四冲程内燃机设计机械原理课程设计报告书.doc
- 文档编号:1976040
- 上传时间:2023-05-02
- 格式:DOC
- 页数:29
- 大小:2.56MB
四冲程内燃机设计机械原理课程设计报告书.doc
《四冲程内燃机设计机械原理课程设计报告书.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《四冲程内燃机设计机械原理课程设计报告书.doc(29页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
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)
表3
点的位置
(N)
(N*m)
(N)
0
6734.69
67.73
-12734.69
1
5895.12
212.36
-9858.03
2
4196.43
445.18
-3306.48
2’
3891.8
331.59
-367.38
3
4210.8
342.17
2857.4
4
4821.43
266.68
5142.86
5
5392.86
128.4
6285.71
6
5471.19
63.04
6807.32
6’
5537.84
64.20
7163.91
7
5510.20
197.54
7836.73
8
5001.92
350.64
8000.72
9
3481.12
784.5
3806.46
9’
4083.2
329.47
-816.4
10
4619.38
271.62
-4047.19
11
6058.67
98.77
-9714.29
12
6734.69
67.73
-1234.69
13
5895.12
212.36
-9858.03
14
4196.43
2600.8
-3262.68
14’
4005.10
341.47
-20.41
15
4210.8
342.17
2857.4
16
4821.43
266.68
-4142.86
17
5392.86
128.4
6285.71
18
5408.16
33.87
7020.41
18’
5625
69.14
7285.71
19
5627.16
207.42
8429.33
20
4834.18
793.02
7492.08
21
-3955.6
384.50
3755.44
21’
4107.14
315.11
-807.04
22
4553.57
271.62
-4142.86
23
6058.67
98.77
-10857.14
在这一步里,可得第一步时的假设正确,活塞上所受的力会由于气体压力的急剧改变而改变大小,甚至方向,而这也正是内燃机工作的核心。
4、把作用在构件2上的反力分解为和,取,求出。
计算方式:
(矢量式)
其中,为到B点的水平距离,为到B点的垂直距离,为转动惯量(c角加速度)。
特别注意其方向,使用右手法则,判断其力矩方向,又或规定逆时针为正。
小组决定为方便判断以及减少错误的出现,使用逆时针为正,决定式中各项的正负。
在这一步运算中要注意比例尺和单位的转换。
由于在计算中为标准国际单位,因此要把毫米化为米,这一点很容易出错!
如上,我们能够得到动态静力分析中所能确定的两个力的大小。
而其他未知力均能求得方向(或在某一直线上)。
以点8作实例,分析如图7:
图7
5、以构件2,3为示力体,取,求出和。
在这一步骤中,和方向均未知,在受力分析时可假设其已知,在这一步中通过力封闭多边形求出方向。
如图8:
图8
6、以构件3为示力体,取,求出。
如图9:
图9
7、以构件1为示力体,(构件1上的重力忽略不计),取,求出,再由,求出。
如图10:
图10
数据记录如下:
表4
点的位置
()
()
()
()
()
()
0
0
19302.22
97.76
19302.47
2119.75
12712.66
1
-402.12
15310.20
2065.12
15448.96
509.67
10073.05
2
-402.12
5247
3296.90
6183
810
3600.83
2’
-402.12
476.75
3416.90
3450
500
757.85
3
-402.12
4186.44
3492.52
5488
196
2662.50
4
-402.12
8955
2662.83
9360
135
5985
5
-402.12
11250
1554.32
11356.87
700
6123.92
6
-402.12
12351.57
456.43
12360
1900
6873.03
6’
-402.12
13096.49
424.00
13103.35
2837
7517.86
7
401.92
13788.50
1087.43
13831.31
3118.60
8247.18
8
603.18
14095.29
2468.88
14309.88
3737.60
9564.43
9
2010.6
9108.69
3111.6
9625.5
3172.5
6802.19
9’
3216.96
3337.24
3515.83
4847.5
1155
2845.51
10
6031.8
225
3436.48
