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1、机械原理课程设计说 明 书设计题目：四冲程内燃机合肥工业大学机汽学院 车辆工程设计者 指导教师 2012年5月19日 目 录第1章 设计要求11.1 设计题目21.2 机构示意图21.3 原始数据41.4 机械运动循环图5第2章 齿轮机构传动设计62.1机构传动比62.2齿轮基本参数的计算62.4主要计算结果11第3章 连杆机构设计和运动分析123.1杆件尺寸确定123.2解析法分析机构运动12第4章 凸轮机构设计154.1解析法分析凸轮从动件运动规律154.2解析法求凸轮理论轮廓曲线194.3实际轮廓曲线的计算21附 录 A24参考文献26第1章 设计要求1.1 设计题目四冲程内燃机机器功能
2、和设计要求 该机器的功能是把燃料的化学能机械能。需完成的动作为：活塞的吸气，压缩，作功和排气的四个过程，进排气门的开闭，燃料喷射。1.2 机构示意图该机构由气缸（机架）中活塞（滑块B）驱动曲柄，曲柄轴上固联有齿轮1，通过齿轮2驱动凸轮上齿轮3，凸轮控制配气阀推杆运动。方案一：示意图方案二：示意图1.3 原始数据单体容积 2.0L方案号：一活塞冲程H：96mm 齿轮转速:2000rpm齿轮:20 齿轮:20 齿轮:40 模数m:2mm 距离:40mm 距离:60mm 基圆半径:20mm 升程角deg：55 远休止角deg：5 回程角deg：55 近休止角deg：245 齿轮参数：压力角错误！未找
3、到引用源。，齿顶高系数错误！未找到引用源。顶隙系数错误！未找到引用源。汽阀冲程h：10mm气阀推杆运动规律：升程和回程均为简谐运动。活塞偏心距e = 0 凸轮机构顶杆偏心距e = 0方案号：二活塞冲程H：96mm 齿轮转速:2000rpm齿轮:20 齿轮:15 齿轮:40 模数m:4mm 距离:70mm 距离:110mm 基圆半径:35mm 升程角deg：55 远休止角deg：5 回程角deg：55 近休止角deg：245 齿轮参数：压力角错误！未找到引用源。，齿顶高系数错误！未找到引用源。顶隙系数错误！未找到引用源。汽阀冲程h：10mm气阀推杆运动规律：升程和回程均为简谐运动。活塞偏心距e
4、= 30mm 凸轮机构顶杆偏心距e = 6mm本次四冲程内燃机设计选择方案一。 1.4 机械运动循环图排气门开闭开进气门开闭开曲轴转角单位：度25 21524021525上止点上止点吸气压缩作功排气燃料喷射 第2章 齿轮机构传动设计2.1机构传动比2.2齿轮基本参数的计算啮合角标准中心距实际中心距中心距变位系数分度圆半径与节圆半径相等基圆半径分度圆的齿厚齿顶圆半径齿根圆半径齿顶圆上的压力角重合度2.4主要计算结果计算项目计算结果计算项目计算结果-122mm22mm-242mm017.5mm017.5mm075mm20mm20mm40mm18.794mm1.55718.794mm1.63637.
