《内燃机设计》课后习题答案(袁兆成主编)课件
内燃机设计 袁兆成 课后习题答案 第6章

内燃机设计袁兆成课后习题答案第6章内燃机设计西南交通大学6-1答:结构措施:1)加大曲轴轴颈的重叠度A(A增大,曲轴抗弯和抗扭刚度增加)2)加大轴颈附近的过渡圆角(可减小应力集中效应,提高抗弯疲劳强度)3)采用空心曲轴(可提高曲轴抗弯强度,同时课减轻曲轴重量和曲轴离心力)4)沉割圆角(可在增加圆角半径的同时保证轴颈的有效承载长度)5)开卸载槽(在相同载荷条件下,可使曲柄销圆角的最大压力值有所降低)工艺措施:1)圆角滚压强化(表面产生剩余压应力,抵消部分工作拉伸应力,提高曲轴的疲劳强度,还可降低圆角的表面粗糙度值,消除表面缺陷)2)圆角淬火强化(用热处理的方法是金属发生组织相变,发生体积膨胀而产生残余压应力,提高疲劳强度,还能提高硬度和表面的耐磨性)3)喷丸强化处理(属于冷作硬化变形,在金属表面留下压应力,是表面硬度提高,从而提高疲劳强度)4)氮化处理(利用辉光离子氮化或气体软氮化方法,使氮气渗入曲轴表面,由于氮的扩散作用,使金属体积增大,产生挤压应力,提高疲劳强度)6-2答:1)中碳钢:绝大多数采用模锻制造2)合金钢:在强化程度较高的发动机中采用,通常加入Cr、Ni、Mo、V、W等合金元素以提高曲轴的综合力学性能;3)球墨铸铁:球墨铸铁的力学性能和使用性能优于一般铸铁,在强度和刚度能够满足的条件下,使用球墨铸铁材料能够减少制造成本。
6-3答:优点:(1)错误!未找到引用源。
增加,可以提高曲轴刚度,增加了曲柄刚度,不增加离心力。
(2)错误!未找到引用源。
增加,可增加扭转刚度,固有频率错误!未找到引用源。
增加,转动惯量I增加不多。
缺点:错误!未找到引用源。
增加,主轴承圆周速度增加,摩擦损失增加,油温提高。
6-4答:对于每个曲拐而言,连杆轴颈是一个,主轴颈有两个。
连杆轴颈承受着由连杆传来全部载荷,而每个主轴颈则只承担一半载荷,所以主轴颈载荷小于连杆轴颈载荷。
实际设计中主轴颈D1大于连杆轴颈D2,D1/D2≈1.05~1.25,因为增加主轴颈可以增加曲轴的重叠度,提高曲轴的抗弯刚度和抗疲劳强度,同时不增加曲轴的离心载荷。
内燃机设计课件 袁兆成

c. 零件设计标准化:按照国标、部标或企标设计
“三化”可以提高产品的质量、减少设计成本、组织专业化生产、提高劳动生 产率、便于使用、维修和配件供应
四、改进与处理阶段
• 1.样机鉴定与改进. • 在总结了单缸机试验 、多缸机试制、样机性能试验和用户配套实验的基础上,往
往要进行多方面的综合改进和进一步的试验观察,然后由企业或者地方主管部门 组织新厂品鉴定。鉴定时设计和试制单位要提供下列文件:
此阶段由下述环节组成: 1. 确定任务 — 主要是根据市场需要和法规需要 (进行必要性、可行
性论证),这个环节应该是企业产品规划中确定的,有长期规划,也 有短期规划。 2. 组织设计组—根据任务挑选合适人选 人员结构合理
技术结构合理
3. 调查研究— a 访问市场和用户,征求对产品的要求 b 了解制造厂的工艺条件、设备能力以及配件供应情况 c 收集同类先进产品的资料,考察同类产品 d 确定参考样机
内燃机设计
吉林大学汽车学院 热能与动力专业
袁兆成 主讲
第一章 内燃机设计总论
• 第一节 内燃机设计的一般流程 • 第二节 内燃机的主要设计指标 • 第三节 内燃机的选型 • 第四节 内燃机主要参数的选择 • 第五节 发动机设计的发展
第一章 内燃机设计总论
第一节 内燃机设计的一般流程 一、计划阶段
1.9~2.9 1.15~1.4
1.9~2.6
1.15~ 1.25
1.6~2 1.6~2
1.85~2.8 1.85~2.5
二、经济性指标
1.燃油消耗率 ge (克/千瓦小时) 降低 ge的措施: 提高 ηi 和ηm 车用汽油机 260--400
车用柴油机 200—260
2.机油消耗率 gm (克/千瓦小时) 1.3—2.6 克/千瓦小时
内燃机设计袁兆成答案

内燃机设计袁兆成答案【篇一:内燃机设计_袁兆成_考试要点精编_打印版】2. 组织设计组3. 调查研究4. 确定基本性能参数和结构形式。
5.拟订设计任务书。
二、设计实施阶段 1. 内燃机总布置设计,三维实体造型和虚拟装配、确定主要零部件的允许运动尺寸、结构方案、外形图。
2. 按照企业标准编制零部件图纸目录。
3. 部件三维图细致设计、零部件工作图、纵横剖面图。
三、检验阶段1. 试制多缸机样机2. 多缸机试验(磨合、调整、性能试验、耐久试pme?vh?z?npme?vm?z?d2pe??0.785(千瓦)30??验、可靠性试验、配套试验和扩大用户试验)四、改进与处理阶段a. 样机鉴定. b. 小批量生产c. 内燃机设计的“三化”,“三化”可以提高产品的质量、减少设计成本、组织专业化生产、提高劳动生产率、便于使用、维修和配件供应。
