复习（内燃机设计）（已学习部分）

由天下分享时间：2024/12/22 17:50:26 加入收藏我要投稿点赞

内燃机设计复习题

惯性力所组成。

20、活塞上总作用力的分解与传递

叙述分解与传递过程并画出受力图。

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Mr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。 Pr??mrR?2

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。

为了减轻平衡重质量并充分利用曲轴箱空间，可尽量使平衡重的质心远离曲轴中心线。 3、往复惯性力及其平衡

一次往复惯性力 PjI??mjR?2co?s 二次往复惯性力 PjII??mj?R?2co2s? 令C?mjR?2

从形式上看，Pj与离心力一样，但这是mj的往复质量而不是旋转质量。

如果把C假想看成是一个作用在曲柄上的离心力，则一次往复惯性力PjI，就相当于该离心力在气缸中心线上的投影。因为这个离心力是假想的，只是形式上相当于一个离心力，故把它作为一次往复惯性力的当量离心力。

一次往复惯性力采用平衡轴来平衡，二次往复惯性力一般比较小所以不进行平衡。现把这个当量离心力的质量分成完全相等的两部分。即各等于

mj2，并使一部分内气缸中心

线开始，半径R的圆上，以向速度顺时针方向旋转，另一部分以同样条件下反时针方向旋转，显

C然它们的离心力分为。正转部分离心力作为PjI的正转矢量，A1表示。反转部分离心力作为PjI2的反转矢量，B1表示。

在活塞位于止点时，此两当量重合于气缸中心线上。在任一曲轴转角时，正转矢量A1与反转矢量B1的合矢量都落在气缸中心线上，其方向及大小与一次往复惯性力的方向及大小一致。这是

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内燃机设计复习题

因为A1、B1在气缸中心上的投影为

CC A1cos??B1cos?????cos??cos??Ccos??PjI

22 在垂直于气缸中心线方向，A1与B1的投影正好大小相等，方向相反，其和为零。

C?????Csin??B1sin??sin??0 A1sin22 一次惯性力PjI可用两个质量所产生的离心力矢量来代替，所以要想将PjI全部平衡，只要平衡掉这两个离心力即可。具体的做法是采用两根旋转方向相反的平衡轴。

4、单列式多缸内燃机的平衡的项目

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； 5、单列式多缸内燃机的惯性力和力矩的特点

多缸机，各缸产生的一、二次往复惯性力却是沿各自气缸中心线，因此是互相平等，且作用在同一平面内（气缸轴线平面）；只是一次惯性力与二次惯性力变化频率不相同。各气缸的旋转惯性力沿各自曲柄方向作用在不同平面内。由于各气缸中心线之间有一距离，因此各缸的往复惯性力，和旋转惯性力对于与曲轴轴线垂直的某一参考平面（一般取通过曲轴中央的平面为参考平面），还将产生力矩，如互相抵消，本身就平衡了，如不能抵消，则是不平衡的。

离心力产生的力矩和离心力矩，用?Mr表示。由于绝大多数多缸内燃机，曲柄排列从曲柄端视图看，都是均匀分布的，而各缸的离心力大小相等，方向又与曲柄一致，所以离心力的合矢量?Pr在这种情况下就互相抵消了，即?Pr?0。但是由于各缸的离心力作用线不在同一平面内，即使?Pr?0，它们还可能产生合力矩?Mr。这个力矩所在平面通过曲轴中心线，以角速度?旋转，所以，它在垂直平面和水平平面的两个分力矩?Mry与?Mrx的大小和方向都是变化的。

至于一、二次往复惯性力，虽然始终作用在气缸轴线平面内，但各缸中该力的大小和方向都是随曲轴转角?而变化的。所以，对多缸机而言，既使曲柄排列均匀，也只有一次惯性力的合力为零，即?PjI?0，其它各次惯性力（如?PjII）就不一定这零。此外，一、二次惯性力，象离心力一样，也要产生合力矩。并用?MjI、?MjII来表示，它们与?Mr所不同的是，始终作用在气缸中心线所在平面，而数值大小随曲轴转角?变化。 6、四冲程两缸机的平衡情况

1．旋转惯性力的合力?Pr?Pr1?Pr2?mrR?2?mrR?2?0 旋转惯性力的合力为零，说明它们已互相平衡了。

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?1??2? 2、一次往复惯性力的合力?PjI?PjI?PjI?0 一次往复惯性力已经平衡了。 ?1??2? 3、二次往复惯性力的合力?PjII?PjII?PjII??2mjR?2?cos2?

