袁兆成 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)課件

內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)吉林大學(xué)汽車學(xué)院熱能與動(dòng)力專業(yè)袁兆成主講內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)第一章內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析第三章內(nèi)燃機(jī)的平衡第四章曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)第五章配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)第六章曲軸飛輪組設(shè)計(jì)第七章連桿組設(shè)計(jì)第八章活塞組設(shè)計(jì)第九章內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)第十章機(jī)體與缸蓋設(shè)計(jì)第十一章內(nèi)燃機(jī)冷卻與潤滑系設(shè)計(jì)第一章內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的一般流程第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)第四節(jié)內(nèi)燃機(jī)主要參數(shù)的選擇第五節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展第三節(jié)內(nèi)燃機(jī)的選型返回開始第一章內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的一般流程一、計(jì)劃階段

此階段由下述環(huán)節(jié)組成：1.

確定任務(wù)

—

主要是根據(jù)市場需要和法規(guī)需要

(進(jìn)行必要性、可行性論證)，這個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該是企業(yè)產(chǎn)品規(guī)劃中確定的，有長期規(guī)劃，也有短期規(guī)劃。

2.

組織設(shè)計(jì)組—根據(jù)任務(wù)挑選合適人選

人員結(jié)構(gòu)合理

技術(shù)結(jié)構(gòu)合理3.

調(diào)查研究—

a訪問市場和用戶，征求對產(chǎn)品的要求

b了解制造廠的工藝條件、設(shè)備能力以及配件供應(yīng)情況

c收集同類先進(jìn)產(chǎn)品的資料，考察同類產(chǎn)品

d確定參考樣機(jī)

4.確定基本性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式（概念設(shè)計(jì)階段）。主要是通過:同類型機(jī)型對比、熱力學(xué)計(jì)算、動(dòng)力學(xué)計(jì)算和整機(jī)一維模型仿真分析。5．?dāng)M訂設(shè)計(jì)任務(wù)書①說明產(chǎn)品的原因、用途、適用范圍等②說明內(nèi)燃機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如：a.型式（汽或柴）、氣門數(shù)、直立或臥式b.沖程數(shù)（4或2）、缸徑D、沖程Sc.冷卻方式（水或風(fēng)）d.汽缸排列方式（直列、V型）e.功率Ne、轉(zhuǎn)速n、扭矩Mf.燃油消耗率ge(克/千瓦.小時(shí))g.機(jī)油消耗率gm(克/千瓦.小時(shí))h.大修期、保用期、一般大修期是保用期的2倍i.重量和外型尺寸—與用途有關(guān)（大車、小車、固定）j.排污指標(biāo)（噪聲、廢氣）k.平均有效壓力pmel.活塞平均速度Cm③.主要結(jié)構(gòu)說明燃燒室、零部件（活塞連桿、曲軸飛輪、機(jī)體缸蓋、配氣機(jī)構(gòu)、供油潤滑、冷卻、起動(dòng)……）④.產(chǎn)品系列化和變型、強(qiáng)化的可能性二、設(shè)計(jì)實(shí)施階段

1.內(nèi)燃機(jī)總布置設(shè)計(jì)，確定主要零部件的允許運(yùn)動(dòng)尺寸、結(jié)構(gòu)方案、

三維實(shí)體造型和虛擬裝配、外形圖。

2.按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制零部件圖紙目錄。

3.部件三維圖細(xì)致設(shè)計(jì)、零部件工作圖、縱橫剖面圖。桑塔納1.6升轎車汽油機(jī)

Audi轎車汽油機(jī)平分式鑄鐵機(jī)體整體氣缸汽油機(jī)6110柴油機(jī)龍門式機(jī)體輕型柴油機(jī)圖1?8奔馳增壓汽油機(jī)采用雙軸平衡機(jī)構(gòu)的1.8L奧迪FSI發(fā)動(dòng)機(jī)橫剖面大眾V10TDI柴油機(jī)橫剖面三、檢驗(yàn)階段1.

試制多缸機(jī)樣機(jī)2.

多缸機(jī)試驗(yàn)（磨合、調(diào)整、性能試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、配套試驗(yàn)和擴(kuò)大用戶試驗(yàn)）3.

改進(jìn)與處理階段a.樣機(jī)鑒定.b.小批量生產(chǎn)4.

內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的“三化”a.

產(chǎn)品系列化：基本尺寸相同，不同的排列、缸數(shù)、增壓度，達(dá)到提高Peb.

零部件通用化：同一系列的主要零件能夠通用。c.

零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化：按照國標(biāo)、部標(biāo)或企標(biāo)設(shè)計(jì)“三化”可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少設(shè)計(jì)成本、組織專業(yè)化生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、便于使用、維修和配件供應(yīng)四、改進(jìn)與處理階段1．樣機(jī)鑒定與改進(jìn).在總結(jié)了單缸機(jī)試驗(yàn)

、多缸機(jī)試制、樣機(jī)性能試驗(yàn)和用戶配套實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，往往要進(jìn)行多方面的綜合改進(jìn)和進(jìn)一步的試驗(yàn)觀察，然后由企業(yè)或者地方主管部門組織新廠品鑒定。鑒定時(shí)設(shè)計(jì)和試制單位要提供下列文件：設(shè)計(jì)任務(wù)書內(nèi)燃機(jī)研發(fā)試制總結(jié)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性、排放特性、噪聲水平等性能試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)量成本盈虧分析零部件標(biāo)準(zhǔn)審查報(bào)告市場需求預(yù)測分析用戶使用報(bào)告……

單缸機(jī)試驗(yàn)2．小批量生產(chǎn)和擴(kuò)大用戶試驗(yàn)內(nèi)燃機(jī)是一個(gè)十分復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，涉及到水、油、氣的流動(dòng)與密封；工質(zhì)燃燒、做功與傳熱；機(jī)械傳動(dòng)等多個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，用戶的要求和使用工況變化非常大，因此必須經(jīng)過小批量生產(chǎn)和逐步擴(kuò)大用戶使用試驗(yàn)，經(jīng)過嚴(yán)密的設(shè)計(jì)完善和嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝調(diào)整，才能最終進(jìn)行正式商業(yè)化生產(chǎn)。本章開始

第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)一、動(dòng)力性指標(biāo)1.

功率Pe

式中Pme—平均有效壓力（MPa），Vm—活塞平均速度（m/s），Vh—?dú)飧着帕?L)，Z—?dú)飧讛?shù)，n–轉(zhuǎn)速（r/min），D—?dú)飧字睆剑╩m），τ—沖程數(shù)，四沖程τ=4，二沖程τ=2?？梢?，有效功率Pe受到上面各參數(shù)的影響。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)參數(shù)基本確定下來之后，影響有效功率的主要參數(shù)就是平均有效壓力。2.

轉(zhuǎn)速nn增加對提高Pe有利，但是轉(zhuǎn)速增加后：⑴慣性力，導(dǎo)致負(fù)荷增加，平衡、振動(dòng)問題突出，噪音增加；⑵.工作頻率增加——熱負(fù)荷增加；⑶.摩擦損失增加，導(dǎo)致ηm

下降、ge升高、磨損加劇，壽命縮短； ⑷.進(jìn)排氣系統(tǒng)阻力增加，使ηv

變??；內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速范圍1000轉(zhuǎn)/分以上為高速、300~1000轉(zhuǎn)/分為中速、300轉(zhuǎn)以下為低速。發(fā)電機(jī)組內(nèi)燃機(jī)受電網(wǎng)頻率和磁極對數(shù)的限制，轉(zhuǎn)速應(yīng)為

f–電網(wǎng)頻率（50Hz）,P—發(fā)電機(jī)磁極對數(shù)。3.

最大扭矩Memax及nMe扭矩適應(yīng)性系數(shù)轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)總適應(yīng)系數(shù)

μ=μmμn

隨用途而有不同的要求。

動(dòng)力裝置汽油機(jī)柴油機(jī)μmμnμμmμnμ汽車1.1～1.251.5～21.65～2.51.05～1.21.1～1.251.1～1.25工程機(jī)械1.2～1.451.6～21.9～2.91.15～1.41.6～21.85～2.8拖拉機(jī)1.2～1.31.6～21.9～2.61.15～1.251.6～21.85～2.5二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)1.燃油消耗率ge(克/千瓦小時(shí))降低ge的措施：提高ηi

和ηm車用汽油機(jī)260--400車用柴油機(jī)200—2602.機(jī)油消耗率gm(克/千瓦小時(shí))1.3—2.6克/千瓦小時(shí)三、耐久性、可靠性指標(biāo)可靠性—在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，具有持續(xù)工作，不會因?yàn)楣收隙绊懻＿\(yùn)轉(zhuǎn)的能力。耐久性—從開始使用起到大修期的時(shí)間。四、重量、尺寸、外形指標(biāo) 是評價(jià)設(shè)計(jì)的緊湊性和金屬利用程度的指標(biāo)。 比重量gw=G/Pe(kg/kw)； 體積功率Pv=Pe/V(kw/m3)

五、低公害指標(biāo) 1.