2、动力性指标:功率式中 pme—平均有效压力(mpa),3、转速 n:n 增加对提高 pe有利,但是转速增加后:⑴惯性力,导致负荷增加,平衡、振动问题突出,5、耐久性、可靠性指标:可靠性—在规定的运转条件下,规定的时间内,具有持续工作,不会因为故障而影响正常运转的能力。
耐久性—从开始使用起到大修期的时间。
6、柴油机优点:燃料经济性好;工作可靠性和耐久性好,因为没有点火系统;可以通过增压、扩缸来增加功率;防火安全性好,柴油挥发性差;co和hc的排放比汽油机少。
9、活塞平均速度vm↑的副作用是:又? (1??sin?)111?1??2sin2???4sin4???6sin6??281611.摩擦损失增加,导致热负荷增加、机油承载能力下降、发动机寿命降低。
2.惯? 1??2sin2?2性力增加,导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低。
3.进排气1? x?r[(1?cos?)??sin2?2? r[(1?cos?)??(?cos2?)]2221??r[(1?cos?)??(1?cos2?)]=x??x4对x求两次导数得到活塞速度和加速度22v?r?(sin???2sin2?) =v??v?a?r?2(cos???cos2?) = a??a?x?a?a?a?o?ao10、中心曲柄连杆机构的运动规律?(r?l)?(lcos??rcos?)在?aob中,利用正弦定理,有 lr= sin?sin?rsin??sin???sin? ?-连杆比l?cos?? (1?sin?)222?(1??sin?)? x?(r?l)?[l(1??2sin2?)]活塞的运动可以用三角函数组成的复谐函数表示,既活塞的运动是复谐运动。
《内燃机学》第4版课后习题答案

《内燃机学》课后习题答案(第4版)第一章概论1-1.内燃机发明对工业进程的影响。
①内燃机的发明,既给传统的动力机械创造了新的动力源,又推动了一大批新兴工业产业(例如交通运输、发电、工程机械等)落地生根,在一定程度解放了生产力,促进了人类工业文明的发展。
②内燃机的发明,带动了包括石油炼制、钢铁、汽车等一大批上下游企业的产生与发展,给国民经济发展创造了新支柱,并推动很多国家走上了工业化道路。
1-2.内燃机燃料和润滑油对内燃机技术进步的影响。
①内燃机的燃料众多,常见的有汽油、柴油、煤油、气体燃料等,不同的燃料物理化学性质不同,对内燃机的要求也不同,根据内燃机的实际工作情况合理选择不同的燃料,不仅可以提高内燃机的动力性、经济性,降低排放,还能带动内燃机新型燃烧技术的发展与完善。
②内燃机内部的摩擦副众多,工作时的摩擦损失不仅会降低内燃机的机械效率,还会加剧零部件的摩擦,降低内燃机寿命。
采用润滑油对关键零部件进行润滑,对于提高内燃机效率、延长寿命极为重要。
1-3.内燃机引进技术消化和吸收存在的问题。
国外内燃机于1901年开始进入中国市场,随后中国的一些工厂开始借鉴仿制,经历了由单缸到双缸,由低速到高速的过程。
新中国成立后,我国通过自主研发、仿制和接受援建,成立了一大批内燃机骨干企业,内燃机工业初具规模。
20世纪60年代,我国的内燃机由仿制转为自主研制生产,由小批量生产转为大批量生产,功率大大提高,并逐渐在农业、发电、船舶等领域得以应用。
20世纪80年代后,内燃机行业进行了一系列调整和改革,技术水平有所提高,很多合资企业出现,新型内燃机的研制受到重视,并逐渐融入了世界内燃机工业体系。
1-4.车用内燃机发展技术分析。
内燃机作为一种热动力装置,发明之初人们更倾向于它的动力性能与热效率,前期的一系列改进与创新也主要围绕效率和动力性能展开,并逐渐对其他方面的性能进行优化。
经历了一个半世纪的发展,在燃烧理论的指导下,通过材料、机械加工、燃料、电控等技术的发展与完善,其动力性、经济性、耐久性等技术指标的强化程度不断提高,满足了绝大部分固定和移动用途的要求,取得了广泛的应用。
内燃机设计答案

第一章根据公式,,可以知道,当设计的活塞平均速度增加时,可以增加有效功率,请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些?具体原因是什么?汽油机的主要优点是什么?柴油机的主要优点是什么?假如柴油机与汽油机的排量一样,都是非增压或者都是增压机型,哪一个升功率高?为什么?柴油机与汽油机的缸径、行程都一样,假设D=90mm、S=90mm,是否都可以达到相同的最大设计转速(比如n=6000r/min)?为什么?活塞平均速度提高,可以强化发动机动力性,请分析带来的负作用是什么?目前使发动机产生性能大幅度提高的新型结构措施有哪些?请分别简要叙述原因。
