内燃机设计考试要点

第一章内燃机设计总论一、开发设计组成答：1、产品开发计划阶段；2、设计实施阶段；3、产品试制检验阶段；4、改进与处理阶段。二、三化要求答：1、产品系列化；2、零部件通用化；3、零件设计标准化。三、汽油机的优点答：1、空气利用率高，升功率高。2、零部件强度要求较低，制造成本低。3、低温起动性好，加速性好，工作柔和，噪声较小。4、升功率高，最高燃烧压力低，机构轻巧，比质量小。5、不冒黑烟，颗粒排放少。柴油机的优点：1、燃料经济性好。2、工作可靠，耐久性好。3、通过增压和扩缸，增加攻略。4、防火安全性好。5、CO和HC的排放比汽油机少。四、内燃机评定参数答：1、强化指标。平均有效压力Pme和活塞平均速度Vm的乘积。2、比质量m/Pe。单位：kg/kW。工作过程的强化程度和结构设计的完善程度。3、升功率kW/L。发动机工作的完善性。五、气缸直径D和汽缸数Z答：气缸直径改变之后，除估算功率、转矩外，活塞直径、气门直径、气门最大升程要重新确定，活塞环要重新选配，曲轴平衡要重新计算，要进行曲柄连杆机构动力计算和扭振计算，要进行压缩比验算、燃烧室设计、工作过程计算甚至重新设计凸轮型线等。六、行程S答：行程S改变后，在结构上要重新设计曲轴，要重新进行曲柄连杆机构动力计算、平衡计算、机体高度改变或者曲轴中心移动、压缩比验算与修正、工作过程计算O1,6720°5,23,4120°240°360°480°600°536241M0,1M1,2M1M2,3M3,4M2M3M4,5M4M5,6M5M6M6,71])sin1([)()sin1()sin(1cossinsinLrsinsinrsinLAOB)coscos()(21222122212llrxrllrAOOAAAx－连杆比＝有利用正弦定理，中，在第二章、曲柄连杆受理机构分析1、曲柄连杆中力的关系答：P33，图2-52、多缸机扭矩（动力计算），多缸机曲柄图。合成扭矩计算。第一主轴颈所受扭矩M0,1=0第二主轴颈所受扭矩M1,2=M1(α)第三主轴颈所受扭矩M2,3=M1,2+M1（α＋240）第四主轴颈所受扭矩M3,4=M2,3+M1（α＋480）第五主轴颈所受扭矩M4,5=M3,4+M1（α＋120）第六主轴颈所受扭矩M5,6=M4,5+M1（α＋600）第七主轴颈所受扭矩M6,7=M5,6+M1（α＋360）3、中心曲柄连杆机构的运动规律aaravvrvXXrrrx)2cos(cos)2sin2(sinx)]2cos1(41)cos1[()]2cos2121(21)cos1[(sin21)cos1[(sin211sin161sin81sin211)sin1(22226644222122＝＝度和加速度求两次导数得到活塞速对＝又第三章、内燃机的平衡一、平衡的定义答：内燃机在稳定的工况运转时，给支撑的作用力的大小和方向不随时间而变化。二、不平衡的危害答：引起车辆的振动，影响乘员的舒适性、驾驶的平顺性。固定式内燃机的振动，会缩短基础或建筑物的寿命。产生振动噪音、消耗能量、降低机器的总效率。引起紧固连接件的松动或过载、引起相关仪器和设备的异常损坏。三、静平衡和动平衡答：静平衡：旋转惯性力合力=0，质心在旋转轴上。动平衡：旋转惯性力合力=0，合力矩=0。四、平衡分析1、二冲程四缸机，点火顺序1-3-4-2，试分析旋转惯性力和力矩，第一阶、第二阶往复惯性力和力矩，如不平衡，请采取平衡措施。并指出Mj1max及出现时刻。答：解：点火间隔角为A==90°（1）作曲柄图和轴测图。（2）惯性力分析。显然，一阶和二阶往复惯性力之和都等于零，即FRjI=0，FRjII=0，静平衡。（3）惯性力分析。根据右手定则向第四拐中心取矩，得到在水平轴上的投影MjIx=aCcos18°26′。