四冲程内燃机设计机械原理课程设计报告书.doc
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课程设计报告书
题目：
四冲程内燃机设计
学院机械与汽车工程学院
专业车辆工程
学生姓名
学生学号
指导教师邱志成邹焱飚
课程编号130160
课程学分2.0
起始日期2014.6.30-2014.7.11
教
师
评
语
一、设计态度□严谨认真□较认真□不认真
二、设计报告书
计算过程□完整□基本完整□不完整
计算结果□正确□基本正确□错误多
书面撰写□规范□较规范□不规范
三、设计图
结构设计□合理□基本合理□不合理
制图水平□规范□较规范□不规范
图面质量□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
评
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 4
二、绘制内燃机机构简图 6
三、绘制连杆机构位置图 6
四、作出机构15个位置的速度和加速度多边形 7
五、动态静力分析 10
六、计算飞轮转动惯量（不计构件质量） 17
七、计算发动机功率 18
八、对曲柄滑块进行机构部分平衡 19
九、排气凸轮（凸轮Ⅱ）的轮廓设计 20
十、四冲程工作内燃机的循环图 27
参考文献 29
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。
图1
1、已知条件：
活塞行程H=220（mm）
活塞直径D＝160（mm）
活塞移动导路相对于曲柄中心的距离e＝68（mm）
行程速比系数K＝1.08
连杆重心C至A点的距离＝0.35
曲柄重量＝135（N）连杆重量＝125（N）
活塞重量＝200（N）曲柄的转速＝640（rpm）
连杆通过质心C的转动惯性半径＝0.15（）
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：
°；排气门：
°
齿轮参数：
=3.5（mm）；=20°；=1
==14;==72;=36
凸轮I行程＝7mm凸轮II的行程=6mm
凸轮I的基圆半径=55mm凸轮II的基圆半径=60mm
凸轮II的偏心距=0mm凸轮I偏心距=0mm
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=912.99mm
=476.46mm--------
（1）
=471.58mm
=23.33°
=16.41°
=261.60mm-----------
（2）
联立
（1）、
（2）式求解，可求出连杆的长度及曲柄的长度。
图2
二、绘制内燃机机构简图
按照比例尺1：
5，根据第五组数据，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。
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（即曲柄旋转一周共分为十五个位置）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，曲柄点的编号为，由点开始，顺时针方向把圆等分为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，滑块速度为最大值。
图3
四、作出机构15个位置的速度和加速度多边形
1、速度分析，画出速度多边形
单位：
V---m/s,w---rad/s
大小？
ωlAO?
方向//BE⊥AO⊥AB
表1机构15个位置的速度参数数值
A
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
VBA
7.23
5.60
2.70
1.10
4.60
6.70
7.50
6.00
VC2
4.70
5.79
6.80
7.06
6.34
5.43
4.71
5.25
VB
0
4.40
7.00
0.90
5.46
3.20
0.70
-2.20
W2
19.62
15.20
7.33
2.98
12.48
18.18
20.35
16.28
A
A8
A9
A10
A11
A2’
A9’
A6’
VBA
2.90
1.40
5.00
7.00
0.80
3.40
7.23
VC2
6.70
7.42
7.06
5.25
7.24
7.42
4.71
VB
-5.40
-7.80
-7.90
-4.60
7.20
-8.00
0
W2
7.87
3.80
13.57
18.99
2.17
9.23
19.62
画图基本步骤：
①确定极点p；
②根据的大小和方向过极点p画出即pa；
③过a画出的方向⊥AO；
④过p画出的方向∥导轨，与交于b；
⑤pb即为；
⑥ab即为；
⑦取ac=0.35ab，则即为；⑧=/。
图4速度多边形
2、分析加速度，画出加速度多边形
大小？
?
方向∥BEA→OB→A⊥BA
=484.3
作出机构的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。
表2机构15个位置的加速度参数数值
A
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
aBAnm/s2
141.84
85.09
19.78
3.28
57.42
121.81
152.63
97.69
aBAtm/s2
84
296.80
460.60
476.60
389.20
182.00
42.00
294.00
aBAm/s2
168.00
313.60
457.80
476.00
392.00
224.00
154.00
308.00
a2rad/s2
227.93
805.36
1249.83
1291.62
1056.09
493.85
113.97
797.76
aC2m/s2
528.00
448.00
336.00
322.00
378.00
422.80
413.00
432.60
aBm/s2
630.00
464.80
152.60
-126.00
-266.00
-308.00
-336.00
-392.00
A
A8
A9
A10
A11
A2’
A9’
A6’
aBAnm/s2
22.82
5.32
67.84
132.96
1.74
31.37
141.84
aBAtm/s2
482.00
533.00
376.00
140.00
490.00
475.00
109.20
aBAm/s2
504.00
546.00
380.80
189.00
476.00
476.00
182.00
a2rad/s2
1307.90
1446.29
1020.27
379.89
1329.61
1288.90
296.31
aC2m/s2
392.00
322.00
364.00
475.00
318.50
322.00
424.20
aBm/s2
-385.00
-182.00
196.00
476.00
1.20
28.00
-350.00
画图基本步骤：
①定极点p；
②根据的大小和方向作出即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，即；
⑧。
图5速度多边形
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。
1、计算活塞上的气体压力
（N）
--活塞的面积（）
图6
由图可知，在特殊位置（如14，13，12，24，23，22）处，气体压力非常大，相信为电火花点燃，气体爆炸，内燃机工作时的点。
2、求作用于构件上惯性力。
（N）
（N）
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。
3、求出活塞上受力的大小及方向
（N）
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