内燃机设计题的答案

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τn 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。汽油机优点：重量轻尺寸小低温起动性能好，工作柔和，运转平顺，制造成本低，四冲程优点：更坚固可靠耐磨经济性好指标稳定。二冲程优点：单位时间内工作循环数提高一倍，实际功率输出比四冲程大，与同功率四冲程发动机比体积小重量轻。水冷优点：冷却较好且均匀，强化潜热大。风冷优点：不用水冷却系统简单，不会发生漏水冻结和沸腾等故障，工作可靠性高，使用方便，但其运转噪音较大。

单列式优点：结构简单，工作可靠成本低使用维修方便，能满足一般要求。双列式优点：结构紧凑，使机体，曲轴，凸轮轴和连杆的结构刚度较大，平衡性良好，进气系统完善，外形空间利用率高。主要参数：1平均有效压力2活塞平均速度3气缸直径和气缸数4评定参数（强化指标，比重量，升功率）

4.作用在单缸机支架上有哪些力和力矩？力矩：飞轮端输出扭矩M ＂=M+△M （△M 表示飞轮不匀速转动的惯性力距） 反力距

M M '∆''＋＝M M +（△M ＇表示反力距的变动部分，△M ＇=△M ；'M M 表示反力距的平均值）M ＂和M M ＇使基础受扭，△M ＇

使基础受变动载荷作用。承受受力情况与反力距有关，而飞轮只解决输出扭矩的均匀性，并不能改变反扭矩，因而也不能改变支架的受力情况。力：自由力P ＇经过主轴承传给发动机曲轴箱，再传给发动机支架，此时，支承反力Q1=P/2+M ＇/b,Q2=P/2-M ＇/b ，（b 为支撑距离）气压力通过M 间接作用于支架，往复惯性力P 既直接作用于支架，又间接通过M 作用其上。

5对均匀发火的多缸机如何根据单缸机扭矩曲线来求总扭矩，若发火不均匀又该如何计算？

发火均匀时，考虑各缸间的发火间隔，各缸扭矩曲线应相互错开一个对应发火间隔的角度，发火间隔Z

720o =A （四冲程）或Z 360A o =（二冲程）Z 为气缸数。如四冲程四缸发动机o o 1804

720==A ，即合成扭矩以o 180为周期变化，只须将单杠扭矩分为四段，将它们叠加在一起就得i i 1M

∑

1影响发动机平衡性的主要因素有哪些？不平衡危害？

1）往复式内燃机由于工作过程的周期性和机件运动的周期性，运转中所产生的旋转惯性力和往复惯性力都是周期变化的；另外，输出扭矩的波动，也会造成支反力的变化，导致往复式内燃机不平衡。

2）不平衡会引起机器在支承上振动。汽车发动机发生振动，有损汽车的平顺性和舒适性，加速司机疲劳，影响行车安全。拖拉机发动机发生振动也会恶化机车的劳动条件，影响农业作业质量。进行固定作业的柴油机的振动会缩短基础和建筑物的寿命。振动引起噪音，消耗能量，降低机器的总效率，振动还可能引起紧固连接件的松动和过载，降低机组的耐久性。

1 曲轴的工作条件和设计要求，曲轴的破坏主要发生在哪些部位。工作条件：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及它们的力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。

设计要求：①有足够的疲劳强度，强化应力集中部位，缓和应力集中现象，用局部强化的方法解决曲轴强度不足的矛盾②使曲轴各摩擦表面耐磨，各轴颈具有足够的承压面积同时给予尽可能好的工作条件③应保证曲轴有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度④曲轴应有轻的结构质量，注重材料和加工工艺

破坏部位：①疲劳裂纹发生于应力集中最严重的过渡圆角和油孔处②弯曲疲劳裂缝从轴颈根部表面的圆角处发展到轴颈上，基本上成45°折断曲柄③扭转疲劳破坏通常是从机械加工不良的油孔边缘开始，约成45°剪断曲柄销④磨料磨损发生在轴颈表面

2 曲轴的主要结构尺寸及设计要求：⑴曲柄销的直径D2和长度l2：采用较大的D2值，以降低曲柄销比压，在D2的基础上考虑l2适当确定l2大小。⑵主轴颈的直径D1可以和D2相等或小于，加粗D1可以提高曲轴强度，l1一般比l2短。⑶曲柄应选择适当的厚度，宽度，以使曲轴有足够的刚度和强度。⑷平衡重的重心远离曲轴旋转中心，采取较小质量达到最佳效果。