噪音內(nèi)燃機(jī)噪音分為：燃燒噪音、進(jìn)排氣噪音和機(jī)械噪音汽車分類噪聲限值dB(A)第一階段第二階段2002.10.1~2004.12.30期間生產(chǎn)的汽車2005.1.1以后生產(chǎn)的汽車M17774M2(GVM≤3.5t)，或N1(GVM≤3.5t)：GVM≤2t2t<GVM≤3.5t78797677M2(3.5t<GVM≤5t)，或M2(GVM>5t)：P<150kWP≥150kW82858083N1(3.5t<GVM≤12t)，或N1(GVM>12t)：P<75kW75kW≤P<150kWP≥150kW838688818384說明：M1，M2(GVM≤3.5t)和N1類汽車裝用直噴式柴油機(jī)時(shí)，其限值增加1dB(A)。對于越野汽車，其GVM>2t時(shí)：如果P<150kW，其限值增加1dB(A)；如果P≥150kW，其限值增加2dB(A)。M1類汽車，若其變速器前進(jìn)檔多于4個(gè)，P>150kW，P/GVM之比大于75kW/t，并且用第三檔測試時(shí)其尾端出線的速度大于61km/h，其限值增加1dB(A)2.

排污

CO—破壞人體的輸氧能力，麻痹呼吸器官HC—破壞呼吸系統(tǒng)

NOx—與水蒸氣混合，在肺部生成稀硝酸。歐Ⅰ、歐Ⅱ總質(zhì)量<2.5t≤6人歐洲Ⅰ號1995年底之前歐洲Ⅱ號1995年—2000年轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺排放測試g/km汽油柴油IDI+DI汽油柴油IDIDICO2.72(3.16)2.72(3.16)CO2.21.01.0HC+NOx0.97(1.13)0.97(1.13)HC+NOx0.50.70.9Particulate0.14(0.18)Particulate0.080.10蒸發(fā)量2.0g/T—

—蒸發(fā)量2.0g/T—

—?dú)WⅢ、歐Ⅳ總質(zhì)量<2.5t≤6人.歐洲Ⅲ號2000年—2005年歐洲Ⅳ號2005年底起施行轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺排放測試g/km汽油柴油汽油柴油CO2.30.64CO2.20.5HC+NOx0.56HC+NOx0.3HC0.2HC0.1NOx0.150.5NOx0.080.25PM—0.05PM0.025蒸發(fā)量2.0g/T—

—蒸發(fā)量2.0g/T—

—?dú)WⅤ、歐Ⅵ總質(zhì)量<2.5t≤6人.歐Ⅴ號2008年10月—2012年歐洲Ⅵ號2012年底起施行轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺排放測試g/km汽油柴油汽油柴油CO1.00.5CO1.00.5HC+NOx0.23HC+NOx0.17HC0.1HC0.1NOx0.060.18NOx0.060.08PM0.0050.005PM0.0050.005蒸發(fā)量2.0g/T—

—蒸發(fā)量2.0g/T—

—六、制造、使用、維護(hù)指標(biāo)1）高的動(dòng)力性能。功率、扭矩、使用轉(zhuǎn)速范圍，均適合于工作機(jī)械的需要。2)高的燃料經(jīng)濟(jì)性。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)還必須注意部分負(fù)荷和不穩(wěn)定工況下的經(jīng)濟(jì)性，還要求燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)盡可能寬，這在混合動(dòng)力中尤為重要。3)高的工作可靠性和足夠的使用壽命?，F(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)壽命指標(biāo)較先進(jìn)的大致為：汽車內(nèi)燃機(jī)40～80萬公里；拖拉機(jī)及農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)6000～10000小時(shí)；工程機(jī)械用內(nèi)燃機(jī)10000～28000小時(shí)。4）對于汽車用內(nèi)燃機(jī)，還要求盡量低的振動(dòng)和噪聲，也就是所說的NVH（Noise、VibrationandHarshness）性能。本章開始第三節(jié)內(nèi)燃機(jī)的選型

一、柴油機(jī)、汽油機(jī)或氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在廣泛使用的內(nèi)燃機(jī)主要是柴油機(jī)、汽油機(jī)和氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。在選擇內(nèi)燃機(jī)時(shí)首先碰到的問題就是選擇什么內(nèi)燃機(jī)。

從兩方面考慮內(nèi)燃機(jī)本身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)和市場需求。地區(qū)或國家對環(huán)境和能源應(yīng)用分布的要求。

柴油機(jī)：燃料經(jīng)濟(jì)性好；工作可靠性和耐久性好，因?yàn)闆]有點(diǎn)火系統(tǒng)；可以通過增壓、擴(kuò)缸來增加功率；防火安全性好，柴油揮發(fā)性差；CO和HC的排放比汽油機(jī)少。

汽油機(jī)：空氣利用率高，轉(zhuǎn)速高，因而升功率高?；推魇降倪^量空氣系數(shù)α較高，在1.1左右，電控噴射要求α=1；因?yàn)闆]有柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的精密偶件，制造成本低；低溫起動(dòng)性、加速性好，噪音低；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?。ㄒ话阒挥胁裼蜋C(jī)的一半重量）；不冒黑煙，顆粒排放少。目前來講，柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)就是汽油機(jī)的缺點(diǎn)，反之亦然。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)：氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)主要使用壓縮天然氣（CompressedNaturalGas—CNG）、液化天然氣（LiquifiedNaturalGas—LNG）、液化石油氣（LiquifiedPetrolGas—LPG）?？梢云?LPG、汽油/天然氣切換（Bi-fuel兩用燃料）或天然氣/柴油混合（DualFuel雙燃料），也可以單獨(dú)使用；辛烷值超過100，單獨(dú)使用時(shí)可以提高壓縮比以保證功率不損失；排放指標(biāo)比較低、不冒黑煙；一般情況下使用經(jīng)濟(jì)性較好，價(jià)格也比汽油便宜；可以節(jié)省石油資源；燃料供給采用多點(diǎn)電控噴射才能使混和氣比較均勻。一般，6噸以上用柴油機(jī)，3-6噸混用，3噸以下汽油機(jī)居多，燃?xì)鈩t有較寬的使用范圍。但是燃?xì)馄嚴(yán)m(xù)航里程短，大部分地區(qū)加氣站不如汽、柴油加油站分布廣泛，所以燃?xì)馄嚩嘤糜诔鞘泄卉嚒⒊鞘谐鲎廛?。二、沖程四沖程：使用可靠，工作柔和，耐磨，經(jīng)濟(jì)性好，指標(biāo)穩(wěn)定，生產(chǎn)、使用經(jīng)驗(yàn)豐富；二沖程：單位時(shí)間內(nèi)工作循環(huán)多一倍，實(shí)際功率輸出大50~70%，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，但經(jīng)濟(jì)性差。三、冷卻形式水冷：1.冷卻均勻效果好；

2.ηv

大，pe大；3.受外界影響小;4.噪音低.風(fēng)冷：1.散熱不好，熱負(fù)荷高，油嘴易堵，機(jī)油易變稀，磨損大；

2.可在沙漠等缺水地帶使用，無凍裂；3.噪音大，因?yàn)闊o水套吸音；4.

鑄造困難；5.

冷卻系結(jié)構(gòu)簡單，無漏水；6.

單體結(jié)構(gòu)，維修成本低。四、氣缸的布置主要由發(fā)動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境決定。單列：結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便。雙列：在增加功率，提高車廂面積有效利用要求下，趨向采用雙列，雙列有V型、錯(cuò)缸型（缸心線平行和缸心線不平行兩種）

臥式：可布置在底盤中部或后部，大幅度降低高度，改善面積利用率，開闊視野，提高了操縱性、機(jī)動(dòng)性。

本章開始第四節(jié)內(nèi)燃機(jī)主要參數(shù)的選擇一、平均有效壓力pme

Hu—燃料低熱值，γs–進(jìn)口狀態(tài)下空氣密度，l0—理論空氣量提高pme的途徑：1.

↑ηv,采用合理的進(jìn)氣系統(tǒng)，合理的配氣機(jī)構(gòu)（相位、型線、多氣門）2.

↑ηi,↑ε，↓傳熱損失（絕熱活塞、絕熱氣缸），加強(qiáng)燃燒室密封3.

↑ηm，減小配合間隙，選擇摩擦材料，提高工藝水平。柴油機(jī)還要注意燃油系統(tǒng)的調(diào)整，使α→1；采用增壓提高空氣密度。當(dāng)然，增壓會帶來：機(jī)械負(fù)荷增加→機(jī)械應(yīng)力增加熱負(fù)荷增加→熱應(yīng)力增加應(yīng)從結(jié)構(gòu)、冷卻、加工、材料等方面加以保證。二、活塞平均速度

