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X X 大学机械原理课程设计说明书四冲程内燃机设计院（系）机械工程学院专业机械工程及自动化班级××机械工程×班学生姓名×××指导老师×××年月日课程设计任务书兹发给×××班学生×××课程设计任务书，内容如下：1．设计题目：四冲程内燃机设计2．应完成的项目:（1）内燃机机构运动简图1张（A4) （2）内燃机运动分析与动态静力分析图1张（A3）(3）力矩变化曲线图1张（A4）（5）工作循环图1张（A4）(6）计算飞轮转动惯量（7）计算内燃机功率(8）编写设计说明书1份3．参考资料以及说明：(1）机械原理课程设计指导书(2）机械原理教材4．本设计任务书于20××年 1月4日发出，应于20××年1月15日前完成,然后进行答辩。
指导教师签发 201×年 12 月31日课程设计评语：课程设计总评成绩：指导教师签字：201×年1月15日目录摘要 (1)第一章绪论 (2)1．1 课程设计名称和要求 (2)1．2 课程设计任务分析 (2)第二章四冲程内燃机设计 (4)2．1 机构设计 (4)2．2 运动分析 (7)2．3 动态静力分析 (11)2．4 飞轮转动惯量计算 (16)2．5 发动机功率计算 (18)2．6 进排气凸轮设计 (18)2．7 工作循环分析 (19)设计小结 (21)参考文献 (22)摘要内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。
四冲程内燃机是将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧,释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气.燃气膨胀推动活塞作功，把曲轴转两圈（720°）,活塞在气缸内上下往复运动四个行程，驱动从动机械工作，完成一个工作循环的内燃机.本课程设计是对四冲程内燃机的运动过程进行运动分析、动态静力分析，计算飞轮转动惯量、发动机功率等，设计一款四冲程内燃机.关键词：四冲程内燃机；运动分析；动态静力分析第一章 绪论1．1 课程设计名称和要求1。
课程设计名称：机械原理课程设计,四冲程内燃机设计2。
课程设计要求：(1）要有良好的学风及严格的纪律（2)每位同学都要独立完成自己的设计任务。
（3）图面质量的要求1） 图幅、线型、标题栏等均要符合国标。
2）不用徒手画图，图纸上不能写有关的计算公式、计算结果。
(4）说明书要求1)说明书不得涂改2）说明书要有封面、任务书、评语、目录、正文、及参考资料等3）封面、任务书、评语三项打印外，其余统一用A4打印。
(5）所有图纸要叠好（按4号图纸的大小），连同说明书一起装在档案袋内。
（6）按规定时间来答辩。
（7）齿轮传动要按照无根切条件考虑。
（采用变位齿轮)1.2课程设计任务分析1. 机构设计根据行程速比系数K 及已知尺寸确定机构的主要尺寸，并绘制机构运动简图1张(A4)。
2. 运动分析图解求出连杆机构的位置、速度与加速度，绘制滑块的位移、速度与加速度曲线,完成运动分析图。
3. 动态静力分析通过计算和图解，求出机构中各运动副的约束反力及应加于曲柄OA 的平衡力矩，完成动态静力分析图。
运动分析与动态静力分析画在一张图中（A3).4. 计算并画出力矩变化曲线图1张（A4)。
5. 计算飞轮转动惯量。
6. 计算发动机功率。
7. 用图解法设计进、排气凸轮，完成进气凸轮设计图1张(A4)。
b M F J8.绘制内燃机的工作循环图1张（A4）.9.完成设计说明书（约20页）.第二章 四冲程内燃机设计2．1 机构设计1.确定初始数据活塞行程 H （mm) = 300活塞直径 D(mm ） = 190推杆偏距 e(mm) = 50行程速比系数 K = 1。
06连杆质心位置 lAC/LAB = 0。
37曲柄重 Q1(N) = 160连杆重 Q2（N ） = 130滑块重 Q3(N) = 200连杆通过质心轴的转动惯性半径 = 27959。
9142（m ）曲柄转速 n1（rpm) = 610发动机许用速度不均匀系数 [δ] = 0。
012进气凸轮推程 h1 = 9进气凸偏距 e1 = 6进气凸偏基圆直径 d01min = 50进气门开放提前角 -10°排气凸轮推程 h2 = 10排气凸偏距 e2 = 8排气凸偏基圆直径 d02min = 50排气门开放提前角 —32°速度、加速度、动态静力分析中对应点 A1齿轮参数 m=3。
5 mm 2。
计算连杆及曲柄的长度1)图解法求连杆和曲柄的长度设曲柄长度为r 、连杆的长度为l ，活塞行程H由已知数据知e= 50(mm ）H = 300（mm ）K= 1。
06(极限位置1） （极限位置2) 根据K 值求极位夹角:，已知K 值为1。
06，算得θ=5.24° 如图2-1所示，借助SolidWorks 软件画出一条与活塞推程H 相等距离的水平线,在点处作一点垂线，以点为起点作一条线与垂线相交形成一个三角形，并使两条线的夹角等于5。
24°.再做一条水平线与的距离为活塞偏置距e=50（mm)，以三2c c ρ2c ρ2m 20=α1=*a h 25.0=*c 142'2==z z 723'3==z z 361=z r l OB -=∴I r l OB +=11180+-︒=K K θ B B I I B B B B I角形斜边的中点为圆心,斜边距离的一半为半径作圆，O 为圆与水平线相交的点，连接、，则，图2-1 图解法确定连杆和曲柄的长度由此可得曲柄r 和连杆l2）编程计算、校核设计原理：如图2—2所示,设曲柄长度为、连杆的长度为l ，活塞行程H(极限位置1）（极限位置2)可求 ==I OB OB r l OB -=I r l OB += 85.1482=-=I OB OB r 64.4312=+=IOB OB l r r l OB -=∴I r l OB += 11180+-︒=K K θ θ∴θsin 2HCB R I ==22)()(CE OC OE -=22)()(DE CD OC --22)cos (e R R --θ= OB )1()(22----------------+=+e OF r l联立(1）、（2）式求解，可求出连杆的长度l 及曲柄的长度r 。