5、588mm 第3章 连杆机构设计和运动分析sL1O1ABL23.1杆件尺寸确定由于活塞的冲程H=96mm，偏心距e=0则：，取3.2解析法分析机构运动 （1）位移：错误！未找到引用源。(其中l为48mm) （2）速度 对上式求导得 （） （3）加速度 对上式求导得 第4章 凸轮机构设计4.1解析法分析凸轮从动件运动规律由于发动机高速运转，因此加速度曲线应当连续，没有突变，所以适合用按正弦加速度运动规律的凸轮外形。推程时回程时（1）推程：(2)远休： （3）回程：错误！未找到引用源。（4）近休止： 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。; 4.2解析法求凸轮理论轮廓曲线凸轮转向系数，凸轮顺时
6、针转向时，凸轮逆时针转向时。从动件偏置方向系数e=0。滚子半径取 5 mm滚子中心处于B点的直角坐标其中e=0，=20mm，= 20mm（1）推程： （2）远休： (3)回程：错误！未找到引用源。 (4)近休止： 4.3实际轮廓曲线的计算(1)推程：(2)远休：(3)回程：错误！未找到引用源。(4)近休止时即错误！未找到引用源。时(5)所以凸轮实际轮廓线方程为附 录 A 电算源程序(MATLAB)1）滑块机构的位移程序x=0:0.1:360; s=48*cos(x*pi/180)+48*sqrt(4-(sin(x*pi/180).2); plot(x,s);2)滑块机构的速度程序x=0:0.0
7、1:360;v=0-48*209.3*(sin(x*pi/180)+sin(2*x*pi/180)./sqrt(4-(sin(x*pi/180).2);plot(x,v);3)滑块机构的加速度程序x=0:0.001:360;y1=cos(2*x*pi/180);y2=4-(sin(x*pi/180).2 ;y3=(sin(2*x*pi/180).2;y4=y2.1.5;y=0-48*209.32*(cos(x*pi/180)+4*(y1.*y2-0.25*y3)./y4);plot(x,y);4)凸轮滚子中心位移程序x=0:0.0001:360;a=5*(2*x/55-(1/pi)*sin(2
8、*pi*x/55).*(0x&x55);b=0*(55x&x60);c=5*(1/pi)*sin(2*pi*(x-60)/55)-2*(x-60)/55).*(60x&x115);d=0*(115x&x360);y=a+b+c+d;plot(x,y);5)凸轮滚子中心速度程序x=0:0.0001:360;a=2180.5*(1-cos(2*pi*x/55).*(0x&x55);b=0*(55x&x60);c=2180.5*(cos(2*pi*(x-60)/55)-1).*(60x&x115);d=0*(115x&x360);v=a+b+c+d;plot(x,v);6)凸轮滚子中心加速度程序x=
9、0:0.0001:360;a=2985946.1*sin(2*pi*x/55).*(0x&x55);b=0*(55x&x60);c=0-2985946.1*sin(2*pi*(x-60)/55).*(60x&x115);d=0*(115x&x360);y=a+b+c+d;plot(x,y);（7)凸轮理论和实际轮廓曲线程序z=0:0.0001:360;a=sin(z*pi/180);b=cos(z*pi/180);x1=(0-25-10*z/55+5*(sin(2*pi*z/55)/pi).*a.*(0=z&z55);y1=(25+10*z/55-5*(sin(2*pi*z/55)/pi).*
10、b.*(0=z&z55);x2=0-35*a.*(55=z&z60);y2=35*b.*(55=z&z60);x3=(0-35-5*(sin(2*pi*(z-60)/55)/pi +10*(z-60)/55).*a.*(60=z&z115);y3=(35+5*(sin(2*pi*(z-60)/55)/pi -10*(z-60)/55).*b.*(60=z&z115);x4=0-25*a.*(115=z&z360);y4=25*b.*(115=z&z=360);x=x1+x2+x3+x4;y=y1+y2+y3+y4;plot(x,y);hold on; dx1=(0-25+5*cos(pi*z/
11、55).*b-180*5*sin(pi*z/55).*a/55).*(0=z&z55);dy1=(0-25+5*cos(pi*z/55).*a+180*5*sin(pi*z/55).*b/55).*(0=z&z55);dx2=(0-35*b).*(55=z&z60);dy2=(0-35*a).*(55=z&z60);dx3=(0-35-5*cos(pi*(z-60)/55).*b+180*5*sin(pi*(z-60)/55).*a/55).*(60=z&z115);dy3=(0-35-5*cos(pi*(z-60)/55).*a-180*5*sin(pi*(z-60)/55).*b/55).
12、*(60=z&z115);dx4=(0-25*b).*(115=z&z=360);dy4=(0-25*a).*(115=z&z=360);xx=x-5*(dy1./sqrt(dx1+0.000001).2+(dy1+0.000001).2)+dy2./sqrt(dx2+0.000001).2+(dy2+0.000001).2)+dy3./sqrt(dx3+0.000001).2+(dy3+0.000001).2)+dy4./sqrt(dx4+0.000001).2+(dy4+0.000001).2);yy=y+5*(dx1./sqrt(dx1+0.000001).2+(dy1+0.000001).2)+dx2./sqrt(dx2+0.000001).2+(dy2+0.000001).2)+dx3./sqrt(dx3+0.000001).2+(dy3+0.000001).2)+dx4./sqrt(dx4+0.000001).2+(dy4+0.000001).2);plot(xx,yy); 参考文献1赵韩，田杰.机械原理M.合肥:合肥工业大学出版社，2009.2李辉.AutoCAD制图快捷命令一览通(2010版)M.北京:清华大学出版社，2011.3谭本忠.看图学修汽车发动机机械系统M.北京:机械工业出版社，2010.4潘录桃.现代工程图学M.合肥:中国科学技术出版社，2008.