Vm是表征發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的主要參數(shù)Vm↑可以使平均有效壓力Pe增加，但是Vm↑的副作用是：1．摩擦損失增加，導(dǎo)致熱負(fù)荷增加、機(jī)油承載能力下降、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命降低。2．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。3．進(jìn)排氣流速增加，導(dǎo)致進(jìn)氣阻力增加、充氣效率ηv下降。一般汽油機(jī)柴油機(jī)三、氣缸直徑和缸數(shù)氣缸直徑D加大，Pe以平方的速度增加。但是慣性力也增加明顯，導(dǎo)致振動(dòng)和機(jī)械負(fù)荷加劇。缸數(shù)Z增加，Pe線性提高，發(fā)動(dòng)機(jī)長度加大，平衡性改善。氣缸直徑改變之后，要做如下必要的工作：計(jì)算氣缸工作容積。計(jì)算標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的扭矩Me。利用表（1-2）估算最大扭矩Memax和對應(yīng)轉(zhuǎn)速。壓縮比驗(yàn)算和調(diào)整、燃燒室重新設(shè)計(jì)。工作過程計(jì)算。重新選配活塞組零件，計(jì)算活塞組質(zhì)量。確定是夠需要改變氣門直徑和氣門最大升程，是夠需要重新設(shè)計(jì)凸輪型線。重新曲軸平衡分析、重新設(shè)計(jì)曲軸的平衡塊及布置。進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算，計(jì)算活塞側(cè)向力、連桿力、切向力、徑向力和單缸扭矩，計(jì)算軸頸積累扭矩。連桿軸承表面壓力校核。曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算以確定是否要重新匹配減振措施。冷卻水流動(dòng)和散熱能力計(jì)算分析。四、行程S行程S增加，可以提高Pe，但活塞平均速度Cm提高，有磨損加速、壽命降低等問題。一般S的變化主要用于：1．調(diào)節(jié)整機(jī)排量2．調(diào)節(jié)耐久性—減小S,減小側(cè)向力，減輕磨損3．調(diào)節(jié)扭矩值要改變行程S，相應(yīng)在結(jié)構(gòu)上的必要改變和必要的計(jì)算包括：要重新設(shè)計(jì)曲軸，使曲軸的曲柄半徑r=S/2。要重新進(jìn)行壓縮比計(jì)算和調(diào)整。重新設(shè)計(jì)缸套長度。計(jì)算氣缸工作容積。計(jì)算標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的扭矩Me。利用表（1-2）估算最大扭矩Memax和對應(yīng)轉(zhuǎn)速。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?；钊骄俣群妥畲笏俣扔?jì)算，確定活塞與缸套的摩擦情況。曲柄半徑改變，連桿比λ變化，要確定連桿長度是否合適，最大連桿擺角時(shí)桿身是否與缸套下沿相碰，活塞下止點(diǎn)時(shí)曲軸平衡塊是否與活塞裙部相干涉。一般情況下，如果活塞行程加大，連桿長度也要加大。要改變機(jī)體高度或者將曲軸中心上下移動(dòng)。要進(jìn)行工作過程計(jì)算等。此時(shí)曲軸軸頸的重疊度肯定要發(fā)生改變，尤其在加大沖程情況下，一定要利用有限元方法驗(yàn)算曲軸的強(qiáng)度。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算分析，確定是否需要改變減震器結(jié)構(gòu)。本章開始第五節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展一、目前廣泛采用1．新結(jié)構(gòu)：新型燃燒室、多氣門、可變配氣相位、可變進(jìn)氣管長度、可變增壓器。2．新技術(shù)：增壓、汽油噴射、柴油機(jī)高壓噴射系統(tǒng)、預(yù)噴射技術(shù)、電控多點(diǎn)噴射、缸內(nèi)直噴汽油（GDI）、均質(zhì)混合壓燃技術(shù)3．新工藝：以鑄代鍛、壓力鑄造、表面處理技術(shù)…新材料：活塞環(huán)（塑料）、活塞（復(fù)合材料）、缸套、軸瓦、油底殼、進(jìn)氣管、齒輪…，主要目的是減輕質(zhì)量、減少磨損、隔振、隔音。

二、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法1．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制圖提高速度和質(zhì)量、便于 保存和修改處理

工程分析計(jì)算縮短設(shè)計(jì)周期、 降低設(shè)計(jì)成本、提高準(zhǔn)確性2．模擬計(jì)算與仿真設(shè)計(jì)：三維曲面設(shè)計(jì)、氣體液體流動(dòng)分析、 燃燒模擬、振動(dòng)分析、噪聲仿真…3．優(yōu)化設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化（以質(zhì)量最輕或應(yīng)力最小或變形最小或阻力最小等等為優(yōu)化目標(biāo)），多采用線性規(guī)劃法、復(fù)合形法、懲罰函數(shù)法等等

4．工程數(shù)據(jù)庫

5．可靠性設(shè)計(jì)方法xf(x)fy(xy)Fq(xq)Xy0Xq0本章開始第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析返回開始第一節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)(活塞的運(yùn)動(dòng)學(xué)）第二節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力第一節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)(活塞的運(yùn)動(dòng)學(xué))一、

簡述機(jī)構(gòu)的作用：活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 活塞上的力轉(zhuǎn)化為曲軸上的扭矩兩個(gè)假設(shè)：1.曲軸作勻速運(yùn)轉(zhuǎn);2.角速度ω為常數(shù)。二、

中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律活塞的位移表示為活塞的運(yùn)動(dòng)可以用三角函數(shù)組成的復(fù)諧函數(shù)表示，既活塞的運(yùn)動(dòng)是復(fù)諧運(yùn)動(dòng)。

對x求一階導(dǎo)和二階導(dǎo)，得四、

活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析與用途1．簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律一階諧量與曲軸速度同步二階諧量比曲軸速度快一倍

①活塞位移用于示功圖轉(zhuǎn)換氣門干涉校驗(yàn)動(dòng)力計(jì)算②活塞速度用于計(jì)算平均速度Vm()，判斷強(qiáng)化程度、計(jì)算功率計(jì)算最大速度Vmax（=1.625Vm）,評價(jià)氣缸的磨損程度。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)行動(dòng)力計(jì)算。本章開始第二節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力一、曲柄連桿機(jī)構(gòu)中力的傳遞和相互關(guān)系作用力分為：①氣壓力Fg②慣性力往(復(fù)慣性力Fj、旋轉(zhuǎn)慣性力Fr）③合成力F=Fj+Fg

一、曲柄連桿機(jī)構(gòu)中力的傳遞和相互關(guān)系上式說明，永遠(yuǎn)存在一個(gè)與輸出扭矩方向相反、大小相等的翻倒力矩。

二、氣壓力的作用效果氣壓力Fg和在機(jī)體內(nèi)部平衡掉，對外沒有自由力，只有扭矩輸出和翻倒力矩曲柄連桿機(jī)構(gòu)的所有零件，按照運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可分為三組。①

活塞組m’,包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷和卡環(huán)。②

曲軸組mka.

連桿軸頸及與連桿軸頸相重合的曲柄部分mk1b.

曲柄上連桿軸頸與主軸頸中間的部分mk2其當(dāng)量質(zhì)量③

連桿組根據(jù)質(zhì)量守恒和質(zhì)心守恒原理所以

關(guān)鍵是求出重心位置?，F(xiàn)在利用制圖軟件可以方便求出。

三、往復(fù)慣性力1．

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量換算換算原則：保持當(dāng)量系統(tǒng)與原機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等效。

2．

曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的慣性力慣性力與運(yùn)動(dòng)質(zhì)量有關(guān)，該機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量有往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量

往復(fù)慣性力

往復(fù)慣性力的性質(zhì)：a.

Fj與a的變化規(guī)律相同，兩者相差一個(gè)常數(shù)mj，方向相反。b.

可以用旋轉(zhuǎn)矢量法確定FjⅠ和FjⅡ的大小、方向，用來判斷往復(fù)慣性力作用性質(zhì)。c.FjⅠ和FjⅡ

始終沿著氣缸軸線作用。d.

往復(fù)慣性力總是存在。所以由Fj產(chǎn)生的單缸扭矩、翻倒力矩和自由力總是存在。但是曲軸一轉(zhuǎn)內(nèi)，翻轉(zhuǎn)力矩之和、自由力矩之和為零。

旋轉(zhuǎn)慣性力Fr四、往復(fù)慣性力和氣壓力作用的差別

氣壓力Fg是做功的動(dòng)力，產(chǎn)生輸出扭矩。氣壓力Fg在機(jī)體內(nèi)部平衡，沒有自由力。Fj沒有平衡，有自由力產(chǎn)生，是發(fā)動(dòng)機(jī)縱向振動(dòng)的根源。Fjmax<FgmaxFj所占區(qū)域長，總是存在，正負(fù)面積相等；Fg呈脈沖性。

五、曲柄連桿機(jī)構(gòu)中力的計(jì)算（動(dòng)力計(jì)算）

合成力

F=Fj+Fg側(cè)向力

FN＝F·tgβ

連桿力

切向力徑向力

單缸扭矩

翻倒力矩

六、多缸機(jī)扭矩（動(dòng)力計(jì)算）

以六缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)（1－5－3－6－2－4）為例：

如果第一缸的扭矩為M1(α)，則第二缸的扭矩為M2＝M1(α+240)，M3＝M1（α＋480），…….

