四冲程内燃机机械原理课程设计说明书公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]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）（4）进气凸轮设计图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)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4.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M，完成动态静力分析图。
运动分析与动态静力分析画在一b张图中（A3）。
5.计算并画出力矩变化曲线图1张（A4）。
J。
6.计算飞轮转动惯量F7.计算发动机功率。
8.用图解法设计进、排气凸轮，完成进气凸轮设计图1张（A4）。
9.绘制内燃机的工作循环图1张（A4）。
10.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 = 连杆质心位置 lAC/LAB = 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2c 的转动惯性半径c ρ 2c ρ= （m 2m ） 曲柄转速 n1(rpm) = 610 发动机许用速度不均匀系数 [δ] = 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= mm 20=α1=*a h 25.0=*c2.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=r l OB -=∴I （极限位置1） r l OB += （极限位置2） 根据K 值求极位夹角：11180+-︒=K K θ，已知K 值为，算得θ=° 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 B B I ，在I B 点处作一点垂线，以 B 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°。
再做一条水平线与 B B I 的距离为活塞偏置距e=50（mm ），以三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I OB 、 OB ，则r l OB -=I ，r l OB+=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l 2）编程计算、校核 设计原理：如图2-2所示，设曲柄长度为r 、连杆的长度为l ，活塞行程Hr l OB -=∴I （极限位置1）r l OB += （极限位置2）θ∴可求=22)()(DE CD OC --=22)cos (e R R --θ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齿轮参数齿数 模数m分度圆直径变位系数 基圆直径 齿顶圆直径齿根圆直径分度圆上的齿厚公法线长Z 136126 Z 2、Z'2 1449 Z 3、Z'372252利用SolidWorks 软件画出机构简图如图2-5所示图2-5 机构简图运动分析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： ↓ OA ⊥ AB ⊥ 大小： OA l 1ω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A V 的矢量pa(OA ⊥且v A V pA μ/=)，再分别过点a 和p 做代表BA V 的方向线ab （AB ⊥），代表B V 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ab ac l l /=，c 点即为连杆的质心点，连接pc ，则pc 的长度即为2c V 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，(100:1=v μ)则ab V v BA μ=，pb V v B μ=，pc V v c μ=2连杆的角速度则为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B V 的曲线图如图2-9所示。
图2-8 S 曲线图 图2-9 B V 曲线图2、加速度分析（1）列出加速度的方程式方向： ↓ O A → A B → AB ⊥ 大小： OA l 21ω AB l 22ω在SolidWorks 中任取一点'p 作为加速度极点。
从点'p 出发作代表A a 的矢量''a p （由机构图上的点A 指向点O ，且aAa a p μ=''）；再过点'a 和'p ，作代表n（t''b a ⊥n''b p 10000:1=a μB a 塞上的气体压力求解运用公式 F p P i ⋅=' （N ） （i p 数值查附表一可得）F —活塞的面积（cm ））（cm 222⎪⎪⎭⎫⎝⎛=DF π根据附表一表中的数据找到对应的i p ，所以F p P i 'μ=（N ）由原始数据已知连杆重量2Q ，活塞重量3Q ，上面所求得的2c a ，B a ，然后求出作用于构件上的惯性力2I P =22c a m ⋅- （N ）BI a m P ⋅-=33 （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2Q ，上面所求的2α，2c ρ=215.0AB l ，即可求作用于构件上的惯性力矩222CC m J ρ⋅= （Kg ·m 2）（见原始数据） 222J M αC I -= （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 12分解为nR 12和t R 12（方向先假设），取∑B M =0，求出tR 12。
如图2-14，用图解法求出h1，h2取∑=0M B ，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∑=,0F 利用图解法求出n R 12和03R ，画受力分析图如图2-15,用矢量法解得nR 12，03R ，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∑=,0F求出01R ，再由∑0M =0，求出b M 对曲柄做受力分析如图2-17 ，量得3h ，又2112R R =321b h R ⨯=M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飞轮转动惯量计算1.绘制力矩变化曲线b M =b M （φ）1）把b M =b M （φ）曲线作为d M =d M （φ）曲线（驱动力矩曲线）将所得30个b M 值，在A3图纸上画出去变化曲线，即d M =d M （φ）曲线，如图2-18图2-18力矩变化曲线图2）以b M 的平均值作为阻抗力矩r M （常数）。