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1、内燃机结构设计 分析 复习题 第一章 1. 汽油机的主要优点是什么？柴油机的主要优点是什么？ 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 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 汽油机与柴油机相比，汽油机的燃气温度高， 柴油机的活塞热负荷大。 2. 假如柴油机与汽油

2、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？ 在相同进气方式的条件下，汽油机的升功率高 1) 由 ( )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、缸径相同的情况下，单位容积发出的功率小于汽油机，因此柴油机的升功率低，汽油机升功率高。 3. 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？ 对于汽

3、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。 4. 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？ 1) 摩擦损失增加，机械效率 m下降，活塞组的热负荷增加，既有温度升高，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 v下降。 第二章 1. 写出中心曲柄连杆机构活塞的运

4、动规律表达式，并说出位移、速度和加速度的用途。 ( ) ( ) ( ) ( ) 用途： 4) 活塞位移用于 示功图与 示功图的转换，气门干涉的校验及动力计算； 5) 活塞速度用于计算活塞平均速度 m ，用于判断强化程度及计算功率，计算最大速度 的 max，评价气缸的磨损； 6) 活塞加速度用于计算往复惯性力的大小和变化，进行平衡分级及动力计算。 2. 气压力 Fg 和往复惯性力 Fj 的对外表现是什么？有什么不同？ 气压力 的对外表现为输出转矩，而 的对外表现为有自由力产生，使发动机产生纵向振动。 不同：除了上述两点，还有 : 1) max max 2) 总是存在，但在一个周期内其正负值相互抵

5、消，做功为零； 是脉冲性，一个周期内只有一个峰值。 3. 推导单缸发动机连杆力、侧向力、曲柄切向力和径向力的表达式，并证明翻倒力矩与输出力矩大小相等方向相反。 P27 见 P27 页（我靠公式编辑器太让人崩溃了，那个很骚的图也不知道怎么画 ） 4. 往复惯性力 始终沿汽缸轴线作用。 记住了嗯。 第三章 1. 往复式内燃机不平衡的原因 是什么？ P36 1) 工作过程的周期性：发动机的转矩是周期性变化的。 2) 机件运动的周期性：旋转惯性力、往复惯性力是周期性变化的。 2. 静平衡和动平衡的条件 是什么？ P37 1) 静平衡： 旋转惯性力合力为零 ，质心在旋转轴上。 2) 动平衡：旋转惯性力合

6、力为零 ，而且合力矩为零 。 3. 二冲程 与四冲程 发动机的点火间隔角 分别是多少？ P38 1) 二冲程： 曲拐数 2) 四冲程： 曲拐数 4. V 型发动机左右两列气缸间的点火轮换方式 哪几种？ P54 1) 交替式：左右两列轮流交替式点火，通常每列汽缸的点火顺序是相同的，间隔也是均匀的。 2) 填补式：填补式点火顺序的特点是对于每一列汽缸而言，其点火间隔)2c o s(c o s cF j是不均匀的，而且左右气缸的点火顺序也不相同。如如果气缸夹角选择合适，经过彼此相互填补配合，能够得到一种点火间隔均匀的点火顺序。 第四章 1. 外阻尼 与 内阻尼 的概念。 P60 1) 外阻尼：由于扭

7、振部件的外表面与外界发生摩擦而形成的阻尼。例如，周在轴承内的摩擦；部件同空气或其他流体之间的摩擦。这些阻尼往往随着轴系转速的提高而增大。 2) 内阻尼：由于轴系反复变形、材料内部分子之间发生摩擦而产生的阻尼。这部分阻尼往往随着轴系变形量的增大而提高。 2. 什么是曲轴的扭转振动，扭振的现象和原因？ 1) 扭转振动的定义：扭转振动是使曲轴各轴段间发生周期性相互扭转的震动，简称扭振。 2) 扭振的现象： a) 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。 b) 发动机偏离该转速时，上述现象消失。 3) 扭振发生的原因： a) 曲轴系统有具有一定弹性和

8、惯性的材料组成，本身具有一定的固有频率。 b) 系统上作用有大小和方向呈周期性变化的干扰力矩。 c) 干扰力矩的变化频率于系统固有频率合拍时，系统产生共振。 3. 什么是临界转速？如何求对应第 K 阶谐量引起的临界转速？计算和分析扭转共振的条件是什么？ 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， ，则 ，其中 为曲轴转动角频率。 计算和分析扭转共振的三个条件： 1) 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 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. 发动机的主临界转速与发火次序的变化

9、无关 。 哦，俺懂啦 第五章 1. 配气凸轮除工作段外，都要有缓冲段，为什么？ 1) 由于气门间隙的存在，是的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幽灵变得很大，有很强的冲击作用。同样，当期门罗做事末速度很大，会对气门座产生强烈冲击，气门机构的磨损和噪声加剧。为为了

10、补偿气门间隙以及与尽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。 2. 如何确定气门的最大升程，为什么？ 气门最大升程 max与气门直径 d 的关系应为 。考虑到惯性载荷和活塞上止点时可能与气门发生干涉的问题，一般进气门的。为保证有足够的流通面积和减少活塞推出功，一般排气门 。 3. 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？ 一般发动机的气门锥角 。而对于增压柴油机，气门锥角 ，这是因为增压发动机缸内压力高，气门盘受力变形大与气门座的相对滑移量大，而且不同于非增压发动机，完全排除了从气门导管获得既有的可能，因此，请偶们与气门