第一主軸頸所受扭矩M0,1=0第二主軸頸所受扭矩M1,2=M1(α)第三主軸頸所受扭矩M2,3=M1,2+M1（α＋240）第四主軸頸所受扭矩M3,4=M2,3+M1（α＋480）第五主軸頸所受扭矩M4,5=M3,4+M1（α＋120）第六主軸頸所受扭矩M5,6=M4,5+M1（α＋600）第七主軸頸所受扭矩M6,7=M5,6+M1（α＋360） =

5，21，63，42.連桿軸頸扭矩根據(jù)扭矩向后傳遞的原則，Mgi應(yīng)該是前一個(gè)主軸頸上的積累扭矩Mzi與作用在本曲柄銷上的切向力所引起單缸扭矩的一半。

3.平均扭矩?fù)?jù)此可以計(jì)算指示功率、有效扭矩等動(dòng)力指標(biāo)。

4.輸出扭矩的均勻性一般以標(biāo)定工況評價(jià)扭矩不均勻系數(shù)

增加氣缸數(shù)、點(diǎn)火均勻、組件分組、增加飛輪慣量等均可減小扭矩不均勻性。

七、發(fā)動(dòng)機(jī)對支承的作用力

bW

Q2Q1八、曲軸軸頸和軸承的負(fù)荷

1．連桿軸頸的負(fù)荷Pq取坐標(biāo)系固定于連桿軸頸上，有合力大小和方向角為2．連桿軸承的負(fù)荷Fp取坐標(biāo)系固定于連桿上，根據(jù)Fp與Fq互為反作用力的關(guān)系：Fp=Fq3．主軸頸的負(fù)荷多支承曲軸主軸頸負(fù)荷不能精確確定，因此假設(shè)：任何時(shí)刻主軸頸上的負(fù)荷只決定于此軸頸左右相鄰曲軸上的作用力。將靜不定多跨曲軸按單跨梁計(jì)算。4．主軸承負(fù)荷Fc=-Fz本章開始第三章內(nèi)燃機(jī)的平衡第二節(jié)旋轉(zhuǎn)慣性力的分析第三節(jié)單列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析第四節(jié)雙列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的分析第一節(jié)平衡的基本概念返回開始第三章內(nèi)燃機(jī)的平衡第一節(jié)平衡的基本概念一、平衡的定義當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在穩(wěn)定工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)如果傳給支承的作用力的大小和方向均不隨時(shí)間而變化，則我們就稱此內(nèi)燃機(jī)是平衡的。實(shí)際上這種情況不存在。二、內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)的原因工作過程的周期性：發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩是周期性變化的。機(jī)件運(yùn)動(dòng)的周期性：旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力是周期性變化的。三、不平衡的危害引起車輛的振動(dòng)，影響乘員的舒適性、駕駛的平順性。固定式內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)，會縮短基礎(chǔ)或建筑物的壽命。產(chǎn)生振動(dòng)噪音、消耗能量、降低機(jī)器的總效率。引起緊固連接件的松動(dòng)或過載、引起相關(guān)儀器和設(shè)備的異常損壞。四、研究平衡的目的和采用的方法通過內(nèi)燃機(jī)平衡性的分析，為分析和選型提供依據(jù)。尋求改善平衡性的措施，這些措施一般包括：采用適當(dāng)?shù)臍飧讛?shù)、氣缸排列和曲拐布置；加適當(dāng)?shù)钠胶庵?；用適當(dāng)?shù)钠胶鈾C(jī)構(gòu)。

方法主要包括：1．解析法任取一個(gè)坐標(biāo)系，求各力和力矩在該坐標(biāo)系中的投影之和。若∑F＝0，∑M＝0，則該力系是平衡的，反之不平衡。2．圖解法作力和力矩多邊形，如多邊形封閉則力系是平衡，反之不平衡。本章開始第二節(jié)旋轉(zhuǎn)慣性力的分析旋轉(zhuǎn)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)慣性力、靜平衡和動(dòng)平衡質(zhì)心在旋轉(zhuǎn)軸上動(dòng)平衡靜平衡二、旋轉(zhuǎn)慣性力平衡分析

為使動(dòng)平衡：1.單拐曲軸2.三拐曲軸（1－3－2，四沖程或二沖程)①作曲柄側(cè)視圖及軸側(cè)圖②圖解法對三個(gè)缸作離心力的矢量圖是靜平衡對O點(diǎn)（最后一拐中心）取矩，作力矩矢量圖整體平衡方法3.四拐曲軸四拐空間（二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)）曲軸離心力分析空間曲軸的離心力自然平衡，有不平衡的離心力矩四拐平面曲軸離心力分析

離心慣性力的合力為零，離心慣性力矩也是零曲軸本身承受有最大達(dá)負(fù)荷的內(nèi)彎矩，而且中間主軸承承受較大的離心

常見的有如圖所示的四塊平衡重方案，以減輕內(nèi)彎矩和軸承負(fù)荷FrFrFrFr五缸機(jī)（曲軸）旋轉(zhuǎn)慣性力分析（1-2-4-5-3）四沖程5曲拐布置圖四沖程5曲拐軸測圖12435四沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力分析—圖解法曲柄側(cè)視圖四沖程5拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力多邊形四沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力矩分析四沖程5拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力矩多邊形利用矢量投影求和的代數(shù)方法，求離心力矩的大小和方向假設(shè)缸心距為a，對第五缸中心取矩各矢量在x軸的投影和為各矢量在y軸的投影和為合力矩為合力矩的方向與y軸的夾角為平衡塊質(zhì)徑積為4.六拐曲軸六拐曲軸的平衡性很好，但是也存在內(nèi)彎矩和軸承負(fù)荷問題。因此六拐曲軸也要合理布置平衡重。方案有如圖所示幾種。本章開始第三節(jié)單列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析幾個(gè)基本概念2．往復(fù)慣性力始終沿氣缸軸線作用，大小和方向按簡諧規(guī)律變化，力矩總是作用在氣缸中心線與曲軸中心線組成的平面內(nèi)。都是不平衡的自由力，如果不采取平衡措施，就會傳到支承上，引起縱向振動(dòng)。1.往復(fù)慣性力可以用旋轉(zhuǎn)矢量表示為3．單缸機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析都沒有平衡，需要采取平衡措施。1.雙軸平衡法對于一階慣性力，用兩根平衡軸四個(gè)平衡重(或兩個(gè))對于二階往復(fù)慣性力采用類似方法平衡關(guān)系為：2.過量平衡法（0<ε<1）從中消去α得到當(dāng)過量平衡率ε=0.5時(shí)，合力矢量變成一個(gè)常數(shù)的圓，方向與曲柄半徑方向相反?，F(xiàn)在高速小型發(fā)動(dòng)機(jī)的過量平衡率有取較小值（ε=0.15~0.2）的趨勢2.單軸平衡法要求e1、e2盡可能小，以保證附加力矩M盡可能小。當(dāng)平衡軸與曲軸水平對齊時(shí)，仍然存在不平衡力矩。單軸平衡法多缸機(jī)往復(fù)慣性力平衡分析12121212a曲柄側(cè)視圖曲軸布置圖一階曲柄圖二階曲柄圖單列式兩缸機(jī)（發(fā)火順序1－2－1，四沖程是不均勻發(fā)火）圖解法λC

λC整體平衡法雙軸平衡法更好的曲軸布置應(yīng)該是360度曲拐夾角。此時(shí)發(fā)火均勻，可采用雙軸機(jī)構(gòu)平衡，也可以采用平衡活塞的方法平衡。如右圖所示單列式三缸機(jī)（1－3－2）作曲柄圖和軸側(cè)圖作慣性力矢量圖三拐曲軸一、二階曲柄圖和軸側(cè)圖一階慣性力二階慣性力得到FRjⅠ=0FRjⅡ=012312330O作力矩圖MjⅠmax=出現(xiàn)在一缸上止點(diǎn)后30○。求整體平衡法平衡重質(zhì)徑積，平衡重布置如前圖30Obmprpmpmpmprp

三缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩單軸平衡機(jī)構(gòu)三缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩雙軸平衡機(jī)構(gòu)單列四沖程四缸機(jī)（1－3－4－2）作曲柄圖和軸側(cè)圖141234

23一階曲柄圖二階曲柄圖慣性力分析2aC3aCaC單列二沖程四缸機(jī)（1－3－4－2）

作曲柄圖和軸側(cè)圖出現(xiàn)在上止點(diǎn)前整體平衡方法：得到FRjⅠ=0FRjⅡ=0單列四沖程五缸機(jī)（1—2—4—5—3）發(fā)火間隔角作曲柄圖和軸測圖可以看出：一階慣性力和二階慣性力的合力都是零，是平衡的。四沖程五缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩分析一階力矩各矢量在x軸的投影和為各矢量在y軸的投影和為合力矩為一階合力矩的方向與y軸的夾角為與水平軸的夾角為54°向水平軸投影得到此時(shí)的實(shí)際一階往復(fù)慣性力矩為二階往復(fù)慣性力矩分析二階往復(fù)慣性力矩的合力矩幅值為與水平軸的夾角為18°向水平軸投影得到此時(shí)的實(shí)際一階往復(fù)慣性力矩為即使考慮到連桿比λ（λ≈1/3），二階往復(fù)慣性力矩的值也比較大，大于一階往復(fù)慣性力矩的幅值。設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用雙軸機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡。二階往復(fù)慣性力矩分析與平衡措施平衡軸的質(zhì)徑積為平衡軸上的平衡塊兩兩相反，對稱布置單列四沖程六缸機(jī)（1－5－3－6－2－4）慣性力分析：慣性力矩分析：相當(dāng)于兩個(gè)三拐曲軸對稱安置，在自身已經(jīng)達(dá)到靜平衡和動(dòng)平衡性的曲軸上添加平衡重，目的是減輕軸承負(fù)荷和減小曲軸的內(nèi)彎矩。5，21，63，4本章開始第四節(jié)雙列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的分析

