《動(dòng)力機(jī)械概論II》課件

《動(dòng)力機(jī)械概論II》課程簡(jiǎn)介本課程是機(jī)械類專業(yè)的核心課程之一，重點(diǎn)介紹內(nèi)燃機(jī)的工作原理、主要部件結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)以及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將全面掌握內(nèi)燃機(jī)的基本知識(shí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)和從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。thbytrtehtt內(nèi)燃機(jī)的工作原理內(nèi)燃機(jī)通過燃燒液體或氣體燃料，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過程。其工作循環(huán)分為進(jìn)氣、壓縮、爆炸和排氣四個(gè)階段。在高溫高壓下燃料爆炸產(chǎn)生的膨脹力推動(dòng)活塞和曲軸旋轉(zhuǎn),最終轉(zhuǎn)化為車輪的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力。汽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1氣缸活塞在氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。2曲軸將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。3活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng),推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。4連桿連接活塞和曲軸,傳遞力矩。汽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括氣缸、曲軸、活塞和連桿等主要部件。氣缸提供密閉空間用于燃燒,活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出動(dòng)力。連桿連接活塞和曲軸,傳遞力矩。此外,還有進(jìn)排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)協(xié)同工作,構(gòu)成完整的汽油機(jī)機(jī)構(gòu)。汽油機(jī)的工作循環(huán)1吸氣活塞下降,氣缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,吸入新鮮空氣和燃料混合氣。2壓縮活塞上升,壓縮空氣-燃料混合氣。3燃燒高壓高溫條件下,混合氣爆炸燃燒,產(chǎn)生強(qiáng)大推動(dòng)力。4排氣活塞下降,排出廢氣,完成一個(gè)工作循環(huán)。汽油機(jī)的工作循環(huán)分為四個(gè)關(guān)鍵階段:吸氣、壓縮、燃燒和排氣。在吸氣階段,活塞下降時(shí)氣缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,吸入新鮮空氣和汽油混合氣。接下來在壓縮行程中,活塞上升壓縮混合氣。當(dāng)達(dá)到最高壓力時(shí),火花塞點(diǎn)火引發(fā)高溫高壓的爆炸,釋放出強(qiáng)大的推動(dòng)力。最后活塞下降時(shí)將廢氣排出,完成一個(gè)完整的工作循環(huán)。汽油機(jī)的性能參數(shù)1功率輸出汽油機(jī)的最大功率輸出是反映其動(dòng)力性能的關(guān)鍵指標(biāo)。這取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比、氣缸數(shù)、排量等參數(shù)。2燃油經(jīng)濟(jì)性汽油機(jī)的燃油消耗率衡量其能源利用效率。優(yōu)化燃料噴射和點(diǎn)火時(shí)機(jī)能夠提高燃油經(jīng)濟(jì)性。3扭矩輸出汽油機(jī)的最大扭矩反映了其爆發(fā)力和加速能力。曲軸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)扭矩輸出有重要影響。柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng),推動(dòng)曲軸?；钊趬嚎s和膨脹過程中承受極大的力。氣缸提供密閉空間用于燃料的壓縮點(diǎn)火和燃燒,決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的排量和功率輸出。連桿將活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),傳遞推力和扭矩。曲軸將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),是發(fā)動(dòng)機(jī)核心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。柴油機(jī)的工作循環(huán)1進(jìn)氣活塞下降,氣缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,吸入新鮮空氣。