11、座磨损的问题更加突出。增压发动机采用较小的气门锥角，就是为了减少与气门座的相对滑移量，减轻磨损。 4. 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) 缸垫按压紧后的厚度计算，除主轴承及活塞销孔以外，曲柄连杆机构的间隙均偏向一侧，是活塞处于最高处。确定活塞在上止点的最高位置。 2) 画出活塞位移曲线； 3) 根据键槽、齿形以及他们与趣怪所在平面、凸轮轴位之间的制造公差，进行正时齿轮传动机构的尺寸链计算，确定进、排气门的实际开闭时刻并按照同一比例画出进排气门生成曲线，气门升程对应的角度要换算成曲轴转角； 4) 观察气门升程曲线与活塞位移

12、曲线是否相交；如果相交，则需要在活塞上开 避让坑，或者改变配气相位。 5. 配气机构采用平底挺柱时，其底面半径应大于挺柱最大几何速度。 嗯俺懂啦 第六章 1. 曲轴的破坏形式主要是弯曲疲劳， 提高曲轴疲劳强度的结构措施有哪些，为什么？工艺措施有哪些，为什么？ 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，同时可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

13、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（用热处理的方法使金属发生组织相变，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 （属于冷作硬化变性，在金属表面留下压应力，使表面强度提高，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） 2. 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？ 工作

14、条件： 1) 受周期变化的力、力矩共同作用，曲轴既受弯曲又受扭转，承受交变疲劳载荷，重点是弯曲载荷； 2) 由于曲轴形状复杂，应力集中严重，特别是在曲柄与轴颈过渡的圆角部分； 3) 曲轴轴颈比压大，摩擦磨损严重。 设计要求： 1) 有足够的耐疲劳强度； 2) 足够的承压面积，轴颈表面要耐磨； 3) 尽量减少应力集中； 4) 刚度要好，变形小，否则使 其他零件的工作条件恶化。 一般在制造工艺稳定的条件下 ，钢制曲轴的安全系数 ，对于高强度球墨铸铁曲轴，由于材料质量不均匀，而且疲劳强度的分散度比较大，应取 。 3. 从等刚度出发，主轴颈 D1等于连杆轴颈 D2；从等强度出发， D1 小于 D2；实

15、际设计时 D1 大于 D2。 俺懂啦 4. 飞轮的主要作用是什么？ 1) 发动机的输出转矩 M大于阻力矩 时，吸收多余的功，使转速增加较少； 2) 发动机的输出转矩 M小于阻力矩 时，释放储存的能量，使转速减少较小。 总之，飞轮的作用就是调节曲轴转速变化，稳定转速。 5. 飞轮的转动惯量根据什么来确定？飞轮转动惯量与气缸数是什么关系？ 飞轮转动惯量的大小关键在于 （发动机运转不均匀系数，或称变速率）的选择；一般气缸越多，飞轮的转动惯量占发动机总惯量的比例会越小。 6. 飞轮外径受到哪些因素限制不能很大？ 除了要考虑空间条件外，主要就是考虑外圆的圆周速度，尤其对于灰铸铁飞轮，建议圆周速度不超过

16、30 35m/s。否则，容易造成由于离心惯性力过大，材料的抗拉强度不足而使飞轮损坏及飞轮材料碎裂飞出的事故。 第七章 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？ 连杆的拉伸载荷主要是由于往复惯性力造成的： 在计算不同界面的拉伸应力可用下式： ( )( ) 式中， 、 分别为活塞组和计算断面以上那部分往复运动的连杆质量。 2. 计算连杆的最大拉伸应力选取什么工况？ 标定转速工况（最大转速） 3. 计算连杆的压缩载荷时选取什么工况？ 最大转矩工况和全负荷情况下的标定转速工况，而且要兼顾两岸侧弯的情况是否发生。 4. 提高连杆螺栓疲劳强度的措施有哪些？ 1) 降低螺杆

17、刚度 C1，主要 是通过光杆直径 d0进行调整，一般( ) 。 2) 提高被连接件的刚度 C2。 3) 增加过渡圆半径，降低应力集中。 4) 采用细牙滚压螺纹。 5) 严格控制螺栓和被连接件的形位公差，减少附加弯矩。 5. 连杆螺栓应该采用什么方法防止松动？ 6. 连杆螺栓的刚度应该小于连接件的刚度。 第八章 1. 活塞的工作条件是什么，请分项论述。然后论述对活塞的设计要求。 1) 高温 导致热负荷大：活塞在气缸内工作时，活塞顶面承受瞬变高温燃气的作用，燃气的最高温度可达 ，因而活塞定的温度也很高。温度分布不均匀，有很大的热应力； 2) 高压 冲击性的高机械负荷：高压包括两方面 a) 活塞组在

18、工作中受周期性变化的气压力直接作用，气压力 ( a)一般在膨胀冲程开始的上止点后 达到最大。 b) 活塞组在汽缸里作 高速往复运动，产生很大的往复惯性力 max。 3) 高速滑动 ：内燃机在工作中所产生的侧向力是较大的，特备是在短连杆内燃机中 ； 4) 交变的侧压力：活塞上下行程时活塞要改变压力面，侧向力方向不断变化，造成了活塞在工作时承受狡辩的侧向载荷。 设计要求： 1) 选用热强度好，散热性好，膨胀系数小，耐磨、有良好减磨性和工艺性的材料； 2) 形状和壁厚合理，吸热少，散热好，强度和刚度符合要求，尽量避免应力集 中，与缸套有最佳的配合间隙 3) 密封性好，摩擦损失小 4) 重量轻 2. 减轻活塞热负荷的设计措施有哪些？