内燃机设计习题

1.连杆的拉伸载荷是由什么造成的？计算连杆不同截面拉伸应力时，如何考虑？由往复惯性力造成。

连杆小头计算拉伸应力认为是均布的，杆身只需用最大拉伸力除以截面积，连杆大头盖上拉伸载荷引起应力认为是余弦分布。

2.连杆材料有哪些？45钢和中碳合金钢，珠光体铸铁3.计算连杆的最大拉伸应力选取什么工况？最高转速工况4.计算连杆的压缩载荷时选取什么工况？最大转矩5.影响连杆小头应力分布得主要结构参数是什么？固定角，小头与杆身的过渡圆角6.连杆大头盖的固定方式有几种？定位方式：止口定位，销套定位，锯齿定位，舌槽定位7.为什么有的连杆采用斜切口？斜切口的角度对安装、结构尺寸有什么影响？为了安装维修方便，连杆能从气缸抽出，连杆宽度不能大于缸径。

增大连接螺栓之间距离，需要有定位元件。

8.连杆螺栓预紧力与气压力是什么关系？与往复惯性力是什么关系？连杆预紧力与气压力没有直接关系，保证连接可靠，一般是往复惯性力的6-7倍9.提高连杆螺栓疲劳强度的措施有哪些？减小螺栓应力幅：降低螺栓刚度和提高连杆大头刚度，减小螺栓应力集中，加大过渡圆角，螺纹倒角，改善各牙的受力状况10.连杆螺栓应该采用什么方法防止松动？螺纹加工精确而且合理拧紧，没有特别分防松装置。

1.曲轴的主要材料有哪些？各应用在哪类情况？碳素钢和合金钢，球墨铸铁。

强化程度不太高的中高速内燃机上用中碳钢；强化程度高的中、高速机车柴油机和航空发动机用优质合金钢。

球墨铸铁用在强化程度不高的中低速发动机上。

2.曲轴的连杆轴颈不变，增大主轴颈D1，有何优点？缺点是什么？加粗主轴径可以提高刚度，不增加曲轴转动惯量，提高自振频率，减少扭振危害，增加曲轴轴径重叠度。

加粗后可以相对缩短其长度，给增厚曲柄，提高其强度留下空间。

曲柄是整个曲轴薄弱环节，加厚曲柄对提高整个曲轴的刚度和强度是十分重要的。

但是主轴径过粗会导致圆周速度过大，温升加大，磨损加剧。

3.为什么说连杆轴颈负荷大于主轴颈负荷？实际主轴颈D1和连杆轴颈D2哪一个尺寸大？主轴径主要承受往复惯性力和气压力，曲轴一般动平衡，旋转惯性力较小，主轴径较短弯曲应力也较小，连杆轴径要承受连杆传来的往复惯性力和气压力，还要承受连杆及曲柄销的旋转惯性力。

主轴径粗。

4.多拐曲轴强度最薄弱的环节是曲柄，曲柄的主要结构参数是哪两个？它们各自的变化对其强度有何影响？B，h。

厚度h增加能显著提高抗弯强度，b提高的幅度远没h提高幅度大，一方面是63bhw ，一方面是b增加会增加应力集中，h增加可以加大过渡圆角。

5.曲轴的工作条件是什么？设计时有什么要求？一般曲轴的设计安全系数是多少？曲轴是在不断周期性变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩（扭矩和弯矩）共同作用下工作的，使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态。

在设计曲轴时要使它具有足够的疲劳强度，特别要注意强化应力集中部位，设法缓冲应力集中现象，也就是采用局部强化的方法来解决曲轴强度不足的矛盾。

设计曲轴时，要使其各摩擦表面耐磨，各轴颈应具有足够的承压面积同时给予尽可能好的工作条件。

设计曲轴时，应保证它有足够的弯曲刚度和扭转刚度。

钢制曲轴5.1≥n ，对于高强度球铁曲柄，由于材料质量不均匀，而且疲劳强度分散大，取8.1≥n 。

6. 在利用有限元方法进行曲轴强度分析时，一般模型与实际曲轴存在那些差异？一些难以控制、然而又非常重要的影响因素: 如轴颈与轴承间的工作间隙、主轴颈的偏心、锥度、椭圆度、作用力的形态等因素对曲轴应力的影响，有待进一步完善。

