09年修改-机械原理课程设计指导书(四冲程内燃机)

机械原理课程设计说明书题目：单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析二级学院机械工程学院年级专业 13材料本科班学号学生姓名指导教师朱双霞教师职称教授目录第一部分绪论 (2)第二部分设计题目及主要技术参数说明 (3)2.1 设计题目及机构示意图 (3)2.2 机构简介 (3)2.3 设计数据 (4)第三部分设计内容及方案分析 (6)3.1 曲柄滑块机构设计及其运动分析 (6)3.1.1 设计曲柄滑块机构 (6)3.1.2 曲柄滑块机构的运动分析 (7)3.2 齿轮机构的设计 (11)3.2.1 齿轮传动类型的选择 (12)3.2.2 齿轮传动主要参数及几何尺寸的计算 (13)3.3 凸轮机构的设计 (13)3.3.1 从动件位移曲线的绘制 (14)3.3.2 凸轮机构基本尺寸的确定 (15)3.3.3 凸轮轮廓曲线的设计 (16)第四部分设计总结 (18)第五部分参考文献 (20)第六部分图纸 (21)第一部分绪论1.本课程设计主要内容是单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析，在设计计算中运用到了《机械原理》、《理论力学》、《机械制图》、《高等数学》等多门课程知识。

2. 内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。

通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。

活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。

活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能是气缸内产生高温高压的燃气。

燃气膨胀推动活塞做功。

再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。

内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。

这些过程中只有膨胀过程是对外做功的过程。

其他过程都是为更好的实现做功过程而需要的过程。

四冲程是指在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。

进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭；压缩行程时，气缸、内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并做功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。

机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 ρ 2c ρ= 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 [δ]=曲柄不平衡的重心到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 ）； α=20°；a h *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10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 、ω2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 、2α 、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 （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。

机械原理课程设计任务书
设计题目：单缸四冲程内燃机一、已知条件：
在图示的单缸四冲程内燃机中
活塞行程H
连杆与曲柄长度之比λ
曲轴转速
n
1
曲轴正时齿轮齿数
z
1
凸轮轴正时齿轮齿数
z
2
正时齿轮模数m
正时齿轮压力角α
气门推杆升程h
进气凸轮推程运动角Φ
进气凸轮远程休止角
Φ
s
进气凸轮回程运动角Φ'
进气凸轮推程许用压力角[]α
进气凸轮回程许用压力角[]'α
具体数值见下表：
进气门推杆的运动规律如下图所示：
二、设计任务
1.根据已知条件，要求完成如下设计任务：
●确定曲柄滑块机构杆件尺寸，绘制机构运动简图；利用图解法分
析机构的三个瞬时位置（用图纸绘制，与设计说明书一起上交）●计算齿轮机各部分参数。

●画出凸轮理论轮廓曲线和实际轮廓曲线
2．完成设计计算说明书一份（不少于3000字），内容包括：
●设计说明书封面
●目录
●机构简介与设计数据
●设计内容及方案分析
●设计体会
●主要参考文献
三、课程设计进程安排
本课程设计共计一周（五天），时间分配见下表。

机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 ρ 2c ρ= 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 [δ]=曲柄不平衡的重心到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 ）； α=20°；a h *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10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 、ω2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 、2α 、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 （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。

机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一．设计任务（共需要A1、A2、A3各1张，A3网格纸1张，A4两张）1.机构设计根据行程速比系数K及已知尺寸确定机构的主要尺寸，并绘制机构运动简图1张（A4）。

2.运动分析图解求出连杆机构的位置、速度与加速度，绘制滑块的位移、速度与加速度曲线，完成运动分析图1张（A2）。

3.动态静力分析通过计算和图解，求出机构中各运动副的约束反力及应加于曲柄OA的平衡M（每人负责完成5～6个位置），完成动态静力分析图1张（A1）。

力矩b4.计算并画出力矩变化曲线图1张（A3方格纸）。

5.计算飞轮转动惯量F J。

6.计算发动机功率。

7.用图解法设计进、排气凸轮，完成凸轮设计图1张（A3）。

8.绘制内燃机的工作循环图1张（A4）。

9.完成设计说明书（约20页）。

●分组及组内数据见附表1；●示功图见附表2；●组内成员分工见附表3；●课程设计进程表见附表4；●四冲程内燃机中运动简图见附图1。

二．设计步骤及注意问题1. 确定初始数据根据分组情况（附表1），查出设计初始数据。

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 = （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 ρ 2c ρ= （m 2m ） 曲柄的转速n 1= （rpm ）发动机的许用速度不均匀系数 [δ]= 曲柄不平衡的重心到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 ）； α=20°；a h *=1；25.0*=C2Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =362. 计算连杆及曲柄的长度设曲柄长度为r 、连杆的长度为l ，活塞行程Hr l OB -=∴I （极限位置1）r l OB += （极限位置2）11180+-︒=K K θ θ∴ 可求θsin 2HCB R I ==22)()(CE OC OE -==22)()(DE CD OC -- =22)cos (e R R --θ)1()(22----------------+=+e OF r l2H OE OF += OCOE1sin -=α θαδ-=)2(2sin2-------------------=-δR 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 。

机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 ρ 2c ρ= 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 [δ]=曲柄不平衡的重心到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 ）； α=20°；a h *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10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 、ω2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 、2α 、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 （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。

