内燃机设计题的答案(仅供参考)

1、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s。2圆角弯曲形状系数：等于圆角表面最大应力max与圆角名义应力n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=-（+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/dc。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

2、度系数：材料的拉伸极限强度B与热应力特性数（aE/）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n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

3、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。

4、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

5、的惯性力距） 反力距+（M表示反力距的变动部分，M=M；表示反力距的平均值）M和使基础受扭，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

6、（四冲程）或（二冲程）Z为气缸数。如四冲程四缸发动机，即合成扭矩以为周期变化，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

7、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：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应保证曲轴有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度曲轴应有轻的结构质量，注重材料和加工工艺破坏部位：疲劳裂纹发生于应力集中最严重的过渡圆角和油孔处弯曲疲劳裂缝从轴颈根部

8、表面的圆角处发展到轴颈上，基本上成45°折断曲柄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：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。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。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。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

9、力之比。圆角弯曲形状系数：=max/n，=0f1f2f3f4f50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W=bh²/6，曲柄的厚度h增大时，其W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。f1轴颈重叠度影响系数f2曲柄宽度影响系数f3曲柄销空心度影响系数f4轴颈减重孔偏心距e的影响系数f5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：加大轴颈重叠度（采用短行程是增加重叠度的有效方法）。加大过渡圆角。采用空心轴

10、颈。增加卸载槽。工艺措施：圆角滚压强化。轴颈和圆角表面同时进行淬火。喷丸强化。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。用扭矩不均匀系数来判断发动机合成扭矩的均匀程度，=(Mmax-Mmin)/(M)m。=(max-min)/m2(max-min)/ (max+min)，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

11、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。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。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。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

12、劳强度安全系数计算方法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：max=ao+aj，min=ao+ac；n点：max=io+ic，min=io+ij(当ij<0)或io(当ij>0)。应力幅a=(max+min)/2，平均应力m=(max-min)/2，安全系数n=-1z/(a/+m)，其中角系数=(2-1-0)/ 0。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=-1z/(a/+m)，=(2-1-0)/ 0。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

13、预紧力的方法：通过用扭力扳手控制预紧力矩M来间接控制P0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01，直接控制预紧力P0“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，销套定位，锯齿定位，舌槽定位。5 提高连杆螺栓疲劳强度的措施首先致力于降低螺栓应力幅a努力减少螺栓各处的应力集中为了提高螺栓强度，把螺纹的头几牙车成10°15°的倒

14、角设计平切口连杆的螺栓头部形状时，应保证拧紧螺母使螺栓不会跟着转，使得拆装方便采用合理的工艺方法对于提高连杆螺栓的疲劳强度也有很大作用。1 轴承工作条件和轴瓦工作面减磨合金材料的主要要求有哪些？轴瓦工作条件对轴瓦有何要求？轴承工作条件：轴承承受交变载荷会在合金层内形成疲劳应力状态。轴承与轴颈之间被一层边界油膜所隔开。氧化机油对轴承表面腐蚀，油中机械杂质擦伤轴承和轴颈表面。连杆和曲轴制造误差，使轴承与轴颈之间产生局部的负荷集中。轴瓦工作面减磨合金材料的主要要求：有足够的机械强度，较高的热硬度和热强度。有足够的减摩性能。良好的耐腐蚀性。足够的结合强度。对轴瓦的要求：1瓦背与合金层的粘结性要好。2瓦

15、背要有足够屈服极限。2 轴瓦表面的几何形状，何为自由弹势，如何标注过盈？几何形状：普通的是正确的圆柱形回转双曲面轴承椭圆轴承。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s。标注过盈：轴瓦的工作图上是以公差的形式给出(d0/2)+umax-umin及试验力P0来标注轴瓦过盈量的。过盈的测量：检验座内加工有直径等于轴承座孔内径上限值d0的半圆孔，瓦放入座内，一端用挡块顶死，另一端施以试验力P0，这时轴瓦产生压缩变形v，然后测量轴瓦比检验座对口面的高出量u，再求出轴瓦在试验力P0作用下的缩短量v，轴瓦的半圆周过盈量h也就能求得，h=u+v。3 轴承负荷能

16、力是怎样构成的，*的物理意义是什么？轴承负荷能力由旋转作用负荷能力和挤压作用负荷能力构成。*=w+s-20，称为非定常轴承的有效角速度，表示轴颈、轴承相对于油楔运动的角速度之和。4 轴心轨迹计算的意义何在？可作为判断轴承实现液体润滑情况的重要依据。帮助分析研究轴承损坏原因，改进设计。合理布置油孔、油槽位置，使润滑油供应通畅。实现轴承润滑的最佳设计。1 活塞的工作条件和设计要求有哪些？机构设计着重解决的问题是什么？1在高负荷、高温、高速、润滑不良的条件下工作。2要求1、选用热强度好、耐磨、比重小、热膨胀系数、导热性好、具有良好减磨性工艺性的材料。2、有合理的形状和壁厚3、保证燃烧室气密性好，窜气

