機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書題目： 單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析二級學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院年級專業(yè) 13材料本科班學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師 朱雙霞教師職稱 教授一目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一部分緒論 2\o"CurrentDocument"第二部分設(shè)計(jì)題目及主要技術(shù)參數(shù)說明 32.1設(shè)計(jì)題目及機(jī)構(gòu)示意圖 32.2機(jī)構(gòu)簡介 32.3設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) …4\o"CurrentDocument"第三部分設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案分析 6\o"CurrentDocument"3.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析 63.1.1設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 6\o"CurrentDocument"3.1.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 7\o"CurrentDocument"3.2齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 113.2.1齒輪傳動(dòng)類型的選擇 12\o"CurrentDocument"3.2.2齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)及幾何尺寸的計(jì)算 133.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 133.3.1從動(dòng)件位移曲線的繪制 14\o"CurrentDocument"3.3.2凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 153.3.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 16\o"CurrentDocument"第四部分設(shè)計(jì)總結(jié) 18\o"CurrentDocument"第五部分參考文獻(xiàn) 20\o"CurrentDocument"第六部分圖紙 21第一部分緒論本課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析，在設(shè)計(jì)計(jì)算中運(yùn)用到了《機(jī)械原理》、《理論力學(xué)》、《機(jī)械制圖》、《高等數(shù)學(xué)》等多門課程知識(shí)。內(nèi)燃機(jī)是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。通常所說的內(nèi)燃機(jī)是指活塞式內(nèi)燃機(jī)。活塞式內(nèi)燃機(jī)以往復(fù)活塞式最為普遍。活塞式內(nèi)燃機(jī)將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能是氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?。燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞做功。再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)將機(jī)械功輸出，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)機(jī)械工作。內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外做功的過程。其他過程都是為更好的實(shí)現(xiàn)做功過程而需要的過程。四沖程是指在進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣四個(gè)行程內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)，此間曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈。進(jìn)氣行程時(shí)，此時(shí)進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉；壓縮行程時(shí)，氣缸、內(nèi)氣體受到壓縮，壓力增高，溫度上升；膨脹行程是在壓縮上止點(diǎn)前噴油或點(diǎn)火，使混合氣燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓，推動(dòng)活塞下行并做功；排氣行程時(shí)，活塞推擠氣缸內(nèi)廢氣經(jīng)排氣門排出。此后再由進(jìn)氣行程開始，進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。第二部分課題題目及主要技術(shù)參數(shù)說明2.1課題題目單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析圖2-1內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖2.2機(jī)構(gòu)簡介內(nèi)燃機(jī)是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。廣義上的內(nèi)燃機(jī)不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等，但通常所說的內(nèi)燃機(jī)是指活塞式內(nèi)燃機(jī)?；钊絻?nèi)燃機(jī)以往復(fù)活塞式最為普遍?；钊絻?nèi)燃機(jī)將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?。燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞作功，再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)將機(jī)械功輸出，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)機(jī)械工作。內(nèi)燃機(jī)的工作原理：內(nèi)燃機(jī)是將液體材料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能變成機(jī)械能的裝置。往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的主體機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，借氣缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫ν苿?dòng)活塞通過連桿而使曲柄做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)移動(dòng)四次，即進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四個(gè)過程。完成一個(gè)工作循環(huán)，它對應(yīng)著曲柄轉(zhuǎn)兩圈。進(jìn)氣沖程：活塞由上死點(diǎn)向下移動(dòng)，進(jìn)氣閥開，可燃?xì)怏w進(jìn)入缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng)有阻力，故進(jìn)氣行程終了時(shí)，氣缸內(nèi)壓力低于大氣壓力。壓縮沖程：活塞由下死點(diǎn)向上移動(dòng)，進(jìn)氣閥閉合，將缸內(nèi)燃?xì)怏w壓縮，壓力上升。膨脹沖程：活塞在上死點(diǎn)附近，被壓縮的氣體被點(diǎn)燃，缸內(nèi)壓力驟增，氣體壓力推動(dòng)活塞向下移動(dòng)，即對外做功。排氣沖程:活塞由下死點(diǎn)向上移動(dòng)。由上可知，單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中，活塞只有一個(gè)沖程做功，即曲柄兩轉(zhuǎn)中，只有半轉(zhuǎn)是因膨脹氣體作用而被推動(dòng)旋轉(zhuǎn)，而其余的一轉(zhuǎn)半中，借助機(jī)械的慣性來運(yùn)轉(zhuǎn)，因而曲柄所受驅(qū)動(dòng)力是不均勻的，其速度波動(dòng)也較大，所以一般在曲柄軸上裝有飛輪。2.3設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1、曲柄滑快機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析已知；活塞沖程H，按照行程速比系數(shù)&偏心距￡,,柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表1設(shè)計(jì)內(nèi)容曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號H(mm)e(mm)Kni(r/min)數(shù)據(jù)215551.05650設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2位置編號59曲柄位置（°）150270