一、V型兩缸機(jī)平衡分析1.離心慣性力的分析與單拐曲軸平衡方法一樣2.一階往復(fù)慣性力的平衡分析合力為：合力的方向?yàn)椋旱亩它c(diǎn)軌跡是一個(gè)橢圓γ<90o時(shí)C(1+cosγ)為長半軸γ>90o時(shí)C(1-cosγ)為長半軸γ＝90o時(shí)是一個(gè)圓變成方向始終與曲柄重合的旋轉(zhuǎn)慣性力平衡措施，以γ<90O

為例取分力較小的分解方案旋轉(zhuǎn)矢量直接用平衡塊平衡旋轉(zhuǎn)分量的平衡方法與單缸機(jī)一樣OA=C(1-cosγ)AB=(OD-OA)cosα＝[C(1+cosγ)－C(1-cosγ)]cosα＝2Ccosγcosα平衡往復(fù)慣性力的質(zhì)徑積計(jì)算往復(fù)矢量用蘭氏機(jī)構(gòu)平衡當(dāng)γ＝90o時(shí)，F(xiàn)RjI＝CΦI=α與單缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡方法一樣，總質(zhì)徑積為：3.二階慣性力平衡性分析在坐標(biāo)軸上的投影為也是橢圓γ＝90O時(shí)變?yōu)樗椒较虻耐鶑?fù)慣性力，可以用蘭氏機(jī)構(gòu)平衡二、V型多缸機(jī)平衡性分析例：V型八缸機(jī)（V-8）平衡性分析（γ＝90○）

V型八缸機(jī)用空間曲軸的較多，分析一階往復(fù)慣性力和力矩先將其看成四臺V－2機(jī)，γ＝90O時(shí)，每臺V－2機(jī)的FjⅠ＝CΦⅠ=α四臺V-2機(jī)的RjⅠ構(gòu)成一個(gè)離心力系，按照與二行程四缸機(jī)一樣的分析方法：所以，在采用整體平衡法時(shí)有因?yàn)?，各拐原離心力所構(gòu)成的離心力矩為分析二階往復(fù)慣性力和力矩先看成兩臺空間曲軸的四缸機(jī)∵直列空間曲軸四缸機(jī)的二階往復(fù)慣性力和力矩都等于零∴兩臺四缸機(jī)的二階往復(fù)慣性力和力矩也都為零，即V－8機(jī)的二階往復(fù)慣性力和力矩都為零。本章開始第四章曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)第一節(jié)扭振的基本概念返回開始第二節(jié)扭振系統(tǒng)自由振動(dòng)計(jì)算第三節(jié)強(qiáng)迫振動(dòng)與共振第四節(jié)曲軸系統(tǒng)的激發(fā)力矩第五節(jié)曲軸系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)與共振第六節(jié)扭振的消減措施第七節(jié)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的現(xiàn)代測試分析方法第四章曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

第一節(jié)扭振的基本概念

扭振：使曲軸各軸段間發(fā)生周期性相互扭轉(zhuǎn)的振動(dòng)。現(xiàn)象：①發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)生劇烈抖動(dòng)，噪音增加，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。研究目的：通過計(jì)算找出臨界轉(zhuǎn)速、振幅、扭振應(yīng)力，決定是否采取減振措施，或避開臨界轉(zhuǎn)速。扭振當(dāng)量系統(tǒng)的組成：根據(jù)動(dòng)力學(xué)等效原則，將當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量布置在實(shí)際軸有集中質(zhì)量的地方；當(dāng)量軸段剛度與實(shí)際軸段剛度等效，但沒有質(zhì)量。本章開始第二節(jié)扭振系統(tǒng)自由振動(dòng)計(jì)算一、單自由度系統(tǒng)彈性力矩

慣性力矩此二階線性齊次方程的解為：二、三質(zhì)量扭振系統(tǒng)

I1I2I3C2C1a3a2a1單節(jié)點(diǎn)振型

a3a2a1雙節(jié)點(diǎn)振型

運(yùn)動(dòng)微分方程整理得到設(shè)通解此時(shí)應(yīng)為同步運(yùn)動(dòng)。代入方程得若有非零解，必須系數(shù)行列式為零展開對于求出的兩個(gè)正根設(shè)，可得到對應(yīng)，有第一主振型

a3a2a1單節(jié)點(diǎn)振型

a3a2a1雙節(jié)點(diǎn)振型

對應(yīng)，有第二主振型三、多質(zhì)量扭振系統(tǒng)I1I2I3C2C1Cn-1Cn-2In-2In-1In經(jīng)過整理得到用矩陣形式表示的自由振動(dòng)微分方程組：這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二階微分方程矩陣形式，可以很方便地用矩陣求解的方法解出固有頻率和振型。本章開始第三節(jié)強(qiáng)迫振動(dòng)與共振一、單自由度系統(tǒng)的有阻尼振動(dòng)阻尼力矩扭振方程令則扭振方程為其通解為為有阻尼振動(dòng)的角頻率。這是一個(gè)衰減振動(dòng)。(D<<1)

二、單自由度系統(tǒng)有阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)設(shè)強(qiáng)迫力矩為則上式的特解為代入振動(dòng)方程得：整理后特解又寫為：受迫振動(dòng)的頻率與強(qiáng)迫力矩頻率相同是衰減振動(dòng)與等幅振動(dòng)的疊加可以看出：當(dāng)時(shí)，振幅等于，因?yàn)镈《1，所以振幅急劇增加

共振時(shí)，振動(dòng)按固有頻率變化，初相角本章開始第四節(jié)曲軸系統(tǒng)的激發(fā)力矩一、作用在發(fā)動(dòng)機(jī)上的單缸扭矩是周期函數(shù)可以寫成上述過程稱為簡諧分析，也叫做傅里葉變換其中：故對于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，扭矩的簡諧分析表達(dá)式為二、多拐曲軸上第k階力矩諧量的相位關(guān)系多拐曲軸其他拐上的力矩諧量與第一拐的相同，只是在相位上依工作順序有所不同。設(shè)

則第i拐上的第k階力矩第i拐與第一拐上k階力矩（幅值）間的相位差為例：六缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)（1－5－3－6－2－4），求各階簡諧力矩的相位差，并做出相位圖。解：對于四沖程，第五拐上第k階力矩相位差第三拐上第k階力矩相位差第六拐上第k階力矩相位差第二拐上第k階力矩相位差第四拐上第k階力矩相位差取得到相位圖如下：1.當(dāng)諧量的階數(shù)為曲軸每一轉(zhuǎn)中發(fā)火次數(shù)的整數(shù)倍時(shí)，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。此時(shí)各諧量的相位與發(fā)火順序無關(guān)。各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。2.當(dāng)3.曲拐側(cè)視圖有q個(gè)不同方向的曲拐，則有個(gè)相位圖。

本章開始第五節(jié)曲軸系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)與共振一、臨界轉(zhuǎn)速曲軸與外界干擾力矩“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)計(jì)算和分析扭轉(zhuǎn)共振的三個(gè)條件：nk

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)；1/2≤k≤18，k值太大，一般只考慮前幾階固有頻率。很?。欢?、曲軸系統(tǒng)的共振計(jì)算假設(shè)：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（第k階）力矩對系統(tǒng)有能量輸入；共振時(shí)激振力矩所作的功，等于曲軸上的阻尼功。1.激發(fā)力矩所作的功第k階激發(fā)力矩在第i個(gè)拐上的激振功激發(fā)力矩角位移共振時(shí)激振功為：第k階激發(fā)力矩對多拐曲軸的激振功2.阻尼功第i拐上的阻尼功阻尼力矩角位移阻尼功多拐曲軸的阻尼功3.共振時(shí)的幅值共振時(shí)阻尼功等于激振功，激振頻率等于固有頻率所以得4.共振附加應(yīng)力第一個(gè)角振幅φ1是關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)該首先控制。一般φ1<0.3○。本章開始第六節(jié)扭振的消減措施一、使曲軸轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速，更要避開標(biāo)定轉(zhuǎn)速二、改變曲軸的固有頻率提高曲軸剛度C。①增加主軸頸直徑；②曲軸長度；③提高重疊度。2.減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量①

空心曲軸；②

降低平衡重質(zhì)量；③

降低皮帶輪、飛輪質(zhì)量。

三、提高軸系的阻尼：主要靠材料四、改變激振強(qiáng)度對次主諧量，可通過改變發(fā)火次序、氣缸夾角來達(dá)到五、減振裝置－減小振幅的輔助裝置1.阻尼式減振器增大機(jī)械摩擦、分子摩擦阻尼，吸收振動(dòng)能量，減少振幅。但消耗一部分有效能量。2.動(dòng)力減振器圖中小擺繞B點(diǎn)的回復(fù)力矩：小擺繞B點(diǎn)的慣性力矩小擺的運(yùn)動(dòng)微分方程為即當(dāng)振幅不大時(shí)，認(rèn)為所以其固有頻率3.復(fù)合式減振器本章開始第七節(jié)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的現(xiàn)代測試分析方法一、測試系統(tǒng)組成扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試分析系統(tǒng)由電磁轉(zhuǎn)速傳感器、測速齒盤、數(shù)據(jù)采集前端和數(shù)據(jù)記錄分析模塊組成。T1T2T3T4時(shí)間二、扭振測試分析原理

扭振測試基本原理利用FFT方法對時(shí)域信號進(jìn)行處理，得到頻率域上的信號。如果是第k階諧量引起的扭轉(zhuǎn)共振，則第k階扭轉(zhuǎn)角幅值最大臨界轉(zhuǎn)速nk與系統(tǒng)固有頻率ne(或者（Hz）)的關(guān)系為：

