單缸四沖程內(nèi)燃機機構(gòu)設(shè)計與運動分析報告

可編輯版/機械原理課程設(shè)計說明書題目：單缸四沖程內(nèi)燃機機構(gòu)設(shè)計及其運動分析二級學(xué)院機械工程學(xué)院年級專業(yè)機械制造及其自動化學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師教師職稱目錄TOC\o"1-3"\h\u第一部分緒論1第二部分課題題目及主要技術(shù)參數(shù)說明22.1課題題目22.2機構(gòu)簡介22.3設(shè)計數(shù)據(jù)3第三部分設(shè)計內(nèi)容及方案分析53.1曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計及其運動分析5設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)5曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析63.2齒輪機構(gòu)的設(shè)計113.2.1齒輪傳動類型的選擇113.2.2齒輪傳動主要參數(shù)及幾何尺寸的計算123.3凸輪機構(gòu)的設(shè)計133.3.1從動件位移曲線的繪制133.3.2凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定143.3.2凸輪輪廓曲線的設(shè)計14第四部分設(shè)計總結(jié)16第五部分參考文獻17可編輯版第一部分緒論內(nèi)燃機具有體積小、質(zhì)量小、便于移動、熱效率高、起動性能好的特點。但是內(nèi)燃機一般使用石油燃料,同時排出的廢氣中含有害氣體的成分較高。廣義上的內(nèi)燃機不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機和自由活塞式發(fā)動機,也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃氣輪機、噴氣式發(fā)動機等,但通常所說的內(nèi)燃機是指活塞式內(nèi)燃機。塞式內(nèi)燃機以往復(fù)活塞式最為普遍?；钊絻?nèi)燃機將燃料和空氣混合,在其汽缸內(nèi)燃燒,釋放出的熱能使汽缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃氣。燃氣膨脹推動活塞作功,再通過曲柄連桿機構(gòu)或其他機構(gòu)將機械功輸出,驅(qū)動從動機械工作。內(nèi)燃機是一種動力機械,它是通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒,并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。它是將液體或氣體燃料與空氣混合后,直接輸入汽缸內(nèi)部的高壓燃燒室燃燒爆發(fā)產(chǎn)生動力。這也是將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的一種熱機。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)燃機機構(gòu)設(shè)計及其運動分析圖2-1內(nèi)燃機機構(gòu)簡圖2.2機構(gòu)簡介內(nèi)燃機,是一種動力機械,它是通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒,并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。廣義上的內(nèi)燃機不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機和自由活塞式發(fā)動機,也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃氣輪機、噴氣式發(fā)動機等,但通常所說的內(nèi)燃機是指活塞式內(nèi)燃機。活塞式內(nèi)燃機以往復(fù)活塞式最為普遍?；钊絻?nèi)燃機將燃料和空氣混合,在其汽缸內(nèi)燃燒,釋放出的熱能使汽缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃氣。燃氣膨脹推動活塞作功,再通過曲柄連桿機構(gòu)或其他機構(gòu)將機械功輸出,驅(qū)動從動機械工作。常見的有柴油機和汽油機,通過將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能,是通過做功改變內(nèi)能。內(nèi)燃機的工作原理：讓燃料在機器內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量向外界傳輸機械能。四沖程汽油機是由進氣、壓縮、作功和排氣完成一個工作循環(huán)的。吸氣沖程：活塞下行形成氣缸內(nèi)壓力小于于大氣壓的差,這個壓力差俗稱真空度,由于真空度的存在使機器外的空氣進如氣缸。當活塞下行到最后位置進氣閥門關(guān)閉吸氣沖程完成。在機器運轉(zhuǎn)中由于速度的關(guān)系在吸氣沖程完成時氣缸內(nèi)的氣壓是大于大氣壓的,在設(shè)計上設(shè)置了一個進氣門關(guān)閉的延遲時間就是為了提高進氣量。壓縮沖程：吸氣沖程完成后活塞上行壓縮空氣達到一定溫度使燃料燃燒,此時有兩種情況,一種是外界給于點火,另一種是壓縮到一定時候使其自燃.做功沖程：壓縮后燃燒的空氣使活塞下行從而將熱能轉(zhuǎn)換成機械能,這種是通過連桿活塞組和曲軸實現(xiàn)的,在高溫高壓的燃氣的作用下推動活塞下行通過連桿使曲周做圓周運動,這個圓周運動就是人們所需要的機械能,其能量同過于曲軸連接的設(shè)備輸出,其中一部份轉(zhuǎn)換成勢能儲存在與曲軸相連的飛輪中,這個勢能以飛輪慣性旋轉(zhuǎn)的形式釋放為內(nèi)燃機的吸氣,壓縮,排氣這三個沖程提供能量。