1、 学号 成绩课程设计说明书课程名称 _题目名称 _专 业 _姓 名 _指导老师 _年 月 日实习（训）报告评语等级：评阅人： 职称：年 月 日河 南 工 程 学 院实习（训）报告实训目的（内容）：实习时间： 自 月 日至 月 日共 天实 习 地 点：实 习 单 位：指导老师： 系主任：目 录一、机构简介与设计数据1 机构简介 (1)2 设计数据 (2)二、设计内容及方案分析1 曲柄滑块机构的运动分析 （6）2 曲柄滑块机构的动态静力分析 （11）3 齿轮机构的设计 （12）4 凸轮机构的设计 （13）附：齿轮啮合图的绘制 （17）三、心得体会 （21）四、主要参考文献 （22）一、机构简介与设
2、计数据1. 机构简介柴油机（图 1，a）是一种内燃机，它将燃料燃烧时所产生的热能转变为机械能。往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，以汽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，汽缸内的压力变化可由示功图(用示功器从汽缸内测得，见图 1，b)表出，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作一简单介绍：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，汽缸内指示压力略低于 1 大气压力，一般以 1 大气压力计算，如示
3、功图上的 ab 。压缩冲程：活塞上行，曲柄转角 =180360。此时进气毕，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。膨胀（作功）冲程：在压缩冲程终了时，被压缩的空气温度已超过柴油自燃的温度，因此，在高压下射入的柴油立刻爆炸燃烧，气缸内压力突增至最高点，燃气压力推动活塞下行对外作功，曲柄转角 =360540，随着燃起的膨胀，汽缸容积增加，压力逐渐降低，如图上 cb。排气冲程:活塞上行，曲柄转角 =540720.排气阀开，废气被驱出，气缸内压力略高于 1 大气压力，一般亦以 1 大气压力计算，如图上的 ba。进排气阀的启闭是由凸轮机构控制的，图 1，a 中 y-y 剖面有进
4、排气阀各一只（图中只画了进气凸轮） 。凸轮机构是通过曲柄轴 O 上的齿轮 z1 和凸轮轴 O1上的齿轮 z2 来传动的。由于一个工作循环中，曲柄轴转两转而进排气阀各启闭一次，所以齿轮的传动比 。2121zni图 1 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作功的，其余的三个冲程则需依靠机械的惯性带动。因此，曲柄所受的驱动力不是均匀的，所以其速度波动也较大。为了减少速度波动，曲柄轴上装有飞轮（图上未画） 。2.设计数据见表 1，2，3。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要求 设计曲柄滑块机构，绘制机构运动简图，作机构三
5、个位置的加速度和加速度多边形，并作出滑块的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在 1 号图纸上（参考图例 1） 。表 1图 2曲柄位置图的作法如图 2 所示，以滑块在上止点时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十二等分得 12 个位置 112，12(=375)为汽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各位置。2）曲柄滑块机构的动态静力分析已知 机构各构件的重量 G，绕重心轴的转动惯量 JS,活塞直径 DA，示功图数据（表 2）以及运动分析所得的各运动参数。要求 确定机构两个位置（同运动分析）的各运动副反力及曲柄上的平衡力矩 My。以上
6、内容作在运动分析的同一张图纸上（参考图例 1） 。3）飞轮设计设计内容 曲柄滑块机构的运动分析 曲柄滑块机构的动态静力分析及飞轮转动惯量的确 定符号 H lAs2l04Bn1 Dh D G1 G2 G3 Js1 Js2 J01 单位 mm mm r/min mm N kgm2数据 120 4 80 540 1500 100 200 210 20 10 0.1 0.05 0.2 1/100齿轮机构设计 凸轮机构设计Z1 Z1 m h s amm mm 22 44 5 20 20 50 10 50 30 75已知 机器的速度不均匀系数 ，曲柄轴的转动惯量 、凸轮轴的转动惯1SJ量 、连杆 2 绕其
7、重心轴的转动惯量 ，动态静力分析求得的平衡力矩 My；1OJ 2SJ阻力矩 Mc 为常熟。要求 用惯性力法确定安装在曲柄轴上的飞轮转动惯量 JF。以上内容，作在 2 号图纸上（参考图例 2） 。注意：该部分内容为选作内容。4）齿轮机构设计已知 齿轮齿数、模数 m、分度圆压力角 ；齿轮为正常齿制，在闭式的润滑油池中工作。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。表 2表 3 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0.1MP