内燃机仿真设计手段主要有那些?某发动机为了提高功率,采用了扩大气缸直径的途径,如果气缸直径扩大比较多,比如扩大5毫米,与之相配合的还要改变哪些结构的设计?还要进行哪些必要的计算?某发动机由于某种原因,改变了活塞行程,与之相配合的还要进行哪些结构更改设计和计算?发动机工程数据库在内燃机开发设计中有何重要作用?已知某轿车4缸汽油机采用自然吸气方式,每缸4气门,设计转速是6000r/min,气缸直径D=86mm,活塞行程S=90mm,试确定该发动机的标定功率,最大扭矩和最大扭矩对应的转速摩擦损失增加,机械效率ηm下降,活塞组的热负荷增加,机油温度升高,机油承载能力下降,发动机寿命降低。
惯性力增加,导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。
进排气流速增加,导致进气阻力增加、充气效率ηv下降。
2.柴油机优点:1)燃料经济性好。
2)因为没有点火系统,所以工作可靠性和耐久性好。
3)可以通过增压、扩缸来增加功率。
4)防火安全性好,因为柴油挥发性差。
5)CO和HC的排放比汽油机少。
汽油机优点:1)空气利用率搞,转速高,因而升功率高。
2)因为没有柴油机喷油系统的精密偶件,所以制造成本低。
3)低温启动性好、加速性好,噪声低。
4)由于升功率高,最高燃烧压力低,所以结构轻巧,比质量小。
《内燃机设计》课后习题答案(袁兆成主编)

(1)一阶往复惯性力的平衡分析: 如上图所示,以气缸夹角平分线为始点,左右两列气缸的一阶往复惯性 力分别为 =Ccos( + ) = Ccos( ) 向x轴和y轴投影,再求和,得 = + =Ccos
?(1+cos ) = + =Csin ?(1-cos ) 合力 = =C
合力方向 =arctan
而
, Ф1 = ,则由 ,可以求出所有集中质量的绝对振幅
第五章:配气机构设计
5-1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? 答:数值相等。平底挺柱的底面半径要大于最大偏心距,也就是在数值 上要大于挺柱的最大几何速度。 5-2气门通过时间断面是如何求出的? 答: ,其中 5-3配气凸轮除工作段外,都要有缓冲段,为什么? 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。 5-4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 ,等加速度包角 ,请写出缓冲段各段的方程式。 答:等加速段: ,
(完整版)内燃机原理课后习题与答案

(完整版)内燃机原理课后习题与答案第一章发动机的性能1. 简述发动机的实际工作循环过程。
1)进气过程:为了使发动机连续运转,必须不断吸入新鲜工质,即是进气过程。
此时进气门开启,排气门关闭,活塞由上止点向下止点移动。
2)压缩过程:此时进排气门关闭,活塞由下止点向上止点移动,缸内工质受到压缩、温度。
压力不断上升,工质受压缩的程度用压缩比表示。
3)燃烧过程:期间进排气门关闭,活塞在上止点前后。
作用是将燃料的化学能转化为热能,使工质的压力和温度升高,燃烧放热多,靠近上止点,热效率越高。
4)膨胀过程:此时,进排气门均关闭,高温高压的工质推动活塞,由上止点向下至点移动而膨胀做功,气体的压力、温度也随之迅速下降。
(5 )排气过程:当膨胀过程接近终了时,排气门打开,废气开始靠自身压力自由排气,膨胀过程结束时,活塞由下止点返回上止点,将气缸内废气移除。
3. 提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么?可采取哪些基本措施?提高实际循环热效率的基本途径是:减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。
提高工质的绝热指数K可采取的基本措施是:⑴减小燃烧室面积,缩短后燃期能减小传热损失。
⑵?采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。
⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。
⑷加强燃烧室气流运动,改善混合气均匀性,优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。
⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失。
⑹采用合理的配缸间隙,提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。
4. 什么是发动机的指示指标?主要有哪些?它主要有:指示功和平均答:以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。
指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。
5. 什么是发动机的有效指标?主要有哪些?答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。
