机械原理课程设计(华南理工)文档格式.doc
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书面撰写□规范□较规范□不规范
三、设计图
设计内容□齐全□较齐全□不齐全
制图水平□规范□较规范□不规范
图面质量□优良□良好□中等□较差
四、综合设计能力□强□一般□较差
五、答辩□清晰□基本清晰□不清晰
教师签名：
日期：
成
绩
定
成绩：
□优□良□中□合格□不合格
备
注
【目录】
一、四冲程内燃机的运动分析及总体设计思路………………………1
二、绘制内燃机运动简图（A4）………………………………2
三、绘制连杆机构位置图（A2）………………………………2
四、绘制机构15个位置的速度及加速度多边形（A2）………………3
绘制滑块B的位移曲线、速度曲线及加速度曲（A2）…………3
五、动态静力分析（A1）……………………………6
六、计算飞轮转动惯量（不计构件质量）……………………………11
七、计算发动机功率…………………………………14
八、对曲柄滑块进行机构部分平衡………………………………15
九、通过编程设计凸轮…………………………………16
十、绘制内燃机工作循环图（A4）…………………………………23
十一、心得体会………………………………23
一、四冲程内燃机的运动分析及总体设计思路
根据设计任务书，我们需要解决以下问题：
凸轮的参数是多少？
如何能让机构正常循环工作？
为了解决这个问题，我们需要对整个机构从运动及力学的角度分析。
首先，需要明确四冲程内燃机的工作原理：
内燃机是通过吸气、压缩、燃烧、排气四个过程不断重复进行的。
如果在四个冲程里完成吸气、压缩、做功（燃烧、膨胀）、排气的循环动作，就叫做四冲程。
相应的内燃机叫四冲程内燃机。
第一冲程，即吸气冲程。
这时曲轴向下转动，带动活塞向下，同时通过齿轮带动凸轮向下旋转，是凸轮的突起部分顶开进气阀门，雾状汽油和空气混合的燃料被吸入气缸。
第二冲程，即压缩冲程。
曲轴带动活塞向上，凸轮的突起部分已经转两个过去，进气阀门被关闭，由于凸轮只转了周，所以排气阀门仍然处于关闭状态。
活塞向上运动时，将第一冲程吸入的可燃气体压缩，被压缩的气体的压强达到0.6～1.5兆帕，温度升高到300摄氏度左右。
第三冲程是做功冲程。
在压缩冲程末火花塞产生电火花，混合燃料迅速燃烧，温度骤然升高到2000摄氏度左右，压强达到3～5兆帕。
高温高压烟气急剧膨胀，推动活塞向下做功，此时曲柄转动半周而凸轮转过周，两个气阀仍然紧闭。
第四冲程是排气冲程。
由于飞轮的惯性，曲柄转动，使活塞向上运动，这时由于凸轮顶开排气阀，将废气排出缸外。
四个冲程是内燃机的一个循环，每一个循环，活塞往复两次，曲柄转动两周，进排气阀门各开一次。
1.1已知条件：
活塞行程H=215（mm）
活塞直径D＝170（mm）
活塞移动导路相对于曲柄中心的距离e＝45（mm）
行程速比系数K＝1.054
连杆重心C至A点的距离＝0.35×
曲柄重量＝150（N）连杆重量＝120（N）
活塞重量＝200（N）曲柄的转速＝600（rpm）
连杆通过质心C的转动惯性半径＝0.16（）
发动机的许用速度不均匀系数[]＝1/90
曲柄不平衡的重心到O点的距离＝（mm）
开放提前角进气门：
-10°
；
排气门：
-32°
齿轮参数：
=3.5（mm）；
=20°
=1
==14;
==72;
=36
凸轮I行程＝10（mm）凸轮I偏心距=0（mm）
凸轮I的基圆半径=55（mm）
凸轮II的行程=10（mm）凸轮II的偏心距=7（mm）
凸轮II的基圆半径=60（mm）
1.2求连杆的长度和曲柄的长度
设连杆的长度为、曲柄长度为
又=1745.95mm
=515.39mm
=517.4mm
（1）
=303.8mm
（2）
图1曲柄连杆几何关系图
联立
（1）、
（2）式求解，可求出连杆的长度及曲柄的长度。
mmmm
二、绘制内燃机机构简图（A4）
按照比例尺1：
4，根据第二组数据，绘制内燃机机构简图，空出凸轮的结构，并对凸轮与排气装置的连接方式进行修改。
图1机构运动简图
三、绘制连杆机构位置图
以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周供分为十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑块的相对位移。
当活塞在最高位置时位起点，曲柄A点的编号为，由点开始，顺时针方向把圆分为12等分，得、、、………等点。
当滑块在最低位置时，曲柄上点的编号为。
可近似以为，当曲柄在和位置时，滑块B速度为最大值。
四．作出机构15个位置的速度和加速度多边形
4.1速度分析，画出速度多边形
单位：
V--m/s,w--rad/s
=+（3）
大小？
ωlAO?
