《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》課后習(xí)題答案(袁兆成主編).

1、第一章：內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論1- 1 根據(jù)公式 Pe 0.78 5pmevmZD ，可以知道，當(dāng)設(shè)計(jì)的活塞平均速度Vm增加時(shí)，可以增加有效功率，請(qǐng)敘述活塞平均速度增加帶來(lái)的副作用有哪些？具體原因是什么？ 答：摩擦損失增加， 機(jī)械效率 m下降， 活塞組的熱負(fù)荷增加， 機(jī)油溫度升高， 機(jī)油承 載 能力下降， 發(fā)動(dòng)機(jī)壽命降低。 慣性力增加， 導(dǎo)致機(jī)械負(fù)荷和機(jī)械振動(dòng)加劇、 機(jī)械效率降低、 壽命低。進(jìn)排氣流速增加，導(dǎo)致進(jìn)氣阻力增加、充氣效率 v 下降。1- 2 汽油機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？柴油機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是什么？ 答：柴油機(jī)優(yōu)點(diǎn)：1）燃料經(jīng)濟(jì)性好。2）因?yàn)闆](méi)有點(diǎn)火系統(tǒng)，所以工作可靠性和耐久性好。3）可以通過(guò)增壓、擴(kuò)

2、缸來(lái)增加功率。4）防火安全性好，因?yàn)椴裼蛽]發(fā)性差。5）CO 和 HC 的排放比汽油機(jī)少。汽油機(jī)優(yōu)點(diǎn)：1）空氣利用率高，轉(zhuǎn)速高，因而升功率高。2）因?yàn)闆](méi)有柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的精密偶件，所以制造成本低。3）低溫啟動(dòng)性好、加速性好，噪聲低。4）由于升功率高，最高燃燒壓力低，所以結(jié)構(gòu)輕巧，比質(zhì)量小。5）不冒黑煙，顆粒排放少。1-3 假如柴油機(jī)與汽油機(jī)的排量一樣，都是非增壓或者都是增壓機(jī)型，哪一個(gè)升功率高？為 什么？答：汽油機(jī)的升功率高，在相同進(jìn)氣方式的條件下，由 PL=Pme*n/30 可知， 汽油機(jī)與柴油機(jī)的平均有效壓力相差不多。但是由于柴油機(jī)后燃較多，在缸徑相同情況下，轉(zhuǎn)速明顯低于汽油機(jī)，因此柴油機(jī)的

3、升功率小。柴油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)都大于1，進(jìn)入氣缸的空氣不能全部與柴油混合，空氣利用率低，在轉(zhuǎn)速相同、缸徑相同情況下，單位容積發(fā)出的功率小于汽油機(jī)，因此柴油機(jī)的升功率低， 汽油機(jī)的升功率高。1-4 柴油機(jī)與汽油機(jī)的汽缸直徑、行程都一樣，假設(shè)D=90mm、 S=90mm，是否都可以達(dá)到相同的最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速（如 n=6000r/min ）？為什么？答： .對(duì)于汽油機(jī)能達(dá)到，但是柴油機(jī)不能。因?yàn)椴裼蜋C(jī)是擴(kuò)散燃燒形式，混合氣的燃燒速 度慢，達(dá)不到汽油混合氣的燃燒速度，所以達(dá)不到 6000r/min 的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速。缸徑越大，柴油 混合氣完成燃燒過(guò)程的時(shí)間越長(zhǎng)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速越低。1-5 活塞平均速度提高，可以強(qiáng)化發(fā)

4、動(dòng)機(jī)動(dòng)力性，請(qǐng)分析帶來(lái)的副作用是什么？ 答：摩擦損失增加，機(jī)械效率 m下降，活塞組的熱負(fù)荷增加，機(jī)油溫度升高，機(jī)油承載 能力下降，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命降低。 慣性力增加，導(dǎo)致機(jī)械負(fù)荷和機(jī)械振動(dòng)加劇、機(jī)械效率降低、壽命低。 進(jìn)排氣流速增加，導(dǎo)致進(jìn)氣阻力增加、充氣效率 v 下降。1-6 目前使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生性能大幅度提高的新型結(jié)構(gòu)措施有哪些？為什么？ 答：新型燃燒室，多氣門(mén)（提高 v），可變配氣相位 VVT（提高 v），可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度（提 高 v）,可變壓縮比， 可變?cè)鰤浩?VGT、VNT（可根據(jù)需要控制進(jìn)氣量） ，機(jī)械 -渦輪復(fù)合增壓， 頂置凸輪機(jī)構(gòu) DOHC、 SOHC（結(jié)構(gòu)緊湊，往復(fù)慣性力?。?。1-8

5、某發(fā)動(dòng)機(jī)為了提高功率，采用了擴(kuò)大汽缸直徑的途徑，如果汽缸直徑擴(kuò)大比較多，比如擴(kuò)大 5mm，與之相匹配的還要改變那些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)？還要進(jìn)行哪些必要的計(jì)算？ 答：氣缸直徑改變之后，除估算功率、轉(zhuǎn)矩外，活塞直徑、氣門(mén)直徑、氣門(mén)最大升程要重新 確定，活塞環(huán)要重新選配，曲軸平衡要重新計(jì)算，要進(jìn)行曲軸連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算和扭振計(jì)算， 要進(jìn)行壓縮比驗(yàn)算、燃燒室設(shè)計(jì)、工作過(guò)程計(jì)算深知重新設(shè)計(jì)凸輪型線等。1-9 某發(fā)動(dòng)機(jī)由于某種原因，改變了活塞行程，與之相匹配的還要進(jìn)行哪些結(jié)構(gòu)更改設(shè)計(jì)和 計(jì)算？答：活塞行程 S改變后，在結(jié)構(gòu)上要重新設(shè)計(jì)曲軸，要重新進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算、平 衡計(jì)算、機(jī)體高度改變或者曲軸中心移動(dòng)、壓