主要有:1)发动机动力性指标,包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n 和活塞平均速度;2)发动机经济性指标,包括有效热效率?有效燃油消耗率;3)发动机强化指标,包括升功率PL.比质量me。
袁兆成 内燃机设计

4. 确定基本性能参数和结构形式(概念设计阶段)。 主要是通过:
同类型机型对比、
热力学计算、 动力学计算和整机一维模型仿真分析。
5.拟订设计任务书 ① 说明产品的原因、用途、适用范围等
② 说明内燃机的主要设计参数和要达到的技术指标
如:a. 型式(汽或柴)、气门数、直立或卧式 b. 冲程数 (4 或 2)、缸径D、冲程S c. 冷却方式(水 或 风) d. 汽缸排列方式 (直列、V型) e. 功率Ne、转速n、扭矩M f. 燃油消耗率ge(克/千瓦.小时) g. 机油消耗率gm(克/千瓦.小时) h. 大修期、保用期、一般大修期是保用期的2倍
论证),这个环节应该是企业产品规划中确定的,有长期规划,也有 短期规划。 2. 组织设计组—根据任务挑选合适人选 人员结构合理 技术结构合理
3.
调查研究— a 访问市场和用户,征求对产品的要求 b 了解制造厂的工艺条件、设备能力以及配件供应情况 c 收集同类先进产品的资料,考察同类产品 d 确定参考样机
五、低公害指标 1. 噪音 内燃机噪音分为: 燃烧噪音、进排气噪音和 机械噪音
噪声限值dB(A)
汽 车 分 类
第一阶段 2002.10.1~2004.12.30期间生 产的汽车
第二阶段 2005.1.1以后生产的汽车 74 76 77 80 83 81 83 84
M1 M2(GVM≤3.5 t ),或N1(GVM≤3.5 t): GVM≤2 t 2 t < GVM≤3.5 t M2(3.5 t < GVM≤5 t ),或M2(GVM>5 t): P<150 kW P≥150 kW N1(3.5 t < GVM≤12 t ),或N1(GVM>12 t): P<75 kW 75kW≤P<150kW P≥150 kW
《内燃机设计》课后习题标准答案(袁兆成主编)

《内燃机设计》课后习题答案(袁兆成主编)————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:第一章:内燃机设计总论1-1根据公式 τ2785.0ZD v p P m me e = ,可以知道,当设计的活塞平均速度V m 增加时,可以增加有效功率,请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些?具体原因是什么? 答:①摩擦损失增加,机械效率ηm 下降,活塞组的热负荷增加,机油温度升高,机油承 载能力下降,发动机寿命降低。
②惯性力增加,导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。
③进排气流速增加,导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。
1-2汽油机的主要优点是什么?柴油机主要优点是什么? 答:柴油机优点: 1)燃料经济性好。
2)因为没有点火系统,所以工作可靠性和耐久性好。
3)可以通过增压、扩缸来增加功率。
4)防火安全性好,因为柴油挥发性差。
5)CO 和HC 的排放比汽油机少。
汽油机优点:1)空气利用率高,转速高,因而升功率高。
2)因为没有柴油机喷油系统的精密偶件,所以制造成本低。
3)低温启动性好、加速性好,噪声低。
4)由于升功率高,最高燃烧压力低,所以结构轻巧,比质量小。
5)不冒黑烟,颗粒排放少。
1-3假如柴油机与汽油机的排量一样,都是非增压或者都是增压机型,哪一个升功率高?为什么?答:汽油机的升功率高,在相同进气方式的条件下, ①由PL=Pme*n/30τ可知,汽油机与柴油机的平均有效压力相差不多。
但是由于柴油机后燃较多,在缸径相同情况下,转速明显低于汽油机,因此柴油机的升功率小。
②柴油机的过量空气系数都大于1,进入气缸的空气不能全部与柴油混合,空气利用率低,在转速相同、缸径相同情况下,单位容积发出的功率小于汽油机,因此柴油机的升功率低,汽油机的升功率高。
1-4柴油机与汽油机的汽缸直径、行程都一样,假设D=90mm 、S=90mm ,是否都可以达到相同的最大设计转速(如n=6000r/min )?为什么?答:.对于汽油机能达到,但是柴油机不能。
内燃机学课后习题(部分)培训课件

内燃机学课后习题(部分)2-4 平均有效压力和升功率在作为评定发动机的动力性能方面有何区别?答:平均有效压力是一个假想不变的压力,其作用在活塞顶上使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功,升功率是在标定的工况下,发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。