17、、窜油要少又不增加活塞组的摩擦损失。4、在不同工况下都能保持活塞油缸套的最佳配合。5、减少活塞从燃气吸收的热量，而已吸收的热量则能顺利的散走。6、在较低的机油耗条件下，保证滑动面上有足够的润滑油。3解决问题1、改善活塞顶和第一环的工作条件，防止顶部、热裂和环粘结、卡死和过度磨损。2、改善活塞销和销座的实际承载能力，减少磨损，防止破裂。3、确定合适的裙部外形和热膨胀控制措施，提高裙部承载能力和减小配缸间隙，改善磨损使运转平顺。2 如何提高头部及第一环的工作可靠性？ 1、常在油环与临近气环间直径方向缩小1mm左右；2、改善活塞头部设计，使其具有良好的导热能力的过度截面，降低热应力；4、在第一环槽或

18、燃烧室喉口，铸入耐热护圈，以增强环槽的耐磨性，防止喉口开裂；5、活塞在上止点时，第一道活塞环应处于良好的冷却区域；6、减少活塞头部与缸套的配合间隙；7、第一环采用梯形环，以防粘结；8、在活塞第一环槽上方加隔热槽，使部分热流偏离第一环；9、在活塞顶部喷镀陶瓷或进行硬膜阳极氧化处理，形成高硬度耐热层，增加热阻；10、对头部才去冷却措施3 群部变形受哪些因素影响？销孔纵横位置的确定1、侧压力的作用；2、加在活塞顶上的燃气压力的作用；3、活塞受热膨胀。位置确定：H2=（0.60.65），如果活塞侧压力的作用线与活塞膨胀冲程时油膜合力一致，则滑块就可以在某一角度下自动定位。而销孔通常是偏向次推力面一侧布

19、置。4 销和销座的设计重点是什么？其破坏发生在什么地方？1）限制活塞销的弯曲变形。销：确定活塞的尺寸时，不能孤立地以销所能承受的压力和变形为基础，只能以活塞销在气压力下所产生的变形能为销座所承受做前提活塞与活塞销受力后变形不协调，使销座与销接触，则从限制活塞销的弯曲变形决定外径尺寸活塞销内径尺寸由许用矢圆变形来决定校核活塞销表面压力和弯曲应力为使销重量尽可能轻，活塞销做成中空销座：尽量提高销座实际承载能力，就须使它适应活塞的变形在活塞高度不断减小的情况下，希望H1尽可能大，保证销座工作可靠性为减少活塞变形，在顶部与销座间放置加强筋，承压面积，配合间隙，摩擦表面质量。2）破坏常发生在销座内侧或销

20、中间裂开。5 环的密封机理，环的弹力，应力与结构参数有什么关系？密封机理：气环要有良好的密封作用，首先应以一定的弹力P0与汽缸壁压紧，形成第一密封面，使气体不易通过环周与气缸之间，而钻入环与环槽间的空间。由于气流产生的压差，造成径向，轴向的不平衡压力Pr（下标字母大写），Pa。其中Pa把环压向环槽侧面，形成第二密封面，而Pr则大大加强了第一密封面。关系：环的弹力与结构参数的关系：在材料及直径D既定的条件下，环弹力与其开口端距S0和径向厚度t有关，活塞环平均弹力(壁压)p0与环的结构参数S0/t、D/t、材料参数E之间有如下关系：环的应力与结构参数的关系：活塞环置入气缸后，环周受均匀压力p0，最

21、大工作应力：6 活塞环存在哪些运动，如何提高环的颤动能力？基本运动：1、上下运动2、径向运动3、回转运动。提高环的颤动能力：1、用开口部分有较高径向压力的高点环2、减小环宽，以减轻重量，减小惯性力3、增大环厚，以增加环的轴向不平衡气压力4、改进油环和活塞设计。1 机体的结构形式有哪些？其特点如何？平底式。底面与曲轴轴线基本平齐，高度小，重量轻，但相对来说刚度都比较差，油底壳很深，冲压困难龙门式。底面比曲轴轴线低(0.61.0)D，由于机体总高度增大，在纵向平面中的弯曲刚度和绕曲轴轴线的扭转刚度显著提高。同时，机体底面可以以一个完整的平面与油底壳相配，密封比较简单隧道式。主轴承孔不可分割的机体，

22、这种机体具有最好的刚度，但它的重量比龙门式机体重，因大直径滚动轴承圆周速度很大，提高柴油机转速受到了限制，这种机体的油底壳结合面的密封最为简单。2 缸套的结构形式有哪些？其特点如何？无缸套汽缸：在较轻负荷下工作，结构简单，成本低廉。干式气缸套：机体刚度比湿式缸套大，同时干式气缸套较薄，降低成本和质量，由于干缸套不与冷却水直接接触，传热差，活塞组温度高，干缸套机体要求高，要求精度配合。湿式气缸套：湿缸套由于冷却好、更换方便、制造容易，主要适用于大缸径。3 气缸的磨损机理，磨损图，及提高耐磨性的措施磨料磨损。由于吸入的空气中混有尘埃，机油中有积碳、金属磨屑等外来坚硬杂质，形成磨料引起磨损。腐蚀磨损

