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1、机械与动力工程学院 机械原理课程设计 计算说明书 班 级：控制 0802 姓 名： 指导教师：袁老师 目 录 1.课程设计内容2 2.方案 3 原始数据2 3.计算过程2 一、曲柄滑块机构的设计及运动分析 1.曲柄滑块机构的设计2 2.作机构简图3 3.运动分析3 二、曲柄滑块机构的动态静力分析 1.示功图4 2.求作用在机构上的力4 3.求出分析位置连杆和活塞的惯性力5 三、用速度多边形杠杆法求平衡力矩 Mb6 四、计算发动功率和确定飞轮转动惯量 1.画力矩图7 2.求平均阻力距 Mrm7 3.求发动机功率7 4.求最大盈亏功和飞轮转动惯量7 五、附件7 六、参考文献7 1.课程设计内容 1
2、、曲柄滑块机构的设计及运动分析 2、曲柄滑块机构的动态静力分析 3、确定飞轮转动惯量 2.方案 3 原始数据： 曲柄转速 nAB=3200r/min, 活塞行程 H=100mm, 汽缸直径 D=85mm, 连杆中心位置 LBC2/LBC=0.33, 偏心距 e=55mm, 连杆重量 G2=8.4N, 连杆对于重心的转动惯量 JS2=0.04NmS2, 活塞质量 Pmax=300N/cm2, 许用不均匀系数 =1/100, 行程速比系数 k=1.07。 3.计算过程： 一、曲柄滑块机构的设计及其运动分析 1. 曲柄滑块机构的设计 计算 =180=180=6.09 1 1 1 K K 107 .
3、1 107 . 1 由图得 AE=225.94mm 22 OEAO 22 )(OEODAO 22 )5584.468( 5 . 417 AO=C1O=471.5mm 09 . 6 sin2 100 OD=AOcos=471.5cos6.09=468.84mm DE=e=55mm AC2=b+a= FCAF 2 2 2 ( 22 2 ) 2 (e H AE =281.37mm 22 2 55) 2 100 ( 94.225 sin=225.94/471.5=0.479 AD AE =28.62 =-=28.62-6.09=22.53 b-a=AC1=2(AO)sin 2 =2471.5sin（2
4、2.53/2）=184.21mm a=1/2(AC2-AC1)=48.5mm b=1/2（AC2+AC1）=232.8mm 2.作图 l=0.001 3、运动分析 (1)转向速度图（图） v=1l=0.001=0.3351 60 23200 VB=1AB=334.9348.5=16242.65mm/s=16.24m/s 所以速度 VB在图上的距离为 16.24/0.335=48.5mm 因为 VB=VC+VCB VC=VB+VBC 见图测得 5 号点 VC距离为 16mm,所以实际的 Vc=160.335=5.36m/s 同理则 11 号点 VC距离为 28mm，所以实际的 VC=280.33
5、5=9.38m/s （2）加速度图（图） a=12l=（）20.001=112.3 60 23200 aB=aC+aBCn+aBCt aC=aB+aCBn+aCBt 其中 aB、aC、aBCn、aBCt方向已知，aB、aBCn大小已知 aB=12AB=334.93248.5=5440.64m/s2， 在图上的距离为 5440.64/112.3=48.5mm 5 号点：aBCn=VBC2/BC=（400.335）2/0.2328=771.3m/s2， 在图上的距离为 771.3/112.3=6.8mm 由矢量关系作图并测得 aC的距离为 41mm， 所以实际的 aC=41112.3=4604.3
6、 m/s2， S2的位置 BS2/BC=0.33,所以在图上，测得 as2的距离为 42mm，故 as2=42112.3=4716.6m/s2. aCBt=30112.3=3369 m/s2，所以 2= aCBt/LBC=3369/0.2328=14472 11 号点：aBCn=VBC2/BC=（370.335）2/0.2328=660m/s2， 在图上的距离为 660/112.3=5.8mm 由矢量关系作图并测得 aC的距离为 46.8mm， 所以实际的 aC=46.8112.3=5255.64 m/s2， as2=45112.3=5053.5m/s2 2= aCBt/LBC=32112.3
7、/0.2328=15436.8 表 1： 位置项目VC（m/s）ac(m/s2)as2(m/s2) 2(1/s2) 0067385783.455547.5 112.054941.244927859.2 216.422470.64155.117366 318.43-1796.8-3705.925567 412.73-3369-4155.222672 55.36-4604.3-4716.614472 60-4435.8-4941.25788.8 6-1.676-4492-5053.5-3376.8 7-8.047-3593.6-4828.9-8200.8 8-12.73-2919.8-4604.3
8、-20743 9-16.4-1796.8-3369-21225 10-15.072919.84155-22190 11-9.385255.65053.5-15436.8 (3)作活塞曲线图 二、曲柄滑块机构的动静态分析 1.示功图 2.求作用在机构上的力 p=170.23N/mm 2 max 4100 D P 2 5 . 8 4100 300 Q=55.61N/mm 2 410 8 . 9 D 2 5 . 8 410 8 . 9 s 轴右侧 P=Pip s 轴右侧 P=PiQ 所以 5 号点 Pi=-3，P=PiQ=-355.61=-166.75N 11 号点：Pi=34， P=Pip=341