可以看出，在第一缸曲拐处于上止点前18°26′时，该机有最大一阶往复惯性力，即旋转惯性力矩（4）平衡措施。采用整体平衡方法，有2、四冲程三缸机，点火顺序1-3-2，试分析旋转惯性力和力矩，第一阶、第二阶往复惯性力和力矩，如不平衡，请采取平衡措施。并指出Mj1max及出现时刻。答：解：点火间隔角为A==240°（1）作曲柄图和轴测图三拐曲轴一、二阶曲柄图和轴测图（2）做惯性力矢量图一阶惯性力二阶惯性力得到????（3）做力矩图往复惯性力矩图旋转惯性力图旋转惯性力矩（4）采用用整体平衡法nkktaknkkkakkkkkaktkMMtMMtMMM101010)sin()sin()sin(nkktaktkMMM210)sin(第四章曲柄系统的扭转振动一、扭转振动的定义和现象答：定义：扭转振动是使曲轴各轴段间发生周期性相互扭转的振动，简称扭振。现象：发动机在某一转速下发生剧烈抖动，噪声增加，磨损增加，油耗增加，功率下降，严重时发生曲轴扭断。发动机偏离该转速时，上述现象消失。二、刚度换算公式P85三、单质量扭振系统的方程式作用在发动机上的单缸扭矩是周期函数，上述过程称为简谐分析，也叫做傅里叶变换。故对于四冲程发动机，扭矩的简谐分析表达式为四、单自由度系统的有阻尼振动分类1、外阻尼2、内阻尼3、假阻尼五、例题4-1重点。上次考的。六、改变曲轴的固有频率。目的：消除扭振带来的危害。1、提高曲柄刚度：增加主轴颈直径；减小曲柄长度；提高重叠度。2、减少转动惯量：采用空心曲柄；降低平衡块质量；降低带轮、飞轮质量。第五章配气机构设计一、时间断面的定义答：气门开启断面积与对应时间乘积的积分，即气门开启的通过断面积的“时间断面”，反应气门的通过能力，断面积越大，能力越大。二、设置缓冲段的必要性。答：1）由于气门间隙的存在，使得气门实际开启时刻迟于挺柱动作时刻2）由于弹簧预紧力的存在，使得机构在一开始要产生压缩弹性变形，等到弹性变形力克服了气门弹簧预紧力之后，气门才能开始运动3）由于缸内气压力的存在，尤其是排气门，气缸压力的作用与气门弹簧预紧力的作用相同，都是阻止气门开启，使气门迟开。上述原因的综合作用使得气门的实际开启时刻迟于理论开启时刻，若没有缓冲段，气门的初速度短时间内由零变得很大，有很强的冲击作用。同样，当气门落座时末速度很大，会对气门座产生强烈冲击，气门机构的磨损和噪声加剧。为了补偿气门间隙以及预紧力和气缸压力造成的弹性变形，要在实际工作段前后增设缓冲段，保证气门开启和落座时处于很小的速度。三、摇臂比的定义：i=l2/l1。L2是气门一侧摇臂的长度。L1是推杆侧摇臂的长度。四、例题5-1重点，上次考的。P134第六章曲轴飞轮组的设计一、工作条件和设计要求答：工作条件：周期变化的力、力矩共同作用，即受弯曲又受扭转，承受交变疲劳载荷，重点是弯曲载荷。曲轴的破坏80％是弯曲疲劳破坏。形状复杂，应力集中严重。轴径比压大，摩擦磨损严重。设计要求：有足够的耐疲劳强度，有足够的承压面积，轴颈表面要耐磨，尽量减少应力集中，刚度要好，变形小，否则恶化其它零件的工作条件。二、曲柄效直径D2和长度L2答：1、增加D2，减小L2的优点：L2一定时，D2增加，比压下降，耐磨性提高；D2增加时，弯曲刚度增加，扭转刚度增加；L2下降时，纵向尺寸下降，曲轴刚度提高。2、提高D2的限制：D2增加会导致离心力增加，转动惯量增加。受到连杆大头及剖分面形式的影响。第七章连杆组设计一、连杆组的组成答：连杆体（小头、杆身、连杆大头）、连杆盖、连杆螺旋、轴瓦组成。二、连杆长度l的校核答：1、连杆摆角角度最大时。连杆是否碰气缸套下沿；2、当活塞处于下止点时，曲轴平衡重是否碰活塞裙部。第八章活塞组设计一、工作条件和设计要求答：1、工作条件：高温-导致热负荷大；高压-冲击性的高机械负荷；高速滑动；突变的侧压力。