区别:前者只反应输出转矩的大小,后者是从发动机有效功率的角度对其气缸容积的利用率作出的总评价,它与Pme和n的乘积成正比。
(Pl=Pme〃n/30T)2-5充量系数的定义是什么?充量系数的高低反映了发动机哪些方面性能的好坏?答:(1)充量系数每个循环吸入气缸的空气量换算成的进气管状态下的体积。
V1与活塞排量Vs之比(Φc =V1/Vs)(2)充量系数高低反映换气过程进行完善程度。
2-7影响有效燃料消耗率be的因素有哪些?降低be的途径有哪些?答:影响因素:燃烧效率、机械效率、循环热效率等。
降低途径:增压小排量技术、稀薄燃烧、增大压缩比等。
2-11、有一台6135Q-1柴油机,D*S=135mm*140mm,6缸,在2200r/min,发动机的有效功率154KW,be=217g/(kW*h)。
1)求发动机的pme、Ttq和ηet。
2)当ηm=0.75时,试求bi、ηit、Pi、和Pm的值。
3)当ηit、φc、φa均未变,ηm由0.75提高到0.8,此时PL、Pe和be的值。
4)若通过提高φc使Pe提高到160kW,而ηit、Pm均未变化,则Pi、ηm、be值是多大? 5)通过以上计算,你可以得出哪些结论?5)当机械效率提高时,功率增加,燃油消耗率下降,升功率增高。
当充量系数提高时,功率提高。
3-4汽油的辛烷值是如何评定的?它有几种评定方法?(1)将油料的爆燃强度同异辛烷与正庚烷的混合液的爆燃强度相比较,当两者相同时,标准混合液中所含异辛烷的体积百分比,即为所试油料的辛烷值。
(2)马达法辛烷值,研究法辛烷值,道路辛烷值。
3-8 内燃机的实际循环与理想循环相比,存在着哪些损失?试述各种损失形成原因。
内燃机设计第三章答案-PPT文档资料

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a Q 2m
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更高的等容度决定了等容加热循环具有更高的效率
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不同机型比较 最高爆发压力形同, 吸热量相同
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效率
1、压缩比的影响
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2、压力升高比和预膨胀比的影响 T 等容度:循环吸热过程中
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内燃机设计题的答案(仅供参考)

名词解释:1自由弹势:轴瓦在自由状态下并非呈真正的半圆形,弹开的尺寸比直径稍大些,超出量称为自由弹势Δs 。
2圆角弯曲形状系数:等于圆角表面最大应力σmax 与圆角名义应力σn 之比。
3连杆螺栓基本载荷系数:工作时实际加载量△p 与工作载荷Pj 的比值。
4隧道式机体:主轴承孔不分割的机体。
5梨形环:开口处压力比较高的不均压环。
6润滑特性数:s=-(ρ+ht 〞)作为评价润滑油膜承载能力的特性参数。
7凸轮升程几何速度:只取决于凸轮形状和尺寸而与凸轮角速度无关的量dht/dρc 。
8轴瓦抗咬粘性:轴承油膜由于某种原因(冷启动,突然缺油)遭到破坏时,轴承材料不擦伤和咬死轴颈的能力。
9椭圆轴承:轴瓦是中间厚两边薄的形状。
10热强度系数:材料的拉伸极限强度σB 与热应力特性数(aE/λ)相比称为热强度系数。
11圆角扭转形状系数:等于圆角表面最大切应力与轴颈名义应力ηn 之比。
12顺应性:轴承副有几何形状偏差和变形时克服边缘负荷从而使负荷均匀化的性能。
13嵌藏性:以微量变形吸收混在机油中的外来异物颗粒而不擦伤轴颈的性能。
14外平衡:研究发动机不平衡力和力矩整个系统对外界(支承)的影响。
15内平衡:对已平衡的机器进行曲轴和机体内部所受载荷(弯矩和剪力)分析和计算。
16静平衡:质量系统运转时离心力合力为零即系统的质心位于旋转轴线上。
17动平衡:当系统旋转时不仅旋转惯性力合力Rr=0且合力矩Mr=0达到完全平衡。
18强化指标:平均有效压力Pe 和活塞平均速度Cm 的乘积。
19比重量:单位千瓦的净重。
表征工作过程的强化程度和结构设计的完善程度。
内燃机主要设计指标:1动力性指标(功率,转速,最大扭矩,最大扭矩时转速)2经济性指标(燃油消耗率)3可靠性和耐久性指标4重量和外形尺寸指标(比重量,体积功率)5低公害指标(排放物,噪音)内燃机设计的三化:产品系列化,零部件通用化,零件设计标准化。
柴油机优点:因为热效率高,所以其燃料经济性好,工作可靠性耐久性好可以采用高的增压度和较大的缸径来提高平均有效压力和功率,防火安全性好。
