1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：單缸四沖程柴油機(jī)院（系、部）：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：材料成型及控制工程班級(jí)：01班學(xué)號(hào)：1003040124設(shè)計(jì)者：解志強(qiáng)指導(dǎo)教師：王靖2012年12月20日目錄第1章設(shè)計(jì)要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) (2)1.2 設(shè)計(jì)思路 (2)1.3 機(jī)構(gòu)簡介 (3)1.4 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) (4)第2章連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析 (5)2.1 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 (5)2.2 桿件尺寸確定 (5)2.2 桿件運(yùn)動(dòng)的分析與計(jì)算 (5)2.3 圖解法作桿件的運(yùn)動(dòng)分析 (7)第3章齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)設(shè)計(jì) (8)3.1 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 (8)3.2 齒輪參數(shù)的計(jì)算 (8)第4章凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) (11)4.1

2、 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 (11)4.2 運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇 (11)4.3 基圓半徑的計(jì)算 (12)4.4 凸輪設(shè)計(jì)圖 (13)課程設(shè)計(jì)小結(jié) (14)(14)參考文獻(xiàn)第1章 設(shè)計(jì)要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)四沖程燃機(jī)。機(jī)器的功能與設(shè)計(jì)要求：該機(jī)器的功能是把 化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。須完成的動(dòng)作為：活塞的吸氣，壓縮，做功，排氣 4 個(gè)過程，進(jìn)，排氣門的開關(guān)與關(guān)閉、燃料噴射。1.2 設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)四沖程燃機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)在于活塞的吸氣，壓縮，做功，排氣以及氣 門的開閉幾個(gè)動(dòng)作的完成。 而怎樣將這個(gè)幾個(gè)動(dòng)作完成并按照運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 結(jié)合起來這是我們完成這次課程設(shè)計(jì)所需要解決的問題。 所以，我將從這 些方面入手，依據(jù)這些

3、需要來選擇機(jī)構(gòu)。1.3 機(jī)構(gòu)簡介柴油機(jī)（如附圖1 （a）是一種燃機(jī)，它將燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。往復(fù)式燃機(jī)的主體機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，以氣缸的燃?xì)鈮?力推動(dòng)活塞 3 經(jīng)連桿 2 而使曲柄 1 旋轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)是四沖程燃機(jī)， 即以活塞在氣缸往復(fù)移動(dòng)四次 （對(duì)應(yīng)曲柄兩轉(zhuǎn)） 完成一個(gè)工作循環(huán)。在一個(gè)工作循環(huán)中，氣缸的壓力變化可由示功圖（用 示功器從氣缸測得，如附圖1 （b）所示），它表示汽缸容積（與活塞位移 s成正比）與壓力的變化關(guān)系，現(xiàn)將四個(gè)沖程壓力變化做一簡單介紹。進(jìn)氣沖程：活塞下行，對(duì)應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角B =0°一 180°。進(jìn)氣閥開，燃 氣開始進(jìn)入汽缸， 氣缸指示壓力略低于

4、 1 個(gè)大氣壓力， 一般以 1 大氣壓力 算，如示功圖上的a f bo壓縮沖程：活塞上行，曲柄轉(zhuǎn)角B =180°f 360°o此時(shí)進(jìn)氣完畢， 進(jìn)氣閥關(guān)閉，已吸入的空氣受到壓縮，壓力漸高，如示功圖上的bfc。做功沖程： 在壓縮沖程終了時(shí)， 被壓縮的空氣溫度已超過柴油的自燃 的溫度，因此，在高壓下射入的柴油立刻爆燃，氣缸的壓力突然增至最高點(diǎn)，燃?xì)鈮毫ν苿?dòng)活塞下行對(duì)外做功，曲柄轉(zhuǎn)角B=360 °一 540°。隨著燃?xì)獾呐蛎洠瑲飧兹莘e增加，壓力逐漸降低，如圖上c- b。排氣沖程：活塞上行，曲柄轉(zhuǎn)角B =540°- 720°。排氣閥打開，廢 氣