6、縮比驗(yàn)算與修正、工作過(guò)程計(jì)算等。第二章：曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析2- 1 寫(xiě)出中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律表達(dá)式，并說(shuō)出位移、速度和加速度的用途。答：X = r(1-cos)+ 4(1/-cos2) = X+X ;V = r (sin +sin2) = v*+/v ;a = r 2(cos + cos2 +a) = ; a用途：1) 活塞位移用于 P-示功圖與 P-V示功圖的轉(zhuǎn)換，氣門(mén)干涉的校驗(yàn)及動(dòng)力計(jì)算；2) 活塞速度用于計(jì)算活塞平均速度 Vm=18 m/s，用于判斷強(qiáng)化程度及計(jì)算功率，計(jì)算最大素的 Vmax，評(píng)價(jià)汽缸的磨損；3) 活塞加速度用于計(jì)算往復(fù)慣性力的大小和變化，進(jìn)行平衡分析及動(dòng)力計(jì)

7、算。2- 2 氣壓力 Pg 和往復(fù)慣性力 Pj的對(duì)外表現(xiàn)是什么？有什么不同？答：氣壓力 Fg 的對(duì)外表現(xiàn)為輸出轉(zhuǎn)矩， 而 Fj 的對(duì)外表現(xiàn)為有自由力產(chǎn)生使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的縱 向振動(dòng)。 不同：除了上述兩點(diǎn)，還有Fjmax < FgmaxFj 總是存在，但在一個(gè)周期內(nèi)其正負(fù)值相互抵消，做功為零； Fg 是脈沖性，一個(gè)周 期內(nèi)只有一個(gè)峰值。第三章：內(nèi)燃機(jī)的平衡3- 1 四沖程四缸機(jī)，點(diǎn)火順序 1-3-4-2，試分析旋轉(zhuǎn)慣性力和力矩，第一階、第二階往復(fù)慣性 力和力矩，如不平衡，請(qǐng)采取平衡措施。答：解：點(diǎn)火間隔角為 A=180°(1) 作曲柄圖和軸測(cè)圖，假設(shè)缸心距為a。一階曲柄圖(2)慣性力

8、分析。 軸往復(fù)慣性力矩圖。 的不同，合力矩的結(jié)果是不一樣的。二階曲柄圖 軸測(cè)圖 根據(jù)一階曲柄圖和二階曲柄圖作力的矢量圖， 做如圖所示的四拐平面曲 由于二階慣性力不平衡， 所以不能分析二階力矩， 因?yàn)榇藭r(shí)隨著取矩點(diǎn)一階往復(fù)慣性力 二階往復(fù)慣性力 一階往復(fù)慣性力矩3- 2 二沖程四缸機(jī)，點(diǎn)火順序 1-3-4-2，試分析旋轉(zhuǎn)慣性力和力矩，第一階、第二階往復(fù)慣性 力和力矩，如不平衡，請(qǐng)采取平衡措施。并指出 M j1max及出現(xiàn)時(shí)刻。答：解：點(diǎn)火間隔角為 A=90°（1）作曲柄圖和軸測(cè)圖。（2）慣性力分析。顯然，一階和二階往復(fù)慣性力之和都等于零，即FRjI=0 ， FRjII=0 ，平衡。（3

9、）慣性力分析。根據(jù)右手定則向第四拐中心取矩，得到在水平軸上的投影MjIx=aCcos18°26?？梢钥闯?，在第一缸曲拐處于上止點(diǎn)前18°26時(shí)，該機(jī)有最大一階往復(fù)慣性力，即旋轉(zhuǎn)慣性力矩4）平衡措施。采用整體平衡方法，有3- 3 四沖程三缸機(jī)，點(diǎn)火順序 1-3-2，試分析旋轉(zhuǎn)慣性力和力矩，第一階、第二階往復(fù)慣性 力和力矩，如不平衡，請(qǐng)采取平衡措施。并指出M j1max及出現(xiàn)時(shí)刻。答：解：點(diǎn)火間隔角為 A=240°1）作曲柄圖和軸測(cè)圖三拐曲軸一、二階曲柄圖和軸測(cè)圖（2）做慣性力矢量圖一階慣性力 二階慣性力得到 ?（3）做力矩圖往復(fù)慣性力矩圖旋轉(zhuǎn)慣性力圖旋轉(zhuǎn)慣性力矩（4

10、）采用用整體平衡法3- 4 為了一個(gè)四沖程（ 1-3-4-2）設(shè)計(jì)一套用于平衡二階往復(fù)慣性力的雙軸平衡機(jī)構(gòu)。 答：此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)支撐還承受發(fā)動(dòng)機(jī)本身重量和由于曲柄變形而產(chǎn)生的彎矩作用。（1）一階往復(fù)慣性力的平衡分析：如上圖所示，以氣缸夾角平分線為始點(diǎn)，左右兩列氣缸的一階往復(fù)慣性力分別為=Ccos（ + ）= Ccos( - )向 x 軸和 y 軸投影，再求和，得= +=Ccos ?(1+cos )=+=Csin ?(1-cos )合力 = =C 合力方向 =arctan+而=1，所以的端點(diǎn)軌跡是一個(gè)橢圓。當(dāng) < 時(shí)， 為長(zhǎng)半軸； 當(dāng) > 時(shí)， 為長(zhǎng)半軸； 當(dāng)= 時(shí)， =C, 其端點(diǎn)軌跡

