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1、机械原理课程设计指导书 机械原理课程设计指导书 四冲程内燃机设计 一 已知条件： 在图1所示的四冲程内燃机中（不同方案对应不同数据，见数据分配表） 活塞行程 H = （mm ） 活塞直径 D= （mm ） 活塞移动导路相对于曲柄中心的距离 e= （mm ） 行程速比系数 K= 连杆重心2c 至A 点的距离 2AC l = 系 数 AB l (mm) 曲柄重量 1Q = (N) 连杆重量 2Q = (N) 活塞重量 3Q = (N) 连杆通过质心轴2c 的转动惯性半径c 2c = 系数AB l 2(m 2m ) 曲柄的转速 n 1= (rpm) 发动机的许用速度不均匀系数 = 曲柄不平衡的重心到
2、O 点的距离 OC l = OA l （mm ） 开放提前角： 进气门：-10；排气门： -32 齿轮参数： m=3.5（mm ）； =20；a h *=1 2Z = 2Z =14； 3Z =3Z =72 ；1Z =36 示功图见P9图2所示。 二设计任务 1. 机构设计 按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动 简图（4号图纸）。（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图 以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等 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十五个位置）并作出机构各
3、位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。 3. 作出机构15个位置的速度多边形 求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、2的数值，并列表表示。（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形 求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2 、2C a 、B a 的数值，并列 表表示。（表二） 5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （），速度曲线)(?B B V V =及加速度曲线)(?B B a a =。（把以上2、3、4、5作在一张2号图纸上） 6. 动态静力分析（1号图纸） 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 b M
4、（每人完成五个位置）各种数据均要列表表示： （1） 将各个位置的2I P 、2I M 、3I P 等数值列于表三。 （2） 列出各个位置的t R 12的计算公式，并计算出其数值。 （3） 将各个位置的p 、n R 12、t R 12、12R 、03R 、23R 等数值列于 表四。 （4） 将各个位置的01R 、b M 等数值列于表五 （5） 将各个位置的p 、b p 、b M 等数值列于表六 （6） 将b M 与b M 进行比较，计算出它们的误差，把结果列于表 七。 7. 用直角坐标作出b M =b M （）曲线。（用方格纸绘制） （b M 统一用“动态静力分析”所求得的值） 8. 计算当不考
5、虑机构各构件的质量和转动惯量时的飞轮转动惯量F J 。 9. 计算发动机功率。 10. 用图解法设计凸轮、的实际轮廓曲线（3号图纸） 11. 绘制内燃机的工作循环图（4号图纸）。 根据工作循环图及曲柄的位置，求出凸轮的安装角，把凸轮画在机构运动简图上。 12. 最后，将设计过程写成20页左右的详细说明书。 三设计步骤及注意问题 1.求连杆及曲柄的长度 设连杆的长度为l 、曲柄长度为r r l OB -=I r l OB += 11 180+-? =K K 可求 sin 2H CB R I = = 22)()(CE OC OE -= =22)()(DE CD OC - =22)(e CD R -
6、 )1()(22-+=+e OF r l 2H OE OF + = OC OE 1 sin -= -= )2(2 sin 2-=- R r l 联立（1）、（2）式求解，可求出连杆的长度l 及曲柄的长度r. 2.曲柄回转一周共分为15个位置 当活塞在最高位置时为起点，曲柄A 点的编号为A 。，由A 。点开始，顺时针方向把圆等分为12等分，得A 。、1A 、2A 、，11A 等点。当滑快在最低位置时，曲柄上A 点的编号为6A 。 可近似认为，当曲柄在OA 2和OA 9位置时，滑快B 的速度为最大值。 注：括号内的编号在分析力时才使用。 3.动态静力分析步骤 （1） 计算活塞上的气体压力 F p
7、p i ?= （N ） F 活塞的面积（cm 2） (2) 求作用于构件上的惯性力 2I p =22c a m ?- （N ） 2 22C C m J ?= B I a m P ?-=3 （N ） （3） 出活塞上受力的大小及方向 33Q P P P I += （4） 把作用在构件2上的反力R 12分解为n R 12和t R 12取B M =0，求 出t R 12 （5） 以构件2、3为示力体，取=,0F 求出n R 12和03R （6） 以构件3为示力体，取=,0F 求出23R （7） 以构件1为示力体，（构件1的重力忽略不计），取=,0F 求 出01R ，再由0M =0，求出b M 。 （
8、8） 用一张4号图纸大小的方格纸作出b M =b M （）曲线。 4.飞轮转动惯量的确定 （2） 在本课程设计中，决定飞轮的转动惯量时，不考虑机构各构 件的质量和转动惯量。 （3） 把b M =b M （）曲线作为d M =d M （）曲线（驱动力矩曲 线） 3= b M 规定：当b M 与1的方向一致时为负，画在横坐标的下方。 当b M 与1的方向相反时为正，画在横坐标的上方。 （在本课程设计中，1的方向为顺时针） （4） 以b M 的平均值作为阻抗力矩r M （常数）。这是因为在周期性 的速度波动中，一个波动周期内的输入功等于输出功。即 0=?=-E r d （a ）首先求出下列各单元的面
9、积： 1f 、2f 、3f 、4f 、5f 、6f （b ）求出阻抗力矩（r r M M =（）的纵坐标H ： )(6 54321mm L f f f f f f H += 注意：） 1f ，2f 6f 表示各单元的面积，单位为mm 2, 在横坐标之下为负值，在横坐标之上为正值。 ）H 的单位为毫米，当乘上比例尺b M 之后，才得 出r M 之值。 （c ）根据求出的H 值，作出r M =r M （）阻抗力矩曲线（现 为水平线） （5） 求出下列各单元的面积： 1f 、2f 、3f 、4f 、5f 、6f 、7f 在阻抗力矩曲线之上的面积表示盈功，在阻抗力矩曲线之下 面积表示亏功。盈功为正，亏
10、功为负值。 （6） 根据上面各单元的面积求相应的功 ?=B M f W 11 ?=b M f W 44 ?=b M f W 77 ?=b M f W 22 ?=b M f W 55 ?=b M f W 33 ?=b M f W 66 （7） 求出在各个位置上功的累积变化量W ? =?a W （Nm ） =?d W （Nm ） =?b W （Nm ） =?e W （Nm ） =?c W （Nm ） =?f W （Nm ） =?g W （Nm ） 根据上面各值找出 =m ax W （Nm ） =m i n W （Nm ） （8） 求出最大盈亏功max W ? max W ?=min max W W
11、 -=（Nm ） (8) 根据许用不均匀系数，求出等效构件上所需的等效转动惯 量： ()2 2m a x m kg W J m e ?= （60 21 n m = ） （9）确定飞轮的转动惯量： c F e J J J += 按题意： 不考虑各构件的质量和转动惯量。 c J 可忽略不挤 e F J J 5计算发动机功率 )(7501 6021HP n L M N b M r ?= 6.排气凸轮（凸轮）的轮廓设计 （1） 升程角为60，回程角为60，远停程角为10。 （2）选择升程和回程的运动规律。 （3）用图解法设计凸轮的轮廓曲线。 需打印出-s 曲线以及凸轮的轮廓曲线。 7. 以曲柄作为定标构件，曲柄每转两周为一工作循环。画出各执行机构在位置上协调配合工作的循环图。 图1四冲程内燃机机构运动简图比例：1：4 单位：mm 图2