2壓縮活塞上升,壓縮空氣,形成高溫高壓條件。3膨脹高溫高壓下,燃料自燃爆燃,產(chǎn)生強(qiáng)大推力。4排氣活塞下降,將燃燒后的廢氣排出氣缸。柴油機(jī)的工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣四個(gè)階段。在進(jìn)氣行程中,活塞下降時(shí)氣缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,吸入新鮮空氣。隨后在壓縮行程中,活塞上升將空氣壓縮至高溫高壓狀態(tài)。在膨脹行程中,高溫高壓下燃料自燃爆炸,產(chǎn)生強(qiáng)大的推力驅(qū)動(dòng)活塞和曲軸旋轉(zhuǎn)。最后在排氣行程中,活塞下降將廢氣排出氣缸。整個(gè)循環(huán)反復(fù)進(jìn)行,為發(fā)動(dòng)機(jī)提供持續(xù)穩(wěn)定的動(dòng)力輸出。柴油機(jī)的性能參數(shù)功率柴油機(jī)的最大功率決定了其動(dòng)力性能。通過優(yōu)化氣缸設(shè)計(jì)和燃料噴射控制可提高功率輸出。燃油經(jīng)濟(jì)性柴油機(jī)以其優(yōu)異的燃油經(jīng)濟(jì)性而聞名,這得益于柴油的高熱值和柴油機(jī)的高壓縮比。扭矩柴油機(jī)的高壓縮比和燃料噴射技術(shù)賦予其強(qiáng)大的爆發(fā)力和優(yōu)異的低速扭矩輸出性能。曲軸機(jī)構(gòu)的受力分析1活塞推力活塞在氣缸內(nèi)產(chǎn)生的推力通過連桿傳遞至曲軸,形成轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。2慣性力活塞、連桿等往復(fù)運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生的慣性力會(huì)對(duì)曲軸機(jī)構(gòu)施加額外載荷。3氣體壓力力在燃燒行程中,高溫高壓的氣體壓力會(huì)直接作用于活塞頂部,傳遞至曲軸。曲軸機(jī)構(gòu)的平衡問題1失衡原因活塞、連桿等往復(fù)運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生的慣性力矩2平衡措施均衡配重和合理布局曲柄和連桿3動(dòng)平衡配備平衡軸消除殘余的失衡力矩曲軸機(jī)構(gòu)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)受到來自活塞、連桿等往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力矩作用,導(dǎo)致曲軸產(chǎn)生不平衡振動(dòng)。為此需要通過合理的配重和布局來實(shí)現(xiàn)靜平衡,同時(shí)配備平衡軸以消除殘余的動(dòng)力失衡。這些措施可以有效降低振動(dòng)噪聲,提高曲軸機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)性和可靠性。氣缸結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)氣缸材料氣缸常采用鑄鐵或鋁合金制造,具有優(yōu)異的耐熱性、耐磨性和抗爆性。材料選擇需平衡重量和強(qiáng)度。氣缸形狀氣缸多為圓柱形,以提高燃燒效率和熱傳導(dǎo)。設(shè)計(jì)時(shí)需考慮活塞運(yùn)動(dòng)、氣流和強(qiáng)度等因素。散熱設(shè)計(jì)氣缸表面加設(shè)散熱翅片或水套,有效增大散熱面積,確保氣缸工作溫度在合理范圍內(nèi)。氣缸蓋結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)1材料選擇鑄鐵、鋁合金等高強(qiáng)度耐熱材料2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化氣流通道、活塞運(yùn)動(dòng)空間3散熱性能集成冷卻水道、散熱鰭片等氣缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分,承擔(dān)著吸氣、燃燒、排氣等功能。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要兼顧材料強(qiáng)度、氣流流動(dòng)、活塞運(yùn)動(dòng)空間等因素。常見的材料包括高強(qiáng)度耐熱的鑄鐵和鋁合金。在結(jié)構(gòu)上需優(yōu)化氣流通道和活塞活動(dòng)空間,并設(shè)置冷卻水道及散熱鰭片等以提高整體散熱性能。綜合設(shè)計(jì)可確保氣缸蓋在高溫高壓下保持可靠穩(wěn)定的工作狀態(tài)?；钊Y(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)1材料選擇活塞通常由鋁合金鑄造而成,具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)。適當(dāng)添加合金元素可提高耐高溫性能。2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活塞設(shè)計(jì)需考慮燃燒壓力、慣性載荷和熱膨脹等因素。常見結(jié)構(gòu)包括凸輪頂、半球頭和平頂?shù)取?