11、是一個(gè)圓。（2）二階往復(fù)慣性力的平衡分析同樣以氣缸夾角平分線為起始點(diǎn)，左右兩列氣缸的二階慣性力表示為在坐標(biāo)軸上的投影為：cos2=2 Csin sin sin2也是橢圓，合力為=2 C合力方向?yàn)楫?dāng) = 時(shí)，有= ， = ，變?yōu)樗椒较虻耐鶑?fù)慣性力，可以用蘭氏機(jī)構(gòu)平衡。結(jié)論： = 時(shí)， 為一個(gè)圓，相當(dāng)于離心力； 為往復(fù)慣性力，方向垂直于氣缸夾角平分線。3- 5 四沖程六缸機(jī)的慣性力和慣性力矩都已經(jīng)平衡了，此發(fā)動(dòng)機(jī)的支撐還承受什么力作用？答：解：點(diǎn)火間隔角為 A=120°（1）作曲柄圖和軸測(cè)圖三拐曲軸一、二階曲柄圖和軸測(cè)圖（2）做慣性力矢量圖一階慣性力 二階慣性力得到 ，（3）做力矩圖往

12、復(fù)慣性力矩圖 旋轉(zhuǎn)慣性力圖第四章：曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)4- 1 什么是扭振？扭振的現(xiàn)象和原因是什么？ 答：定義：扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是使曲軸各軸段間發(fā)生周期性相互扭轉(zhuǎn)的振動(dòng)，簡(jiǎn)稱扭振?，F(xiàn)象： 1）發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)生劇烈抖動(dòng)，噪聲增加，磨損增加，油耗增加，功率下 降，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生曲軸扭斷。2）發(fā)動(dòng)機(jī)偏離該轉(zhuǎn)速時(shí)，上述現(xiàn)象消失。原因： 1）曲軸系統(tǒng)由具有一定彈性和慣性的材料組成。本身具有一定的固有頻率。2）系統(tǒng)上作用有大小和方向呈周期性變化的干擾力矩。3）干擾力矩的變化頻率與系統(tǒng)固有頻率合拍時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生共振。4- 2 列出單自由度扭振系統(tǒng)的自由振動(dòng)方程，求出微分方程的解和初相位。答：彈性力矩 M C , 慣性

13、力矩 M I I根據(jù)理論力學(xué)，得 M I + M =0 ， I + C =0 此二階線性齊次微分方程的解為： sin( et )2 ( 0 )2其中 e ，4- 4 什么是力矩簡(jiǎn)諧分析的摩托階數(shù)？為什么四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式中， 簡(jiǎn)諧階數(shù)不都 是自然數(shù)，有半數(shù)的階數(shù)？knM M0M ka sin( kt k) M0Mka sin( kt k)答： k 1 k 1nM0Mka sin(k tt k)= k 1a其中 Mk sin(k tt k )為轉(zhuǎn)矩的第 k 階諧量，表示該諧量在在 2 周期內(nèi)變化 k 次，稱為摩 托階數(shù)。 對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)， 曲軸兩轉(zhuǎn)即 4 角為一個(gè)周期， 因此相對(duì)于數(shù)學(xué)上

14、的周期來(lái)講， k曲軸一轉(zhuǎn)( 2 )內(nèi)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)第 k 階力矩僅變化了 2 次，因此四沖程的摩托階數(shù)存在半 階數(shù)。4- 5 對(duì)于多拐曲軸，可以畫(huà)出幾個(gè)相位圖？什么情況是主諧量？什么情況是次主諧量？ 答：1)當(dāng)諧量的階數(shù)為曲軸每一轉(zhuǎn)中點(diǎn)火次數(shù)的整數(shù)倍時(shí)( k=2im/ )，該階振幅矢量位于同一方向，可以用代數(shù)方法合成，該階諧量稱為主諧量。2) 當(dāng) k=(2m-1)i/ 時(shí)，各曲拐該階力矩幅值作用在同一直線上，方向不同，稱為次主諧 量。 3)曲拐側(cè)視圖有 q 個(gè)不同方向的曲拐，則有 q /2 個(gè)相位圖。4- 6什么是臨界轉(zhuǎn)速？如何求對(duì)應(yīng)第k 階諧量引起的臨界速度？計(jì)算和分析扭振的條件是什么？答：曲

15、軸固有頻率與外界干擾力矩“合拍” ，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。共振時(shí)， k t =e ，則 t =e /k , 其中 t為曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角頻率。 計(jì)算和分析扭轉(zhuǎn)共振的三個(gè)條件為： nk 在發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，方能稱為臨界轉(zhuǎn)速一般只考慮摩托階數(shù) k 18的情況，因?yàn)?k 值太大時(shí)，對(duì)應(yīng)的諧量幅值很小 一般只考慮前兩階或前三階固有頻率4-7 計(jì)算曲軸系統(tǒng)扭振的假設(shè)條件是什么？ 答： 1)強(qiáng)迫振動(dòng)引起的共振振型與自由振動(dòng)的振型相同2 )只有引起共振的那一階力矩對(duì)系統(tǒng)有能量輸入3 )共振時(shí)激發(fā)力矩所做的功，等于曲軸上的阻尼功W = Wk4-8 如果知道第一個(gè)集中質(zhì)量的絕對(duì)振幅，其他集中質(zhì)量的振幅如何

16、求出？為什么？答：因?yàn)楣舱駮r(shí)阻尼功等于激振功，激振頻率等于固有頻率，即kt2 , 所以zaaiM ka1 1sini 1 iz22aik t 1 i 1zMkaaii1=zei 1ai , 則由 i1ai ，可以求出所有集中質(zhì)量的絕對(duì)振幅第五章：配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5- 1 配氣機(jī)構(gòu)中平底挺柱的幾何運(yùn)動(dòng)速度與凸輪接觸點(diǎn)偏心距的關(guān)系如何？設(shè)計(jì)平底挺柱 時(shí)，挺柱底面半徑要滿足什么要求？答：數(shù)值相等。 平底挺柱的底面半徑要大于最大偏心距， 也就是在數(shù)值上要大于挺柱的最大 幾何速度。5- 2 氣門(mén)通過(guò)時(shí)間斷面是如何求出的？答： Aft2 Adt1 Adt ，其中5- 3 配氣凸輪除工作段外，都要有緩沖段，為什