四缸汽油機(jī)扭振測試瀑布圖四缸汽油機(jī)扭振信號階次曲線圖四缸汽油機(jī)后端扭振測試結(jié)果本章開始雙質(zhì)量飛輪工作原理（扭轉(zhuǎn)減震器）第五章配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)返回開始第二節(jié)配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和凸輪型線設(shè)計(jì)第三節(jié)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)第四節(jié)凸輪軸及氣門驅(qū)動(dòng)件設(shè)計(jì)第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)型式及評價(jià)第五節(jié)可變配氣相位及其機(jī)構(gòu)（VVT）第五章配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)保證氣缸內(nèi)換氣良好，充氣系數(shù)高，換氣損失小，使發(fā)動(dòng)機(jī)有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)要求本身工作平穩(wěn)可靠，噪聲低第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)型式及評價(jià)DEFabγ一、型式無凸輪電磁氣門機(jī)構(gòu)無凸輪電液驅(qū)動(dòng)氣門機(jī)構(gòu)二、氣門的通過能力評價(jià)1.時(shí)間斷面2.平均通過斷面3.時(shí)間斷面豐滿系數(shù)主要用來比較同樣大小氣門，升程規(guī)律不同時(shí)的氣門通過能力4.比時(shí)間斷面F為活塞頂面積。主要用來對不同大小的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行充氣能力的比較5．凸輪型線豐滿系數(shù)三、氣門直徑與氣門最大升程的關(guān)系H/d=0.25時(shí)，氣門口與氣門座處的流通面積相等進(jìn)氣門的H/dvi=0.26~0.28排氣門的H/dve=0.3~0.35本章開始第二節(jié)配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和凸輪型線設(shè)計(jì)一、平底挺柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律速度三角形與△AOB相似又∵∴偏心距e等于挺柱的幾何速度設(shè)計(jì)時(shí)平底挺柱的底面半徑要大于emax，即大于由得二、凸輪外形與平底挺柱運(yùn)動(dòng)規(guī)律間的關(guān)系接觸點(diǎn)A沿挺柱表面的移動(dòng)速度為接觸點(diǎn)A沿凸輪軸表面的移動(dòng)速度為

所以凸輪各點(diǎn)的曲率半徑為應(yīng)大于3毫米三、滾子挺柱運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知滾子挺柱規(guī)律，求平底挺柱規(guī)律。已知平底挺柱規(guī)律，求滾子挺柱規(guī)律。四、凸輪的工作段和緩沖段設(shè)計(jì)1.緩沖段設(shè)計(jì)①設(shè)置緩沖段的必要性a.由于氣門間隙L0(mm)的存在，使得氣門實(shí)際開啟時(shí)刻晚于挺柱動(dòng)作時(shí)刻。b.由于彈簧預(yù)緊力P0(N)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)。c.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，使氣門晚開。上述原因使氣門實(shí)際開啟時(shí)刻晚于理論時(shí)刻，實(shí)際落座時(shí)刻早于理論時(shí)刻。造成開起沖擊大、落座速度高。機(jī)構(gòu)振動(dòng)、噪聲和磨損加劇。②緩沖段參數(shù)及基本類型H0：緩沖段高度。進(jìn)氣門開：進(jìn)氣門關(guān)：排氣門開：排氣門關(guān)：一般H0＝0.15~0.3mm。

V0：緩沖段速度，V0＝0.006~0.025mm/degΦ0：緩沖段包角，Φ0＝15○～40○典型緩沖段型線：a.等加速－等速型等加速段：

等速段：

b.余弦型VoHoΦoΦ01α2.凸輪工作段設(shè)計(jì)①高次方多項(xiàng)式凸輪型線邊界條件X=0時(shí)y=Hmax，給定冪指數(shù)p、q、r、s，列方程求解方程系數(shù)挺柱加速度挺柱升程挺柱速度緩沖段開始等速段等加速段優(yōu)缺點(diǎn)：負(fù)加速度小，正向慣性力小，桃尖的接觸應(yīng)力小。加速度曲線連續(xù)，沖擊小，有利于向高速發(fā)展。方程形式簡單?？捎糜诜菍ΨQ凸輪設(shè)計(jì)。負(fù)加速度曲線平緩，與氣門彈簧的適應(yīng)性不太好正加速度值大②低次方組合型線優(yōu)缺點(diǎn)：i．時(shí)間斷面大，設(shè)計(jì)上比較靈活；ii．三階以上導(dǎo)數(shù)不連續(xù)，平穩(wěn)性有影響；iii．只能用于對稱凸輪除起始點(diǎn)與緩沖段連續(xù)外，其他的邊界條件就是保證各段升程及三階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，最大升程Hmax是給定值。最大升程點(diǎn)對應(yīng)的挺柱速度為零，該處的加速度和第三階導(dǎo)數(shù)不作限制。本章開始第三節(jié)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)際氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律（夸大畫法）由于機(jī)構(gòu)的彈性變形，位于傳動(dòng)鏈末端的氣門運(yùn)動(dòng)與理想的運(yùn)動(dòng)有很大的畸變，嚴(yán)重時(shí)造成運(yùn)動(dòng)件飛脫、氣門反跳、噪聲增加和零部件加速損壞二、配氣機(jī)構(gòu)單質(zhì)量動(dòng)力學(xué)模型

配氣機(jī)構(gòu)單質(zhì)量動(dòng)力模型搖臂當(dāng)量質(zhì)量Mv—?dú)忾T組質(zhì)量，Mp—推桿質(zhì)量I—搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量系統(tǒng)中M所受力氣門彈簧力：機(jī)構(gòu)彈性力：C0(x-y)氣壓力：FgF0內(nèi)粘性阻尼力

運(yùn)動(dòng)微分方程初始條件的確定氣門實(shí)際開啟時(shí)刻是在消除氣門間隙和克服彈簧預(yù)緊力之后，即設(shè)中間變量

其中一般用龍格—庫塔方法求解微分方法組，可以計(jì)算出氣門的動(dòng)態(tài)位移、速度和加速度，還能夠計(jì)算機(jī)構(gòu)彈性變形、判斷飛脫、落座速度等。

凸輪型線的靜態(tài)評價(jià)

1、凸輪型線豐滿系數(shù)對于只有升程數(shù)據(jù)表的情況

2、最小曲率半徑平底挺柱凸輪表面的最小曲率半徑表示為滾子挺柱，凸輪表面曲率半徑可以是負(fù)值，也就是說可以使凹面凸輪。但是最小負(fù)曲率半徑要大于滾子直徑和砂輪半徑。3、K值ta--示在凸輪軸轉(zhuǎn)速為nc的時(shí)候，凸型線正加速度寬度所占的時(shí)間（s）；--為配氣機(jī)構(gòu)基頻（Hz）的自振周期(s)。--為凸輪型線上升段正加速度段寬度；--為配氣機(jī)構(gòu)一個(gè)自振周期對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角。

一般認(rèn)為，能夠使配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)的K值應(yīng)該滿足機(jī)構(gòu)自振頻率的計(jì)算和實(shí)測1、計(jì)算自振頻率在不考慮機(jī)構(gòu)阻尼和外力的情況下，配氣機(jī)構(gòu)單質(zhì)量模型的自由振動(dòng)方程為其通解為（Hz）（弧度/秒）2、實(shí)測自振頻率自振頻率的實(shí)測有兩種方法：（1）在氣門上安裝位移傳感器，在氣門與搖臂之間塞進(jìn)一個(gè)厚度不大的薄金屬片，例如螺絲刀的平面。轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸將氣門壓開一定的開度，然后突然撤去金屬片，將位移傳感器傳出的信號記錄下來，此時(shí)的位移信號應(yīng)該是一個(gè)周期衰減波形，假設(shè)此時(shí)的周期是T（s），則配氣機(jī)構(gòu)的自振頻率為（2）在進(jìn)行氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律測量時(shí)，通常都是在氣門上安裝有加速度傳感器，測量的信號就是氣門運(yùn)動(dòng)的加速度。在負(fù)加速度段，加速度信號是一個(gè)周期波動(dòng)的曲線。假設(shè)曲線的橫坐標(biāo)是時(shí)間t，則每兩個(gè)波峰或者波谷之間的距離就是振動(dòng)周期T，則對周期T取倒數(shù)，就可以得到自振頻率f。為避免大的測量誤差。在測量時(shí)需要多取幾個(gè)波峰或者波谷求平均值。三、凸輪型線動(dòng)力修正當(dāng)量挺柱升程

設(shè)計(jì)時(shí)先選定理想的氣門升程曲線，然后再求當(dāng)量挺柱升程。氣門升程y必須4階導(dǎo)數(shù)以上連續(xù)。如果氣門升程曲線是高次多項(xiàng)式，稱為多項(xiàng)動(dòng)力凸輪。本章開始第四節(jié)凸輪軸及氣門驅(qū)動(dòng)件設(shè)計(jì)一、凸輪軸基本結(jié)構(gòu)參數(shù)異缸同名凸輪夾角

φ＝A/2A—發(fā)火間隔角同缸異名凸輪夾角曲軸轉(zhuǎn)角/（°）氣門升程/mm當(dāng)凸輪挺柱的接觸點(diǎn)不在一條直線上，接觸點(diǎn)的位置相差γ角時(shí)，圖a凸輪與曲軸位置的確定壓縮上止點(diǎn)膨脹下止點(diǎn)排氣桃尖上止點(diǎn)進(jìn)氣桃尖進(jìn)氣下止點(diǎn)—φe1————φi1-—φe2—

