機構(gòu)位于推程的某位置上，法線nn與 從動件速度VB2的夾角為輪廓在B點的壓力角，P12為凸輪與從動件的 相對速度瞬心。故 VP12=VB2=w 0P12| ,從而有 0P12 | 二VB2/ 3 1 二ds/d 5 0tan a 二二So _ S J。+ s計算可知|OPds/d6整理得基圓半徑將S二S ( s )和a = a 代

17、入得:To $ 20mm 在此我取 ro=34mm滾子半徑選取rr=4mm4.4凸輪設(shè)計圖根據(jù)以上數(shù)據(jù)做出凸輪的實際廓線及理論廓線，如下圖所示:圖4-1凸輪的實際輪廓線及理論輪廓線課程設(shè)計小結(jié)經(jīng)過兒天不斷的努力，身體有些疲憊，但看到勞動后的碩果，心中乂 有兒分喜悅。總而言之，感觸良多，收獲頗豐。通過認(rèn)真思考和總結(jié)，機械設(shè)計存在以下一般性問題：機械設(shè)計的 過況而定，大程是一個復(fù)雜細(xì)致的工作過程，不可能有固定不變的程 序，設(shè)計過程須視具體情致可以分為三個主要階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段、方 案設(shè)計階段和技術(shù)設(shè)計階段。值得注意的是：機械設(shè)計過程是一個從抽 象概念到具體產(chǎn)品的演化過程，我們在設(shè)汁過程中不斷豐富和完善產(chǎn)品 的設(shè)計信息，直到完成整個產(chǎn)品設(shè)計；設(shè)計過程是一個逐步求精和細(xì)化 的過程，設(shè)計初期，我們對設(shè)汁對象的結(jié)構(gòu)關(guān)系和參數(shù)表達往往是模糊 的，許多細(xì)節(jié)在一開始不是很清楚，隨著設(shè)計過程的深入，這些關(guān)系才 逐