17、么？答： 1)由于氣門(mén)間隙的存在，使得氣門(mén)實(shí)際開(kāi)啟時(shí)刻遲于挺柱動(dòng)作時(shí)刻2) 由于彈簧預(yù)緊力的存在，使得機(jī)構(gòu)在一開(kāi)始要產(chǎn)生壓縮彈性變形，等到彈性變形力克服 了氣門(mén)彈簧預(yù)緊力之后，氣門(mén)才能開(kāi)始運(yùn)動(dòng)3) 由于缸內(nèi)氣壓力的存在， 尤其是排氣門(mén)， 氣缸壓力的作用與氣門(mén)彈簧預(yù)緊力的作用相同， 都是阻止氣門(mén)開(kāi)啟，使氣門(mén)遲開(kāi)。上述原因的綜合作用使得氣門(mén)的實(shí)際開(kāi)啟時(shí)刻遲于理論開(kāi)啟時(shí)刻， 若沒(méi)有緩沖段， 氣門(mén)的初 速度短時(shí)間內(nèi)由零變得很大，有很強(qiáng)的沖擊作用。 同樣， 當(dāng)氣門(mén)落座時(shí)末速度很大，會(huì)對(duì)氣 門(mén)座產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊， 氣門(mén)機(jī)構(gòu)的磨損和噪聲加劇。 為了補(bǔ)償氣門(mén)間隙以及預(yù)緊力和氣缸壓力 造成的彈性變形， 要在實(shí)際工作

18、段前后增設(shè)緩沖段， 保證氣門(mén)開(kāi)啟和落座時(shí)處于很小的速度。5- 4 凸輪緩沖段由等加速 等速兩段組成，已知緩沖段高度 H0、速度 v0、緩沖段包角 ，等 加速度包角 ，請(qǐng)寫(xiě)出緩沖段各段的方程式。2答：等加速段： ht c c ， 0 c 01等速段：ht 0( c 01) c 021 ，5- 5 寫(xiě)出高次多項(xiàng)式凸輪型線的表達(dá)式。答：5-7 如何確定氣門(mén)的最大升程，為什么？答：氣門(mén)最大升程 Hmax 與氣門(mén)直徑 d 的關(guān)系應(yīng)為 Hmax/d=0.25 ?？紤]到慣性載荷和活塞上止 點(diǎn)時(shí)可能與氣門(mén)發(fā)生干涉的問(wèn)題，一般進(jìn)氣門(mén)的H/dvi=0.260.28。為保證有足夠的流通面積和減少活塞推出功，一般排氣

19、門(mén) H/d ve=0.30.355-8 寫(xiě)出凸輪型線豐滿系數(shù)表達(dá)式，并陳述其含義？0 (ht H0 )d c0Fm答：(Hmax H0) ，式中， ht 為挺柱或氣門(mén)的位移； 為凸輪工作半包角； Hmax為挺柱或氣門(mén)的最大位移或者升程；H 0是緩沖段的高度； c 為挺柱位移對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角。 凸輪型線豐滿系數(shù)是一個(gè)相對(duì)量，表示的是位移曲線下的面積與最大升程和工作半包 角組成的矩形面積之比。在設(shè)計(jì)凸輪型線時(shí)，經(jīng)常用來(lái)評(píng)判型線設(shè)計(jì)的好壞。5-9 通常的氣門(mén)錐角是多少？增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)錐角有何變化？為什么？ 答：一般發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)錐角 45 。而對(duì)于增壓柴油機(jī)， 氣門(mén)錐角 30 ，這是因?yàn)樵鰤?發(fā)動(dòng)機(jī)缸

20、內(nèi)壓力高， 氣門(mén)盤(pán)受力變形大與氣門(mén)座的相對(duì)滑移量大， 而且不同于非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)， 完全排除了從氣門(mén)導(dǎo)管獲得機(jī)油的可能， 因此， 氣門(mén)與氣門(mén)座磨損的問(wèn)題更加突出。 增壓發(fā) 動(dòng)機(jī)采用較小的氣門(mén)錐角，就是為了減少與氣門(mén)座的相對(duì)滑移量，減輕磨損。5-10 如何利用配氣相位圖計(jì)算出進(jìn)、排氣凸輪的工作段包角及半包角、同缸異名凸輪相對(duì) 夾角、同名異缸凸輪相對(duì)夾角以及確定凸輪軸與曲軸的相對(duì)位置。180 e1 e22答：排氣凸輪工作段包角為排氣凸輪工作段包角為180 e1 e2 排半包4180 i1 i 2進(jìn)氣凸輪工作段包角為進(jìn)氣凸輪工作段包角為 同缸異名凸輪相對(duì)夾角為進(jìn)半包180 i1 i 241 180 e1

21、 e2 180 i1 i2360 e1 i2 （ e1e2） （ i1 i2 ）22 A2 2TG 290, 其中41 A（ 為e1相應(yīng)e氣2缸點(diǎn)i火2 間隔i1角） 當(dāng)活塞位于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，排氣凸輪相對(duì)于挺柱軸線的夾角為異缸同名凸輪相對(duì)夾角為1 (18022180 e1 e22e1)5-11 凸輪設(shè)計(jì)完成后，如何驗(yàn)算氣門(mén)與活塞是否相碰？曲柄連桿機(jī)構(gòu)的間隙均偏向答： 缸墊按壓緊后的厚度計(jì)算， 除主軸承及活塞銷(xiāo)孔以外，一側(cè)，使活塞處于最高處。確定活塞在上止點(diǎn)的最高位置。2）畫(huà)出活塞位移曲線；3）根據(jù)鍵槽， 齒形及它們與曲拐所在平面、 凸輪軸位置間的制造公差， 進(jìn)行正時(shí)齒輪 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸鏈計(jì)算，

