复习(内燃机设计)

第一章内燃机设计总论1、内燃机主要设计指标有哪些？动力性指标、经济性指标、紧凑性指标、可靠性与耐久性指标、适应性指标、运转性能指标、低公害指标。

2、内燃机的动力性指标有哪些？标定功率，标定转速，活塞平均速度，平均有效压力及扭矩3、经济性指标有哪些？生产成本,运转中的消耗,以及维修费用等，燃油消耗率作为主要指标。

4、内燃机设计工作中的“三化”？产品系列化，零部件通用化，零件设计标准化。

5、内燃机主要结构参数有哪些？内燃机的主要结构参数，是指决定内燃机总体尺寸的参数，这些参数为：活塞行程S与气缸直径D的比值S/D；曲柄半径R与连杆长度L的比值λ，λ=R/L；气缸中心距L0与气径直径D的比值L0/D；对于V型内燃机还包括气缸夹角γ。

6、活塞行程与气缸直径的比值活塞行程S与气缸直径D的比值S/D，是决定内燃机设计的基本条件，由此即可确定气缸直径D及活塞行程S这两个主要参数。

同一气缸容积的值，可以由不同的活塞行程与气缸直径组合而成。

要正确确定出活塞行程和气缸直径值，必须正确确定S/D值。

7、曲柄半径R与连杆长度L的比值λ曲柄半径R与连杆L的比值λ是决定内燃机连杆长度L的一个结构参数。

在确定参数λ之后，即可决定连杆长度的大小。

8、分析曲柄半径R与连杆长度L的比值λ对内燃机结构的影响对于单列式内燃机，λ值越大，连杆长度越短，D、S相同的条件下，内燃机的高度或宽度也越小，可是内燃机的外形尺寸减小，重量减轻。

同时，连杆缩短后，使连杆杆身具有较大的刚度和强度。

虽然由于λ加大，使往复运动质量的加速度和连杆摆角也加大，但因连杆重量减轻，往复惯性力与侧压力并没有什么增加。

所以在设计时，为了尽可能缩小内燃机的外形尺寸和减轻重量，一般尽可能选取较大的 值，以使连杆的长度尽量短一些。

9、连杆长度的缩短，受到什么条件的限制：（1）活塞在下止点时，裙部不应与平衡重相碰。

（2）活塞在上止点时，曲柄臂不应与气缸套下部相碰。

（3）连杆在气缸套内摆动时，连杆杆身不应与气缸套下部相碰。

10、气缸中心距Lo与气缸直径D的比值Lo/D Lo/D是决定内燃机长度的主要参数第二章内燃机曲柄连杆机构1、作用在曲柄连杆机构上的力运动质量产生的惯性力和作用在活塞上的气体力，这些力随着曲柄转角的不同而变化，在稳定情况下，曲柄每转二周为一个变化周期，实际上，内燃机的工况是不断变化的，因此作用在曲柄连杆机构上的力和力矩也是在不断变化的。

通常在动力学分析中，只计算标定工况下的作用力和力矩。

并认为曲柄是作等速旋转运动。

2、进行内燃机的动力学计算的步骤在进行动力学计算之前，必须根据实测的示功图或对工作过程的循环模拟计算来确定气体作用力的变化情况再根据运动学求出的各运动件的加速度，由此求出惯性力的变化情况，从而得到总的作用力及力矩，在此基础上，进一步分析这些力和力矩对内燃机平衡与振动的影响。

3、活塞、连杆的运动规律 当曲柄按等角速度ω旋转时，连杆本身的运动是由旋转运动和往复运动合成的平面复合运动。

在实际分析中，为使问题简化，一般将连杆为分别集中于连杆大头和小头的两个集中质量，认为它们分别作旋转与往复运动。

4、研究曲柄连杆机构运动学的主要任务 活塞在作往复运动时，其速度和加速度是变化的。

它的速度和加速度的数值及变化规律对曲柄连杆机构以及内燃机整体的工作有很大的影响，因此，研究曲柄连杆机构运动学的主要任务实际上就是研究活塞的运动规律。

5、连杆的角位移、角速度与角加速度的特殊值（最大或最小）及所在位置当α=0°或180°时，连杆角位移有最小值，即 0m i n =β当α=90°或270°时，连杆角位移有最大值当α=0°或180°时，连杆角速度有最大值当α=90°或270°时，连杆角速度为0，即0=∙β当α=90°或270°时，∙∙β有最大值当α=0°或180°时，∙∙β有最小值6、活塞的位移的特点 即曲柄转角α从0°到90°时活塞的位移值比曲柄转角α从90°到180°时活塞的位移值大，而且是λ值越大，其差值也越大。

7、活塞的位移曲线的作用 活塞的位移曲线可用来对p-v 示功图与p-α示功图两者之间进行转换；它与气门的运动曲线配合，还可用来检验活塞与气门之间发生干涉；在柴油机直接喷射燃烧室的设计中，喷油柱的位置与活塞上燃烧室的配合，也要用到活塞的位移曲线；此外二冲程内燃机排气口与扫气口位置的确定，与活塞位移变化也是密切相关的。

8、活塞速度组成的特点 活塞速度可以写成两个速度分量之和，即 αλϖαϖ2sin 2sin R R v +=因此，活塞速度可视为由αωsin 1R v =与αλω2sin 22R v =两部分简谐运动速度所组成。

9、活塞速度在特殊位置时的值 当α=0°或180°时，活塞速度等于零。

当α=90°或270°时，ωR v =，此时活塞速度等于曲柄销中心的圆周速度。

但是，这并不是活塞的最大速度。

10、活塞的速度α=0°~180°时，v 为正值；α=180°~360°时v 为负值；α=0°、180°、360°时，v =0（活塞正在改变运动方向）；α=90°、270°时，v R ω=，但并不是max v 。