5、被驅(qū)出，氣缸壓力略高于1大氣壓，一般亦以1大氣壓計(jì)算，如圖上的 ba。進(jìn)排氣閥的啟閉是由凸輪機(jī)構(gòu)控制的。凸輪機(jī)構(gòu)是通過曲柄軸 O上的 齒輪Z1和凸輪軸上的齒輪Z2來傳動(dòng)的。由于一個(gè)工作循環(huán)中，曲柄轉(zhuǎn)兩 轉(zhuǎn)而進(jìn)排氣閥各啟閉一次，所以齒輪的傳動(dòng)比i12= n1/n2=Z1Z2 =2。由上可知，在組成一個(gè)工作循環(huán)的四個(gè)沖程中， 活塞只有一個(gè)沖程是 對(duì)外做功的，其余的三個(gè)沖程則需一次依靠機(jī)械的慣性帶動(dòng)。(a)機(jī)構(gòu)簡圖(b)示功圖圖1-1柴油機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖及示功圖1.4 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表1-1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)容曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)經(jīng)歷分析及飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定符號(hào)H入l AS2nDhDG1G2G3

6、Js1Js2Js3單位mmmmr/mi nmmNKg - m2數(shù)據(jù)120480150010020021020100.10.050.21/100齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)Z1Z2mahs，a a mm0mm02244520205010503075表1-2 示功圖數(shù)據(jù)表位置編號(hào)123456789101112曲柄位置(°)306090120150180210240270300330360氣缸扌曰示壓 力/(10 5n m)1111111116.519.535工作過程進(jìn)氣壓縮12'131415161718192021222324375390420450480510540570600

7、6306606907206025.59.5332.521.511111做功排氣連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析2.1 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求已知：活塞沖程H,連桿與曲柄長度之比入，曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) n1。要求：設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，做機(jī)構(gòu)滑塊的位移、 速度和加速度運(yùn)動(dòng)線圖。2.2 桿件尺寸的確定曲柄位置圖的做法如附圖2所示，以滑塊在上指點(diǎn)是所對(duì)應(yīng)的曲柄位 置為起始位置(即B =0。)，將曲柄圓周按轉(zhuǎn)向分成12等分分得12個(gè)位 置1f 12，12'(B =375 )為氣缸指示壓力達(dá)最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲柄位 置，13-24為曲柄第二轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的各位置。1)設(shè)曲柄長度為r,連桿長度為I，由已知條件：入

8、=I/r=4， H= (I+r) - (l-r) =2r=120mm可得r=60mm，l=240mm按此尺寸做得曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡2.2 桿件運(yùn)動(dòng)的分析與計(jì)算rsin(p sincp得:cos / OBA=simp ?¥(2-1)s=rcosW+l cos/ OBA= rcos'"+l(2-2)a)lsin2(pV=(2-3)dVdtdsdt3 rsini sm(p ?2 -sin 22sinA4 nnc Q11I.2-Vsin'32 142 - rcos4*2322 1 空4(2-4)把各點(diǎn)的角度分別代入上式（2-2) (2-3) (2-4)得:S=

9、Si=290.079mm2=So=264.3O7mmS3=S9=232.379mm4=S8=204.307mmS5=S=186.156mm6=180.000 S 12=300.000mmVi =-Vn=-5.741m/sV2=-V10=-9.207m/sVs=-V9=-9.425m/sVV5=-V7=-3.684m/sV4=-V8=-7.117m/s6=V2=0m/sa1 =an=128286m/s2=a10=739.401 m/sa3=ag=-1.598 m/s4=a8=741.036 m/s2a5=a7=-1281.34 m/sa6=-1478.9 m/s2.3 圖解法作桿件的運(yùn)動(dòng)分析對(duì)點(diǎn)

10、1做速度分析，即30°，如下圖所示，向量ab表示Vab，向量pb表示Vb，向量pa則表示OA桿做圓周運(yùn)動(dòng)的速度Va圖2-3 點(diǎn)1的速度分析圖有:Va +Vab方向：B O丄OA丄AB大小：？第3章齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求已知：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， 再閉式潤滑油池中工作。要求：選擇兩輪變位系數(shù)，計(jì)算齒輪各部分尺寸，用2號(hào)圖紙繪制齒 輪傳動(dòng)的嚙合圖。3.2齒輪參數(shù)的計(jì)算1) 齒輪基本參數(shù)：注：下面單位為mm模數(shù)：m=5壓力角：20齒數(shù)：z1=22z2 =44齒頂咼系數(shù)：ha1.0齒根高系數(shù)：c0.25傳動(dòng)比：iz：乙(3-1 )齒頂

11、咼變動(dòng)系數(shù)：X1-X2 y(3-2)分度圓直徑：d1 mz1d2 mz2(3-3)基圓直徑：db1mz1 cos(3-4)db2mz2 cos(3-5)齒頂高：hairm(haX1)（3-6）ha2m(haX2)(3-7)齒根高：hf1m(hacX1)（3-8）hf2 m(hacX2)（3-9）齒頂圓直徑：dald1 2ha1（3-10）da2!d22ha2（3-11）齒根圓直徑：d f1d1 2hf1（3-12）df2d 22hf 2（3-13）2)實(shí)際中心距a的確定：a m（乙勺）2（3-14）a =( a/5+1)5（3-15）3)嚙合角 ：cos()m(z1 z2)cos()2（3-1