22、 確定進(jìn)、 排氣門(mén)的實(shí)際開(kāi)閉時(shí)刻并按照同一比例畫(huà)出進(jìn)排 氣門(mén) 升程曲線，氣門(mén)升程對(duì)應(yīng)的角度要換算成曲軸轉(zhuǎn)角；4）觀察氣門(mén)升程曲線與活塞位移曲線是否相交； 如果相交， 則需要在活塞上開(kāi)避讓坑， 或者改變配氣相位。第六章：曲軸飛輪組設(shè)計(jì)6- 1 提高曲軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施和工藝措施分別有哪些？為什么？答：結(jié)構(gòu)措施： 1）加大曲軸軸頸的重疊度 A（A 增大，曲軸抗彎和抗扭剛度增加 ）2）加大軸頸附近的過(guò)渡圓角（可減小應(yīng)力集中效應(yīng)，提高抗彎疲勞強(qiáng)度）3）采用空心曲軸 （可提高曲軸抗彎強(qiáng)度， 同時(shí)課減輕曲軸重量和曲軸離心力）4）沉割圓角（可在增加圓角半徑的同時(shí)保證軸頸的有效承載長(zhǎng)度）5）開(kāi)卸載槽（在相同

23、載荷條件下，可使曲柄銷(xiāo)圓角的最大壓力值有所降低）工藝措施： 1）圓角滾壓強(qiáng)化（表面產(chǎn)生剩余壓應(yīng)力，抵消部分工作拉伸應(yīng)力，提高曲軸的疲勞強(qiáng)度，還可降低圓角的表面粗糙度值，消除表面缺陷）2）圓角淬火強(qiáng)化（用熱處理的方法是金屬發(fā)生組織相變，發(fā)生體積膨脹而 產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度，還能提高硬度和表面的耐磨性）3）噴丸強(qiáng)化處理（屬于冷作硬化變形，在金屬表面留下壓應(yīng)力，是表面硬 度提高，從而提高疲勞強(qiáng)度）4）氮化處理 （利用輝光離子氮化或氣體軟氮化方法，使氮?dú)鉂B入曲軸表面，由于氮的擴(kuò)散作用，使金屬體積增大，產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度）6- 2 曲軸的連桿軸頸不變，增大主軸頸直徑D1，有何優(yōu)點(diǎn)？缺點(diǎn)是

24、什么？答： D2不變， D1增大優(yōu)點(diǎn) : 1. 可提高曲軸剛度，增加曲柄剛度而不增加離心力2. 可增加扭轉(zhuǎn)剛度，固有頻率 We 增加，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 I 增加不多 缺點(diǎn)：主軸承圓周速度增加，摩擦損失增加，油溫升高。6- 3 為什么說(shuō)連桿軸頸負(fù)荷大于主軸頸負(fù)荷？實(shí)際中主軸頸直徑D1和連桿軸頸直徑 D2哪一個(gè)尺寸大？答：對(duì)于每個(gè)曲拐而言， 連桿軸頸是一個(gè)，主軸頸有兩個(gè)。連桿軸頸承受著由連桿傳來(lái)全部 載荷，而每個(gè)主軸頸則只承擔(dān)一半載荷，所以主軸頸載荷小于連桿軸頸載荷。實(shí)際設(shè)計(jì)中主軸頸 D1 大于連桿軸頸 D2，D1/D2 1.051.25，因?yàn)樵黾又鬏S頸可以增加曲 軸的重疊度，提高曲軸的抗彎剛度和抗疲勞強(qiáng)

25、度，同時(shí)不增加曲軸的離心載荷。6- 4 多拐曲軸強(qiáng)度最薄弱的環(huán)節(jié)是曲柄， 曲柄的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有哪兩個(gè)？他們各自的變化對(duì) 其強(qiáng)度有何影響？答：曲柄的主要參數(shù)是厚度（ h）和寬度（ b）曲柄界面的抗彎截面系數(shù) W =bh2/6,由此可知， h提高 10%，W理論上升 20%，實(shí)際上升 40%，因?yàn)?h 的增大，則磨圓處 應(yīng)力集中現(xiàn)象減輕，使應(yīng)力分布趨于均勻； b 上升 10%，W 理論上升 10%，實(shí)際上升 5%，由于 b 上升，應(yīng)力分布不均勻更加嚴(yán)重。6- 5 曲軸的工作條件是什么？設(shè)計(jì)時(shí)有什么要求？答：工作條件： 1）受周期變化的力、力矩共同作用，曲軸既受彎曲又受扭轉(zhuǎn)，承受交變疲 勞載荷，重點(diǎn)

26、是彎曲載荷；2）由于曲軸形狀復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重，特別是在曲柄與軸頸過(guò)度的圓角部 分；3）曲軸軸頸比壓大，摩擦磨損嚴(yán)重。設(shè)計(jì)要求： 1）有足夠的耐疲勞強(qiáng)度2）有足夠的承壓面積，軸頸表面要耐磨；3）盡量減少應(yīng)力集中；4）剛度要好，變形小，否則使其他零件的工作條件惡化。一般在制造工藝穩(wěn)定的條件下，鋼制曲軸的安全系數(shù)n 1.5 ，對(duì)于高強(qiáng)度球墨鑄鐵曲軸，由于材料質(zhì)量不均勻，而且疲勞強(qiáng)度的 分散度比較大，應(yīng)取 n 1.8。第七章：連桿組設(shè)計(jì)7- 1 連桿的拉伸載荷是由什么造成的？計(jì)算連桿不同截面的拉伸應(yīng)力時(shí)，如何考慮？ 答：連桿的拉伸載荷主要是由于往復(fù)慣性力所造成的；2 在計(jì)算不同截面的拉伸應(yīng)力可用下式