《内燃机学》第4版课后习题答案

《内燃机学》课后习题答案(第4版)第一章概论1-1.内燃机发明对工业进程的影响。
①内燃机的发明,既给传统的动力机械创造了新的动力源,又推动了一大批新兴工业产业(例如交通运输、发电、工程机械等)落地生根,在一定程度解放了生产力,促进了人类工业文明的发展。
②内燃机的发明,带动了包括石油炼制、钢铁、汽车等一大批上下游企业的产生与发展,给国民经济发展创造了新支柱,并推动很多国家走上了工业化道路。
1-2.内燃机燃料和润滑油对内燃机技术进步的影响。
①内燃机的燃料众多,常见的有汽油、柴油、煤油、气体燃料等,不同的燃料物理化学性质不同,对内燃机的要求也不同,根据内燃机的实际工作情况合理选择不同的燃料,不仅可以提高内燃机的动力性、经济性,降低排放,还能带动内燃机新型燃烧技术的发展与完善。
②内燃机内部的摩擦副众多,工作时的摩擦损失不仅会降低内燃机的机械效率,还会加剧零部件的摩擦,降低内燃机寿命。
采用润滑油对关键零部件进行润滑,对于提高内燃机效率、延长寿命极为重要。
1-3.内燃机引进技术消化和吸收存在的问题。
国外内燃机于1901年开始进入中国市场,随后中国的一些工厂开始借鉴仿制,经历了由单缸到双缸,由低速到高速的过程。
新中国成立后,我国通过自主研发、仿制和接受援建,成立了一大批内燃机骨干企业,内燃机工业初具规模。
20世纪60年代,我国的内燃机由仿制转为自主研制生产,由小批量生产转为大批量生产,功率大大提高,并逐渐在农业、发电、船舶等领域得以应用。
20世纪80年代后,内燃机行业进行了一系列调整和改革,技术水平有所提高,很多合资企业出现,新型内燃机的研制受到重视,并逐渐融入了世界内燃机工业体系。
1-4.车用内燃机发展技术分析。
内燃机作为一种热动力装置,发明之初人们更倾向于它的动力性能与热效率,前期的一系列改进与创新也主要围绕效率和动力性能展开,并逐渐对其他方面的性能进行优化。
经历了一个半世纪的发展,在燃烧理论的指导下,通过材料、机械加工、燃料、电控等技术的发展与完善,其动力性、经济性、耐久性等技术指标的强化程度不断提高,满足了绝大部分固定和移动用途的要求,取得了广泛的应用。
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内燃机制造工艺学练习题及解析答案精编 版讲解
11、获得的成功越大,就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因, 节制使 人枯萎 。 12、不问收获,只问耕耘。如同种树 ,先有 根茎, 再有枝 叶,尔 后花实 ,好好 劳动, 不要想 太多, 那样只 会使人 胆孝懒 惰,因 为不实 践,甚 至不接 触社会 ,难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕,不悔(虽然只有四个字,但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己, 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体, 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米,如 果他不 曾希望 它长成 种籽; 单身汉 不会娶 妻,如 果他不 曾希望 有小孩 ;商人 或手艺 人不会 工作, 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
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第一章:内燃机设计总论1-1根据公式 τ2785.0ZD v p P m me e = ,可以知道,当设计的活塞平均速度V m 增加时,可以增加有效功率,请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些?具体原因是什么? 答:①摩擦损失增加,机械效率ηm 下降,活塞组的热负荷增加,机油温度升高,机油承 载能力下降,发动机寿命降低。
②惯性力增加,导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。
③进排气流速增加,导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。
1-2汽油机的主要优点是什么?柴油机主要优点是什么? 答:柴油机优点: 1)燃料经济性好。
2)因为没有点火系统,所以工作可靠性和耐久性好。
3)可以通过增压、扩缸来增加功率。
4)防火安全性好,因为柴油挥发性差。
5)CO 和HC 的排放比汽油机少。
汽油机优点:1)空气利用率高,转速高,因而升功率高。
2)因为没有柴油机喷油系统的精密偶件,所以制造成本低。