圖2曲柄位置圖機(jī)構(gòu)位置分配表3學(xué)生編號| 位置編號|5|92、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知：齒輪齒數(shù)Z1,Z2，模數(shù)m,分度圓壓力角a,齒輪為正常齒制，在閉式潤滑油池中工作。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表4設(shè)計(jì)內(nèi)容齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符號Z1Z2imaa數(shù)據(jù)1545341201203、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知：從動(dòng)件沖程h,推程和回程的許用壓力角[a],[a]',推程運(yùn)動(dòng)角①，遠(yuǎn)休止角①s,回程運(yùn)動(dòng)角①'，從動(dòng)件按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表5設(shè)計(jì)內(nèi)容凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號h(mm)中中s中/[a][a]，數(shù)據(jù)255010503075

第三部分設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案分析3.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析已知：活塞沖程H,按照行程速比系數(shù)&偏心距e,,柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)內(nèi)容曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號H(mm)e(mm)Kni(r/min)數(shù)據(jù)215551.05650要求:確定曲柄滑塊機(jī)構(gòu)桿件尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖；并在3號圖紙上利用圖解法作機(jī)構(gòu)的兩個(gè)瞬時(shí)位置的速度和加速度多邊形，并作出滑塊的運(yùn)動(dòng)方程和位移線圖3.1.1設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以R,L表示曲柄、連桿的長度;e表示曲柄回轉(zhuǎn)中心與滑塊移動(dòng)導(dǎo)路中線的距離，即偏距；H表示滑塊的最大行程；K為行程速比系數(shù)；。為極位夾角。下圖為過^C2P三點(diǎn)所作的外接圓。半徑為r,其中qC2垂直C2P,ZC1PC2=e,C1C2為滑塊的兩極限位置，A為圓上的一點(diǎn)，它至C1C2的距離為偏距e，即A為曲柄的回中心。圖3-1設(shè)ZC2C1A=P則8描述了曲柄回轉(zhuǎn)中心A點(diǎn)的位置。為了能夠滿足機(jī)構(gòu)連續(xù)性條件，A點(diǎn)只能在右圖所示的C2AP上選取，而不能在Pt（P、t為滑塊處于兩極限位置C1C2時(shí)，導(dǎo)路的垂線與圖3-1設(shè)ZC2C1A=P則8描述了由已知條件可以求出曲柄和連桿的長度:=4.39H+Hcos9—H+Hcos9—2esmG27?=106(znm)=424(mm)H=424(mm)L= 1—HcqsQ+2esmO2smbW 27? 可得R=106mm,L=424mm,按此尺寸做得曲柄滑塊的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，如下圖圖3-2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖3.1.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析1、解析法分析滑塊的運(yùn)動(dòng)位移分析：由上圖可根據(jù)曲柄滑塊簡圖及幾何知

sinZOBAsin/(pA=—=4由于 ，所以小，°弘=衛(wèi),4sin(pcosZOBA=1-(—F)2故 ’、 ，則:s—s—Rcoscp+LcosZOBA—sin(pRcoscp+L1-)」 4z位移s數(shù)據(jù)表S的位置甲孤度甲S/mmS000530S1300.523599512.4732S2601.047198428.3043S3901.570796410.5362S41202.094395360.9433S51502.617994328.8758S61803.141593318S72103.665191328.8758S82404.18879360.9433S92704.712389410.5362S103005.235988428.3043S113305.759587512.4732S123606.283185530速度分析;

ds wLsin2<pv=—=—wRsincp :32護(hù)腭加速度分析;2、圖解法分析機(jī)構(gòu)的二個(gè)瞬時(shí)位置利用圖解法作機(jī)構(gòu)的兩個(gè)瞬時(shí)位置的速度和加速度多邊形已知曲柄滑快機(jī)構(gòu)的尺寸及2個(gè)位置，構(gòu)件1的轉(zhuǎn)速n1，用圖解法求連桿的角速度32及角加速度a2和滑塊上C點(diǎn)的速度和加速度。a曲柄位置；曲柄位置為150°位置圖取=5(mm/mm)1圖3-3曲柄位置圖中=150。速度多邊形圖由已知 w1=2nn=68rad/sVa=w1R=68rad/sx0.106m=7.208m/s取p=0.1(m/s/mm)由v=y+V方向 V J&j大?。?J?