27、：Fj =（m +m 1）（1+ ）r 2其中， m、 m1 分別為活塞組和計(jì)算斷面以上那部分往復(fù)運(yùn)動(dòng)的連桿質(zhì)量。7- 2 計(jì)算連桿的最大拉伸應(yīng)力選取什么工況？答：標(biāo)定轉(zhuǎn)速工況（最大轉(zhuǎn)速）7- 3 計(jì)算連桿的壓縮載荷時(shí)選取什么工況？ 答：最大轉(zhuǎn)矩工況和全負(fù)荷情況下的標(biāo)定轉(zhuǎn)速工況，而且要兼顧連桿側(cè)彎的情況是否發(fā)生。7- 4 影響連桿小頭應(yīng)力分布的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是什么？ 答：固定角 受拉伸載荷時(shí)， 增大，應(yīng)力不均勻增加， max 增大；受壓縮載荷時(shí)， 增大，應(yīng)力不均 勻性及最大值急劇增長(zhǎng)，而且比拉伸載荷的情況更加嚴(yán)重。第八章：活塞組設(shè)計(jì)8- 1 活塞的工作條件是什么，請(qǐng)分項(xiàng)論述。然后論述對(duì)活塞的設(shè)計(jì)

28、要求。答： 1）高溫導(dǎo)致熱負(fù)荷大 :活塞在氣缸內(nèi)工作時(shí)，活塞頂面承受瞬變高溫燃?xì)獾淖饔茫?燃?xì)獾淖罡邷囟瓤蛇_(dá) 2000 2500，因而活塞頂?shù)臏囟纫埠芨摺囟确植疾痪鶆颍?有很大的熱應(yīng)力；2）高壓沖擊性的高機(jī)械負(fù)荷：高壓包括兩方面活塞組在工作中受周期性變化的氣 壓力直接作用， 氣壓力 Pz（MPa ）一般在膨脹沖程開(kāi)始的上止點(diǎn)后10° 20°達(dá)到最大。活塞組在氣缸里作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生很大的往復(fù)慣性力 Fjmax3）高速滑動(dòng)：內(nèi)燃機(jī)在工作中所產(chǎn)生的側(cè)向力是較大的，特別是在短連桿內(nèi)燃機(jī)中；4）交變的側(cè)壓力：活塞上下行程時(shí)活塞要改變壓力面，側(cè)向力方向不斷變化，造成了 活塞在工作

29、時(shí)承受交變的側(cè)向載荷。設(shè)計(jì)要求 :1）選用熱強(qiáng)度好，散熱性好，膨脹系數(shù)小，耐磨、有良好減磨性和工藝性的材料2）形狀和壁厚合理，吸熱少，散熱好，強(qiáng)度和剛度符合要求，盡量避免應(yīng)力集中，與 缸套有最佳的配合間隙3）密封性好，摩擦損失小4）重量輕。8- 2 活塞環(huán)的工作應(yīng)力與套裝應(yīng)力之間是什么關(guān)系？請(qǐng)用公式說(shuō)明。實(shí)際上應(yīng)如何考慮？答： max + max = 3.4Et 2 / （D - t）2 = 常量 一般選擇 max = （1.2 1.5）max ，因?yàn)樘籽b時(shí)間很短。8- 3 高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)與低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)活塞初始彈力P0 的要求有什么不同？為什么？缸徑對(duì)P0的要求如何，為什么？答：當(dāng)轉(zhuǎn)速 n 提

30、高時(shí)，應(yīng)提高 p0 。因?yàn)榛钊俣雀?，由于?jié)流作用，活塞環(huán)背壓下降。當(dāng)活塞直徑增加時(shí)，活塞環(huán)的工作應(yīng)力增加，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減少初彈力p0 ，方能減少活塞環(huán)的工作應(yīng)力。8- 5 高速內(nèi)燃機(jī)對(duì)活塞材料的要求是什么？答：要求（ 1）熱強(qiáng)度好，散熱性好； （2）重量輕，慣性小； （3）膨脹系數(shù)?。?（4）密度小 （5）熱導(dǎo)率大 （ 6）有良好減摩性和工藝性8-6 活塞銷(xiāo)通常采用什么材料？為什么？如何保證活塞銷(xiāo)表面耐磨？ 答：活塞銷(xiāo)通常用低碳鋼和合金鋼制造。在負(fù)荷不高的發(fā)動(dòng)機(jī)中常用15.、20、15Cr 、20Cr、和 20Mn2 鋼；在強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)上， 采用高級(jí)合金鋼， 如 12CrNi3A/18CrMnTi

31、2 及 20SiMnVB 等，有時(shí)也可用 45 中碳鋼。 之所以選擇這樣的材料是因?yàn)楦鶕?jù)活塞的工作條件和設(shè)計(jì)要求，活塞銷(xiāo)應(yīng)具有足夠高的 機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性、同時(shí)還要有較高的疲勞強(qiáng)度，活塞銷(xiāo)的摩擦表面應(yīng)具有高硬度。內(nèi) 部應(yīng)富有韌性和較高的強(qiáng)度，但是硬的表層和內(nèi)部必須緊密結(jié)合，保證活塞銷(xiāo)在沖擊載 荷的作用下沒(méi)有金屬剝落和金屬層之間的分離現(xiàn)象。 為保證活塞銷(xiāo)表面硬并且耐磨，對(duì)其表面進(jìn)行熱處理。對(duì)于低碳鋼材料的活塞銷(xiāo)表面要 進(jìn)行滲碳和淬火。 對(duì)于 45 鋼的活塞銷(xiāo)則是進(jìn)行表面淬火， 注意淬火時(shí)不能將活塞銷(xiāo)淬透， 否則活塞銷(xiāo)變脆。8-7 減輕活塞熱負(fù)荷的設(shè)計(jì)措施有哪些？答： 1）盡量減小頂部受熱面積；強(qiáng)化