7. 为什么曲轴的安全系数比较大时，但是还会发生少数曲轴破坏情况？曲轴扭振危害，计算不准确，材料有缺陷，应力集中。

8. 飞轮的主要作用是什么？扭矩不均匀，用飞轮可以减少曲轴回转不均匀性。

9. 飞轮外径受到哪些因素限制不能很大？材料性能：圆周速度不能过大，飞轮加大可能使汽车或拖拉机的离地间隙过小，影响车辆的通过性，飞轮上都压有起动齿圈，所以最后确定D2时必须考虑起动电机的布置以及起动齿轮与齿圈的啮合。

1. 配气机构中平底挺柱的几何运动速度与凸轮接触点偏心距的关系如何？设计平底挺柱时，挺柱底面半径要满足什么要求？几何速度等于偏心距，mm h R 2~5.1maxmin +'= 2. 气门通过时间断面是如何求出的？气门开启断面和开启时间的乘积，利用⎰fdt 求出。

3. 配气凸轮除工作段外，都要有缓冲段，为什么？气门间隙存在，实际气门开启晚，弹簧预紧力存在，要克服预紧力才能打开，气体压力存在，导致气门晚开。

这些原因导致实际开启时刻晚于理论时刻，落座早于理论时刻，造成开启冲击大，落座速度高，振动，磨损，噪声较大4. 采用液压挺柱的配气机构，凸轮要不要设计缓冲段？要，因为气门间隙是不存在了，但是液力挺住传力存在一定迟钝，而且没有缓冲段仍然存在开启冲击大，落座速度高的问题。

5. 凸轮缓冲段由等加速－等速两段组成，已知缓冲段高度H0、速度V0、缓冲段包角θ0，等加速度包角θ01，请写出缓冲段各段的方程式。

当00θϕ≤≤c 时，2201002c t H h ϕθθθ-=， 当10θϕθ≤≤c 时，()02010002010200222θϕθθθθθθθθ--+-=c t H H h 6. 写出高次多项式凸轮型线的表达式。

以无因次量φϕβc -=1作为自变量，()d d c c b b a a t c c c c c h βββββ++++=0 7. 如何确定气门的最大升程，为什么？开始，进气流量随d H 的增加而直线上升，但25.0>d H 后增加很少，再考虑到气门机构的惯性载荷及气门和活塞在上止点时可能干涉，因此进气门一般取d 28.0~26.0，排气门行程和进气门相同，但其头部直径较小，因此相对行程d H 显得略大，约35.0~3.0。

8. 写出凸轮型线丰满系数表达式，并陈述其含义。

()()θαψθ⨯--=⎰0max 00H H d H h t Fm ，含义为气门的实际流通断面与理论流通断面之比。

9. 通常的气门锥角是多少？增压发动机的气门锥角有何变化？为什么？︒45，增压发动机一般采用︒30，因为气门锥角越大，气门头部受力发生翘曲变形时，气门在气门座锥面上的相对滑移也越大，这将直接影响气门座的磨损和下陷程度。

增压发动机气门受力变形大，而且气门润滑不良，磨损会更严重，所以采用较小的气门锥角。

10. 如何利用配气相位图计算出同缸异名凸轮相对夹角、同名异缸凸轮相对夹角以及凸轮轴与曲轴的相对位置。

同缸异名凸轮相对夹角=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-++-++2180218036021212121i i e e i e ϕϕϕϕϕϕ 同名异缸凸轮相对夹角=A/2，A 为发火间隔角。

凸轮与曲轴的相对位置只需注意凸轮和上下止点间的位置，注意提前和滞后角就很容易算出。

11. 凸轮设计完成后，如何验算气门与活塞是否相碰？确定活塞在上止点与缸盖底平面最小间隙时，要考虑那些因素？1.进行曲柄连杆机构尺寸链计算，并根据压紧后的气缸垫厚度，确定活塞在进、排气上止点时与气缸盖底面的最小距离。

