单缸四冲程柴油机机构设计.doc

机械原理课程设计 说 明 书 设计题目：单缸四冲程柴油机机构设计 学 院：机电工程学院 专 业： 班 级： 学 号： 设 计 者： 指导教师：王洪波 提交日期：二○一 年七月 机构简介 柴油机是内燃机的一种，如图1所示。它将柴油燃烧时所产生的热能转变为机械能。往复式内燃机的主运动机构是曲柄滑块机构，以气缸内的燃气压力推动活塞3经连杆2而使曲柄1旋转。 图1 柴油机机构简图及示功图 四冲程内燃机是以活塞在气缸内往复移动四次（对应于曲柄轴转两转）完成一个工作循环。在一个工作循环中气缸内的压力变化可用示功器或压力传感器从气缸内测得，然后将压力与活塞位移的关系绘成曲线图，称为示功图，见图1（b）。 现将四冲程柴油机的压力变化关系作一粗略介绍： 进气冲程：活塞下行，对应曲柄转角?=0°—180°，进气阀开启，空气进入气缸。汽缸内指示压力略低于1个大气压，一般可以1个大气压来计算。进气结束时，进气阀关闭。如示功图上的a一b段。 压缩冲程：活塞上行，对应曲柄转角?=180°—360°，将进入气缸的空气压缩。随着活塞的上移气缸内压力不断升高。如示功图上的b一c段。 膨胀冲程：在压缩冲程结束前，被压缩空气的温度已超过柴油的自燃温度。因此当高压油泵将柴油喷进燃烧室时，呈雾状细滴的柴油与高温空气相接触，立即爆炸燃烧，使气缸内的压力骤增至最高点。燃气产生的高压推动活塞下行，通过连杆带动曲柄旋转对外作功。对应曲柄转角?=360°—540°，随着燃气的膨胀活塞下行气缸容积增大，气缸内压力逐渐降低，如示功图上c—d段。 排气冲程：排气阀开启，活塞上行将废气排出。气缸内压力略高于1个大气压，一般亦以一个大气压计算。对应曲柄转角?=540°—720°，如示功图上d—a段。 进、排气阀的开启是通过凸轮机构控制的。凸轮机构是通过曲柄轴上的齿轮Z1和凸轮轴上的齿轮Z2来传动的。这一对齿轮称为正时齿轮，由于一个工作循环中，曲柄轴转动两周而进、排气阀各开启一次，所以正时齿轮的传动比为i12=2。 由上可知，在一个工作循环的四个冲程中只有一个冲程是作功的，其余三个冲程都要依靠机械的惯性来带动、要消耗功的。因此曲柄会由于驱动力的不均匀而引起速度波动。为了减小速度波动，曲柄轴上应加装飞轮来进行调速。 已知数据 已知数据表 设计内容 曲柄滑块机构的运动分析 曲柄滑块机构的动态静力分析及飞轮转动惯量的确定 符号 H ? lAs2 l04B n1 Dh D G1 G2 G3 Js1 Js2 J01 ? 单位 mm mm r/min mm N kgm2 数据 120 4 80 540 1500 100 200 210 20 10 0.1 0.05 0.2 1/100 齿轮机构设计 凸轮机构设计 Z1 Z1 m ? h ? ?s ?′ [?] [a′] mm ° mm ° 22 44 5 20 20 50 10 50 30 75 示功图数据表 位置编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 曲柄位置（°） 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 气缸指示压力0.1MPa(105N/m2) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6.5 19.5 35 工作过程 进气 压缩 12′ 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 375 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 60 25.5 9.5 3 3 2.5 2 1.5 1 1 1 1 1 膨胀 排气 设计内容 我的学生编号为 1 ，即计算 1、10 两个位置。 曲柄滑块机构的运动分析 1）根据已知数据，取?l（以大图为准，这里只是示意），画机构运动简图。 2）运动分析 ①1位置 速度分析： 加速度分析： B点运动曲线绘制 同组同学计算B点在个位置的运动参数值如下表： 位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12′ 速度（m/s） 加速度（m/s2） 位置 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 速度（m/s） 加速度（m/s2） 注意：速度和加速度是有正负的。 由计算数据画B点的速度和加速度图，再由数值积分方法划出位移图。 导杆机构的动态静力分析 选作一题 设计心得体会