3)低温启动性好、加速性好,噪声低。
4)由于升功率高,最高燃烧压力低,所以结构轻巧,比质量小。
5)不冒黑烟,颗粒排放少。
1-3假如柴油机与汽油机的排量一样,都是非增压或者都是增压机型,哪一个升功率高?为什么?答:汽油机的升功率高,在相同进气方式的条件下, ①由PL=Pme*n/30τ可知,汽油机与柴油机的平均有效压力相差不多。
但是由于柴油机后燃较多,在缸径相同情况下,转速明显低于汽油机,因此柴油机的升功率小。
②柴油机的过量空气系数都大于1,进入气缸的空气不能全部与柴油混合,空气利用率低,在转速相同、缸径相同情况下,单位容积发出的功率小于汽油机,因此柴油机的升功率低,汽油机的升功率高。
1-4柴油机与汽油机的汽缸直径、行程都一样,假设D=90mm 、S=90mm ,是否都可以达到相同的最大设计转速(如n=6000r/min )?为什么?答:.对于汽油机能达到,但是柴油机不能。
因为柴油机是扩散燃烧形式,混合气的燃烧速度慢,达不到汽油混合气的燃烧速度,所以达不到6000r/min 的设计转速。
缸径越大,柴油混合气完成燃烧过程的时间越长,设计转速越低。
1-5活塞平均速度提高,可以强化发动机动力性,请分析带来的副作用是什么?答:①摩擦损失增加,机械效率ηm 下降,活塞组的热负荷增加,机油温度升高,机油承载能力下降,发动机寿命降低。
② 惯性力增加,导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。
③进排气流速增加,导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。
1-6目前使发动机产生性能大幅度提高的新型结构措施有哪些?为什么? 答:新型燃烧室,多气门(提高ηv ),可变配气相位VVT (提高ηv ),可变进气管长度(提高ηv ),可变压缩比,可变增压器VGT 、VNT (可根据需要控制进气量),机械-涡轮复合增压,顶置凸轮机构DOHC 、SOHC (结构紧凑,往复惯性力小)。
1-8某发动机为了提高功率,采用了扩大汽缸直径的途径,如果汽缸直径扩大比较多,比如扩大5mm,与之相匹配的还要改变那些机构的设计?还要进行哪些必要的计算?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,要进行曲轴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、工作过程计算深知重新设计凸轮型线等。
1-9某发动机由于某种原因,改变了活塞行程,与之相匹配的还要进行哪些结构更改设计和计算?答:活塞行程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、工作过程计算等。
第二章:曲柄连杆机构受力分析2-1写出中心曲柄连杆机构活塞的运动规律表达式,并说出位移、速度和加速度的用途。
答:X = r[(1-cosα)+ λ/4(1-cos2α)] = XⅠ+XⅡ;V = rω(sinα+sin2α*λ/2) = vⅠ+vⅡ;a = rω2(cosα+λcos2α) = aⅠ+aⅡ;用途:1)活塞位移用于P-φ示功图与P-V示功图的转换,气门干涉的校验及动力计算;2)活塞速度用于计算活塞平均速度Vm= =18 m/s,用于判断强化程度及计算功率,计算最大素的Vmax,评价汽缸的磨损;3)活塞加速度用于计算往复惯性力的大小和变化,进行平衡分析及动力计算。
2-2气压力P g和往复惯性力P j的对外表现是什么?有什么不同?答:气压力Fg的对外表现为输出转矩,而Fj的对外表现为有自由力产生使发动机产生的纵向振动。
不同:除了上述两点,还有∙Fjmax < Fgmax∙Fj总是存在,但在一个周期内其正负值相互抵消,做功为零;Fg是脉冲性,一个周期内只有一个峰值。
第三章:内燃机的平衡3-1四冲程四缸机,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。
答:解:点火间隔角为 A= =180°(1)作曲柄图和轴测图,假设缸心距为a。
一阶曲柄图二阶曲柄图轴测图(2)惯性力分析。
根据一阶曲柄图和二阶曲柄图作力的矢量图,做如图所示的四拐平面曲轴往复惯性力矩图。
由于二阶惯性力不平衡,所以不能分析二阶力矩,因为此时随着取矩点的不同,合力矩的结果是不一样的。
一阶往复惯性力二阶往复惯性力一阶往复惯性力矩3-2二冲程四缸机,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M j1max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3-3四冲程三缸机,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M j1max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3-4为了一个四冲程(1-3-4-2)设计一套用于平衡二阶往复惯性力的双轴平衡机构。