方向//BE⊥AO⊥AB图2点A1速度多边形
表一15个位置的VBA、VC2、VB、W2数值
画图基本步骤：
①确定极点p；
②根据va的大小和方向过极点p画出va即pa；
③过a画出VBA的方向⊥AO；
④过p画出VB的方向∥导轨，与VBA交于b；
⑤pb即为VB；
⑥ab即为VBA；
⑦取ac2=0.36ab，则pc2即为Vc2；
⑧w2=VBA/LAB.
图3速度多边形（模拟图1）
图4速度多边形（模拟图2）
4.2绘制加速度多边形
作出加速度多边形
aB=aA+aBAn+aBAt（4）
大小？
ω2lAOω22lBA?
方向∥BEA→OB→A⊥BA
aB=-533.10m/s2
作机构的15个位置的加速度多变形，见2号图纸
各位置参数数值如表2
图5点A1加速度多边形
注：
，
表2，，，，，的数值
①确定极点p；
②根据aA的大小和方向作出aA即pa；
③过a，由的大小和方向画出即at；
④过t作出的方向；
⑤过p作出的方向∥导轨，与的方向交于b，则pb即为，tb即为；
⑥ab即；
⑦取ac2=0.35lab，ac2即；
⑧=/LAB.
图6加速度多边形（模拟图1）
图7加速度多边形（模拟图2）
五．动态静力分析
动态静力分析－根据理论力学中所讲的达朗伯原理，将惯性力视为一般外力加在构件上，仍可采用静力学方法对其进行受力分析。
这样的力分析称为动态静力分析。
求出机构在各位置时各运动副的反力及应加于曲柄OA的平衡力矩（每人完成五个位置）。
各种数据都要列表表示。
5.1计算活塞上的气体压力
（N）（5）
--活塞的面积（）
图8活塞的气体压强表
由图可知，在特殊位置（如14，13，12，24，23，22）处，气体压力非常大，可相信为电火花点燃，气体爆炸，内燃机工作时的点。
5.2求作用于构件上惯性力。
（N）（6）
（7）
（N）（8）
在这一步时，需要注意惯性力的方向均与加速度或角加速度相反。
惯性力是指当物体加速时，惯性会使物体有保持原有运动状态的倾向，若是以该物体为坐标原点，看起来就仿佛有一股方向相反的力作用在该物体上，因此称之为惯性力。
惯性力实际上并不存在，实际存在的只有原本将物体加速的力。
5.3求出活塞上受力的大小及方向
（N）（9）
表三30个位置的、、
在这一步里，可得第一步时的假设正确，活塞上所受的力会由于气体压力的急剧改变而改变大小，甚至方向，而这也正是内燃机工作的核心。
5.4把作用在构件2上的反力分解为和，取，求出。
计算方式：
（矢量式）（10）
其中，h1为Q2到B点的水平距离，h2为Pi2到B点的垂直距离，Mc为转动惯量Mc=Jc*α（c的角加速度）。
特别注意其方向，使用右手法则，判断其力矩方向，又或规定逆时针为正。
小组决定为方便判断以及减少错误的出现，使用逆时针为正，决定式中各项的正负。
在这一步运算中要注意比例尺和单位的转换。
由于在计算中Mi2为标准国际单位，因此要把毫米化为米，这一点很容易出错！
如上，我们能够得到动态静力分析中所能确定的两个力的大小。
而其他未知力均能求得方向（或在某一直线上）
图9连杆受力分析图10力多边形图11原动件力矩图
（1）以点作实例，受力分析如图9
（2）以构件2，3为示力体，首先取，即
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