2.进行气门组件尺寸链计算，确定进排气门在关闭时相对于缸盖底面的最小下沉量。

3.根据键槽、齿形及它们与曲拐所在平面、凸轮位置间的制造公差，进行正时齿轮传动机构尺寸链计算，确定进排气门实际开闭时间。

4.按一定比例放大画出活塞在上止点附近的位移曲线5.按同一比例尺，根据气门关闭时相对于活塞上止点位置的距离，画出O ―O 线。

考虑公差，形变，间隙的方向等。

12. 在设计气门弹簧时，主要考虑哪些因素？如果自然吸气发动机改为增压发动机，气门弹簧的预紧力怎么改？为什么？气缸盖总布置给气门弹簧留下的柱形空间，由气门机构动力学计算所决定的气门运动规律及最大升程，发动机最大转速。

预紧力要增大。

因为增压发动机进气道压力较大，当排气冲程要结束时气缸压力较小，压差可能会让进气门提前开启，所以弹簧预紧力要大些。

1. 机体的设计原则是什么？具体有哪些？满足总布置要求，保证必要的刚度、强度，并尽可能节约材料采用刚度好的框架式结构；除关键部位要加厚、加筋外，各处壁厚均取为工艺许可的最小值；2. 缸盖设计考虑的重点是什么？足够的刚度和强度，工作变形小；合理布置燃烧室、气门、气道；工艺性良好，温度场均匀，减少热应力。

3. 设计缸盖时，应该先考虑哪些部件的布置？水套的设计原则是什么？优先考虑内部气道、燃烧室、喷油嘴或火花塞、气门安装等功能部件的布置。

水套沿气缸轴向的长度，应保证活塞环在上下止点位置时，仍在水套范围之内；保证这个内燃机的冷却尽可能均匀；供给各缸的水温大致相同；避免水不流动的死区；水套冷却水进口处，不应有急烈的压力下降，否则会引起缸套穴蚀。

4. 气缸套产生穴蚀的原因是什么？如何避免？缸套本身存在微观小孔、裂纹、沟槽；缸套振动，引起气泡爆炸，产生的高压剥离金属层。

减小缸套的振动；抑制气泡的形成；提高缸套本身的抗穴蚀能力。

5. 增加气缸套耐磨性的措施有哪些？提高缸套表面加工精度、光洁度；合理的表面处理；充分重视空气和机油的滤清；减少冷启动；活塞间隙适当。

6. 机体是发动机轻量化设计的主要部件，现阶段的主要措施有哪些？采用刚度好的框架式结构；除关键部位要加厚、加筋外，各处壁厚均取为工艺许可的最小值；尽量缩短缸间距，采用无气缸套机体。

计算机辅助设计，有限元分析，等强设计，去除多余材料；采用铝合金机体，采用性能更好的材料。

1. 润滑系的设计要求是什么？为什么？保证以一定的油压、一定的油量供应摩擦表面；能够自动滤清机油，保持机油的清洁；能够自动冷却机油，保持油温；消耗功率小，机油损失量小；无堵油、漏油，工作可靠，维护、修理方便。

机油油量充足才能保证压力润滑，机油有冷却作用，升温后需要冷却，机油温度过高也影响轴承寿命，机油损失量要小，否则不经济，消耗的功率小是为了提高机械效率。

2. 冷却水泵的泵水量如何让确定？计算出所需的循环供水量w V ，再用它除以水泵容积效率v η，即v w p V V η=。

3. 冷却水的循环量根据什么来确定？先估算冷却水带走的热量 ()s KJ H P Ab u e e w /3600=φ，则循环供水量 ()s m C t V ww w w w /3ρφ∆= A 为传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，u H 为燃料低热值，w t ∆为冷却水在内燃机循环中的容许温升，w ρ为水的密度，w C 为水的定压比热。

4. 根据什么确定润滑系中润滑油的流量？机油带走热量()f c φφ%20~%15=，e ef P ηφ3600=，则机油循环量t c q c Vc ∆=γφγ为机油密度0.85kg/L c=1.7~2.1()C kg KJ ο⋅/，C t ο15~8=∆5. 为了保证润滑油工作性能，一般要求润滑油的每分钟循环次数不大于多少？3次/分6. 现代发动机热管理的主要技术特点是什么？机械，电子，控制的高度结合，采用很多灵敏的传感器，随时监测发动机热状况并给电控单元信息从而实现发动机热的最佳控制，保证发动机工作在良好热状况下，提高性能。