排氣沖程：在飛輪慣性的驅(qū)動下活塞上行將燃燒后的廢氣從打開的排氣閥門中排出,當活塞行至上終點位置時整個內(nèi)燃機的工做循環(huán)完成,在飛輪慣性的作用下將開始新的一輪工作循環(huán)2.3設(shè)計數(shù)據(jù)曲柄滑快機構(gòu)設(shè)計及其運動分析已知：活塞沖程H,按照行程速比系數(shù)K,偏心距e,,柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n1設(shè)計數(shù)據(jù)表2-1設(shè)計內(nèi)容曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計符號H〔mme〔mmKn1〔r/min符號215551.05650設(shè)計數(shù)據(jù)表2-2位置編號28曲柄位置〔o60o240o-圖2曲柄位置圖學(xué)生編號33位置編號282、齒輪機構(gòu)設(shè)計已知：齒輪齒數(shù)Z1,Z2,模數(shù)m,分度圓壓力角α,齒輪為正常齒制,在閉式潤滑油池中工作。設(shè)計內(nèi)容齒輪機構(gòu)設(shè)計符號Z1Z2imaα'數(shù)據(jù)1545341201203、凸輪機構(gòu)設(shè)計已知：從動件沖程h,推程和回程的許用壓力角[α],[α]′,推程運動角Φ,遠休止角Φs,回程運動角Φ′,從動件按余弦加速度運動規(guī)律運動。設(shè)計內(nèi)容凸輪機構(gòu)的設(shè)計符號h〔mmΦΦsΦ'[α][α]'數(shù)據(jù)255010503075第三部分設(shè)計內(nèi)容及方案分析3.1曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計及其運動分析已知：活塞沖程H,按照行程速比系數(shù)K,偏心距e,柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n1表3-1設(shè)計數(shù)據(jù)表設(shè)計內(nèi)容曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計符號H〔mme〔mmKn1〔r/min符號215551.05650設(shè)計曲柄滑塊機構(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),θ為極為夾角。左圖為過C1,C2,P三點所作的外接圓。半徑為r,其中C1,C2垂直C2P,∠C1PC2=θ,C1,C2為滑塊的兩極限位置,A為圓上的一點,它至C1,C2的距離為偏距e,即A為曲柄的回中心。曲柄回轉(zhuǎn)中心A的位置。為了能夠滿足機構(gòu)連續(xù)性條件,A點只能在右圖所示的C2AP上選取,而不能在pt〔p、t為滑塊處于兩極限位置圖3-1C1,C2時,導(dǎo)路的垂線與C1C2P圓周的交點上選取。由已知條件可以求出曲柄和連桿的長度:EQ\o\ac<○,1>EQ\o\ac<○,2>由EQ\o\ac<○,1>EQ\o\ac<○,2>得：EQ\o\ac<○,3>EQ\o\ac<○,4>由EQ\o\ac<○,3>EQ\o\ac<○,4>得：可得R=106mm,L=407mm。按此比例作出曲柄滑塊機構(gòu)的運動簡圖如圖3-2所示。圖3-2機構(gòu)運動簡圖曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析解析法分析滑塊的運動位移分析：由上圖可根據(jù)曲柄滑塊簡圖及幾何知故=則位移s數(shù)據(jù)表3-2S的位置弧度S/mmS000509.2667S1300.523599498.7938S2601.047198458.3330S3901.570796403.7920S41202.094395352.3330S51502.617994315.1964S61803.141593297.2667S72103.665191300.6105S82404.18879326.6039S92704.712389373.8021S103005.235988432.6039S113305.759587484.2079S123606.283185509.2667速度分析：加速度分析：2.圖解法分析機構(gòu)的二個瞬時位置利用圖解法作機構(gòu)的兩個瞬時位置的速度和加速度多邊形已知曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸及2個位置,構(gòu)件1的轉(zhuǎn)速n1,用圖解法求連桿的角速度w2及角加速度α2滑塊上C點的速度和加速度。a曲柄位置：曲柄位置為60°位置圖取l=5〔mm/mm圖3-3曲柄位置圖=150°速度多邊形圖=0.2<m/s>/mm已知方向√√√大小？√？由圖3-4可知圖3-4速度多邊形加速度多邊形=10圖3-5加速度多邊形方向√√√√大小？√0√?由圖3-5可知：b.曲柄位置曲柄位置為240°的位置圖取l=5〔mm/mm圖3-6曲柄位置圖〔2速度多邊形=0.2<m/s>/mm大小？√？方向√√？圖3-7速度多邊形由圖3-7可知：〔3加速度多邊形=10圖3-8加速度多邊形方向：√√0√？大小：√√√√由圖3-8可知：3.2齒輪機構(gòu)的設(shè)計已知：齒輪齒數(shù)Z1,Z2,模數(shù)m,分度圓壓力角α,齒輪為正常齒制,在閉式潤滑油中工作。設(shè)計數(shù)據(jù)表3-3設(shè)計內(nèi)容齒輪機構(gòu)設(shè)計符號Z1Z2imaa'數(shù)據(jù)1545341201203.2.1齒輪傳動類型的選擇由最小變位系數(shù),Xmin=ha*,其中Zmin=17則有：X1≥=0.118X2≥=-1.647選擇等變位齒輪傳動則：X1=-X2X1+X2=0取X1=0.118X2=-0.118X1+X2=0且X1=-X2≠0。