速度多邊形如下圖圖3-4速度多邊形圖由圖可知v=p.而W4.105m/sVa=pv?ab=5.86m/s加速度多邊形圖(3)加速度多邊形如下圖:加速度多邊形圖(3)加速度多邊形如下圖:圖3-5加速度多邊形圖w2= =13.82rad/s史二,RxW=490.144(m/s)b,曲柄位置為270°1)曲柄位置為270°位置圖

.二Xl'，=80，98(m/s)取p=21.26(m/s2/mm)知=破+ +哦+站方向 J J 0 J J大小 ？ J 0 J ?可知…二一x 二21.26x25=531.5m/s23-6曲柄位置圖同理h=5(mm/mm),日二0.1(m/s/mm),日=21.26(m/s2/mm)l v a速度多邊形如下圖 由圖可知：圖3-7速度多邊形圖(2)速度多邊形如下圖 由圖可知：圖3-7速度多邊形圖烏二"乂T=0pb辱『，工目二V=7.208m/s加速度多邊形圖圖3-8加速度多邊形圖圖3-8加速度多邊形圖"日=姒+"旨+Q方+確內(nèi)方向VV0VV大小？V0V?七；二77工品=21.26*14=297.64m/s3.2齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已知：齒輪齒數(shù)Z1,Z2，模數(shù)m,分度圓壓力角a,齒輪為正常齒制，在閉式潤滑油池中工作。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)內(nèi)容齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符號Z1Z2imaa數(shù)據(jù)15454要求：選擇兩輪變位系數(shù)，計(jì)算齒輪各部分尺寸3.2.1齒輪傳動(dòng)類型的選擇由最小變位系數(shù)，F(xiàn)=""心其中,疽7則有；17-15電>一仍一=011R17-45^2>——=一L647選擇等變位齒輪傳動(dòng)則：X]=-X2X1+x2=0取X1=0.118 X2=-0.118x+x=0,且x=-xN0。此類齒輪傳動(dòng)稱為等變位傳動(dòng)。由于x+x=0,12 12 1 2故a’=a,a’=a,y=0,^\y=0即其嚙合角等于分度圓壓力角，中心距等于標(biāo)準(zhǔn)中心距，節(jié)圓與分度圓重合，齒頂圓不需要降低。對于等變位齒輪傳動(dòng)，為有利于強(qiáng)度的提高，小齒輪應(yīng)采用正變位，大齒輪采用負(fù)變位，使大、小齒輪的強(qiáng)度趨于接近，從而使齒輪的承載能力提高。3.2.2齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)及幾何尺寸的計(jì)算已知：齒輪齒數(shù)Z1=15,Z2=45,模數(shù)m=4,分度圓壓力角a=20.,齒輪為正常齒制，在閉式潤滑油池中工作齒輪m=4>1,且為正常齒制故h*=1,c*=0.25由等變位齒輪傳動(dòng)可知a’=a=20。a’=a=120齒輪各部分尺寸名稱下齒輪z 1大齒輪z 2_計(jì)算公式模數(shù)m4壓力角a20分度圓直徑d60180d=mz節(jié)圓直徑d’60180d’=d=zmi ii嚙合角a，20a，二a齒頂高h(yuǎn)a4.4723.528h=(h*+x)mai a i齒根高h(yuǎn)f4.5285.472h=(h*+c*-x)mfi a i齒頂圓直徑da.64.472183.528d=d+hai i ai齒根圓直徑df50.944169.056df=d.-2hf.中心距a’120a’=a=m(z+z)/2 1 2 中心距變動(dòng)系數(shù)y0y=0齒頂高降低系數(shù)^y0△y=0基圓直徑db56.4169.2dbdcosa齒距p12.56P=nm基圓齒距pb11.81P=pcosa齒厚s6.28s=nm/2齒槽寬e6.28e=nm/2頂隙c1c=c*m傳動(dòng)比i3I二w/w二z/z=d’/d’12 1 2 2 1 2 13.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已知：從動(dòng)件沖程h,推程和回程的許用壓力角[a],[a]',推程運(yùn)動(dòng)角①，遠(yuǎn)休止角①s,回程運(yùn)動(dòng)角①'，從動(dòng)件按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)內(nèi)容凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號h(mm)中中s中/[a][a]，數(shù)據(jù)2550105030753.3.1從動(dòng)件位移曲線的繪制從動(dòng)件推桿的位移隨凸輪轉(zhuǎn)角6變化的，分為四個(gè)過程分別是:推程、遠(yuǎn)休止、回程、近休止。從動(dòng)件按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，則其推程時(shí)的位移方程為：1-*等]則其回程時(shí)的位移方程為:irfil以從動(dòng)件開始上升的點(diǎn)位6=0。，s=0據(jù)此計(jì)算得6（單位:。）s（6）（單位：mm）6102030405060708090100110s2.48.616.422.6252522.616.48.62.40則從動(dòng)件位移曲線圖如下：其中h=25,60=50,601=10,6，。=50,602=2506（單位：。）s（6）（單位：mm）