2、设计要求：热强度好，导热性好，热膨胀系数小，减磨性好。形状合理，吸热少，散热好，强度刚度好，应力集中小，与缸套有最佳的配合间隙。密封性好，摩擦损失小。质量小。二、活塞高度答：活塞压缩高度：压缩高度包括三部分组成：活塞顶至第一道活塞环槽间之顶岸高度h1（亦称火力岸高度），活塞环带高度h2以及由活塞销中心到头部最末道环槽之间的上裙高度h3。1、顶岸高度h1：首先要保证当活塞位于上止点时，第一道活塞环位置必须落在水套的冷却水腔位置处，以保证活塞环散热良好，防止过热。非冷却活塞的h1值一般都取得稍大。顶岸高度h1可比非冷却活塞更小。2、活塞环带高度h2：由环之数量、环高、环槽肩高所决定。减少环的数量，显然可减小活塞与缸套间的摩擦功。压缩高度：活塞销中心到活塞顶的高度。三、活塞裙部的设计答：作用：引导活塞运动，并承受侧向力。防止裙部变形的方法：选择膨胀系数小的材料，进行反椭圆设计，采用绝热槽，销座采用恒范钢片，群部加钢桶等方法达到。热负荷严重的活塞环带也设计成椭圆，但与群部椭圆不同。四、气环的作用原理答：（一）密封原理：靠活塞环的初弹力形成第一密封面（P0=0.1~0.2MPa）；在环上面气压力PA作用下形成第二密封面；环背气压力PR作用下加强第一密封面；（二）导热作用：活塞的70％热量由活塞环传出，环的散热作用是在环的密封作用实现后才能完成的注意：分类：气环、油环作用：气环－密封、导热；油环－刮油、布油。第九章内燃机润滑轴承设计一、轴瓦表面几何形状答：回转双曲面轴瓦（轴向变厚度轴瓦）椭圆轴承（径向变厚度轴瓦）二、轴心轨迹的定义及因素答：轴颈在油膜压力、外负荷及角速度的周期变化中，其轴心所绘出的一条封闭曲线。因素：结构参数：轴的长颈比、间歇工作参数：负荷、转速润滑油的粘度。第十章机体与气缸盖的设计一、机体的设计要求答：在尽可能轻巧的前提下，尽量提高刚度，降低变形，振动噪声。提高刚度的途径主要有以下凡个方面;1)将汽缸体与上曲轴箱铸造成一个整体，形成一个刚度很好的空间梁板组成结构，除非是比较大型的内燃机才采用汽缸体与曲轴箱分开的结构。2)汽缸之间加隔板，以提高机体横向刚度。3)降低上下曲轴箱的剖分面。4)4)采用全支撑曲轴。5)剖分面处采用梯形框架。6)采用下主轴承盖与下曲轴箱一体的整体式，缸盖螺栓最好与主轴承盖布置在同一平面内7)机体表面布置加强肋。12033602403720AA或0rFM1M2ΣMrΣMr30o90°第十一章内燃机的润滑和冷却系统一、润滑系统的任务及设计要求答：主要任务：供应一定数量的机油之摩擦表面，并起冷却和清洁磨粒的作用增加活塞和活塞环的密封性。部分负担着受热零件的冷却和传力控制的任务。设计要求1、保证以一定的油压和一定的油量供应摩擦表面；2、能够自动滤清机油，保持机油的清洁；3、能够自动冷却机油，保持油温；4、消耗功率小，、油损失量小；5、无堵油，漏油的现象，工作可靠；维护、修理方便。二、冷却系统的设计要求答：1、内燃机在各种工况，气候下都能工作；2、本身消耗功率小；3、拆装维修方便；4、使用可靠，寿命长，成本低。作图题：作图处理，平衡振源。2.三拐曲轴（1－3－2，四冲程或二冲程)①作曲柄侧视图及轴侧图②图解法。对三个缸作离心力的矢量图是静平衡。对O点（最后0aF3cos30MMaFM2aFMr1rr2r1223rambrmMMrpprprmbarmrpp32rrram10Mrm10barmrpp1804720AaFrFrFrFrFr一拐中心）取矩，作力矩矢量图整体平衡方法1.四拐曲轴：四拐空间（二冲程发动机）曲轴离心力分析空间曲轴的离心力自然平衡，有不平衡的离心力矩四拐平面曲轴离心力分析离心惯性力的合力为零，离心惯性力矩也是零，曲轴本身承受有最大达的内弯矩，而且中间主轴承承受较大的离心负荷。