冷卻方式活塞頂部采用油冷或水冷設(shè)計(jì),可有效降低工作溫度,提高耐久性和可靠性。連桿結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)1材料選擇主要采用高強(qiáng)度鋼合金制造2結(jié)構(gòu)形式I型、H型和X型等多種連桿設(shè)計(jì)3強(qiáng)度分析考慮壓縮屈曲和拉伸斷裂等載荷連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件之一,承擔(dān)著將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的重要功能。連桿的材料通常選用高強(qiáng)度鋼合金,以承受來自活塞的壓縮載荷和慣性力作用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,連桿常采用I型、H型和X型等不同的截面形式,以優(yōu)化強(qiáng)度和剛度。配合有限元分析,可確保連桿在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下保持足夠的強(qiáng)度和可靠性。曲軸結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)1結(jié)構(gòu)形式單曲柄、雙曲柄及多曲柄等2材料選擇優(yōu)質(zhì)合金鋼,具有高強(qiáng)度和耐疲勞性3強(qiáng)度計(jì)算考慮氣缸壓力、慣性力、扭矩等載荷4油孔設(shè)計(jì)為連桿、軸瓦等提供潤(rùn)滑油路曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心傳動(dòng)部件,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響整機(jī)的動(dòng)力性能和可靠性。通常采用單曲柄、雙曲柄或多曲柄等不同形式,以滿足不同功率等級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。材料方面,曲軸多選用優(yōu)質(zhì)合金鋼,具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗疲勞性。在設(shè)計(jì)分析時(shí),需全面考慮來自氣缸壓力、慣性力和扭矩等各種復(fù)雜載荷,確保曲軸結(jié)構(gòu)能承受長(zhǎng)期高負(fù)荷工作。此外,合理設(shè)計(jì)油孔路徑也很關(guān)鍵,為連桿、軸瓦等配件提供充足的潤(rùn)滑油供給。潤(rùn)滑系統(tǒng)的基本組成1機(jī)油泵提供潤(rùn)滑油供給2機(jī)油濾清器去除雜質(zhì)保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)3機(jī)油管路輸送潤(rùn)滑油到各部件4機(jī)油盤儲(chǔ)存和循環(huán)使用機(jī)油潤(rùn)滑系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分,其主要功能是為發(fā)動(dòng)機(jī)的各運(yùn)動(dòng)部件提供持續(xù)可靠的潤(rùn)滑。系統(tǒng)的基本構(gòu)成包括機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油管路和機(jī)油盤等關(guān)鍵部件。機(jī)油泵負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定的潤(rùn)滑油供給,濾清器去除雜質(zhì)保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī),管路將機(jī)油輸送到各部位,機(jī)油盤則起到儲(chǔ)存和循環(huán)利用機(jī)油的作用。這些組件協(xié)同工作確保發(fā)動(dòng)機(jī)在高速高負(fù)荷下也能保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作原理1機(jī)油循環(huán)機(jī)油泵將機(jī)油從油盤抽取,經(jīng)過濾清潔后輸送到各關(guān)鍵部件,如曲軸、連桿和活塞等。2壓力調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷狀況自動(dòng)調(diào)整機(jī)油壓力,確保各部位都能獲得充足的潤(rùn)滑。3熱量調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)機(jī)油流量和溫度,潤(rùn)滑系統(tǒng)幫助發(fā)動(dòng)機(jī)保持在最佳的工作溫度范圍內(nèi)。冷卻系統(tǒng)的基本組成水泵循環(huán)輸送冷卻液,保證流通。水套/散熱器吸收發(fā)動(dòng)機(jī)熱量,將其傳遞到環(huán)境。溫控閥調(diào)節(jié)冷卻液流量,維持最佳工作溫度。風(fēng)扇強(qiáng)制送風(fēng),提高散熱效率。