1、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1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 .32、 设计内容及方案分析 .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 .83、 设计体会 .114、 主要参考文献 11机械原理课程设计2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
2、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） ，它表示汽缸容积（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 =0180。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 =18
3、0 360。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 bc。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 =360540。随着燃气的膨胀，气缸容积增加，压力逐渐降低，如图上 cb。排气冲程：活塞上行，曲柄转角 =540720。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 ba。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
4、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。机械原理课程设计3（2 ）设计数据设计数据表 1设计内容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符号 H LAS2 n1 Dk D G1 G2 G3 Js1 Js2 Js3 单位 mm mm r/min mm N Kgm2数据 120 4 80 1500 100 200 210 20 10 0.1 0.05 0.2 1/100齿轮机构的设计 凸轮机构的设计Z1
5、 Z2 m h s 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气缸指示压力/(105Nm2)1 1 1 1 1 1 1 1 1 6.5 19.5 35工作过程 进 气 压 缩12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24375 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 72060 25.5 9.5 3 3 2.5 2
6、1.5 1 1 1 1 1做 功 排 气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 ，曲柄每分钟转数 n1。机械原理课程设计4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 =0） ，将曲柄圆周按转向分成 12 等分分得 12 个位置112，12（=375）为气缸指示压力达最大值时所对应的曲柄位置，1324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：=l/r=4，H=（l+r）-（l-r）=2r=
7、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 1A 10 29 38 47 5附图 2 曲柄位置图 6由几何知识：sinOAB= = 故： 4cosOAB=1(4 )2 s=rcos +l cosOAB= rcos +l 1(4 )2V= =-rsin - 机械原理课程设计52321(4 )2= = 2 221(4 )236421(4 )23221(4 )2把各点的角度分别代入上式得：S1=S11=290.079mm S2=S10=264.3mmS3=S9=232.38mm S4=S8=204.31mm
8、S5=S7=186.156mm S6=180mm S12=300mmV1=-V11=-5.741m/s V2=-V10=-9.207m/sV3=-V9=-9.425m/s V4=-V8=-7.117m/sV5=-V7=-3.684m/s V6=V12=0m/sa1=a11=1282.86m/s2 a2=a10=739.401 m/s2a3=a9=-1.598 m/s2 a4=a8=741.036 m/s2a5=a7=-1281.34 m/s2 a6=-1478.9 m/s2机械原理课程设计6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
9、）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 ，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 1+x2）的不同，齿轮传动可分为零传动、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
10、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 x1=0.23 x2=-0.23, 数据查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） 3）齿轮机构几何尺寸的计算：齿轮 m=51 且为正常齿制故 ha*=1 ， c*=0.25 名称 小齿轮大齿轮 计算公式变位因数 x 0.23 -0.23分度圆直径d110 220 d=mz法向齿距 Pn 14.76 Pn=mcos啮合角 20 20 inv =2(1+2)1+2 +中心距a(a) 165 a=a机械原理课程设计7节圆直径d 110 220=a中心距变动
11、因数 y 0 y=1+22 (a1)齿高变动因数 0 =x1+x2-y齿顶高 ha 6.15 3.85 ha=(ha* +c*-)m齿根高 hf 5.1 7.4 hf=(ha* +c*-x)m齿全高 h 11.25 11.25 h=ha+hf齿顶圆直径da122.3 227.7 da=d+2ha齿根圆直径df99.8 205.2 df=d-2hf重合度 a 1.65 a= 121(1)+2(2)分度圆齿厚s 7.85=2+2齿顶厚 sa 7.11 3.79 =2()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 ,推程运动角，远
12、休止角 s，回程运动角 ，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22机械原理课程设计8s 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 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=C0+C1+C 2 2 加速阶段 0-25 S=2h 2/ 0减速阶段 25-50S=h-2h( 0-) 2/ 02以从动件开始上升的点为 =0据此计算得 （单位：）S() （单位：mm）0 010 1.620 6.425 1030 13.640
13、 18.450 2060 2070 18.480 13.685 1090 6.4100 1.6110 0根据上表绘制出从动件上升位移S= S() 的变化曲线（如图 4）2）基圆半径计算机械原理课程设计9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 nn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 P12=VB2=|OP 12|，从而有 |OP 12| =VB2/ 1=ds/d。由上图中的三角形BCP 12可知 tan= =|12|0/0+整理得基圆半径 0=将 S=S（）和
14、 =代入 得：r020mm 在此我取 r0=34mm滚子半径选取 rr=4mm3)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） 。机械原理课程设计103、 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
15、息，直到完成整个产品设计；设计过程是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）机械原理教程 （第 2版） （张伟社 主编 西北工业大学出版社）
