內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)課后習(xí)題答案

1、第一章：內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論1-1 根據(jù)公式 Pe 0.785 pmevmZD ，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。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]有點(diǎn)火系統(tǒng)，所以工作可靠性和耐久性好。3）可以通過增壓、擴(kuò)缸來增加功

2、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]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。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)的升功率小。柴油

3、機(jī)的過量空氣系數(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)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性，請(qǐng)

4、分析帶來的副作用是什么？ 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（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) DOH、C SOHC（結(jié)構(gòu)緊湊，往復(fù)慣性力?。?。1-8 某發(fā)動(dòng)機(jī)為了提高

5、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、氣門直徑、氣門最大升程要重新 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)、壓縮比驗(yàn)算與修正

6、、工作過程計(jì)算等。第二章：曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析1 寫出中心曲柄連桿機(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*/2） = 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)算。2 氣壓力 P

7、g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 二階曲柄圖 軸測(cè)圖（2）慣性力分析。根據(jù)一階曲柄圖和二階曲柄圖作

8、力的矢量圖，做如圖所示的四拐平面曲軸往復(fù)慣性力矩圖。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) 的不同，合力矩的結(jié)果是不一樣的。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Mj1max 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 ，靜平衡。（3）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=

9、aCcos1826?？梢钥闯觯诘谝桓浊仗幱谏现裹c(diǎn)前1826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 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Mj1max 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）采用用整體平衡法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

10、：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=Ccos2=Ccos2 在坐標(biāo)軸上的投影為：=2Ccoscos

11、cos2=2Csinsinsin2也是橢圓，合力為=2C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。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)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)

12、，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。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 , 慣性力矩根據(jù)理論力學(xué)，得 + =0 ，+ =0此二階線性齊次微分方程的解為：其中，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)，

13、有半數(shù)的階數(shù)？答：其中為轉(zhuǎn)矩的第 k 階諧量，表示該諧量在在周期內(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)即角為一個(gè)周期，因此相對(duì)于數(shù)學(xué)上的周期來講，曲軸一轉(zhuǎn)（）內(nèi)四沖程發(fā) 動(dòng)機(jī)第 k 階力矩僅變化了次，因此四沖程的摩托階數(shù)存在半階數(shù)。5 對(duì)于多拐曲軸，可以畫出幾個(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

14、的曲拐，則有 q /2 個(gè)相位圖。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：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）只有引起共振的那一階力矩對(duì)系統(tǒng)有能量輸入）共振時(shí)激

15、發(fā)力矩所做的功，等于曲軸上的阻尼功4-8 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 = ,， = , 所以 1sin= - k t , 1 = , 則由，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)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。2 氣門通過時(shí)間斷面是如何求出的？答：，其中3 配氣凸輪除工作段外，都要有緩沖段，為什么？答： 1）

16、由于氣門間隙的存在，使得氣門實(shí)際開啟時(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)在一開始要產(chǎn)生壓縮彈性變形，等到彈性變形力克服 了氣門彈簧預(yù)緊力之后，氣門才能開始運(yùn)動(dòng)3）由于缸內(nèi)氣壓力的存在， 尤其是排氣門， 氣缸壓力的作用與氣門彈簧預(yù)緊力的作用相同， 都是阻止氣門開啟，使氣門遲開。上述原因的綜合作用使得氣門的實(shí)際開啟時(shí)刻遲于理論開啟時(shí)刻， 若沒有緩沖段， 氣門的初 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)氣門落座時(shí)末速度很大，會(huì)對(duì)氣 門座產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊， 氣門機(jī)構(gòu)的磨損和噪聲加劇。 為了補(bǔ)償氣門間隙以及預(yù)緊力和氣缸壓力 造成的彈性變形， 要在實(shí)際工作段前后增設(shè)緩沖段，

17、 保證氣門開啟和落座時(shí)處于很小的速度。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)寫出緩沖段各段的方程式。答：等加速段： ，等速段： ，5 寫出高次多項(xiàng)式凸輪型線的表達(dá)式。答：5-7 如何確定氣門的最大升程，為什么？答：氣門最大升程 Hmax與氣門直徑 d 的關(guān)系應(yīng)為 Hmax/d= 。考慮到慣性載荷和活塞上止點(diǎn)時(shí) 可能與氣門發(fā)生干涉的問題，一般進(jìn)氣門的H/dvi =。為保證有足夠的流通面積和減少活塞推出功，一般排氣門 H/d ve=5-8 寫出凸輪型線豐滿系數(shù)表達(dá)式，并陳述其含義？答： ，式中，為挺柱或氣門的位移；為凸輪工作半包角；為挺