32、頂面，采用不同的材料或?qū)⒈砻孢M(jìn)行處理。2）保證熱流暢通。3) 采用適當(dāng)?shù)幕鹆Π陡叨取?) 頂部?jī)?nèi)側(cè)噴油冷卻。5) 頂部設(shè)油腔冷卻。8-8 活塞銷(xiāo)座的工作條件如何？解決活塞銷(xiāo)和活塞銷(xiāo)座變形不協(xié)調(diào)的措施有哪些？ 答：工作條件： 活塞銷(xiāo)座承受周期變化的氣體作用力和活塞銷(xiāo)座以上部分的往復(fù)慣性力的作 用，這些力都是帶有沖擊性的；從運(yùn)動(dòng)情況看，活塞銷(xiāo)在活塞銷(xiāo)座中由于連 桿小頭的制約，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度很小，在這樣小的轉(zhuǎn)動(dòng)角度下，很難在銷(xiāo)與銷(xiāo)孔 之間形成一層良好的油膜，所以潤(rùn)滑條件較差。采取措施： 1) 在活塞銷(xiāo)座與頂部連接處設(shè)置加強(qiáng)肋，增加活塞銷(xiāo)座的剛度。2) 將銷(xiāo)孔內(nèi)緣加工成圓角或者倒棱，或?qū)⒒钊N(xiāo)座內(nèi)側(cè)上部加

33、工出一個(gè)彈性凹槽， 可以減輕活塞銷(xiāo)座的棱緣負(fù)荷；3) 將銷(xiāo)孔中心相對(duì)活塞銷(xiāo)座外圓向下偏心3 4 mm，將活塞銷(xiāo)座的厚度上面比下面大些，以加強(qiáng)活塞銷(xiāo)座承壓強(qiáng)度；4) 將活塞銷(xiāo)座間距縮小，以減小活塞銷(xiāo)的彎曲；5) 鑄鋁活塞的銷(xiāo)孔中壓入鍛鋁合金的襯套，可提高抗裂紋能力。8-9 活塞群部在工作時(shí)銷(xiāo)軸方向變形大， 請(qǐng)問(wèn)原因是什么？一般采用什么措施來(lái)進(jìn)行限制？ 答： 1) 活塞受到側(cè)向力 FN 作用，承受側(cè)向力作用的裙部表面，就有被壓扁的傾向，使它在 活塞銷(xiāo)方向上的尺寸增大；2)由于加在活塞頂上的爆發(fā)壓力和慣性力的聯(lián)合作用，使活塞頂在活塞銷(xiāo)的跨度內(nèi)發(fā) 生彎曲，使整個(gè)活塞在活塞銷(xiāo)座方向上的尺寸變大；3) 由

34、于溫度升高引起熱膨脹，其中活塞銷(xiāo)座部分因壁厚比其他地方要厚，剛度大，所 以發(fā)生熱膨脹時(shí)的變形比較嚴(yán)重。防止裙部變形的主要方法有：選擇膨脹系數(shù)小的 材料，進(jìn)行反橢圓設(shè)計(jì)，采用絕熱槽，銷(xiāo)座采用恒范鋼片，裙部加鋼筒等方法來(lái)達(dá) 到。第九章：內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)9- 1 內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承的過(guò)盈量有幾種表示方法？各是什么？ 答：軸承的過(guò)盈量主要通過(guò) 3 種表示方法：1) 自由彈勢(shì) s軸瓦在自由狀態(tài)下的開(kāi)口直徑為 d1 + s，一般為 s=( 0.252.5)mm。2) 半圓周過(guò)盈量 h (mm)d02N/mm2 ) ; min 為最小hmin 2 min式中， d0 為軸瓦內(nèi)孔直徑( mm)， d0 =d1-

35、 t; 為應(yīng)力系數(shù) 2預(yù)加壓縮應(yīng)力( N/ mm2 )。3) 余面高度 u (mm)在試驗(yàn)壓力 F0 (N)作用下，試驗(yàn)壓縮量 v(mm) 為F0 6F v 6 10 6 d0 * 0 t* B d0 6F0u h 0 min 6 10 6d0 * 0 則 umin = hminv= 2t*B式中， t*為當(dāng)量壁厚 (mm) ， t* =(t t0)+ t0 ,t0為減摩層厚度，為減摩層折算系數(shù)； B 為寬度 (mm) 。9- 2 對(duì)內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承減摩層都要求有哪些性能？ 答：主要有三方面要求：1) 抗咬粘性。油膜遭破壞時(shí)，軸承材料不擦傷和咬死軸頸，即親油性好。2) 順應(yīng)性。軸承副有幾何形狀偏

36、差和變形時(shí)具有克服邊緣負(fù)荷從而使負(fù)荷均勻的能力。3) 嵌藏性。具有以微量塑性變形吸收混在機(jī)油中的外來(lái)異物顆粒(金屬磨屑，灰塵等 )的能力。9- 3 計(jì)算軸心軌跡有什么用處？ 答：計(jì)算軸心軌跡的意義：1) 可作為判斷軸承實(shí)現(xiàn)液體潤(rùn)滑情況的重要依據(jù)。 由軌跡曲線可以找出一個(gè)工作循環(huán)中最小油膜厚度值( hmin )及其延續(xù)時(shí)間(下圖 A 區(qū))。 hmin 應(yīng)小于由發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 剛度、工藝水平等確定的許用值，這一區(qū)域的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。2)3)4)幫助分析軸承損壞原因，改進(jìn)設(shè)計(jì)。下圖中 C 區(qū)表示軸心因高速向心運(yùn)動(dòng)使油楔 中出現(xiàn)局部真空， 形成氣泡； 待到軸心高速離心運(yùn)動(dòng)時(shí)氣泡破裂， 突然放出很高的 爆破壓

