慧鱼发动机教学模型
设计者：
指导老师：
上海理工大学
2014年3月
作品内容简介
本作品是根据第六届全国机械创新设计大赛慧鱼组竞赛的主旨要求而设计的一台模拟发动机运转过程的动态模型，它利用慧鱼模型搭建创造而成，属于教室用创新教具。

该动态模型生动具体地还原了发动机自身结构与其运转过程中的每个细节，教学者不仅可以通过它清楚形象地向学生演示发动机的整个运转过程，还能按照自己的意愿和教学进度施行分步演示从而细致的讲解每个工作步骤，让学生能够容易、迅速、深入、透彻地了解发动机的细部结构与工作原理。

该发动机动态教学模型不仅结构完整合理，动作灵巧流畅，而且活塞和连杆结构均具有与真实发动机一样的工作原理，气门结构更是完全模拟真实发动机，高度清晰地还原了发动机运转过程中的各处细节，真实性强，还原度高。

与现有的同类型产品相比具有明显优势。

【设计背景】
在当今社会与时俱进的步伐下，中国作为发展中大国各方面都在不断发展壮大中，其中机械是非常重要的一方面。

而汽车行业在机械领域有着举足轻重的位置，在大力发展机械工业的过程中这更是不可忽视的一方面。

而想要发展某一方面教育是根本的也是唯一的方式，发动机作为一个汽车的核心，想要发展汽车产业对它的学习是必不可少的，故而发动机相关的教具本身也就有了非常重要的作用。

而在日常的教学中，许许多多的知识点光靠想象和老师凭空的讲解是非常晦
涩难懂的，故而实物和模型的展示对于学生的理解极为重要，特别是对于机械类学科更是必不可少。

实物和模型不仅能增强课堂的趣味性，还能提高学生的学习热情。

然而实物太过繁重，维修困难，一般市面上的发动机模型往往又制作麻烦，因而，我们这次的作品“使用慧鱼模型制作的发动机模型”应运而生，完美地克服了实物和普通模型的各种弊端，并且有更多优点。

一、本作品主要有以下创新点和特点主要有：
1.能够像真的发动机一样运转，此作品为V4发动机，V型发动机的高度和长度尺寸小，在汽车上布置起来较为方便。

尤其是现代汽车比较重视看重空气动力学，要求汽车的迎风面越小越好，也就是要求发动机盖低越好。

另外，如果将发动机的长度缩短，便能为驾乘舱留出更大的空间，从而提高舒适性。

将汽缸分成两排然后“打斜”，便能缩小发动机的高度和长度，从而迎合车身设计的要求。

由于汽缸之间已相互错开布置，因此在汽缸之间有较大的空间，这样便于通过扩大汽缸直径来提高排量和功率。

V型发动机的汽缸均成一角度对向布置，还可以抵消一部分振动。

鉴于以上优点，此作品模拟真正的V4发动机让同学们对这类发动机有直观的认识和了解。

2.活塞连杆结构模拟真实发动机但做出了创新，真实的发动机是以活塞运动带动曲柄旋转，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、曲轴旋转运动而转变为机械能，对外输出动力。

而本作品保留了燃烧室，气门等发动机一系列的结构，对此进行创新，以曲柄转动带动活塞运动，不再需要燃料，保证安全，节约能源，重点突出，但完全保留了所有结构，也可以清晰地看到曲柄转动和活塞运动的完整过程，燃烧室里燃料燃烧做功以电灯的亮灭来展示，清晰明了，更适宜作为课堂教具。

3.气门结构也完全模拟真实结构，每个汽缸油两个气门，一个进气门，一个出气门这种多气门结构容易形成紧凑型燃烧室，喷油器布置在中央，这样可以令油气混合气燃烧更迅速、更均匀，各气门的重量和开度适当地减小，使气门开启或闭合的速度更快。

现在市场上多采用多气门结构技术，利用这种教具的教学是学生真正可以学习到先进的技术，学以致用。

4.凸轮结构也应用于其中结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，最适用于要求从动件作间歇运动的场合，此作品中采用的也能实现真实发动机的功能
5.内置两种运行模式；（1）完整运行演示模式：处于该模式下教具各部件正常运转，演示发动机的进气、压缩、做工、排气这些过程，帮助同学们对发动机的整个运行过程形成整体的观念意识。

（2）分步解析教学模式：处于该模式下时，需要教学者按住教学开关，教具才运行，此过程可在教学者详细讲解四个冲程和各个气缸间的配合时用！分步演示、随时停止和进行，速度较真实发动机相比有所降低，使学生更能清楚明白的理解所有的步骤和原理。

二、与已有或相近产品的异同与创新之处：
首先许多实物比如发动机本身就非常大型并且也十分沉重，不仅维护繁琐，将其搬到课堂上基本上是不可行的；如果每堂课将学生带到有相应实物的地方显然许多学校和
课堂是没有这样的能力的，并且也十分麻烦；而且实物要可以运转大都得保持完好，不可能一边运转一边给同学们看内部的具体结构，剖析工作原理；其次，如果用普通模型代替尽管是轻巧方便了许多，然而模型大多都是静止的，不够生动形象，而动态的都是整个过程的演示而无法停顿并且还制作困难，在教学过程
中显然不够方便。

通过以上的分析，实物和普通模型显然都各有弊端，而我们设计同制作的发动机动态教学模型则能很好的解决上述问题，并且集两者的优点于一身，不仅同实物一样生动具体，同时制作简单、维护方便且拥有模型特有的轻巧方便，更能分步演示，让学生对于细节的理解更加透彻和完整。

三、创新设计作品的主要功能指标及工作原理：
发动机的主要功能指标有：（1）发动机主要性能指标有：动力性指标、经济性指标、环境指标、可靠性指标和耐久性指标。

1. 动力性指标:
动力性指标是表征发动机做功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功率、发动机转速等作为评价指标。

(1) 有效转矩:发动机对外输出的转矩称为有效转矩，
(2) 有效功率:发动:机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率,
(3) 发动机转速:发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速，
四、创新设计作品运动分析和动力分析：
五、慧鱼搭建部分和自行设计制作零件的设计图：
慧鱼发动机
活塞
连杆
气缸
曲柄连杆
曲轴
曲轴
凸轮凸轮轴
六、实用化的可能性、成本分析及应用前景:
本作品涉及的最大特点就是具有充分实用的可能性，将现实中的发动机以活塞运动带动曲轴旋转改为以曲轴旋转带动活塞运动最有力的将显示中需要燃料和大火点燃的发动机转变成可以观察完整运动但是不需要燃料的适合课堂讲解的教具，这样的教具携带方便，成本低廉，可反复使用，不消耗其他多余的能源，非常的实用。

每套成本控制在5000元以内，而且可以反复使用，对于这个教学模型确定使用结束后还可以拆解已组装其他的模型，成本低，实用性高无疑是他的重要优点。

对于应用前景，本发动机模型教具，结构清晰完整、还原度高、运行过程直观清楚，能够在教学课堂中发挥高效的演示作用，分步演示、随时停止和进行更能在讲解过程中有非常好的教学效果，对于课堂演示和问题解答都能起到很大的作用。

与现有许多教具产品相比本发动机模型更加轻便灵巧，制作简单，维修方便，有明显的优势。

鉴于以上特点能够达到迅速普遍地推广与广泛高效地应用等市场和教学价值。