课程设计题目

题目：单缸四冲程柴油机。

1．机构简介与设计数据。

1）．机构简介。

柴油机(见附图10a)是一种内燃机，它将燃料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，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。

本设计是四冲程内燃机，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由示功图(用示功器从气缸内测得，见附图10b)表出，它表示气缸容积(与活塞位移s成正比)与压力的变化关系。现将四个冲程压力变化作一简单介绍：

进气冲程：活塞下行，对应曲柄转角θ＝0→180。进气阀开，燃气开始进入汽缸，汽缸内指示压力略低于1大气压力，一般以l大气压力计算，如示功图上的a→b。

压缩冲程：活塞上行，曲柄转角θ＝180→360。此时进气毕，进气阀关闭，已吸入的空气受到压缩，压力渐高，如示功图上的b→c。

膨胀(作功)冲程：在压缩冲程终了时，被压缩的空气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**燃烧，气缸内压力突增至最高点，燃气压力推动活塞下行对外作功，曲柄转角θ＝360→540，随着燃气的膨胀，气缸容积增加，压力逐渐降低，如图上c→b。

排气冲程：活塞上行，曲柄转角θ＝540→720。排气阀开，废气被驱出，气缸内压力略高于l大气压力，一般亦以l大气压力计算，如图上的b→a。

进排气阀的启闭是由凸轮机构控制的，附图10a中y-y剖面有进排气阀各一只(图中只画了进气凸轮)。凸轮机构是通过曲柄轴o上的齿轮z1和凸轮轴o1上的齿轮z2来传动的。由于一个工作循环中，曲柄轴转两转而进排气阀各启闭一次，所以齿轮的传动比。

附图10 柴油机机构简图及示功图。

由上可知，在组成一个工作循环的四个冲程中，活塞只有一个冲程是对外作功的，其余的三个冲程则需依靠机械的惯性带动。因此，曲柄所受的驱动力是不均匀的，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(图上未画)。

2）．设计数据。

设计数据如附表5、附表6所示。

附表5 设计数据表。

附表6 设计数据表。

2、设计内容。

1）、曲柄滑块机构的运动分析。

已知：活塞冲程h，连杆与曲柄长度之比λ，曲柄每分钟转数n1。

要求：设计曲柄滑块机构，绘制机构运动简图，作机构滑块的位移、速度和加速度运动线图。

曲柄位置图的作法如附图11所示，以滑块在上止点时所对应的曲柄位置为起始位置(即θ=0。)，将曲柄圆周按转向分成十二等分得12个位置1→12，12’(θ375)为气缸指示压力达最大值时所对应的曲柄位置，13→24为曲柄第二转时对应各位置。

附图11 曲柄位置图附图12 从动件运动规律图。

2）、曲柄滑块机构的动态静力分析。

已知：机构各构件的重量g，绕重心轴的转动惯量js，活塞直径dh，示功图数据(见附表6)以及运动分析所得的各运动参数。

要求：确定机构一个位置(同运动分析)的各运动副反力及曲柄上的平衡力矩my，以上内容作在运动分析的同一张图纸上。

3）、飞轮设计。

已知：机器的速度不均匀系数δ，曲柄轴的转动惯量js1、凸轮轴的转动惯量jo1、连杆2绕其重心轴的转动惯量js2，动态静力分析求得的平衡力矩my；阻力矩mc为常数。

要求：用惯性力法确定安装在曲柄轴上的飞轮转动惯量jf。以上内容作在2号图纸上。

4）、齿轮机构设计。

已知：齿轮齿数z1、z2，模数m，分度圆压力角α，齿轮为正常齿制，在闭式的润滑油池中工作。

要求：选择两轮变位系数，计算齿轮各部分尺寸。用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。

5）、凸轮机构设计。

已知：从动件冲程h，推程和回程的许用压力角[α]推程运动角δ，远休止角δ，回程运动角δ，从动件的运动规律如附图12所示。

要求按照许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线。以上内容，作在2号图纸上。