8、a(105N/m2)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 1.5 1 1 1 1 1膨胀 排气5.凸轮机构设计已知 从动件冲程 h，推程和回程的许用压力角 和 ，推程运动角 ，远休止角 ，回程运动角 ，从动件的运动规律（图 3） 。s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。以上内容，作在 2 号图纸上
9、。图3设计计算及说明 计算数据二 设计内容1、曲柄滑块机构的运动分析1）根据已知数据，取 l（以大图为准，这里只m2L是示意） ，画机构运动简图。2）运动分析设曲柄长为 ，连杆长为 ，由表 1 可得，OALABL= / =4,BH=( +)-( - )=120mm.ABOA解得 =60mm， =240mm。LBL=60mmOAL=240mmB设计计算及说明 计算数据A 点了角速度 ： 602n1A=2x3.14x1500/60=157 srad当曲柄转动到 10，11，12 号点时的位置的滑块的位移量：由几何知识可知 LOBA22cos解得： =264mm10S=290mm=300mm12速度
10、分析：BAvvB大小 ？ LO未 知 ）（ 2方向 竖直 OA BAsm9.42vOAA以 根据矢量方程式，做机构各点的速度图，及2v滑块 B 的速度图（以大图为准，这里只是示意） 。srad156A=264mm 10S=290mm =300mm12sm9.42vA设计计算及说明 计算数据由图 4 可知bap图 5 11 号点位速度分析图由图 5 可知设计计算及说明 计算数据s/18.3radlvm9.2labBA12pb0，s/rad53lvm.7labBA1pbA，sm9.2v10Bsm5.7v1BaP(b)图 6 12 号点位速度分析图由图 6 可知加速度分析，tnaaBBABABA大小
11、 ？ ？O2L2方向 竖直 OA BA AB以 根据矢量方程式，做机构各点的加速度图，ms/20a及滑块 B 的速度图（以大图为准，这里只是示意） 。pS2 b an图 7 10 号点位加速度分析图设计计算及说明 计算数据sm94.178A2OA s/39.25radlv0abBA21A 0v12Bsm1478.9aA由图 7 可知pS2 ab n图 7 11 号点位加速度分析图由图 7 可知paS2b图 8 12 号点位加速度分析图由图 8 可知设计计算及说明 计算数据2a10 /739.4smbaB2a1 /128.smbaB2a12 /1850smbpaB210/739.4smaB212
12、/850smaB2、曲柄滑块机构的动态静力分析 1) 受力分析对 10，11，12 号点位进行受力分析，分别为图 9（a） （b）（c）（a）10 号点 （b）11 号点 （c）12 号点图 9 受力分析2）计算活塞上的气体压力设计计算及说明 计算数据NDpPNpPiii 2748915304h12122h112h1010 ， ，3Gpi 3GpiPPP43R43R43R2iM2iM2iMG2G2GtR12tR12n n12 12RNP2748915300，3）求作用于构件上的惯性力3、齿轮机构的设计1）传动类型的选择：按照一对齿轮变位因数之和（x1+x2）的不同，齿轮传动可分为零传动、正传动
13、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NampJMBici si 1478.926003102013222 ，NampJBici si 256.0131213222 ，NampJMBici si 3701231222132， NpMiii1478.9260001322，Npiii256.1132，NpMiii37012213，设计计算及说明 计算数据轮的磨损情况。 因为在柴油机中配气齿轮要求传
14、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 x1=0.23 x2=-0.23, 数据查表得具体参考【1】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（注：公式参考资料【1】 ）4 凸轮机构的设计 1）运动规律的选择：根据从动件运动规律图分析知位移 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。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 d 110 220 d=mz法向齿距 Pn 14.76 Pn=mcos啮合角 20 20中心