圖3-9圖3-9位移曲線圖3.3.2凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定根據(jù)許用壓力角計(jì)算出基圓半徑最小值，凸輪形狀選為偏距為零且對稱。如右圖所示，從動(dòng)件的盤型機(jī)構(gòu)位于推程的某位置上，法線n—n與從動(dòng)件速度匕的夾角為輪廓在B點(diǎn)的壓力角，P點(diǎn)為凸輪與從動(dòng)件的相對速度瞬心。故vds十;從而有日二巨二豆又由圖中的三角形△BCP可得ds皿誠+s*則基圓半徑的計(jì)算公式:dsfn—tana將S=S(6)和a將S=S(6)和a=[a]6=20。，計(jì)算得出：ro^23.3mm取ro=35mm，滾子半徑選取r=5mmill圖3-103.3.2凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)根據(jù)反轉(zhuǎn)法建立直角坐標(biāo)系。以r。為半徑作基圓取B。為從動(dòng)件初始位置，自B。起沿-w方向?qū)⒒鶊A中心角分為6、6、6,、6對應(yīng)四段圓弧，并將6、6，0 01 0 02 0 0對應(yīng)弧進(jìn)行五等分。在從動(dòng)件位移曲線圖上量取各相應(yīng)的行程，以此為半徑并分別以基圓上的1,2,……，10,11點(diǎn)為圓心作弧，令其與各等分點(diǎn)相交于B1?B2,……B10,B11點(diǎn)，用光滑曲線連接個(gè)點(diǎn)，所得封閉曲線便是凸理論輪廓曲線。在凸理論輪廓曲線基礎(chǔ)上，以滾子半徑為偏移量作出其等距曲線，即為滾子從動(dòng)件凸輪工作輪廓曲線。凸輪輪廓曲線如下:圖3-11第四部分設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過幾天不斷的努力，身體有些疲憊，但看到勞動(dòng)后的碩果，心中又有分喜悅?？偠灾杏|良多，收獲頗豐。做機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是第一次，在課程設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)從學(xué)習(xí)到運(yùn)用再到實(shí)踐的過程。學(xué)習(xí)重在學(xué)以致用，在實(shí)踐中溫習(xí)、反復(fù)、加強(qiáng)和提高所學(xué)的內(nèi)容，使所學(xué)的內(nèi)容更加扎實(shí)，融會(huì)貫通，綜合運(yùn)用能力也得到提升。作為大學(xué)生，要把所學(xué)的東西運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)、生活中去，設(shè)計(jì)出實(shí)用的產(chǎn)品，這才是我們學(xué)習(xí)的最終目的所在。一周課程設(shè)計(jì)雖短，去過的非常忙碌充實(shí)。一開始的時(shí)候完全沒有頭緒，大家集中在圖書館，翻閱了大量的資料，并就進(jìn)行本課程設(shè)計(jì)時(shí)所遇到的問題進(jìn)行了討論，大部分問題得到了解決，還有不懂的向朱老師提出后都得到了詳細(xì)的解答，我們總結(jié)出此次課程設(shè)計(jì)大致可以分為三個(gè)主要階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設(shè)計(jì)階段和技術(shù)設(shè)計(jì)階段。值得注意的是：機(jī)械設(shè)計(jì)過程是一個(gè)從抽象概念到具體產(chǎn)品的演化過程，我們在設(shè)計(jì)過程中不斷豐富和完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息，直到完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)過程是一個(gè)逐步求精和細(xì)化的過程，設(shè)計(jì)初期，我們對設(shè)計(jì)對象的結(jié)構(gòu)關(guān)系和參數(shù)表達(dá)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(jì)過程的深入，這些關(guān)系才逐漸清楚起來