单缸四冲程柴油机设计及静力分析

《单缸四冲程柴油机设计及静力分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、题目二单缸四冲程柴油机设计一、机构简介及有关数据1、机构简介柴油机如图2-1所示，其中a)为机构简图，它将燃料（柴油）燃烧时所产生的热能转变为机械能。往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，借气缸内的燃气压力推动活塞3，再通过连杆2使曲柄1作旋转运动。往复式内燃机有两冲程和四冲程两种，本课程设计的是四冲程内燃机，即以活塞在气缸内往复移动四次（对应曲柄转两转）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通过示功图（或称容压曲线）如图2-1b)看出，它表示气缸容积（与活塞位移s成正比）与压力的变化关系。a)机构简图b)示功图图1单缸四冲程柴油机的机构简图和示功图四

2、冲程内燃机的工作原理如下：进气冲程：活塞由上止点向下移动，对应曲柄转角。进气阀开，空气开始进入气缸，此时气缸内指示压力略低于1大气压力，一般以1大气压力计算，如示功图上的。压缩冲程：活塞由下止点向上移动，对应曲柄转角。此时进气完毕，进气阀闭，已吸入的空气受到压缩，压力渐升高，如示功图上的。膨胀（工作）冲程：在压缩冲程终了时，被压缩的空气的温度已超过柴油自燃的温度，因此，在高压下射入的柴油立刻爆炸燃烧，气缸内压力突增至最高点，此时燃气压力推动活塞由上向下移动对外作功（故又可称工作冲程），曲柄转角，随着燃气的膨胀，活塞下行，气缸容积增加，压力逐渐降低，如示功图上的。排气冲

3、程：活塞由下向上移动，曲柄转角。排气阀开，废气经排21气阀门被驱除，此时气缸内压力略高于1大气压力，一般亦以1大气压力计算，如示功图上的。示功图中的即表四个冲程气缸内的压力变化情况。进、排气阀的启闭是由凸轮机构来控制的，图2-1a）中剖面有进、排气阀各一只（图示只画了进气凸轮）。凸轮机构是通过曲柄轴O上的齿轮Z1和凸轮轴O1的齿轮Z2来传动的，由于一个工作循环中，曲柄转将转两转而进、排气阀则仅各启闭一次，所以齿轮的传动比。由上可知，在组成一个工作循环的四个冲程中，活塞只有一个冲程（膨胀冲程）是对外作功的，而其余的三个冲程则需依靠机械的惯性来带动。因此，曲柄所受的驱动力

4、是不均匀的，所以其速度波动也较大；为了减少速度波动，曲柄轴上装有飞轮（图2-1中未示出）。为了使驱动力较均匀和增加内燃机的功率，内燃机常做成多缸的，如两缸、四缸和六缸等。2、题目数据表1原始数据容内号符据数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确定mmr/minmmkgkgms2Ⅲ12080412008018019210.030.0060.020.01凸轮机构的设计齿轮机构的设计mm度mm度3020501050302244520图2凸轮机构从动件加速度图表2示功图数据表工作过程进气压缩位置编号12345678910111221曲柄位置（度）30

5、0600900120015001800210024002700300033003600气缸指示压力1111111116.519.535膨胀排气13141516171819202122232437503900420045004800510054005700600063006600690072006025.59.5332.521.511111二、完成论文作业的具体要求:1、机构选型、机构运动简图的绘制已知：活塞冲程H、连杆和曲柄之长度比、曲柄每分钟转数。要求：根据该机械的工作原理和工作要求，进行机构的选型设计，对各方案进行特点、性能分析，择优选一；对优选方案绘制机构运动简

6、图。1)、设计方案一：1、2都是摇杆，当1转动时带动进气阀（排气阀）使得柴油机能吸气或者排气。2转动带动3推动活塞运动实现预期功能。图3方案一结构图该方案机构简单，但是1杆不是直线运动，存在摩擦会使机械效率降低。且输出传动装置，摩擦较大都会影响机械效率。故不合适2)、设计方案二：图4方案二结构图21图中1是凸轮，2是传动轮，3是连杆，4是活塞，5是固定在传动轮上的摇杆。运动和方案设计一相似，在方案一上改进，减小摩擦，但是凸轮和传动轮之间是独立分开的，不方便实现活塞运动四次凸轮运动一次。所以不是很合理。3)、设计方案三图5方案三结构图凸轮固定在一个齿轮上，曲柄固定在传动

7、轮上。两个齿轮啮合。这样的好处能够很方便的实现了活塞运动四次，进气阀和排气阀个运动一次的要求。运动可靠。能很好的符合设计的要求，故是合理的。在次设计方案中，该机构有5个活动构件，包括推杆、凸轮、曲柄、连杆、滑动活塞共有3*5=15个自由度，其中运动低副有6个，包括2滑动副，4转动副；2高副。则机构的自由度F=3n-(2pl+ph)=1，符合机构的设计要求。21图6机构运动简图2、曲柄滑块机构的运动分析图7曲柄位置图已知：曲柄的每分钟转数n1，曲柄滑块机构上各构件的尺寸。要求：应用计算机辅助计算程序计算该机构中机构上各连接点的位移、速度、加速度，并绘制