利用Labview 编程软件制作程序如图2—3，所示具体结果如图2—4所示图2-3 Labview 程序 图2-4 Labview 程序前面板3。
绘制内燃机的机构运动简图。
由初始数据可知齿轮的参数如表2-1所示表2-1齿轮参数利用SolidWorks 软件画出机构简图如图2—5所示2H OE OF +=R OE OCOE11sinsin --==αθαδ-==∴I OB )2(2sin 2-------------------=-δR r l图2—5 机构简图2.2 运动分析1、速度分析(1）在CAD中新建一个零件图,在任意处以曲柄长度r画一个圆，圆心为O，以圆心为起点,r为长度画一条直线，与圆O交于点A，再画一条无限长度竖直线，以A为起点画线与竖直线相交于点B，长度为l，一个简易的机构运动简图就完成了。
在简图上定出当OA与AB共线和垂直的四个点,并以上共线点在圆上阵列出12个点，此时圆上共有15个点.如图2-6所示。
图2-6 运动简图（2）图解法求速度作出速度方程式如下:方向: 大小： ？ ？图2—7 速度矢量三角形如图2—7所示,在SolidWorks 中任取一点p 作为速度极点.从点p 出发做代表的矢量pa(且)，再分别过点a 和p 做代表的方向线ab （），代表的方向线pb(竖直方向)，两者相交于点B ，在线段ab 上截出一点C ，使得=0.37，c 点即为连杆的质心点,连接pc ，则pc 的长度即为的大小.赋予速度矢量三角形一些约束,则速度矢量三角形可跟着机构运动简图的运动而变化，(）则 ，，连杆的角速度则为BA A B V V V →→→+=↓OA ⊥AB ⊥OA l 1ωA V OA ⊥v A V pAμ/=BA V AB ⊥B V ab ac l l /2c V100:1=v μab V v BA μ=pb V v B μ=pc V v c μ=2AB ab l V v AB ab12μμω==在运动分析图中将曲柄移动一个点，记录一组数据，数据如表2—2所示（S 为连杆上端点与活塞推程最高点的距离)。
表2-2 各点速度根据速度表格中的数据绘出S 的曲线如图2-8所示，绘出的曲线图如图2-9所示。
图2-8 S 曲线图 图2—9 曲线图2、加速度分析（1）列出加速度的方程式方向： B B V →→→→++=t BA n BA AB a a a a ↓O A →A B →AB ⊥大小： ？ ？在SolidWorks 中任取一点作为加速度极点。
从点出发作代表的矢量（由机构图上的点A 指向点O ，且）；再过点和,作代表（//BA,由点B 指向点A)和代表的矢量（AB ）；然后再作代表的矢量（竖直方向）（）。
图2—10 加速度矢量三角形求得加速度数据如表2—3所示表2—3各点加速度绘出a B 的曲线图如图2-11所示.OA l 21ωAB l 22ω'p 'p A a ''a p a Aa a p μ=''a 'p a nBA at BA''b a ⊥anB''b p 10000:1=a μ图2—11 曲线图（2）编写程序计算校核如下图2-12、2-13（图中数据为A 1点数据)图2—12前面板 图2-13程序图2.3动态静力分析1.活塞上的气体压力求解运用公式 (N ） （数值查附表一可得） F —活塞的面积（cm ）根据附表一表中的数据找到对应的，所以（N ） 由原始数据已知连杆重量，活塞重量，上面所求得的，，然后求出作用于构件上的惯性力= （N ）Ba F pP i ⋅='i p ）（cm 222⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=DF πi p F p P i 'μ=2Q 3Q 2c a B a 2I P 22c a m ⋅-（N ） 可以求出,活塞上所受合力的大小及方向4）已知连杆重量，上面所求的，=，即可求作用于构件上的惯性力矩（Kg·m 2）(见原始数据）（N·m)5）以构件2、3为示力体，将作用在构件2上A 点处的反力R 分解为和（方向先假设）,取=0，求出.如图2-14,用图解法求出h 1，h 2取，设M 逆时针为正,则图2—14 示力图6）以构件2、3为示力体，取利用图解法求出和,画受力分析图如图2—15,用矢量法解得，,B I a m P ⋅-=333'3Q P P P I ++=2Q 2α2c ρ215.0AB l 222C C m J ρ⋅=222J M αC I -=12n R 12t R 12∑BM tR 12∑=0MBABI l I l t I l I l AB tl M h P h Q R M h P h Q l R 22221221212212 0- -⋅⋅+⋅⋅==+⋅⋅-⋅⋅⋅μμμμ即∑=,0FnR 1203R nR 1203R 12R图2—15受力分析矢量图7）以构件3为示力体,对滑块进行受力分析如图2—16图2-16滑块受力分析图8）以构件1为示力体（构件1的重力忽略不计）,取求出,再由=0,求出对曲柄做受力分析如图2—17 ，量得,又图2—17曲柄力矩图上述要求的数据可以通过原始数据与已经求的数据通过excel 表格求得如下表格2—4所示表格2-4 动态静力分析各点数据∑=,0F 01R ∑0M b M 3h 2112R R=321b h R ⨯=M2.4飞轮转动惯量计算1。