18、柱或氣門的最大位移或者升 程；是緩沖段的高度；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)常用來評(píng)判型線設(shè)計(jì)的好壞。5-9 通常的氣門錐角是多少？增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門錐角有何變化？為什么？ 答：一般發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門錐角。而對(duì)于增壓柴油機(jī)， 氣門錐角， 這是因?yàn)樵鰤喊l(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)壓力 高，氣門盤受力變形大與氣門座的相對(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 氣門導(dǎo)管獲得機(jī)油的可能， 因此， 氣門與氣門座磨損的問題更加突出。 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)采用較小 的氣門錐角，就是為了減少與氣門座的相對(duì)滑移量，減輕磨損

19、。壓縮上止點(diǎn)進(jìn)氣桃尖 進(jìn)氣下止點(diǎn)e1 -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。 i1 e2 i2 答：排氣凸輪工作段包角為排氣凸輪工作段包角為進(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)夾角為異缸同名凸輪相對(duì)夾角為 , 其中 A 為相應(yīng)氣缸點(diǎn)火間隔角 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5-11 凸輪設(shè)計(jì)完成后，如何驗(yàn)算氣門與活塞是否相碰？答： 缸墊按壓緊后的厚度計(jì)算， 除主軸承及活塞銷孔以外， 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的間隙均偏向 一側(cè)，使活塞處于最高處。確定活塞在上止

20、點(diǎn)的最高位置。2）畫出活塞位移曲線；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， 確定進(jìn)、 排氣門的實(shí)際開閉時(shí)刻并按照同一比例畫出進(jìn)排 氣門 升程曲線，氣門升程對(duì)應(yīng)的角度要換算成曲軸轉(zhuǎn)角；4）觀察氣門升程曲線與活塞位移曲線是否相交； 如果相交， 則需要在活塞上開避讓坑， 或者改變配氣相位。第六章：曲軸飛輪組設(shè)計(jì)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

21、（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）開卸載槽（在相同載荷條件下，可使曲柄銷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）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）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）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

22、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）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。3 為什么說連桿軸頸負(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

23、桿軸頸 D2，D1/D2，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)度，同時(shí)不增加曲軸的離心載荷。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）2 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。5 曲軸的工作條件是什么？設(shè)計(jì)時(shí)有什么要求？答：工

24、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2勞載荷，重點(diǎn)是彎曲載荷；）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度的圓角部3分；）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 ，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。第七章：連桿組設(shè)計(jì)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

25、要是由于往復(fù)慣性力所造成的； 在計(jì)算不同截面的拉伸應(yīng)力可用下式：F j =（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。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）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。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)1 活塞的工作條件是什么，請(qǐng)

26、分項(xiàng)論述。然后論述對(duì)活塞的設(shè)計(jì)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；）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 ）一般在膨脹沖程開始的上止點(diǎn)后 10 20達(dá)到最 大?；钊M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 Fjmax）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；）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

27、在工作時(shí)承受交變的側(cè)向載荷。設(shè)計(jì)要求 :）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）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）密封性好，摩擦損失?。┲亓枯p。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)用公式說明。實(shí)際上應(yīng)如何考慮？2答： max + max = / （D - t） 2 = 常量一般選擇 max = （ ） max ，因?yàn)樘籽b時(shí)間很短。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 提高時(shí)，應(yīng)提高。因?yàn)榛钊俣雀?，由于?jié)

28、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，方能減少活塞環(huán)的工作應(yīng)力。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?。?（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 活塞銷通常采用什么材料？為什么？如何保證活塞銷表面耐磨？ 答：活塞銷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/18CrMnTi2 及 20SiMnVB等，有時(shí)也可用 45 中碳

29、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，保證活塞銷在沖擊載 荷的作用下沒有金屬剝落和金屬層之間的分離現(xiàn)象。為保證活塞銷表面硬并且耐磨，對(duì)其表面進(jìn)行熱處理。對(duì)于低碳鋼材料的活塞銷表面要 進(jìn)行滲碳和淬火。 對(duì)于 45 鋼的活塞銷則是進(jìn)行表面淬火， 注意淬火時(shí)不能將活塞銷淬透， 否則活塞銷變脆。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

