单缸四冲程柴油机课程设计说明书

单缸四冲程柴油机课程设计说明 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,,汽车学院 专 业,车辆工程 班 级,22010801 学 号,2201080125 设 计 者 , 张鑫 指 导 教 师, 田 颖 2010年 6月 15 日 机械原理课程设计 目 录 目录 1、机构简介与设计数据 .................................................................................. 2 (1)机构简介 .............................................................................................................. 2 (2)设计数据 .............................................................................................................. 3 2、设计内容及 .................................................................................. 3 (1)曲柄滑块机构的运动分析 ................................................................................. 4 (2)齿轮机构的设计.................................................................................................. 6 (3)凸轮机构的设计.................................................................................................. 8 3、设计体会............................................................................................................ 11 4、主要参考文献 ................................................................................................ 11 1 机械原理课程设计 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。 2 机械原理课程设计 (2)设计数据 设计数据表1 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 H LAS2 Dk D G1 G2 G3 Js1 Js2 Js3 符号 λ n1 δ 2mm mm r/min mm N 单位 Kg?m 120 4 80 1500 100 200 210 20 10 0.1 0.05 0.2 1/100 数据 齿轮机构的设计 凸轮机构的设计 Z1 Z2 h α Φ Φs Φ′ [α] [α]′ m mm mm ? ? 22 44 5 20 20 50 10 50 30 75 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 521 1 1 1 1 1 1 1 1 6.5 19.5 35 力/(10N?m) 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 3 机械原理课程设计 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。 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。 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 s B 12 12′ r l 11 1 A 10 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 4 机械原理课程设计 V==-ωrsin- 把各点的角度分别代入上式得, S=S=290.079mm S=S=264.3mm 111210S=S=232.38mm S=S=204.31mm 3948 S=S=186.156mm S=180mm S=300mm 57612 V=-V=-5.741m/s V=-V=-9.207m/s 111210V=-V=-9.425m/s V=-V=-7.117m/s 3948V=-V=-3.684m/s V=V=0m/s 57612 2 2a=a=1282.86m/s a=a=739.401 m/s 111210 22a=a=-1.598 m/s a=a=741.036 m/s 3948 22a=a=-1281.34 m/s a=-1478.9 m/s 576 5 机械原理课程设计 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,。 ,2, 齿轮机构的设计 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，再闭式润滑油池中工作。 要求:选择两轮变位系数，计算齿轮各部分尺寸，用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。 1,传动类型的选择, 按照一对齿轮变位因数之和,x+x,的不同,齿轮传动可分为零传12 动、正传动和负传动。 零传动就是变位因数之和为零。零传动又可分为标准齿轮传动 和高度变为齿轮传动。 高变位齿轮传动具有如下优点,?小齿轮正变位,齿根变厚,大 齿轮负变位,齿根变薄,大小齿轮抗弯强度相近,可相对提高齿轮机 构的承载能力;?大小齿轮磨损相近,改善了两齿轮的磨损情况。 因 为在柴油机中配气齿轮要求传动精确且处于高速运动中,为提高使用 寿命高变位齿轮较为合适。 2,变位因数的选择, 此次设计应用封闭图法,查表计算得x=0.23 x=-0.23, 数据查12 表得具体参考《齿轮设计与实用数据速查》第34页内容( 张展 主编 机械工业 出版社) 6 机械原理课程设计 3,齿轮机构几何尺寸的计算, 齿轮m=5>1 且为正常齿制故ha*=1 , c*=0.25 名称 小齿大齿轮 计算公式 轮 0.23 -0.23 变位因数x 110 220 d=mz 分度圆直径 d 14.76 Pn=πm?cosα 法向齿距Pn 20? 20? 啮合角α′ 中心距 165 a(a′) 节圆直径 110 220 d′ 中心距变动 0 因数y 0 ζ=x1+x2-y 齿高变动因 数ζ 6.15 3.85 h=(h*+c*-ζ)m 齿顶高haa a 5.1 7.4 h=(h*+c*-x)m 齿根高h fa f 11.25 11.25 h=h+h 齿全高h af 7 机械原理课程设计 122.3 227.7 d=d+2h 齿顶圆直径aa d a 99.8 205.2 d=d-2h 齿根圆直径ff d f 1.65 重合度ε a 分度圆齿厚 7.85 s 7.11 3.79 齿顶厚s a 4)根据以上数据作出齿轮传动啮合图,如图3, ,3, 凸轮机构的设计 已知:从动件冲程h，推程和回程的许用压力角[α] ,[α]′,推程运动角Φ， 远休止角Φs，回程运动角Φ′，从动件的运动规律如(附图3)所示。 要求:按照许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮 实际廓线。并画在2号图纸上 8 机械原理课程设计 s ′ 附图3 从动件运动规律图 1,运动规律的选择, 根据从动件运动规律图(附图3)分析知位移s对转角φ的 二阶导数为常数且周期变换,所以确定为二次多项式运动 规律。 公式, S=C+Cδ+Cδ 0122 加速阶段 0-25? 2 S=2hδ/δ 0 减速阶段 25-50? 22S=h-2h(δ-δ)/δ 00 以从动件开始上升的点为δ=0? 据此计算得 δ ,单位,?, S(δ) ,单位,mm, 0 0 10 1.6 20 6.4 25 10 30 13.6 40 18.4 9 机械原理课程设计 50 20 60 20 70 18.4 80 13.6 85 10 90 6.4 100 1.6 110 0 根据上表绘制出从动件上升位移 S= S(δ) 的变化曲线,如图4, 2,基圆半径计算 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。如下图所示,从动件的盘型机构位于推程的某位置上,法线n—n与从动件速度VB2的夹角为轮廓在B点的压力角,P12 为凸轮与从动件的相对速度瞬心。 故 V=V=ω|OP|, P12B212 从而有 |OP| =V/ω=ds/dδ。 12B21 由上图中的三角形?BCP可知 12 tanα== 10 机械原理课程设计 整理得基圆半径 将S=S,δ,和α=[α]代入 得, r?20mm 在此我取r=34mm 00 滚子半径选取r=4mm r 3)作出凸轮设计图 根据以上数据作出凸轮的实际廓线及理论廓线,如图5,。 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 11 机械原理课程设计 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 《齿轮设计与实用数据速查》, 张展 主编 机械工业出版社, 《机械原理》,第2版, ,张伟社 主编 西北工业大学出版社, 12