15、距 a(a) 165节圆直径 d 110 220中心距变动因数 y 0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 da 122.3 227.7 da=d+2ha齿根圆直径 df 99.8 205.2 df=d-2hf重合度 a 1.65分度圆齿厚 s 7.85齿顶厚 sa 7.11 3.79x1=0.23 x2=-0.2320518201ddfa设计计算及说明 计算数据（公式参考资料【1】 ）：S=C0+C1+C 2 2
16、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 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 10）设计计算及说明 计算数据2）基圆半径计算由基圆半径公式得 3m2.5r0.2-tan18tr0 20，在 此 取 eseds3)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s 3mr02dps设计
17、计算及说明 计算数据s图 10 凸轮运动规律图dps附录：齿轮啮合图的绘制齿轮啮合图是将齿轮各部分尺寸按一定的比例尺画出轮齿啮合关系的一种图形。它可直观地表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数，并可借助图形作某些必要的分析。一、渐开线的画法渐开线齿廓按渐开线的形成原理绘制，如图4所示。以小齿轮廓线为例，其步骤如下:1)按公式计算出各圆直径d b、d、d、d f及d a，画出各相应的圆。图11 2)连心线与节圆的交点为节点P。过P点作基圆之切线，与基圆相切于N1，则 即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线的一段。pn13)将 线段分成若干等分: 、 、 1p23图 124)根据渐开线的特性N 1 O
18、，因弧长不易测量，可按下式计算N 1 O所pn1对应的弦长 ,1on ,1ON08sinbbdp（1）按此弦长在基圆上取O点。5)将基圆上的弧长N 1O分成同样等分得基圆上的对应分点1、2、3。6)过点1、2、3作基圆的切线，并在这些切线上分别截切线段，使得p1,、 。得1“、2“、3“诸点。光滑连接0、1“、2“、3“各个点的曲2, p3,线即为节圆以下部分的渐开线。7)将基圆上的分点向左延伸，作出5、6、7，取 ，p15,，可得节圆以下渐开线各点 5“、6“直至画到齿顶圆为止。p16,8)当d fdb时，在渐开线与齿根圆之间直接画出过渡圆角。二、啮合图的绘制步骤1)选取比例尺 L(mm/m
19、m)，使齿全高在图样上有30-5Omm的高度为宜。定出齿轮中心0 1 、0 2如图所示。分别以0 1、0 2为圆心作出基圆、分度圆、节圆、齿根圆、齿顶圆。2)画出工作齿廓的基圆内公切线，它与 连心线的交点为节点P，又是两21O节圆的切点，内公切线与过P点的节圆切线间夹角为啮合角 t。，应与按式(1)计算之值相符。3)过节点p分别画出两齿轮在顶圆与根圆之间的齿廓曲线。4)按已算得的齿厚和齿距P计算对应弦长 和 。SP(2)S018sind(3)p0i按 和 在分度圆上截取弦长得A、C点，则弧AB=s,弧SAC=P （见图12）5)取AB中点D,连0 1、D两点为轮齿的对称线。用描图纸描下对称线右
20、半齿形以此为模板画出对称的左半部分齿廓及其他相邻的34个齿廓。另一齿轮的作法相同。6)作出齿廓工作段。B 1、B 2为起始与终止啮合点，以0 1为圆心 为半径作21BO圆弧交齿轮1齿廓于b 1点，则从b 1点到齿顶圆一段齿廓为齿廓工作段。同理可作出齿轮2的齿廓工作段。7)画出两齿轮啮合过程中的滑动系数变化曲线。滑动系数计算公为 (4)xlz121(5)xl21在 线段上，按计算之值取点B 2、P、B 1,自N 1点量起，按适当的间距取L X1N值，按式(3)、式(4)计算出对于不同L X的各位置处两轮齿面滑动系数 和 ，画12图 13出如图13 所示的滑动系数曲线图。参考文献1给出了一种使用方
21、便的滑动系数图解计算法。一般情况下，轮齿的齿廓工作段最低点具有绝对值最大的滑动系数，其值为(6)2121max1BNlz (7)2121ax2lz有啮合图上直接量取 、 、 代入上式即可算出l21B21Nmax1心得体会：经过一周的奋战我们的课程设计终于完成了。在这短短了五天时间里如同把课本复习了一遍，为考试做好了准备。从中体会到一个完整机构从计算到绘制了不容易。包括计算精度，绘图了规范布局。小小了细节就会影响到整个计算绘制过程。一个小小了细节就会导致整个计算过程重算，绘图重画。小小了实训也让我们体会到将来工作中会发生了问题，及早了纠正了我们的错误，减少将来工作了失误。这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在设计过程中，通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。主要参考文献【1】孙恒，陈作模.机械原理【M】8 版 北京：高等教育出版社【2】王静，朱贤华.机械原理 TH11157 湖北：华中科技大学出版社