3 圆角形状系数定义及其对曲轴工作的影响。形状系数：圆角半径上最大实测应力与根据曲轴结构尺寸和载荷计算的名义应力之比。圆角弯曲形状系数：ασ=σmax/σn，ασ=ασ0f1f2f3f4f5①ασ0—标准曲轴的弯曲形状系数：增大圆角半径R可使圆角处局部应力峰值下降，较大的圆角半径使曲轴的强度提高；由Wσ=bh²/6，曲柄的厚度h增大时，其Wσ成平方关系增长，大大提高曲柄的抗弯能力，使圆角处应力分布趋于平均。②f1—轴颈重叠度影响系数③f2—曲柄宽度影响系数④f3—曲柄销空心度影响系数⑤f4—轴颈减重孔偏心距e的影响系数⑥f5—与圆角链接的曲柄销中减重孔至主轴颈的距离L的影响系数。目的就是为了计算出曲轴的最大工作应力。

4 提高曲轴强度的结构措施及工艺措施。结构措施：①加大轴颈重叠度（采用短行程是增加重叠度的有效方法）。②加大过渡圆角。③采用空心轴颈。④增加卸载槽。工艺措施：①圆角滚压强化。②轴颈和圆角表面同时进行淬火。③喷丸强化。④氮化处理。

5 设置飞轮的必要性，扭转不均匀系数，发动机运转不均匀系数

①必要性：在气缸数目已定的情况下要减小曲轴回转不均匀性就必须加大转动惯量，减少曲轴角加速度，它起着调节曲轴转速变化稳定转速的作用。②用扭矩不均匀系数μ来判断发动机合成扭矩的均匀程度，μ=(Mmax-Mmin)/(ΣM)m。

③δ=(ωmax-ωmin)/ωm≈2(ωmax-ωmin)/ (ωmax+ωmin)，δ称为发动机的运转不均匀系数。

1 连杆的工作条件和设计要求，大小头载荷的构成，分布及危险截面

①工作条件：连杆小头与活塞销一起作往复运动，连杆大头和曲轴一起作旋转运动。连杆体既有上下运动，还有左右摆动，作复杂的平面运动。连杆的基本载荷是拉伸和压缩。由于细长杆件，附加有弯曲应力和弯矩。

②设计要求：首先保证连杆具有足够的疲劳强度和结构刚度，选用高强度的材料，合理的结构形状和尺寸，采取提高强度的工艺措施等。

③小头载荷构成分布：(a)衬套过盈装配及温升产生的小头应力，外表面和内表面。(b)由拉伸载荷所引起的小头应力。(c)由压缩载荷所引起的小头应力，压缩载荷中的大部分直接压在杆身上。危险截面：固定角断面m-n。

④大头载荷构成与分布：大头的重量产生的离心力使连杆轴承主轴承负荷增大、磨损加剧。连杆螺栓头或螺帽的支撑面过渡圆角处易成为薄弱环节，危险截面：过连杆轴线的截面上。

2 连杆各部分疲劳强度安全系数计算方法

①连杆小头的疲劳强度安全系数：固定角断面m-n是连杆小头强度最薄弱处，危险点的极限应力：m点：σmax=σao+σaj，σmin=σao+σac；n点：σmax=σio+σic，σmin=σio+σij(当σij<0)或σio(当σij>0)。应力幅σa=(σmax+σmin)/2，平均应力σm=(σmax-σmin)/2，安全系数n=σ-1z/(σa/εσ’’+ψσσm)，其中角系数ψσ=(2σ-1-σ0)/ σ0。

②连杆杆身的疲劳安全系数：两个平面内的安全系数nx、ny应分别求取，但计算公式仍为n=σ-1z/(σa/εσ’’+ψσσm)，ψσ=(2σ-1-σ0)/ σ0。

3说明连杆螺栓和大头负荷变化的关系，以及确定预紧力的方法

答：负荷和变形成正比关系。确定预紧力的方法：①通过用扭力扳手控制预紧力矩M来间接控制P0②可靠的办法是在装配时用百分表等精确测量螺栓的与变形量λ01，直接控制预紧力P0③“塑性区域旋转角度拧紧法”。

4 连杆大头的剖分形式，各种剖分的特点

①平切口。连杆大头具有较大的刚度，轴承孔受力变形小，制造费用低②斜切口：增大两个螺栓之间的距离，连杆大头结构的刚度及紧凑性变差。连杆螺栓承受较大剪力，必须采用能承受较大剪力的定位元件，才能保证工作可靠。定位方式：止口定位，