1、作出配气相位图，并分析气门早开与迟闭的原因。
(1)进气门早开：减少节流损失
(2)进气门迟闭：利用气流惯性多进气
(3)排气门早开：①.自由排气，排除大部分废气
②.减少压缩负功
2、气门弹簧起什么作用？为什么在装配气门弹簧时要预先压缩？作用：保证气门的回位，其次还有增大气门对气门座圈的压力、提高气门密封的作用。
原因：门弹簧安装时预先压缩产生的安装预紧力是用来克服气门关闭过程中气门及其传动件的惯性力，消除各传动件之间因惯性力作用而产生的间隙，实现其功用的。
3、气门锥角有什么作用？
①就向锥形塞子可以塞紧瓶口一样，能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性；
②气门落座时有自动定位作用；
③避免气流拐弯过大而降低流速；
④气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。
机械原理课程设计说明书题目：单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析 二级学院机械工程学院 年级专业 13材料本科班 学号 学生姓名 指导教师朱双霞 教师职称教授
目录 第一部分绪论 (2) 第二部分设计题目及主要技术参数说明 (3) 2.1 设计题目及机构示意图 (3) 2.2 机构简介 (3) 2.3 设计数据 (4) 第三部分设计内容及方案分析 (6) 3.1 曲柄滑块机构设计及其运动分析 (6) 3.1.1 设计曲柄滑块机构 (6) 3.1.2 曲柄滑块机构的运动分析 (7) 3.2 齿轮机构的设计 (11) 3.2.1 齿轮传动类型的选择 (12) 3.2.2 齿轮传动主要参数及几何尺寸的计算 (13) 3.3 凸轮机构的设计 (13) 3.3.1 从动件位移曲线的绘制 (14) 3.3.2 凸轮机构基本尺寸的确定 (15) 3.3.3 凸轮轮廓曲线的设计 (16) 第四部分设计总结 (18) 第五部分参考文献 (20) 第六部分图纸 (21)
第一部分绪论 1.本课程设计主要内容是单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析，在设计计算中运用到了《机械原理》、《理论力学》、《机械制图》、 《高等数学》等多门课程知识。 2. 内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能是气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功。再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。这些过程中只有膨胀过程是对外做功的过程。其他过程都是为更好的实现做功过程而需要的过程。四冲程是指在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭；压缩行程时，气缸、内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并做功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环。
1.10年笔试部分： 第一题是判断与选择混合的题目，即二选一。与往年差不多，但又加上了几个新题型。大体是以下内容。 （1）发动机气缸盖在什么时候受力最大？ （2）为避免发生共振，应提高机体频率还是减低机体频率？ 不好意思，记不起来了，呵呵。 第二题名词解释：系统误差和压电效应。 第三题是综合体：全新内容。 （1）测量发动机上止点位置时，通常使用哪几种方法，各有什么特点？ （2）发动机和测功机的匹配问题，就是给出发动机的转速和功率（比如1000min/s,2000kw）,再给出测功机的转速和功率（比如1000min/s,1800kw，也即测功机的各项数据都小于发动机的），问是否满足上述条件的任何测功机都适用于上述发动机。 （3）二缸，三缸，四缸，六缸发动机再曲轴上安装平衡重的作用是否相同，为什么。 （4）给出进排气门提前角和迟闭角四个数据，以及配气相位图，问同缸异门的凸轮轴中心线夹角是多少？（也不难，好好看看） 现代内燃机设计的流程是什么？ 天津大学2009年硕士研究生复试面试题 一、专业题 1.汽油机在各种典型负荷下的过量空气系数为多少 2.柴油机的油耗为什么比汽油机低 3.发动机进、排气为何要早开晚闭 4.柴油机排放后处理的措施 5.提高充量系数的措施 6.汽油机为什么要精确控制过量空气系数 7.EGR是如何降低NOx的 8.增压中冷的作用 9.泵气损失包括哪些 10.柴油燃烧的两个必要因素：浓度和温度 11.作用在曲轴上的有害力矩 12.提高曲轴强度的措施 13.热力学三大定律
14.汽油机、柴油机的温熵图（一般问热能或热物理专业跨过来考的学生） 15.发动机的负荷、速度特性实验 16.雷诺数是用来干什么的 二、实践能力 1.做过哪些实验及某个实验的相关问题 2.拆装发动机的过程 3.去过什么工厂实习及其相关问题 4.金工实习相关问题 三、英语口语 1. 为何选择天津大学 2.毕业论文的课题是什么，你将如何展开进行 3.你对内燃机国家重点燃烧实验室有哪些了解 4.你来自哪个学校 5.你的兴趣爱好 6.与工作过的同学相比，你有哪些优势 08年的笔试题 一：填空： 1.内燃机滑动轴承的承载油膜是由油楔油膜和挤压油膜两种油膜组成。 2.内燃机常规实验中需要监控冷却水温度、机油温度、机油压力。 3.内燃机的耐久性通常用大修期来表示，一般取决于缸套以及曲轴轴颈的磨损速率。 4.内燃机启动方式有手启动和电启动以及空气启动。