四冲程内燃机-机械原理课程设计说明书-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIANX X 大学机械原理课程设计说明书四冲程内燃机设计院（系）机械工程学院专业机械工程及自动化班级××机械工程×班学生姓名×××指导老师×××年月日课程设计任务书兹发给×××班学生×××课程设计任务书，内容如下：1．设计题目：四冲程内燃机设计2．应完成的项目：（1）内燃机机构运动简图1张（A4）（2）内燃机运动分析与动态静力分析图1张（A3）（3）力矩变化曲线图1张（A4）（4）进气凸轮设计图1张（A4）（5）工作循环图1张（A4）（6）计算飞轮转动惯量（7）计算内燃机功率（8）编写设计说明书1份3．参考资料以及说明：（1）机械原理课程设计指导书（2）机械原理教材4．本设计任务书于20××年 1月4日发出，应于20××年1月15日前完成，然后进行答辩。

指导教师签发 201×年 12 月31日课程设计评语：课程设计总评成绩：指导教师签字：201×年1月15日目录摘要 (1)第一章绪论 (2)1．1 课程设计名称和要求 (2)1．2 课程设计任务分析 (2)第二章四冲程内燃机设计 (4)2．1 机构设计 (4)2．2 运动分析 (7)2．3 动态静力分析 (11)2．4 飞轮转动惯量计算 (16)2．5 发动机功率计算 (18)2．6 进排气凸轮设计 (18)2．7 工作循环分析 (19)设计小结 (21)参考文献 (22)摘要内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。

四冲程内燃机是将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。

内燃机的四个冲程问题内燃机的四个冲程问题一、内燃机、冲程及工作循环物进入气缸；（3）做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产（如下四个冲程的示意图）。

二、汽油机的工作过程进气阀开关排气阀开关活塞运动曲轴运动冲程作用能量的转化吸气冲程开关向下半周吸入汽油和空气的混合物——压缩冲程关关向上半周燃料混合物被压缩，温度升高，压强增大机械能→内能做功冲程关关向下半周燃烧产生的高温高压燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴对外做功内能→机械能排气冲程关开向上半周排除废气——注意一个工作循环中，有两次内能与机械能的转化：压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能三、柴油机和汽油机的区别：四、区分汽油机、柴油机以及判断内燃机的四个冲程的方法：区分汽油机和柴油机时，要从构造上区别，有喷油嘴的是柴油机，有火花塞的汽油机柴油机构造不同汽缸顶部有火花塞汽缸顶部有喷油嘴燃料不同汽油柴油吸气冲程汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物柴油机在吸气冲程中只吸入空气点火方式压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，称为点燃式压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷出雾状柴油遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式效率效率低20％一30％效率高30%～45％应用自重轻便，主要用于汽车、飞机、摩托车等机体笨重，主要用于载重汽车、火车、轮船等判断四个冲程的关键是看两个气门的关闭情况和活塞的运动方向，具体情况如表所示：例1：汽油机工作的四个冲程中，只有做功冲程是将__内____能转化为__机械___能。

例2：柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是（ D ）A．吸气、压缩B．压缩、排气C．吸气、压缩、排气D．排气例3：摩托车上的热机工作时提供动力的是（C）A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程例4：汽油机工作时必须完成四个冲程，在这四个冲程中（ B ）A、吸气冲程把内能转化成机械能B、压缩冲程把机械能转化为内能C、做功冲程把机械能转化为内能D、上述三种说法均不正确例5：如果四冲程汽油机的活塞在气缸内往复运动四次，则燃气推动活塞做功__1___次，曲轴转动__2____周．若飞轮转速为1800转/分，则每秒钟汽油机完成___15___个工作循环，燃气推动活塞做功____15__次．解析：飞轮转速为1800转/分=30r/s，所以可以完成15个工作循环，做功15次；故答案为：1，2，15，15．。

课程设计任务书四冲程内燃机设计一、目的任务：结合一个简单的机械系统，综合运用所学理论，使学生受到确定运动方案的初步训练，要对方案中某些机构进行分析和设计。

通过设计提高学生利用技术资料、运算和绘图的能力。

使所学过的分散的知识点成为一个比较完整的体系。

二、设计内容：四冲程内燃机设计1．已知条件：四冲程内燃机中活塞行程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c2至 A 点的距离l AC2 = 0.35l AB (mm)曲柄重量Q1= 135 (N)连杆重量Q2= 125 (N)活塞重量Q3= 200 (N)连杆通过质心轴c2的转动惯性半径ρcρc2 = 0.15 l2AB(m m2)曲柄的转速n= 640 (rpm)1发动机的许用速度不均匀系数[δ]= 1/90曲柄不平衡的重心到O点的距离l OC = l OA（mm）开放提前角：进气门：-10°；排气门： -32°齿轮参数：m=3.5（mm）；α=20°；h*a =1Z2 =Z2' =14；Z3 = Z3' =72 ；Z1=362.主要设计内容进行机构的运动分析、动态静力分析，设计齿轮、连杆、凸轮等机构，并进行机构的动平衡、速度波动的调节及机构运动简图、运动循环图绘制等内容。

三、时间安排：机械原理课程设计进行2周，具体安排如下：机械原理课程设计时间安排表四、设计工作要求：1.在规定的时间内，一律要在教室内搞设计，以便教师进行指导。

上午：8:00-11:30；下午：2:30-5:302.每位同学都要独立完成自己的设计任务，特别是编程、打印部分的内容。

3.图面质量的要求，图幅、线型、边框、及标题栏等均要符合国标；不能徒手画图：曲线要用曲线板、小圆要用模板、包括角速度、角加速度的方向也不能徒手画出。

图纸不要写有关的计算公式、计算结果。

机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 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 ρ 2c ρ= 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 [δ]=曲柄不平衡的重心到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 ）； α=20°；a h *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10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 、ω2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 、2α 、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 （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。