9、70.23=5788N 17 号点：Pi=6，P=Pip=6170.23=1021.4N 23 号点：Pi=2，P=Pip=2170.23=340.1N 表二、 位置0123456789101112 Pi2.3-3-3-3-3-3-3-2.5-2433443 P 391.54-166.75-166.75-166.75-166.75-166.75-166.75-138.9-111.2680.9510.757887320 过程进气压缩 位置13141516171818192021222324 Pi80412011622222222 P 13618.86979.63404.71872.61021.4
10、340.1340.1340.1340.1340.1340.1340.1340.1 过程膨胀排气 3.求出分析位置连杆和活塞的惯性力 5 号/17 号点 Pi2= as2=（-4716.6）=4042.8N g G2 8 . 9 4 . 8 Mi2=-2Jas2=-144720.04=-578.88Nm PMi2= =-2486.6N BC i L M 2 2328. 0 88.578 Pi3=ac=（-4604.3）=3523.7N g G3 8 . 9 5 . 7 11 号/23 号点 Pi2= as2=5053.5=-4331.6N g G2 8 . 9 4 . 8 Mi2=-2Jas2=
11、15436.80.04=617.47Nm PMi2= =2652.4N BC i L M 2 2328 . 0 47.617 Pi3=ac=5255.6=-4022.1N g G3 8 . 9 5 . 7 表三、 012345667891011位置 12131415161718181920212223 Pi2 -4952.2-3850.3-3561.43173.23561.44042.8423143274139.13942.52884.7-3561.4-4331.6 Mi2 -221.9-314.4-694.6-1022.7-906.8-578.9-231.5135328829.7849887
12、.6617.5 连 杆 Pmi2 -953.2-1350.5-2983.8-4389.2-3895.5-2486.6-9955801408.93564.136433813.12652.5 活塞Pi3-5151.4-3781.5-1888.81372.92578.33523.73391.33434.32750.22232.21372.9-2234.5-4022.1 三、用速度多边形杠杆法求平衡力矩 Mb 机构简图及转向速度图 5 号点：P0=P+G3+Pi3=-166.7+7.5+3523.7=3364.5 所以：PMi240-P016+Pi29-G226+Pb48.5=0 2486.640-3
13、364.516+4042.89-8.426+Pb48.5=0 Pb=1686.57 Mb=1686.570.055=-92.76（顺时针） 17 号点：P0=P+G3+Pi3=1020.9+7.5+3523.7=4552.1 PMi240-P016+Pi29-G226+Pb48.5=0 2486.640-4552.116+4042.89-8.426+Pb48.5=0 Pb=1294.79 Mb=1294.790.055=-71.21（顺时针） 11 号点：P0=P+G3+Pi3=5788+7.5-4022.14=1773.4 PMi237+P028-Pi26.5+G220-Pb48.5=0 2
14、652.437+1773.428+8.420-4331.66.5=Pb48.5 Pb=2470.24 Mb=2470.240.055=-135.86（顺时针） 23 号点：P0=P+G3+Pi3=340.1+7.5-4022.1=-3674.5 同理 Pb=674.94 Mb=674.940.055=37.12（逆时针） 表三、 位置012345667891011 Mb64.73-118.5-171.4174250-92.7616-49.43-186.4-188.1-686.4-135.86 位置12131415161718181920212223 Mb64.733504313801986-7
15、1.216-52.5-199.6272.450.69637.2 四、计算发动功率和确定飞轮转动惯量 1.画力矩图（见附件 1） M=20/3（Nm）/mm =4/216.5=0.058rad/mm 2.求平均阻力距 Mrm =Mrm4 ）（ 4 0 d dM Mrm=Sm/L=1393/（249）20/3=10.83Nm 3.求发动机功率 N=Mrm/1000=10.8332002/1000=3.63kw 4.求最大盈亏功和飞轮转动惯量 1. 各小块面积，a、b 区域面积代表功大小 Amax=ScdM=599320/30.058=615.96J 2. 求 Jf Jf=0.549（kg） 2 max m A 4、附件 附件 1：力矩图（M-） 五、参考文献： 1.机械原理课程设计指导书 ，南京工业大学，2003.11. 2.MECHANISMS AND MACHINE THEORY ，武汉理工大学出版社，2009.12 3.机械原理 ，华中科技大学出版社，2007.3