3575
237.5
2062.5
11
17483.52
1877.72
2229.86
2915.15
1550
8118.56
12
56296.8
37530.88
97.76
37531.01
5789.89
44126.81
13
56296.8
41391.23
2065.92
41442.76
1148.16
46702.89
14
29153.7
24267.07
3296.9
24490
141
26091.41
14’
20301
20725.49
3534.29
21024.68
2275.36
20606.60
15
13068.9
18167.34
3492.52
18500
1175
16169.04
16
6031.8
15200
2655.83
15450
200
5062.5
17
3014.4
14700
1554.32
14781.95
1000
9552.60
18
1005.3
14045.19
234.60
14047.15
2459.54
8585.26
18’
-1005.3
14390
526.4
14400
2125
8750
19
402.12
15528.87
915.72
15555.85
3865.27
9822.90
20
-402.12
14025.49
1954.35
14161
4683
9351.29
21
402.12
7493.95
3074.19
8100
2640
5094.89
21’
402.12
240
3492.45
3500.69
870
893.85
22
-402.12
6705
3488.21
7560
112.5
5062.5
23
401.12
16100
2229.86
16253.68
3800
10936.61
表5
点的位置
()
(N*m)
0
19302
-10.56
1
15448
-795.62
2
6182
-445.18
2’
3450
-44.85
3
5487
348.49
4
9360
547.56
5
11355
374.78
6
12356
63.04
6’
13103
-52.41
7
13831
-322.85
8
14310
-973.07
9
9626
-784.50
9’
4830
-299.460
10
3575
-117.98
11
2916
-306.14
12
37531
-10.56
13
41443
745.97
14
24490
2600.8
14’
21025
2236.90
15
18500
1813.00
16
15450
1035.15
17
14782
4735.02
18
14047
-105.75
18’
14400
-21.6
19
1556
-373.34
20
14161
-793.02
21
8100
-619.65
21’
3501
17.50
22
7560
589.68
23
16254
841.19
在这一步运算中,小组出现了一点分歧,即是否应该计算其构件1的惯性力,虽然这个问题并不影响所求出的转动惯量,可是却会对产生影响。
虽然题设构件1的重力忽略不计,可是最后我们认为是应该加上惯性力计算的,因为O对1点主要是给以平衡连杆对1点的力,以及匀速圆周运动。
并且在对内燃机的认识下,曲柄作为输出的机构,带动汽车的其他机构运动,并不能孤立地作为二力杆来作出分析。
8、用一张4号图纸大小的方格纸作出曲线
六、计算飞轮转动惯量(不计构件质量)
1、把曲线作为曲线(驱动力矩曲线)
f6’
f4’
f2
f7’
f4
f2
f6
f5
f3
f1
f5’
f3’
f1’
图11
规定:
当与与的方向一致时为负,画在横坐标的下方,当与的方向相反时为正,画在横坐标的上方。
(在本课程设计中,的方向为顺时针)
2、以的平均值作为阻抗力矩(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。
2.1、首先求出下列各单元面积
=-560;=500;=-997;=2630;=-680;=580。
2.2、求出阻抗力矩()的纵坐标H
2.3、求出下列各单元的面积
=-732;=301;=-1380;=2279;=-890;=437;=-3
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的面积表示亏功。
盈功为正,亏功为负值。
2.4、根据上面各单元的面积求相应的功
;;;
;;;
2.5、求出各个位置上功的累计变化量
;;;
;;;
根据上面各值找出:
2.6、求出最大盈亏功
2.7、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
2.8、确定飞轮的转动惯量
按题意:
不考虑各构件的质量和转动惯量。
可忽略不计
七、计算发动机功率
八、对曲柄滑块进行机构部分平衡
1、把连杆的质量代换到A、B点
①
②
联立①②可求得和
=4.466kg=8.294kg
可求得=15.944kg=22.074kg
图12
2、把曲
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 四冲程内燃机 设计 机械 原理 课程设计 报告书