———φi2——φΨ當(dāng)活塞位于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)排氣凸輪相對于挺柱中心線的夾角

這是確定凸輪軸與曲軸相對工作位置，即正時(shí)位置所必須掌握的

二、挺柱、推桿、搖臂和氣門的設(shè)計(jì)一般按照

1.挺柱對于平面挺柱：其材料與凸輪軸材料配對底平面最小半徑應(yīng)大于最大挺柱幾何速度當(dāng)缸徑比較時(shí)，凸輪升程也大，考慮結(jié)構(gòu)要緊湊，常采用滾子挺柱。例如油泵凸輪挺柱。2.推桿要求有足夠的剛度，重量要輕，不直度不超過0.1~0.2mm，為保證壓桿穩(wěn)定性應(yīng)采用空心鋼管型結(jié)構(gòu)。液壓挺柱吊杯式液壓挺柱球閥彈簧剛度要小于油道壓力停車回流防止結(jié)構(gòu)下置凸輪軸推桿挺柱式浮動(dòng)擺臂式SOHC樞軸搖臂式3.搖臂及其支承有足夠的抗彎剛度：搖臂采用T型斷面，搖臂軸采用空心軸。搖臂應(yīng)盡量避免懸臂安裝，與氣門接觸面要淬硬。注意加強(qiáng)支座剛度。4.氣門設(shè)計(jì)要求： 進(jìn)氣門：a.有足夠的進(jìn)氣流量，流動(dòng)阻力?。?/p>

b.重量輕；c.耐磨性好；

d.密封性好。 排氣門：a.有較低的溫度，耐熱性好；

b.耐磨性好；

c．密封性好。 氣門的主要尺寸：A.lv：取決于缸蓋和氣門彈簧的安裝高度B.d：受限于缸蓋上的空間尺寸βdv

C.氣門桿直徑dv大時(shí)，外表面積大，有利于傳熱。一般進(jìn)排氣門桿一樣D.氣門錐角γ

γ小，氣體流通斷面積大；γ大，自位作用好，大升程時(shí)氣體流動(dòng)阻力小。一般γ＝45°。增壓柴油機(jī)γ＝30°，因受力變形大。材料：進(jìn)氣門：（300～400○C）40Cr、35CrMo、38CrSi、42Mn2V排氣門：（500○C）4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo。氣門頭部背錐角β除影響氣門剛度外，還影響進(jìn)氣阻力。某項(xiàng)試驗(yàn)表明，當(dāng)β=20°時(shí)有最大的進(jìn)氣流量。βdv5.氣門彈簧彈簧剛度預(yù)緊力校核：B點(diǎn)，

基本尺寸彈簧剛度的校核有效圈數(shù)彈簧總?cè)?shù)彈簧剪切應(yīng)力轎車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧的工作應(yīng)力已超過800Mpa（800N/mm2），同時(shí)為保證發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠度，通常要求氣門彈簧的疲勞壽命≥2×107

次(安全行駛2×104km)頂置凸輪擺臂機(jī)構(gòu)的凸輪—?dú)忾T運(yùn)動(dòng)規(guī)律

6.氣門與活塞是否相碰的計(jì)算缸墊按壓緊后的計(jì)算曲柄連桿機(jī)構(gòu)的間隙均偏向一側(cè)，使活塞處于最高處。畫出活塞位移曲線按照其門的實(shí)際開閉時(shí)刻畫出氣門升程曲線。觀察兩條曲線是否相碰本章開始工況凸輪軸相位詳細(xì)內(nèi)容停機(jī),冷啟動(dòng),怠速最小重疊角重疊角最小改善燃燒穩(wěn)定性。在冷啟動(dòng)時(shí)，需求濃度較低。改善怠速穩(wěn)定性，降低怠速速度。改善燃油經(jīng)濟(jì)性。中、低負(fù)荷排氣相位完全提前，進(jìn)氣相位小幅提前提前進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻，而氣門重疊角仍保持較小負(fù)荷增加相應(yīng)增加氣門重疊角，增加“稀釋”效應(yīng)減小泵氣損失。降低進(jìn)氣真空。高負(fù)荷,

中、低轉(zhuǎn)速排氣相位滯后

進(jìn)氣相位提前提前進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻，提高充氣效率。提高中速段扭矩。廢氣稀釋量調(diào)節(jié)到最大。高負(fù)荷，高轉(zhuǎn)速排氣相位滯后，進(jìn)氣相位滯后

為提高充氣效率，推遲進(jìn)氣門晚關(guān)角。一、發(fā)動(dòng)機(jī)變工況對配氣相位的要求典型收益策略介紹固定相位可變定時(shí)功率/扭矩改善怠速排放燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)氣2位置小幅度調(diào)節(jié)(8to15cam°)1983-現(xiàn)在歐洲/亞洲TDCBDCIEDIXX進(jìn)氣連續(xù)可變大幅度調(diào)節(jié)(20to30cam°)1995ToyotaVVTiTDCBDCIEDIXXXX排氣連續(xù)可變大幅度調(diào)節(jié)(20to30cam°)1997FordZetecTDCBDCIEDEXXX進(jìn)排氣等相位調(diào)節(jié)[單凸輪]連續(xù)可變大幅度調(diào)節(jié)(20to30cam°)200XTDCIEDE

&

IXX進(jìn)排氣獨(dú)立相位調(diào)節(jié)連續(xù)可變大幅度調(diào)節(jié)(20to30cam°)1996BMWTDCDEDIIEXXXX應(yīng)用相位調(diào)節(jié)示意圖日產(chǎn)配氣相位應(yīng)用類型及優(yōu)點(diǎn)傳統(tǒng)螺旋槽式VVT結(jié)構(gòu)最小重疊角位置最大重疊角位置VVT-i工作原理圖可變配氣相位（張緊輪式）排氣凸輪軸進(jìn)氣凸輪軸功率調(diào)整調(diào)整功率時(shí)，鏈條下部短，上部長，進(jìn)氣門延遲關(guān)閉角加大。進(jìn)氣管內(nèi)氣流速高，氣缸充氣量足。因此高轉(zhuǎn)速時(shí)，功率大?？勺兣錃庀辔慌ぞ卣{(diào)整凸輪軸調(diào)整器向下拉長，于是鏈條上部變短，下部變長。因?yàn)榕艢馔馆嗇S被齒形帶固定了，此時(shí)排氣凸輪軸不能被轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)氣凸輪軸被轉(zhuǎn)一個(gè)角度，進(jìn)氣門延遲關(guān)閉角變小。在這個(gè)位置時(shí)，在中、低轉(zhuǎn)速，可獲得大扭矩輸出.可變配氣相位怠速怠速時(shí)，進(jìn)氣門提前開角度變小，進(jìn)排氣重疊角小，減小怠速抖動(dòng).功率調(diào)整轉(zhuǎn)速在3700rpm以上時(shí)，左側(cè)凸輪軸調(diào)整器向上，右側(cè)調(diào)整器向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門延遲關(guān)閉。扭矩調(diào)整轉(zhuǎn)速在1000rpm以上時(shí)，進(jìn)氣門提前關(guān)閉。左側(cè)凸輪軸調(diào)整器向下，右側(cè)調(diào)整器向上運(yùn)動(dòng)?？勺兣錃庀辔宦菪坌偷谝淮~片型第二代葉片型市場競爭性:?成本下降30%ˉ?更緊湊?重量下降40%?性能更佳-?轉(zhuǎn)子/定子用鋁壓鑄成型?錐形鎖銷?皮帶輪/鏈輪粉末冶金成形?鋼制零部件?齒輪傳遞負(fù)載市場競爭性:?成本下降20%ˉ?更緊湊?耐久性/穩(wěn)定性提高?轉(zhuǎn)子/定子粉末冶金成形?鏈輪/皮帶輪集成設(shè)計(jì)200020022005葉片液壓油液壓油密封條集成定子/鏈輪:強(qiáng)度增加成形更精細(xì)(更少的切削加工)翼板臂(與葉片):增加強(qiáng)度(撞擊)減小泄漏成形更精細(xì)(更少切削加工)轉(zhuǎn)子和定子間的軸承位于葉片的最小直徑處4個(gè)刮油封:減小泄漏成形更精細(xì)(減少切削加工)座孔在罩板上成形-·鎖銷:直形銷-·取消鎖銷襯套轉(zhuǎn)子上為直孔軸向定位-·封裝孔精細(xì)成形與凸輪軸的阻力扭矩負(fù)載不重合精細(xì)成形內(nèi)置回位彈簧內(nèi)部封裝特定應(yīng)用/可選經(jīng)成形加工的前罩板:強(qiáng)度增加(形狀)多特征集成-鎖銷座·彈簧座·定子螺栓凸臺·液壓油道·控制閥工作原理彈簧軸閥的運(yùn)動(dòng)方向閥芯-鋁制電樞-鋼制罩殼-鋁制板-鋼杯-不銹鋼支架-鋼（電鍍）繞線架-尼龍6/6HS內(nèi)置濾清器凸輪位置傳感器曲軸位置傳感器四通路PWM控制閥V2V1供油目標(biāo)輪控制動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊(PCM)0.00.20.40.60.81.0102030405060機(jī)油壓力(psi)時(shí)間(sec)提前滯后相位調(diào)整時(shí)間(50°曲軸轉(zhuǎn)角)