冷卻系統(tǒng)的工作原理1吸熱水套吸收發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量2循環(huán)水泵將冷卻液輸送到各部件3散熱冷卻液經(jīng)過散熱器將熱量傳遞到空氣中4溫控溫控閥調(diào)節(jié)冷卻液流量,保持最優(yōu)溫度冷卻系統(tǒng)的工作原理是將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量吸收并循環(huán)輸送,最終通過散熱器傳遞到周圍環(huán)境中。水泵將冷卻液從機(jī)體水套抽取,經(jīng)過各部件吸收熱量后輸送到散熱器,在此將熱量傳遞給環(huán)境空氣。溫控閥根據(jù)溫度變化調(diào)節(jié)冷卻液的流量,確保發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于最佳工作溫度范圍。這種循環(huán)系統(tǒng)能有效維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度,保證其高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)排氣系統(tǒng)的基本組成1進(jìn)氣歧管將空氣從空氣濾清器均勻分配到各個(gè)氣缸。2汽門精確控制氣流進(jìn)出氣缸,保證發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。3排氣管將廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排出,減少有害物質(zhì)排放。4渦輪增壓器利用排氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增大進(jìn)氣量,提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。進(jìn)排氣系統(tǒng)的工作原理1吸氣活塞下行時(shí),開啟進(jìn)氣閥門吸入新鮮空氣2壓縮活塞上行時(shí),將空氣壓縮至所需壓力3排氣燃燒后的廢氣通過排氣閥門排出發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分,負(fù)責(zé)控制新鮮空氣的吸入和廢氣的排出。在進(jìn)氣行程中,活塞下行時(shí)開啟進(jìn)氣閥,吸入空氣進(jìn)入氣缸;在壓縮行程中,活塞上行將空氣壓縮至所需壓力。在排氣行程中,燃燒后的高溫廢氣通過排氣閥被排出發(fā)動(dòng)機(jī)。這一循環(huán)過程確保了發(fā)動(dòng)機(jī)的高效工作,并最大限度減少有害物質(zhì)的排放。點(diǎn)火系統(tǒng)的基本組成點(diǎn)火線圈為火花塞提供高壓電壓,啟動(dòng)燃料的點(diǎn)火?；鸹ㄈ跉飧變?nèi)產(chǎn)生電火花,點(diǎn)燃?jí)嚎s的空氣-燃料混合物。分電器對(duì)各缸的火花塞電壓進(jìn)行精準(zhǔn)時(shí)序控制。電子控制單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件智能調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)間,提高燃油效率。點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理1高壓產(chǎn)生點(diǎn)火線圈將電池電壓變換為數(shù)千伏的高壓電壓,為火花塞供電。2時(shí)間控制電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷狀態(tài),精準(zhǔn)控制各缸火花塞的點(diǎn)火時(shí)機(jī)。3火花生成在壓縮行程結(jié)束時(shí),火花塞產(chǎn)生高壓電火花,點(diǎn)燃?jí)嚎s的空燃混合氣。燃料供給系統(tǒng)的基本組成1燃油泵從油箱抽取燃油并提供所需壓力。2燃油管路將燃油輸送至噴油器或化油器。3燃油噴油器以精準(zhǔn)的時(shí)間和量噴射燃料進(jìn)入氣缸。4燃油箱儲(chǔ)存為發(fā)動(dòng)機(jī)提供的燃油。燃料供給系統(tǒng)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的關(guān)鍵。其基本組成包括燃油泵、燃油管路、燃油噴油器和燃油箱等。燃油泵從油箱抽取燃油并提供適當(dāng)壓力,管路將其輸送至噴油器或化油器。燃油噴注系統(tǒng)精準(zhǔn)控制噴油時(shí)機(jī)和量，確?？諝?燃料混合比達(dá)到理想狀態(tài)。燃油箱作為燃料的儲(chǔ)存容器,補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)所需的油品。這些核心部件協(xié)同工作確保發(fā)動(dòng)機(jī)獲得穩(wěn)定可靠的燃料供給。燃料供給系統(tǒng)的工作原理燃油抽取燃油泵從油箱抽取汽油或柴油,并提供所需的壓力。壓力調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況自動(dòng)調(diào)節(jié)燃油壓力,確保噴油器得到穩(wěn)定的供油。精準(zhǔn)噴射電子控制單元精確控制噴油器的開閉時(shí)機(jī)和噴油量,以優(yōu)化空燃比。化學(xué)作用在點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)燃下,燃料與空氣充分混合