《内燃机设计》课后习题答案(袁兆成主编)u

第二章：曲柄连杆机构受力分析 2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 /4(1 = X +X ; V = r() = v +v ; a = = a +a ; 用途： 1）活塞位移用于 功图与 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 =18 m/s，用于判断强化程度及计算功率，计算 最 大 素 的 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压力 往复惯性力 对外表现是什么？有什么不同？ 答： 气压力 对外表现为输出转矩，而 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 在一个周期内其正负值相互抵消，做功为零； 个周期内只有一个峰值。 2 ：连杆力： ；侧向力： ； 曲柄切向力： ；径向力： ； 证明：输出力矩： ； 翻倒力矩： = = . 所以翻倒力矩与输出力矩大小相等方向相反。 2 ： 1，假设每一缸转 矩都一样，是均匀的，仅仅是工作时刻即相位不同。如果第一缸的转矩为 ，则第二缸的转矩为， ；第一主轴颈所受转矩 ； 第二主轴颈所受转矩 ； 第三主轴颈所受转矩 ； 第四主轴颈所受转矩 ； 2， 连杆轴颈和连杆轴承承受负荷是，坐标系应该固定在哪个零件上 ? 固定在 连杆 轴颈 轴颈负荷与轴承负荷有什么关系？ 互为反作用力关系 么叫做自由力？ 答 答 1，增加气缸数 2，点火要均匀 3，按质量公差带分组 4，增加飞轮惯量 为什么说连杆轴颈负荷大于主轴颈负荷？ 答 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。 连杆的当量质量换算原理 表达式 从设计的角度出发 说明什么是动力计算，以及计算出那些结果 答 为了进行零件强度的计算，轴承负荷计算和输出转矩计算，曲柄连杆机 构中力的计算是必不可少的。 1 合成力 2 侧向力 3 连杆力 4 切向力 5 径向力 6 单杠转矩 7 翻倒力矩 2010三章：内燃机的平衡 3冲程四缸机，点火顺序 1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冲程四缸机，点火顺序 1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 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 ， ，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 6 。 可以看出，在第一缸曲拐处于上止点前 1826 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冲程三缸机，点火顺序 1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 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 第四章：曲轴系统的扭转振动 4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。 5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。 第六章：曲轴飞轮组设计 6高曲轴疲劳强度的结构措施和工艺措施分别有哪些？为什么？ 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轴的连杆轴颈不变，增大主轴颈直径 何优点？缺点是什么？ 答： 变， 大 优点 : 1. 可提高曲轴刚度，增加曲柄刚度而不增加离心力 2. 可增加扭转刚度，固有频率 加，转动惯量 I 增加不多 缺点：主轴承圆周速度增加， 摩擦损失增加，油温升高。 9内燃机滑动轴承减摩层都