答:此时发动机支撑还承受发动机本身重量和由于曲柄变形而产生的弯矩作用。
(1)一阶往复惯性力的平衡分析:如上图所示,以气缸夹角平分线为始点,左右两列气缸的一阶往复惯性力分别为=Ccos(+)= Ccos(-)向x轴和y轴投影,再求和,得=+=Ccos?(1+cos)=+=Csin?(1-cos)合力==C合力方向=arctan而+=1,所以的端点轨迹是一个椭圆。
当<时,为长半轴;当>时,为长半轴;当=时,=C,其端点轨迹是一个圆。
(2)二阶往复惯性力的平衡分析同样以气缸夹角平分线为起始点,左右两列气缸的二阶惯性力表示为=Ccos2=Ccos2在坐标轴上的投影为:=2Ccos cos cos2=2Csin sin sin2也是椭圆,合力为==2C合力方向为当=时,有=,=,变为水平方向的往复惯性力,可以用兰氏机构平衡。
结论:=时,为一个圆,相当于离心力;为往复惯性力,方向垂直于气缸夹角平分线。
3-5四冲程六缸机的惯性力和惯性力矩都已经平衡了,此发动机的支撑还承受什么力作用?答:解:点火间隔角为A==120°(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第四章:曲轴系统的扭转振动4-1什么是扭振?扭振的现象和原因是什么?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:1)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。
2)发动机偏离该转速时,上述现象消失。
原因:1)曲轴系统由具有一定弹性和惯性的材料组成。
本身具有一定的固有频率。
2)系统上作用有大小和方向呈周期性变化的干扰力矩。
3)干扰力矩的变化频率与系统固有频率合拍时,系统产生共振。
4-2列出单自由度扭振系统的自由振动方程,求出微分方程的解和初相位。
答:弹性力矩M Cϕϕ=-,惯性力矩IIMϕ∙∙=-根据理论力学,得I M + M ϕ=0 ,I ϕ∙∙+ C ϕ=0此二阶线性齐次微分方程的解为:sin()e t εϕφω+=其中0022()e ϕφϕω∙=+,4-4什么是力矩简谐分析的摩托阶数?为什么四冲程发动机的转矩表达式中,简谐阶数不都是自然数,有半数的阶数?答:0011sin()sin()k na a kk k k k k k k M t M t M M M ωδωδ=∞==++≈++=∑∑=01sin()na k t k k M k t M ωδ=++∑其中sin()a k t k M k t ωδ+为转矩的第k 阶谐量,表示该谐量在在2π周期内变化k 次,称为摩托阶数。
对于四冲程发动机,曲轴两转即4π角为一个周期,因此相对于数学上的周期来讲,曲轴一转(2π)内四冲程发动机第k 阶力矩仅变化了2k次,因此四冲程的摩托阶数存在半阶数。
4-5对于多拐曲轴,可以画出几个相位图?什么情况是主谐量?什么情况是次主谐量? 答:1)当谐量的阶数为曲轴每一转中点火次数的整数倍时(k=2im/τ),该阶振幅矢量位于同一方向,可以用代数方法合成,该阶谐量称为主谐量。
2)当k=(2m-1)i/τ时,各曲拐该阶力矩幅值作用在同一直线上,方向不同,称为次主谐量。
3)曲拐侧视图有q 个不同方向的曲拐,则有q τ/2个相位图。
4-6什么是临界转速?如何求对应第k 阶谐量引起的临界速度?计算和分析扭振的条件是什么?答:曲轴固有频率与外界干扰力矩“合拍”,产生扭转共振的转速称为临界转速。
共振时,k ωt =ωe ,则ωt =ωe /k ,其中ωt 为曲轴转动角频率。
计算和分析扭转共振的三个条件为:①k n在发动机工作转速范围内,方能称为临界转速②一般只考虑摩托阶数k ≤18的情况,因为k 值太大时,对应的谐量幅值很小 ③一般只考虑前两阶或前三阶固有频率 4-7计算曲轴系统扭振的假设条件是什么?答:1)强迫振动引起的共振振型与自由振动的振型相同 2)只有引起共振的那一阶力矩对系统有能量输入 3)共振时激发力矩所做的功,等于曲轴上的阻尼功4-8如果知道第一个集中质量的绝对振幅,其他集中质量的振幅如何求出?为什么? 答:因为共振时阻尼功等于激振功,激振频率等于固有频率,即W ξ=k W, t e k ωω= ,ψ= 2π,所以π1a k M Ф1sinϕ1zii a =∑= -πξk ωt Ф2121zii a=∑,Ф1 =ak121Mzii z e i i aa ξω==∑∑ ,则由1i i a Φ=Φ,可以求出所有集中质量的绝对振幅第五章:配气机构设计5-1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?答:数值相等。