活塞的速度在旋转一周中，时快时慢的变化着，它的平均速度可以表示为 30sn c m = (m/s)活塞平均速度c m 虽然只能粗略地估计活塞运动的快慢，但它是表征内燃机性能指标的重要参数之一。

11、活塞的最大速度 活塞速度最大时的曲柄转角max v α： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-=)811(41a r c c o s 2m i n λλαv 可见，1cos 0max v α，因此max cos v α小于90°或大于270°，即活塞速度的最大值出现在偏向上止点一边，大体上在上止点前后75°左右。

不同λ值时，有不同活塞速度的位置不同。

λ值越大，活塞速度最大值也越大，相应的曲柄转角max α便越小。

12、活塞的加速度 当λ≤1/4时，α在0°、360°有最大的正加速度值)1(2λω+R ；当α在180°时，有最大的负加速度值)1(2λω--R 。

当λ>1/4时，α在0°、360°有最大的正加速度值，其大小也为)1(2λω+R ；而α在α'、360°-α'两处有最大的负加速度值，此值为)811(2λω+-R ，而此时在处的加速度值仍为)1(2λω--R 。

13、沿活塞销中心线作往复运动的零件——活塞组的质量活塞组的质量p m 包括活塞、活塞环、活塞销以及装在这些零件上的其它附件的质量。

可以认为p m 集中在活塞销的轴线中心上，因为活塞销中心线是活塞组的传力点.\15、作复合平面运动的零件——连杆组的质量连杆组的质量包括连杆体、连杆小头衬套、连杆盖以及连杆螺栓等质量。

为了计算简便，一般认为连杆小头随活塞作往复运动，连杆大头随曲柄作旋转运动，而连杆杆身则作复合的平面运动（既有平面移动又有平面摆动），因此将连杆质量换算成集中于活塞销中心处作往复运动的质量1m 和集中于曲柄销处作旋转运动的质量2m ，由此来代替原来作复合运动的连杆的质量。

16、连杆组质量系统动力学的简化原则 （1）质量不变——所有简化后的质量总和应等于原连杆组总质量c m ，（2）系统的质心位置不变——所有简化后质量的质心应与连杆组原来的质心位置相重合。

如果简化为两个质量，则 012=-b m a m （3）系统对质心的转动惯量不变——所有简化后的质量对于连杆组质心的转动惯量之和应等于连杆原来的转动惯量c I 。

17、作用于曲柄连杆机构的力 曲柄连杆机构中，主要作用力有气体作用力，运动质量的惯性力及外界负荷对内燃机运动的反作用力。

18、连杆机构中主要零件的主要受力 曲柄连杆机构中主要零件的主要受力有：往复惯性力、旋转惯性力、气体作用力。

19、连杆机构的往复惯性力 连杆机构的往复惯性力在忽略了高次项之后，可以看作由一次往复惯性力P j1和P j2二次往复惯性力所组成。

第三章 内燃机的平衡1、静平衡和动平衡曲柄旋转质量系统，不但要求静平衡，也要求动平衡。

静平衡：质量系统旋转时离心合力等于零，即系统的质心（重心）位于旋转轴线上。

动平衡：质量系统旋转是，旋转惯性力合力等于零，而且合力矩r M 也等于零。

2、旋转惯性力及其平衡 单缸内燃机的总旋转惯性力，包括曲柄不平衡质量和连杆换算到大头处的质量所产生离心力之和。

2ωR m P r r -= 该离心力的作用线与曲柄重合，方向背离曲柄中心，因此，只需在曲柄的对方，装上平衡重，使其所产生的离心力与原有的总旋转惯性力大小相等、方向相反即可将其平衡。

4、单列式多缸内燃机的平衡的项目 旋转惯性力的合力；一次往复惯性力的合力；二次往复惯性力的合力；旋转惯性力的合力矩；一次往复惯性力的合力矩；二次往复惯性力的合力矩；8、四冲程四缸机的平衡情况1、旋转惯性力已得到平衡2、一次往复惯性力也已平衡。

3、二次往复惯性力的合力 ∑-=αλϖλ2c o s 42R m P j j I I 4、旋转惯性力矩 ∑=0r M旋转惯性力矩已平衡5、 一次往复惯性力矩已平衡6、二次往复惯性力矩已平衡 9、四冲程六缸机的平衡情况∑=0jI P ∑=0jII P ∑=0r P ∑=0r M ∑=0jI M ∑=0jII M第四章 活塞组的设计1、活塞组的工作条件 活塞组是工作强度最大的组件之一。

工作中承受的载荷：（1）承受很大的机械负荷；（2）承受很高的热负荷；（3）强烈的磨损。

2、活塞的基本结构 活塞头部 包括活塞顶，顶岸（火力岸）及活塞环带。

组成燃烧室，承受气体压力，接受高温气体的作用。

活塞裙部 环带以下的部分，起导向作用力。

活塞销座 位于裙部中央上方，销座中安装活塞销。

活塞通过销座将气体作用力及惯性力经由活塞传递给连杆。

3、活塞的主要尺寸 活塞高度H 活塞高度与顶岸高度、环带高度及裙部高度有关。

压缩高度H1 压缩高度决定了活塞销的位置，它与顶岸高度、环带设计及上裙高度有关。

顶岸高度h 顶岸高度确定了第一环的位置。

环带高度h 环带高度取决于活塞环数、环高及环岸高度。

4、活塞顶的厚度的确定 活塞顶的厚度δ是根据强度、刚度及散热条件来确定的。

由于δ值越大，顶部热应力也越大，因此在满足强度要求的条件下，尽量使δ值取得小些。

对于直径较小的活塞若能满足散热要求，一般也能满足强度要求。