单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析Word格式.docx

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内燃机的工作原理：

让燃料在机器内燃烧产生热量向外界传输机械能。

四冲程汽油机是由进气、压缩、作功和排气完成一个工作循环的。

吸气冲程：

活塞下行形成气缸内压力小于于大气压的差，这个压力差俗称真空度，由于真空度的存在使机器外的空气进如气缸。

当活塞下行到最后位置进气阀门关闭吸气冲程完成。

在机器运转中由于速度的关系在吸气冲程完成时气缸内的气压是大于大气压的，在设计上设置了一个进气门关闭的延迟时间就是为了提高进气量。

压缩冲程：

吸气冲程完成后活塞上行压缩空气达到一定温度使燃料燃烧，此时有两种情况，一种是外界给于点火，另一种是压缩到一定时候使其自燃.

做功冲程：

压缩后燃烧的空气使活塞下行从而将热能转换成机械能，这种是通过连杆活塞组和曲轴实现的，在高温高压的燃气的作用下推动活塞下行通过连杆使曲周做圆周运动，这个圆周运动就是人们所需要的机械能，其能量同过于曲轴连接的设备输出，其中一部份转换成势能储存在与曲轴相连的飞轮中，这个势能以飞轮惯性旋转的形式释放为内燃机的吸气，压缩，排气这三个冲程提供能量。

排气冲程：

在飞轮惯性的驱动下活塞上行将燃烧后的废气从打开的排气阀门中排出，当活塞行至上终点位置时整个内燃机的工做循环完成，在飞轮惯性的作用下将开始新的一轮工作循环

2.3设计数据

1、曲柄滑快机构设计及其运动分析

已知：

活塞冲程H，按照行程速比系数K，偏心距e,,柄每分钟转数n1

设计数据表2-1

设计内容

曲柄滑块机构的设计

符号

H（mm）

e（mm）

K

n1（r/min）

215

55

1.05

650

设计数据表2-2

位置编号

2

8

曲柄位置（º

）

60º

240º

-

图2曲柄位置图

学生编号

33

2、齿轮机构设计

齿轮齿数Z1，Z2，模数m，分度圆压力角α，齿轮为正常齿制，在闭式润滑油池中工作。

齿轮机构设计

Z1

Z2

i

m

a

α'

数据

15

45

3

4

120

3、凸轮机构设计

从动件冲程h，推程和回程的许用压力角[α] 

，[α]′，推程运动角Φ，远休止角Φs，回程运动角Φ′，从动件按余弦加速度运动规律运动。

凸轮机构的设计

h（mm）

Φ

Φs

Φ'

[α]

[α]'

25

50

10

30

75

第三部分设计内容及方案分析

3.1曲柄滑块机构设计及其运动分析

活塞冲程H，按照行程速比系数K，偏心距e，柄每分钟转数n1

表3-1设计数据表

3.1.1设计曲柄滑块机构

以R，L表示曲柄、连杆的长度，e表示曲柄回转中心与滑块移动导路中线的距离，即偏距；

H表示滑块的最大行程；

K为行程速比系数,θ为极为夹角。

左图为过C1，C2，P三点所作的外接圆。

半径为r，其中C1，C2垂直C2P,∠C1PC2=θ,C1，C2为滑块的两极限位置，A为圆上的一点，它至C1，C2的距离为偏距e，即A为曲柄的回中心。

曲柄回转中心A的位置。

为了能够满足机构连续性条件，A点只能在右图所示的C2AP上选取，而不能在pt（p、t为滑块处于两极限位置图3-1C1，C2时，导路的垂线与C1C2P圆周的交点）上选取。

由已知条件可以求出曲柄和连杆的长度:

由

得：

可得R=106mm，L=407mm。

按此比例作出曲柄滑块机构的运动简图如图3-2所示。

图3-2机构运动简图

3.1.2曲柄滑块机构的运动分析

1.解析法分析滑块的运动

位移分析：

由上图可根据曲柄滑块简图及几何知

故

=

则

位移s数据表3-2

S的位置

弧度

S/mm

S0

509.2667

S1

0.523599

498.7938

S2

60

1.047198

458.3330

S3

90

1.570796

403.7920

S4

2.094395

352.3330

S5

150

2.617994

315.1964

S6

180

3.141593

297.2667

S7

210

3.665191

300.6105

S8

240

4.18879

326.6039

S9

270

4.712389

373.8021

S10

300

5.235988

432.6039

S11

330

5.759587

484.2079

S12

360

6.283185

速度分析：

加速度分析：

2.图解法分析机构的二个瞬时位置

利用图解法作机构的两个瞬时位置的速度和加速度多边形

已知曲柄滑块机构的尺寸及2个位置，构件1的转速n1，用图解法求连杆的角速度w2及角加速度α2滑块上C点的速度和加速度。

a曲柄位置：

（1）曲柄位置为60°

位置图取

l=5（mm/mm）

图3-3曲柄位置图

=150°

（2）速度多边形图

=0.2（m/s）/mm

已知

方向√√√

大小？

√？

由图3-4可知图3-4速度多边形

（3）加速度多边形

=10

图3-5加速度多边形方向√√√√

大小？

√0√?

由图3-5可知：

b.曲柄位置

（4）曲柄位置为240°

的位置图取

图3-6曲柄位置图

（2）速度多边形

方向√√？

图3-7速度多边形

由图3-7可知：

图3-8加速度多边形方向：

√√0√？

大小：

√√√√

由图3-8可知：

3.2齿轮机构的设计

齿轮齿数Z1,Z2,模数m，分度圆压力角α，齿轮为正常齿制，在闭式润滑油中工作。

设计数据表3-3

a'

3.2.1齿轮传动类型的选择

由最小变位系数，Xmin=

ha*，其中Zmin=17则有：

X1≥

=0.118

X2≥

=-1.647

选择等变位齿轮传动则：

X1=-X2

X1+X2=0

取X1=0.118X2=-0.118

X1+X2=0且X1=-X2≠0。

此类齿轮传动称为等变位传动。

由于X1+X2=0,故:

a’=a，α’=α,y=0,Δy=0

即其啮合角等于分度圆压力角中心距等于中心距节圆与分度圆重合，齿顶圆不需要降低。

对于等变位齿轮传动为有利于强度的提高，小齿轮应采用正变位，大齿轮采用负变位，使大﹑小齿轮的强度趋于接近从而使齿轮的承载能力提高。

3.2.2齿轮传动主要参数及几何尺寸的计算

齿轮齿数Z1=15,Z2=45,模数m=4，分度圆压力角α=20。

，齿轮为正常齿制，在闭式润滑油池中工作

齿轮m=4＞1，且为正常齿制故ha*=1，c*=0.25

由等变位齿轮传动可知α’=α=20。

a=a=120

齿轮各部分尺寸表3-4

名称

小齿轮Z1

大齿轮Z2

计算公式

模数m

压力角α

20

分度圆直径d

d=mz

节圆直径d’

d'

=d=mz

啮合角α’

=a

齿顶高ha

4.472

3.528

ha=（ha*+x）

齿根高hf

4.528

5.472

hf=（ha*+c*-x）

齿顶圆直径da

68.944

187.056

da=d+2ha

齿根圆直径df

50.944

169.056

df=d-2hf

中心距a

=a=m（z1+z2）/2

中心距变动系数y

y=0

齿顶高降低系数Δy

Δy=0

基圆直径db

56.382

169.145

db=dcosα

齿距p

12.56

P=πm

基圆齿距pb

11.81

Pb=pcosα

齿厚s

6.62

5.94

S=（π/2+2xtanα）m

）

齿槽宽e

e=（π/2-2xtanα）m

顶隙c

1

c=c*m

传动比i

I12=ω1/ω2=z2/z1=d2’/d1’

3.3凸轮机构的设计

从动件冲程h，推程和回程的许用压力角[α]，[α]’，推程运动角φ，远休止角φs，回程运动角φ’，从动件按余弦加速度运动规律运动。

设计数据表3-5

φ

φs

Φ’

[α]’

3.3.1从动件位移曲线的绘制

从动件推杆的位移随凸轮转角δ的变化而变化，分为四个过程分别是推程，远休止，回程，近休止。

从动件按余弦加速