12、6）inv2ta n(x1x2)/(Z|z2) inv（3-17）4)分配變位系數(shù)X2 ；2haZmin2sin(3-18)17(3-19)(i nvinv )(z1Z2)（3-20）122ta n5)中心距變動(dòng)系數(shù)y=( aa)/m（3-21）6)重合度：2"(tan a1tan )Z2(tan a2 tan )（3-22）a1cOs 1(db1/da1)a21cOs (d b2 / da2)（3-23）X2 minha (zmin z2) / zminXi minha (Z min 乙)/Zmin ；般情況應(yīng)保證1.27)齒頂圓齒厚：saia 1/q 2ai (inv ai in

13、v ) 1(3-24)Sa2S2 匹 2a2(ia2 “V )( 3-25 )2般取Sa0.25(3-26 )、i8) 分度圓齒厚：s1m 2x1mtan2S22x2mta n(3-27)表3-1齒輪參數(shù)的主要計(jì)算結(jié)果名稱小齒輪大齒輪計(jì)算公式變位因數(shù)x0.23-0.23分度圓直徑d110220d=mz法向齒距Pn14.76Pn=n m- cos a嚙合角a'20°20°中心距a(a ')165節(jié)圓直徑d'110220中心距變動(dòng)因數(shù)y0齒高變動(dòng)因數(shù)c0c =x1+x2-y齒頂咼ha6.153.85ha = (ha* +c*- c )m齒根高h(yuǎn)f5.17

14、.4hf=(ha* +c*-x)m齒全高h(yuǎn)11.2511.25h=ha+hf齒頂圓直徑da122.3227.7da=d+2h齒根圓直徑df99.8205.2df=d-2hf重合度& a1.65分度圓齒厚s7.85齒頂圓齒厚Sa7.113.79第4章凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求已知：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，遠(yuǎn)休止角S，回程運(yùn)動(dòng)角，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如 （附圖 3）所示。要求：按照許用壓力角確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑，畫出凸輪實(shí)際廓線。并畫在2號(hào)圖紙上s44圖4-1 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖4.2 運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇：根據(jù)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)

15、規(guī)律圖（附圖3）分析知位移s對(duì)轉(zhuǎn)角©的二階導(dǎo)數(shù)為常數(shù)且周期變換，所以確定為二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律。公式：S=Co Ci C2(4-1 )加速階段：0-25 °S=2hS2/ S 0(4-2)減速階段：25-50 °22S=h-2h(S 0- S ) / S 0(4-3)以從動(dòng)件開始上升的點(diǎn)為S =0°表4-1凸輪S ()計(jì)算結(jié)果S (單位：。)S( S )(單位：mr)i00101.6206.425103013.64018.4502060207018.48013.68510906.41001.611004.3 基圓半徑計(jì)算根據(jù)許用壓力角計(jì)算出基圓半徑最小值，

16、凸輪形狀選為偏距為零且對(duì)稱。如下圖所示，從動(dòng)件的盤型機(jī)構(gòu)位于推程的某位置上，法線nn與從動(dòng)件速度VB2的夾角為輪廓在B點(diǎn)的壓力角，P12為凸輪與從動(dòng)件的相 對(duì)速度瞬心。故 VP12二VB2® |OP12|，從而有 |OP12| =VB2/ 3 1二ds/d S。計(jì)算可知ds/d8：ro + s整理得基圓半徑將S=S(S )和口 = a 代入得:ro>20mm 在此我取 ro=34mm滾子半徑選取rr=4mm4.4 凸輪設(shè)計(jì)圖根據(jù)以上數(shù)據(jù)做出凸輪的實(shí)際廓線及理論廓線，如下圖所示:圖 4-1 凸輪的實(shí)際輪廓線及理論輪廓線課程設(shè)計(jì)小結(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 有幾分喜悅。總而言之，感觸良多，收獲頗豐。通過認(rèn)真思考和總結(jié)，機(jī)械設(shè)計(jì)存在以下一般性問題：機(jī)械設(shè)計(jì)的 過況而定，大程是一個(gè)復(fù)雜細(xì)致的工作過程，不可能有固定不變的程序， 設(shè)計(jì)過程須視具體情致可以分為三個(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(duì)設(shè)計(jì)對(duì)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