37、力擊壞合金表面， 形成穴蝕。 D 區(qū)出現(xiàn)多次高速離心運(yùn)動(dòng)， 油膜壓力峰值劇 增，可達(dá)軸承平均比壓的 10 倍以上，造成合金疲勞剝落。合理布置油孔、油槽的位置，使供油舒暢。實(shí)現(xiàn)軸承潤(rùn)滑的最佳設(shè)計(jì)。 可以改變直接影響軸承工作能力的因素， 如軸承的間隙、 機(jī)油粘度、軸承寬徑比等，保證軸承處于液體潤(rùn)滑下工作。9- 4 滑動(dòng)軸承上一般要開(kāi)設(shè)油槽， 請(qǐng)問(wèn)曲軸主軸頸的油槽開(kāi)在哪里？連桿軸頸的油槽開(kāi)在哪 里？試從油膜承載能力的角度分析。答：試驗(yàn)證明， 在其他條件不變的情況下，油膜壓力與軸承寬度的三次方成正比， 這里可以 簡(jiǎn)單的用 B3 來(lái)代表軸承的承載能力。所以當(dāng)軸承面積相同時(shí)，開(kāi)油槽軸承的承載能力為332(

38、B/2) B / 4,僅為無(wú)油槽軸承的 1/ 4。 所以，主軸承要在上軸瓦開(kāi)槽，連桿軸承應(yīng)在下軸瓦開(kāi)槽，以避免軸承的承載能力下降。第十章：機(jī)體與氣缸蓋的設(shè)計(jì)10- 1 機(jī)體的設(shè)計(jì)原則是什么？具體有哪些？ 答：機(jī)體的總設(shè)計(jì)原則是：在盡可能輕巧的前提下，盡量提高剛度(降低變形、振動(dòng)噪聲 )。提高剛度的途徑主要有以下幾個(gè)方面；1) 將汽缸體與上曲軸箱鑄造成一個(gè)整體， 形成一個(gè)剛度很好的空間梁板組成結(jié)構(gòu)， 除 非是比較大型的內(nèi)燃機(jī)才采用汽缸體與曲軸箱分開(kāi)的結(jié)構(gòu)。2) 汽缸之間加隔板，以提高機(jī)體橫向剛度。3) 降低上下曲軸箱的剖分面。4) 采用全支撐曲軸。5) 剖分面處采用梯形框架。6) 采用下主軸承蓋

39、與下曲軸箱一體的整體式， 缸蓋螺栓最好與主軸承蓋布置在同一平 面內(nèi)。7) 機(jī)體表面布置加強(qiáng)肋。10- 2 汽缸蓋設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)是什么？答：缸蓋設(shè)計(jì)主要考慮的是；1) 有足夠的剛度和強(qiáng)度，工作變形小，保證密封。2) 合理布置燃燒室、氣門(mén)、氣道，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。3) 工藝性良好，溫度場(chǎng)盡量均勻，減少熱應(yīng)力，避免熱裂現(xiàn)象。10- 3 設(shè)計(jì)氣缸蓋時(shí)，應(yīng)該先考慮哪些部件的布置？水套的設(shè)計(jì)原則是什么？ 答：氣缸蓋的內(nèi)部形狀和結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜， 設(shè)計(jì)時(shí)主要優(yōu)先考慮內(nèi)部氣道、燃燒室(另有預(yù)燃 室、渦流室)、噴油器或火花塞、氣門(mén)等功能部件的布置，然后在保證壁厚均勻、受力均勻、 剛度足夠的條件下考慮內(nèi)部冷卻水套

40、的布置。水套的厚度應(yīng)盡量各處均勻，不宜太厚， 否則流速過(guò)低， 造成與氣缸的熱交換能力下降，一 般情況下，水套各截面的水流速盡量不要低于0.5m/s。一般車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的水套厚度應(yīng)在410mm 之間。具體厚度要根據(jù)水套流場(chǎng)的仿真分析結(jié)果確定。機(jī)體水套的長(zhǎng)度，應(yīng)能夠保 證當(dāng)活塞在下止點(diǎn)時(shí)活塞環(huán)能得到很好的冷卻。10- 4 氣缸套產(chǎn)生穴蝕的原因是什么？如何避免？答：穴蝕形成的原因；1) 內(nèi)因 缸套本身存在微觀小孔、裂紋和溝槽等局部缺陷。2) 外因 缸套振動(dòng)，引起局部缺陷內(nèi)氣泡爆炸，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫高壓，使水腔壁承受很高的沖擊和擠壓應(yīng)力，逐步剝離金屬層，形成針孔和裂紋。減輕穴蝕的措施；(1) 減小缸套的振動(dòng)1

41、)減小活塞配合間隙2) 減小活塞換向敲擊力3) 提高缸套剛度(含支撐)。(2) 抑制氣泡的形成(3) 提高缸套本身的抗穴蝕能力1)合理的選擇材料：機(jī)械強(qiáng)度、表面硬度要好。2)金相組織要合理。3) 合理選擇熱處理工藝，不改變金相組織。4) 適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚罕砻驽冦t、鎘；表面涂層(環(huán)氧樹(shù)脂) 。5) 冷卻水中加添加劑，提高耐穴蝕能力。10-5 增加氣缸套耐磨性的措施有哪些？答：提高氣缸套耐磨的措施：1) 提高缸套表明加工精度，降低表面粗糙度值。2) 合理選用材料。經(jīng)常低溫啟動(dòng)，并經(jīng)常低負(fù)荷、中低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的車(chē)用內(nèi)燃機(jī)，其缸套以 腐蝕性磨損為主，采用奧氏體鑄鐵較好。 如果考慮成本， 節(jié)省貴重材料，可以缸套上部采用 奧氏體材料。 對(duì)于經(jīng)常高負(fù)荷工作及經(jīng)常在灰塵較多地區(qū)工作的內(nèi)燃機(jī)， 汽缸套以磨料磨損 為主，宜采用高磷鑄鐵、加硼鑄鐵。對(duì)于車(chē)用強(qiáng)化柴油機(jī)，汽缸套以溶著磨損為主，可采用 薄缸套(干缸套) ，內(nèi)表面鍍鉻或氮化。3) 進(jìn)行合理的表面