23、。燃烧过程中产生许多酸性物，酸性物和水蒸气凝结在气缸表面上，如果气缸上的润滑油膜不足，酸性物与气缸镜面金属直接接触进行腐蚀。熔着磨损。当气缸与活塞在润滑不良情况下滑动时，两者有极微小部分金属面直接接触，摩擦形成局部高热，使之熔触粘着、脱落，逐步扩大即产生熔着磨损。提高耐磨性的措施：合理选用材料。缸套加工必须精确缸套表面处理。制定合理的磨合规范。使用条件。改善缸套的设计。4 湿缸套的穴蚀发生在什么部位及防止措施在以下三个区域内易产生穴蚀：连杆摆动平面的两侧，缸套中上部及下部聚集如带状的深孔群。在进水口处及水流转弯处孔洞聚集在支撑及上下配合密封凸肩处产生细小穴蚀。机理：缸套的振动所引起的冷却水中的

24、交变压力和水流的冲击是产生穴蚀破坏的主要外因，缸套材料本身存在着微观的小孔，裂纹，沟槽是产生穴蚀破坏的主要内因。防止措施：减小缸套的振动。主要措施有：减小活塞和气缸间的配合间隙。采用偏置活塞销。提高缸套的刚度。适当减小缸套与气缸体间的配合间隙。控制气泡的形成。提高缸套的抗穴蚀能力。合理选择缸套材料。合理选择热处理工艺。缸套外表面处理。改善冷却水的性质。5 缸盖的破坏主要发生在什么部位，以及产生机理，热强度的意义何在？大部分缸盖的损坏是缸盖底板表面发生裂纹。裂纹产生的机理如下：底板火力面温度高于其冷却面的温度，所以热胀冷缩受到限制，火力面发生强烈的压缩应力，冷却面受到了很大的拉伸作用。在高温条件

25、下，材料的弹性极限下降，发生了塑性变形，压缩应力有所下降。当温度继续下降到环境温度时，表面出现残余拉伸应力。意义：用材料的拉伸极限强度与热应力特性数相比得到热强度系数。特征数越小，热应力越小，热强度系数越大，热强度也越大。1何为气门开度断面丰满系数，何为气门升程丰满系数？答：平均通过断面fm对最大通过断面fmax之比来表征其通过能力，这个比值称为时间-断面丰满系数f，f=fm/fmax，fmax=Hcos(dh+0.5Hsin2)，H为气门最大升程。气门升程曲线丰满系数h=hm/H，hm为在进、排气门开启持续角i、e内的气门平均升程，即2 凸轮外形的设计应考虑哪些要求？所设计的凸轮外形应保证凸

26、轮从动件具有良好的加速度变化规律加工精度能保证所设计运动规律实现根据给定的基本参数先制订出理想的气门运动规律，特点是加速度曲线的连续性，有尽可能大的气门通过能力，较好的配气机构动力性能等在凸轮外形设计中，应进行配气凸轮机构运动学的计算凸轮外形除了需要能保证气门开启时间断面足够，加速度大小及变化符合要求的所谓基本工作段以外，还应有缓冲段。3 为何要设置缓冲段，两种缓冲段有何特点？原因：在不同工作温度下，气门机构零件有不同伸缩，在气门机构传动链中必须留有一定间隙，因此，挺柱与气门的运动便不能同步，挺柱总是以较大加速度开始运动，落座也同样带有很大的末速度。这些都将在气门杆尾端面或气门座密封面产生强烈

27、冲击，发出噪音，为此，凸轮外形除基本工作段外还应有缓冲段缓冲段保证从动件从刚开始运动这一段升程内，至少在克服气门间隙以及压缩驱动机构，并产生静变形至气门开始升起以前，一直保持较小的速度，使气门开始升起和落座的速度能低于所允许的数值这样的凸轮外形既保证了原设计提出的气门最大升程、气门运动规律和最佳配气定时，还能由于挺柱的运动速度总是保持很小而使气门在始升或落座时的速度得到了控制，防止了强烈冲击。等加速-等速性缓冲段的特点：其等速段保证气门机构间隙变化时，气门仍以不变的速度升起或落座，而且由于这种缓冲段在等速段的升程变化率较大，使实际气门间隙的变动对气门定时影响不大。至于等加速段，则可保证从动件由实际基圆过渡到缓冲段工作时，速度由零逐渐增大，无突变，工作平稳。且凸轮在实际基圆与缓冲段相接处外形圆滑无尖点。余弦型缓冲段：与等加速-等速性缓冲段具有类似的特点，在高速强化的发动机中用的较广。4 圆弧凸轮，高次方凸轮有何优缺点？圆弧凸轮(等加速-等减速凸轮)能达到的时间断面最大，有利于改善充气性能，但加速度突变，配气机构工作平稳性会较差；高次方凸轮则正好相反，其加速度曲线光滑程度高，配气机构工作平稳性容易得到保证，但升程曲线丰满系数相对较低。显然，前者适用于转速较低的发动机，后者适用于转速较