30、。3）采用適當(dāng)?shù)幕鹆Π陡叨取?）頂部?jī)?nèi)側(cè)噴油冷卻。頂部設(shè)油腔冷卻。8-8 活塞銷座的工作條件如何？解決活塞銷和活塞銷座變形不協(xié)調(diào)的措施有哪些？答：工作條件： 活塞銷座承受周期變化的氣體作用力和活塞銷座以上部分的往復(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，活塞銷在活塞銷座中由于連 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，很難在銷與銷孔 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) 在活塞銷座與頂部連接處設(shè)置加強(qiáng)肋，增加活塞銷座的剛度。2 ) 將銷孔內(nèi)緣加工成圓角或者倒棱，或?qū)⒒钊N座內(nèi)側(cè)上部加工出一個(gè)彈性凹槽， 可以減輕活塞銷座的棱緣負(fù)荷；將銷孔中心相對(duì)活塞

31、銷座外圓向下偏心3 4 mm，將活塞銷座的厚度上面比下面大些，以加強(qiáng)活塞銷座承壓強(qiáng)度；)將活塞銷座間距縮小，以減小活塞銷的彎曲；)鑄鋁活塞的銷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)銷軸方向變形大， 請(qǐng)問原因是什么？一般采用什么措施來進(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，使活塞頂在活塞銷的跨度內(nèi)發(fā) 生彎曲，使整個(gè)活塞在活塞銷座方向上的尺寸變大；由于溫度升高引起熱膨脹，其中活塞銷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

32、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，銷座采用恒范鋼片，裙部加鋼筒等方法來達(dá) 到。第九章：內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)1 內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承的過盈量有幾種表示方法？各是什么？答：軸承的過盈量主要通過 3 種表示方法：自由彈勢(shì) 軸瓦在自由狀態(tài)下的開口直徑為 +，一般為 =( ) mm。半圓周過盈量 h (mm)式中，為軸瓦內(nèi)孔直徑( mm)， =-; 為應(yīng)力系數(shù)( N/ ) ; 為最小預(yù)加壓縮應(yīng)力( N/)。3) 余面高度 u (mm)在試驗(yàn)壓力 (N) 作用下，試驗(yàn)壓縮量 v(mm)為則 = =式中，為當(dāng)量壁厚 (mm)，=() +, 為減摩層厚度，為減

33、摩層折算系數(shù)；為寬度(mm)。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：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。順應(yīng)性。軸承副有幾何形狀偏差和變形時(shí)具有克服邊緣負(fù)荷從而使負(fù)荷均勻的能力。嵌藏性。具有以微量塑性變形吸收混在機(jī)油中的外來異物顆粒(金屬磨屑，灰塵等 )的能力。3 計(jì)算軸心軌跡有什么用處？答：計(jì)算軸心軌跡的意義：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()及其延續(xù)時(shí)間(下圖 A 區(qū))。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)間不宜過長(zhǎng)。幫助分析軸承損壞原因， 改進(jìn)設(shè)計(jì)

34、。 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。4 滑動(dòng)軸承上一般要開設(shè)油槽， 請(qǐng)問曲軸主軸頸的油槽開在哪里？連桿軸頸的油槽開在哪 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

35、軸承寬度的三次方成正比，這里可以簡(jiǎn)單的用來代表軸承的承載能力。所以當(dāng)軸承面積相同時(shí)，開油槽軸承的承載能力為 , 僅為 無油槽軸承的。所以，主軸承要在上軸瓦開槽，連桿軸承應(yīng)在下軸瓦開槽，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)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；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的結(jié)構(gòu)。汽缸之間加隔板，以提高機(jī)體橫向剛度。降低上下曲軸箱的剖分面。采用全支撐曲

36、軸。剖分面處采用梯形框架。采用下主軸承蓋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)。機(jī)體表面布置加強(qiáng)肋。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；有足夠的剛度和強(qiáng)度，工作變形小，保證密封。合理布置燃燒室、氣門、氣道，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。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。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

37、套的布置。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s。一般車用發(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。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；內(nèi)因 缸套本身存在微觀小孔、裂紋和溝槽等局部缺陷。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；減小缸套的振動(dòng)減小活塞配合間隙減小活塞換向敲擊力提高缸套剛度(含支撐)。抑制氣泡的形成提高缸套本身的抗穴蝕能力合理的選擇材料：機(jī)械強(qiáng)度、表面硬度要好。金相組織要合理。合理選擇熱處理工藝，不改變金相組織。適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚罕砻驽冦t、鎘；表面涂層(環(huán)氧樹脂) 。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