@90°C相位器位置控制閥進(jìn)氣排氣氣門重疊角關(guān)閉滯后提前最小50%中等*100%提前滯后最大*控制流量以保持位置系統(tǒng)液壓系統(tǒng)圖液壓系統(tǒng):通過發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油泵供油(一般通過機(jī)油泵后面的專用供油道供油)供到VCP的機(jī)油由四通（高流量）PWM電磁閥控制(一般在控制閥或者油路上裝有濾清器)通過控制轉(zhuǎn)子（凸輪軸）兩側(cè)的機(jī)油流量使其相對定子（凸輪驅(qū)動(dòng)）發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)通過液壓控制使轉(zhuǎn)子和定子鎖死，保持中間位置機(jī)油流量:排出機(jī)油量(ml/rad*shiftauthority)保持位置時(shí)流量(時(shí)間最長)=下表列出的泄漏量泄漏:液力供給系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念錐形設(shè)計(jì)減小間隙使銷鎖止時(shí)系統(tǒng)工作更安靜雙向液力驅(qū)動(dòng)(C1orC2)確保可靠鎖銷脫離僅需要6°倒角>0.05μ的摩擦力可以抵消扭矩作用在銷上的推力如果動(dòng)摩擦系數(shù)<0.05μ則會出現(xiàn)噪音

在油壓較低得情況下，動(dòng)態(tài)的壓力尖峰可能會引起鎖銷脫離

鎖銷工作原理圖C1面積=0.40cm23N/0.4cm2=0.75bar回油孔轉(zhuǎn)子上直徑3.0mm,皮帶輪上直徑2.2mm扭矩10Nm@26mm半徑=385N,給定tan(6°座孔倒角)=0.105,軸向分量=40N摩擦力摩擦系數(shù)為0.1μ時(shí)在銷與銷座處和銷與襯套處共產(chǎn)生40N的摩擦力彈簧力鎖止時(shí)2N脫離時(shí)3N

C2截面面積=0.63cm23N/0.63cm2=0.48bar二、部分可變機(jī)構(gòu)動(dòng)畫演示保時(shí)捷可變配氣機(jī)構(gòu)奧迪可變氣門升程機(jī)構(gòu)本章開始寶馬可變氣門升程機(jī)構(gòu)第六章曲軸飛輪組設(shè)計(jì)返回開始第一節(jié)曲軸的工作情況、材料選擇第二節(jié)曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三節(jié)曲軸的疲勞強(qiáng)度校核第四節(jié)提高曲軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施和工藝措施第五節(jié)飛輪的設(shè)計(jì)第六章曲軸飛輪組設(shè)計(jì)第一節(jié)曲軸的工作情況、材料選擇一、工作條件、設(shè)計(jì)要求工作條件：周期變化的力、力矩共同作用，即受彎曲又受扭轉(zhuǎn)，承受交變疲勞載荷，重點(diǎn)是彎曲載荷。曲軸的破壞80％是彎曲疲勞破壞。形狀復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重。軸徑比壓大，摩擦磨損嚴(yán)重。設(shè)計(jì)要求：有足夠的耐疲勞強(qiáng)度有足夠的承壓面積，軸頸表面要耐磨盡量減少應(yīng)力集中剛度要好，變形小，否則惡化其它零件的工作條件。二、材料要根據(jù)用途和強(qiáng)化程度，正確選用：中碳鋼（35＃，40＃，45＃），合金鋼，球墨鑄鐵圖6-1曲軸的應(yīng)力集中圖6-2曲軸的疲勞破壞形式a)彎曲疲勞破壞b)扭轉(zhuǎn)疲勞破壞本章開始第二節(jié)曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)長度－決定于缸心距L0、缸徑一、曲柄銷D2

和L2趨勢：D2，L2優(yōu)點(diǎn)：L2一定時(shí)，D2增加，比壓下降，耐磨性提高。D2增加，彎曲剛度增加，扭轉(zhuǎn)剛度增加。L2下降，縱向尺寸下降，剛度提高。從潤滑理論來講，希望

提高D2受到兩個(gè)限制：D2增加導(dǎo)致離心力增加，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加受到連桿大頭及剖分面形式影響，一般承壓面積，一般，汽油機(jī)偏下。二、主軸頸D1，L1從等剛度出發(fā)，D1＝D2；從等強(qiáng)度出發(fā)，D1<D2；實(shí)際結(jié)構(gòu)中，D1>D2原因：D1增加，可以提高曲軸剛度，增加了曲柄剛度，不增加離心力。②D1增加，可增加扭轉(zhuǎn)剛度，固有頻率，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I不多。③但是，D1增加，圓周速度，摩擦損失，油溫。一般三、曲柄整體式曲軸中最薄弱的環(huán)節(jié)。橫截面的抗彎模數(shù)為∵h(yuǎn)，圓角處應(yīng)力集中；多數(shù)采用橢圓形曲柄本章開始第三節(jié)曲軸的疲勞強(qiáng)度校核一、曲軸的損壞形式和強(qiáng)度計(jì)算方法主要是彎曲疲勞破壞（80％）和扭轉(zhuǎn)疲勞破壞?，F(xiàn)在絕大部分采用有限元方法，極少采用簡支梁法。二、疲勞強(qiáng)度校核曲軸圓角處和油孔處的應(yīng)力集中嚴(yán)重，是校核的重點(diǎn)曲柄受力及應(yīng)力分布示意圖f(x)

fy(xy)fq(xq)設(shè)計(jì)強(qiáng)度使用應(yīng)力應(yīng)力－強(qiáng)度干涉模型可靠度在應(yīng)力與強(qiáng)度概率曲線相交的區(qū)域面積，視為發(fā)生破壞的概率曲軸目前采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法：①建立目標(biāo)函數(shù)②確定約束條件③確定設(shè)計(jì)變量和設(shè)計(jì)參數(shù)④采用適當(dāng)?shù)乃惴ǎ◤?fù)合形法，懲罰函數(shù)法，單純形法），求解目標(biāo)函數(shù)。本章開始第四節(jié)提高曲軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施和工藝措施一、結(jié)構(gòu)措施加大曲軸軸頸的重疊度A（＝）。增加抗彎和抗扭剛度。2.加大軸頸附近的過渡圓角重疊度的無量綱形式：1／4橢圓法；分段圓弧法；沉割圓角法3.采用空心曲軸提高彎曲剛度，減小應(yīng)力集中，減輕曲軸重量4.開卸載槽采用沉割圓角的曲軸有卸載槽的曲軸結(jié)構(gòu)二、工藝措施1.圓角滾壓強(qiáng)化原理：表面產(chǎn)生剩余壓應(yīng)力，低消部分工作拉伸應(yīng)力，提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。鋼軸疲勞強(qiáng)度可提高30％，球鐵軸疲勞強(qiáng)度可提高30～60％。2.圓角淬火用熱處理的方法使金屬發(fā)生組織相變，如產(chǎn)生馬氏體相、貝氏體相，發(fā)生體積膨張而產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。曲軸疲勞強(qiáng)度可提高30～50％曲軸淬火殘余應(yīng)力仿真模擬考慮表面淬火的曲軸強(qiáng)度分析模型曲軸在表面淬火處理之后，表面材料發(fā)生了變化。為了真實(shí)模擬曲軸的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)該在曲軸有限元模型中考慮淬火硬化的過程和效果。利用仿真模擬的方法模擬曲軸高頻感應(yīng)加熱淬火過程，在曲軸表面形成殘余應(yīng)力，然后用帶有殘余應(yīng)力的曲軸有限元模型進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算分析。3.噴丸強(qiáng)化處理與滾壓強(qiáng)化的道理一樣，屬于冷作硬化變形，在金屬表面留下壓應(yīng)力，而且使表面硬度提高，從而提高曲軸的疲勞強(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)散鈉作用，使金屬體積增大，因而產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。曲軸疲勞強(qiáng)度可提高30％。本章開始第五節(jié)飛輪的設(shè)計(jì)一、飛輪的作用輸出扭矩大于阻力矩時(shí)，吸收多余的功，轉(zhuǎn)速略增。輸出扭矩小于阻力矩時(shí)，釋放儲存的能量，轉(zhuǎn)速略減。總之，作用就是調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速變化，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。扭矩不均勻系數(shù)曲軸角速度變化率曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)降低ω波動(dòng)的措施：增加氣缸數(shù)，發(fā)火均勻；增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I0，最有效的方法就是裝飛輪。二、飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量If的確定1.盈虧功△Eiμξ110~201.1~1.328~150.5~0.83~45~100.2~0.461.5~3.50.06~0.180.6~1.20.01~0.03120.2~0.40.005~0.01四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩不均勻系數(shù)和盈虧功系數(shù)如果式中E為一循環(huán)的有效功，則可根據(jù)盈虧功系數(shù)ξ算出盈虧功△E。ξ主要與缸數(shù)有關(guān)。2.飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定令則關(guān)鍵在于δ的選擇一般車輛用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電用內(nèi)燃機(jī)本章開始第七章連桿組設(shè)計(jì)返回開始第二節(jié)連桿螺栓的設(shè)計(jì)第三節(jié)提高螺栓疲