此類齒輪傳動稱為等變位傳動。由于X1+X2=0,故:a’=a,α’=α,y=0,Δy=0即其嚙合角等于分度圓壓力角中心距等于中心距節(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為有利于強度的提高,小齒輪應(yīng)采用正變位,大齒輪采用負變位,使大﹑小齒輪的強度趨于接近從而使齒輪的承載能力提高。3.2.2齒輪傳動主要參數(shù)及幾何尺寸的計算已知：齒輪齒數(shù)Z1=15,Z2=45,模數(shù)m=4,分度圓壓力角α=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ha*=1,c*=0.25由等變位齒輪傳動可知α’=α=20。a=a=120齒輪各部分尺寸表3-4名稱小齒輪Z1大齒輪Z2計算公式模數(shù)m4壓力角α20分度圓直徑d60180d=mz節(jié)圓直徑d’60180d'=d=mz嚙合角α’20a'=a齒頂高ha4.4723.528ha=〔ha*+x齒根高hf4.5285.472hf=〔ha*+c*-x齒頂圓直徑da68.944187.056da=d+2ha齒根圓直徑df50.944169.056df=d-2hf中心距a120a'=a=m〔z1+z2/2中心距變動系數(shù)y0y=0齒頂高降低系數(shù)Δy0Δy=0基圓直徑db56.382169.145db=dcosα齒距p12.56P=πm基圓齒距pb11.81Pb=pcosα齒厚s6.625.94S=〔π/2+2xtanαm齒槽寬e5.946.62e=〔π/2-2xtanαm頂隙c1c=c*m傳動比i3I12=ω1/ω2=z2/z1=d2’/d1’3.3凸輪機構(gòu)的設(shè)計已知：從動件沖程h,推程和回程的許用壓力角[α],[α]’,推程運動角φ,遠休止角φs,回程運動角φ’,從動件按余弦加速度運動規(guī)律運動。設(shè)計數(shù)據(jù)表3-5設(shè)計內(nèi)容凸輪機構(gòu)的設(shè)計符號H〔mmφφsΦ’[α][α]’數(shù)據(jù)2550105030753.3.1從動件位移曲線的繪制從動件推桿的位移隨凸輪轉(zhuǎn)角δ的變化而變化,分為四個過程分別是推程,遠休止,回程,近休止。從動件按余弦加速度運動規(guī)律運動,則其推程時的位移方程為：S=其回程時的位移方程為：S=以從動件開始上升的點位δ=0o,s=0據(jù)此計算得δ〔單位：os〔δ〔單位：mmδ102030405060708090100110s2.48.616.422.6252522.616.48.62.40則從動件位移曲線圖如下：其中h=25,δ0=50,δ01=10,δ0’=50,δ02=250δ〔單位：os〔δ〔單位：mm圖3-93.3.2凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定根據(jù)許用壓力角計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,從動件的盤形機構(gòu)位于推程的某位置,上法線n—n與從動件速度VB夾角為輪廓在B點的壓力角,p點為凸輪與從動件的相對速度瞬心。故VP=V=W圖3-10從而有==又由圖中的三角形ΔBCP可得tanα==則基圓半徑的計算公式：將s=是〔δ和α=[α]代入上式計算得出：r0≥66.4mm,取r0=80mm,滾子半徑選取rr=10mm。3.3.2凸輪輪廓曲線的設(shè)計根據(jù)反轉(zhuǎn)法建立直角坐標系。<1>以r0為半徑作基圓取從動件初始位置,自B0起沿-w方向?qū)⒒鶊A中心角分為δ0,δ01,δ0’,δ02對應(yīng)四段圓弧,并將δ0,δ0’對應(yīng)弧進行五等分。在從動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點為圓心作弧,令其與各等分點相交于B1,B2,B10,B11點,用光滑曲線連接各點,所得封閉曲線便是凸理論輪廓曲線。<2>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,即為滾子從動件凸輪工作輪廓曲線。凸輪輪廓曲線如下：第四部分設(shè)計總結(jié)機械原理課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束,經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)我們的課程設(shè)計終于完成了,課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練,是我們邁向社會,從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．"千里之行始于足下",通過這次課程設(shè)計,我深深體會到這句千古名言的真正含義．我們今天認真的進行課程設(shè)計,學(xué)會腳踏實地邁開這一步,就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)．說實話,課程設(shè)計真的有點累．需要靠自己的毅力,堅持和一個團隊的合作。然而,當我們一著手整理自己的設(shè)計成果,漫漫回味這一周的付出與努力,一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消．因為我們的課程設(shè)計只有一周余的時間,所以時間上非常緊,容不得我們有絲毫懈怠,除了在寢室休息食堂吃飯其他時間都是在做課程設(shè)計。這個過程中我們團隊在網(wǎng)上收集資料,選定方向,提出初步的方案,經(jīng)過幾次不斷地反復(fù)修改和討論,我們確定了設(shè)計的方向。這個階段我們分工明確,有條不紊,我想這是我最充實的幾天,經(jīng)過概念設(shè)計后我們對方案都認為有深刻的了解,可是真正落實到細節(jié),我們低估了它的困難性,在設(shè)計時遇到大量的專業(yè)知識問題,