需附加两要有以曲轴二倍角速度旋转的平衡轴来平衡。但由于结构复杂，实际上往往就任其存在了。

4、旋转惯性力的合力矩 5、一次往复惯性合力矩

?Mr?Prl??mrR?2l 没有平衡

2M??mR?cos??l 没有平衡 ?jIj 6、二次往复惯性合力矩 7、四冲程三缸机的平衡情况 1、旋转惯性力的合力

?MjII?0

?Pr?0，即冲程三缸的旋转惯性力已经平衡。

jI 2、一次往复惯性力的合力 3、二次往复惯性力的合力 4、旋转惯性力力矩

?p?p?0，一次往复惯性力合力已平衡. ?0，二次往复惯性力已经平衡。

jII?Mr?3Prl

?Mr与垂直轴的夹角为 ?r???30。

可见，

?Mr ?3Prl，其方向恒位于第一曲柄后30度，故可在曲轴上装平衡重将其平衡。

2。M??3mR?lcos(??30) ?jIj 5、一次往复惯性力矩由上式可知，

?MI简谐函数规律变化的，当??30时，

?MjI有最大值

?MjImax?3mjR?2l，其作用平面位于气缸中心线平面内。

6、二次往复惯性力矩

?MjII??3mjR?2?lcos(2??30)

由于式可知，当cos(2??30)的绝对值=1时，即??15与165度时，?MjII在垂直位置并有极大值

jIImax?3mjR??2l

jI?M和?MjII都可以由附加四轴平衡机构来平衡。

8、四冲程四缸机的平衡情况 1、旋转惯性力的合力

?Pr?0 旋转惯性力已得到平衡

jI 2、一次往复惯性力合力

?P?0 一次往复惯性力也已平衡。

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3、二次往复惯性力的合力 4、旋转惯性力矩

?PjII??4mj?R?2?co2s?

?Mr?0 旋转惯性力矩已平衡

jI 5、一次往复惯性力矩 6、二次往复惯性力矩

?M?M?0 一次往复惯性力矩已平衡 ?0 二次往复惯性力矩已平衡

jII9、四冲程六缸机的平衡情况

?PjI?0、

?PjII?0、

?Pr?0、

?Mr?0、

?MjI?0、

?MjII?0

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。活塞顶厚度随活塞材料不同而有较大的差别。铝活塞的δ值：汽油机为（0.06~0.10）D,柴油机为 5、第一环槽的工作条件

活塞组吸入的热量，多数要由第一环传出，这使第一环槽的热负荷过高，强度降低，并使机油炭化，造成积炭，使环槽严重磨损。 6、确定第一环槽的位置的条件

为了使第一环槽能正常地工作而不至过早地损坏，除了适当地选择项岸高度外，不可采取以下措施：（1）保证活塞在上止点时，第一环的位置处于冷却水之中。（2）将第一道环安排在活塞顶厚度以下。（3）在第一环槽之上开一个槽，这个槽称为隔热槽，其目的是改变活塞顶到第一环槽之间的热流形式，降低第一环的温度。（4）减少顶岸和缸套之间的间隙，减少气流通往第一环

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槽的流通面积，降低第一环槽处的温度。（5）在铝合金活塞环槽处加镶块，由于第一环槽底部的磨损最严重，因此常在第一环槽处镶上一个镶块。（6）在活塞顶部进行硬模阳极氧化处理，可提高活塞顶面耐热性及其硬度，并增加热阻，使顶部降温。(7)在活塞顶部进行硬模阳极氧化处理。 7、活塞环数由什么确定

活塞环数取决于密封的要求，它与内燃机的气体压力及转速有关。 8、减少活塞高度的方法

除了环的数目外，为减小环带部的高度就要从减小环槽和环岸的高度着手。 9、活塞计算的项目

以经验设计计算活塞时，一般只计算第一环岸的强度、裙部及销座的单位压力。活塞顶、尤其是形状复杂的活塞顶，其强度计算是十分困难的，通常以经验设计为主，而不进行计算。 10、第一环岸主要计算项目

第一环岸主要计算在最大气体爆发压力时的剪切与弯曲强度。 11、活塞裙部比压的计算

活塞裙部比压q，一般按下式进行计算，即 q?Nmax/DH2?MP?a

Nma：最大侧压力，由动力计算求得。近似取8~12%Pgmax，单位mPa。 x H2：活塞裙部高度 12、活塞销座比压的计算

? 活塞销座比压力q1按下式计算，即： q1??Pgmax?Pj?ma?a x/2dl?MP?13、活塞销表面比压的计算

连杆小头部分的活塞销表面单位压力为： q2?Pgmax?kPjmaxdb1?MPa?

活塞销座表面单位压力为： q1?14、活塞销弯曲应力的计算