单缸四冲程柴油机设计及静力分析资料.docVIP

PAGE 21 题目二 单缸四冲程柴油机设计 一、机构简介及有关数据 1、机构简介 柴油机如图2-1所示，其中a)为机构简图，它将燃料（柴油）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，借气缸内的燃气压力推动活塞3，再通过连杆2使曲柄1作旋转运动。 往复式内燃机有两冲程和四冲程两种，本课程设计的是四冲程内燃机，即以活塞在气缸内往复移动四次（对应曲柄转两转）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通过示功图（或称容压曲线）如图2-1 b)看出，它表示气缸容积（与活塞位移s成正比）与压力的变化关系。 a) 机构简图 b) 示功图 图1 单缸四冲程柴油机的机构简图和示功图 四冲程内燃机的工作原理如下： 进气冲程：活塞由上止点向下移动，对应曲柄转角。进气阀开，空气开始进入气缸，此时气缸内指示压力略低于1大气压力，一般以1大气压力计算，如示功图上的。 压缩冲程：活塞由下止点向上移动，对应曲柄转角。此时进气完毕，进气阀闭，已吸入的空气受到压缩，压力渐升高，如示功图上的。 膨胀（工作）冲程：在压缩冲程终了时，被压缩的空气的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爆炸燃烧，气缸内压力突增至最高点，此时燃气压力推动活塞由上向下移动对外作功（故又可称工作冲程），曲柄转角，随着燃气的膨胀，活塞下行，气缸容积增加，压力逐渐降低，如示功图上的。 排气冲程：活塞由下向上移动，曲柄转角。排气阀开，废气经排气阀门被驱除，此时气缸内压力略高于1大气压力，一般亦以1大气压力计算，如示功图上的。示功图中的即表四个冲程气缸内的压力变化情况。进、排气阀的启闭是由凸轮机构来控制的，图2-1 a）中剖面有进、排气阀各一只（图示只画了进气凸轮）。凸轮机构是通过曲柄轴O上的齿轮Z1和凸轮轴O1的齿轮Z2来传动的，由于一个工作循环中，曲柄转将转两转而进、排气阀则仅各启闭一次，所以齿轮的传动比。 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（膨胀冲程）是对外作功的，而其余的三个冲程则需依靠机械的惯性来带动。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2-1中未示出）。为了使驱动力较均匀和增加内燃机的功率，内燃机常做成多缸的，如两缸、四缸和六缸等。 2、题目数据 表1 原始数据 容内号符据数 容 内 号 符 据 数 曲柄滑块机构的运动分析 曲柄滑块机构的动态静力分析及飞轮转动惯量确定 mm r/min mm kg kgms2 Ⅲ 120 80 4 1200 80 180 19 2 1 0.03 0.006 0.02 0.01 凸轮机构的设计 齿轮机构的设计 mm 度 mm 度 30 20 50 10 50 30 22 44 5 20 图2 凸轮机构从动件加速度图 表2 示功图数据表 工作过程 进 气 压 缩 位置编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 曲柄位置（度） 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 气缸指示压力 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6.5 19.5 35 膨 胀 排 气 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 3750 3900 4200 4500 4800 5100 5400 5700 6000 6300 6600 6900 7200 60 25.5 9.5 3 3 2.5 2 1.5 1 1 1 1 1 二、完成论文作业的具体要求: 1、机构选型、机构运动简图的绘制 已知：活塞冲程H、连杆和曲柄之长度比、曲柄每分钟转数。 要求：根据该机械的工作原理和工作要求，进行机构的选型设计，对各方案进行特点、性能分析，择优选一；对优选方案绘制机构运动简图。 1)、设计方案一：1、2都是摇杆，当1转动时带动进气阀（排气阀）使得柴油机能吸气或者排气。2转动带动3推动活塞运动实现预期功能。 图3 方案一结构图 该方案机构简单，但是1杆不是直线运动，存在摩擦会使机械效率降低。且输出传动装置，摩擦较大都会影响机械效率。故不合适 2)、设计方案二： 图4 方案二结构图 图中1是凸轮，2是传动轮，3是连杆，4是活塞，5是固定在传动轮上的摇杆。运动和方案设计一相似，在方案一上改进，减小摩擦，但是凸轮和传动轮之间是独立分开的，不方便实现活塞运动四次凸轮运动一次。所以不是很合理。 3)、设计方案三 图5 方案三