车用内燃机 第一章 1、简述发动机、热力发动机、外燃机和内燃机的定义。 答：发动机：是汽车的动力源，它是将某一种形式的能量转化为机械能的装置。 热力发动机：将热能转化为机械能的装置。 内燃机：利用燃烧产物直接推动机械装置作功。 外燃机：利用燃料对中间物质加热，利用中间物质产生的气体推动机械装置作功。 2、名词解释 答：燃烧室容积：活塞在上止点时，其顶部以上与气缸盖平面之间的空间容积称燃烧室容积，以Vc表示。燃烧室容积是活塞在气缸中运动所能达到的最小容积。 气缸工作容积：活塞从上至点运动到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积，以Vh表示。 气缸总容积：活塞在下止点时，其顶部以上与缸盖底平面之间的空间容积称为气缸总容积，以Va表示。是活塞在气缸中运动所能达到的最大体积。 压缩比：气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。=Va/Vc=1+Vh/Vc. 3、内燃机工作循环由哪几个过程组成？简述四冲程汽油机、柴油机的工作原理。答：1.进气过程； 2.压缩过程；3. 燃烧与膨胀作功过程；4.排气过程四冲程汽油机柴油机：进气行程、压缩行程、作功行程、排气行程 4、阐述柴油机和汽油机工作原理的差别。 答：1.燃料特性及原理的差别 (1) 燃料粘度蒸发性燃点 汽油小好高(390～420℃) 柴油大差低(230℃) (2) 工作原理差别: a）燃料雾化及混合气形成方式不同; b）点火方法不同，汽油机点燃方式，柴油机压燃方式 c）功率调节方式不同: 汽油机：量调节（节气门) ；柴油机：质调节 5、简述内燃机的分类情况。 答：1)按燃料分：汽油机与柴油机等 2)按气体循环与曲柄连杆机构运动的对应关系分：四冲程与二冲程 3)按进气方式分——非增压与增压 4)按冷却方式分——水冷和风冷
第一部分：四缸机运动学分析 绘制四缸机活塞位移、速度、加速度随曲轴转角变化曲线（X －α，V －α，a －α）。 曲轴半径r=52.5mm 连杆长度l=170mm, 连杆比31.0==l r λ 1、位移：)]2cos 1(4 1 )cos 1[(αλα-+-=r x 2、速度：)2sin 2 (sin αλ αω+ =r v 3、加速度：)2cos (cos 2αλαω+=r a
第二部分：四缸机曲柄连杆机构受力分析 1、初步绘制四缸机气缸压力曲线（g F －α），绘制活塞侧击力变化曲线（N F －α），绘制连杆力变化曲线（L F －α），绘制曲柄销上的切向力（t F ），径向力（k F ）的变化曲线（－α），（－α）。 平均大气压MPa p 09839.098.39kPa 0== 缸径D=95mm 则 活塞上总压力 6 010 )(?-=A P P F g g 24 D A π = 单缸活塞组质量：kg m h 277.1= 连杆组质量： 1.5kg =l m 则 往复运动质量：l h j m m m 3.0+= 往复惯性力：)2cos (cos 2αλαω+-=-=r m a m F j j j )sin arcsin(αλβ=又 合力：g j F F F += 侧击力：βtan F F N = 连杆力：β cos F F L = 切向力：)sin(βα+=L t F F 径向力：)cos(βα+=L k F F t F k F
2.四缸机连杆大头轴承负荷极坐标图，曲柄销极坐标图 连杆大头集中质量产生的离心力：2 227.0ωωr m r m F l rL == 连杆轴颈负荷： qy qx p F F arctan =α 连杆轴承负荷： ?+++=180βαααq P )sin(p P px F F α= 2m rL L q F F F +=k rL qx F F F -=t qy F F =q p F F -=)(p p py con F F α=
第一章内燃机设计总论 1、内燃机主要设计指标有哪些？动力性指标、经济性指标、紧凑性指标、可靠性与耐久性指标、适应性指标、运转性能指标、低公害指标。 2、内燃机的动力性指标有哪些？标定功率，标定转速，活塞平均速度，平均有效压力及扭矩 3、经济性指标有哪些？生产成本,运转中的消耗,以及维修费用等，燃油消耗率作为主要指标。 4、内燃机设计工作中的“三化”？产品系列化，零部件通用化，零件设计标准化。 5、内燃机主要结构参数有哪些？内燃机的主要结构参数，是指决定内燃机总体尺寸的参数，这些参数为：活塞行程S与气缸直径D的比值S/D；曲柄半径R与连杆长度L的比值λ，λ=R/L；气缸中心距L0与气径直径D的比值L0/D；对于V型内燃机还包括气缸夹角γ。 6、活塞行程与气缸直径的比值活塞行程S与气缸直径D的比值S/D，是决定内燃机设计的基本条件，由此即可确定气缸直径D及活塞行程S这两个主要参数。同一气缸容积的值，可以由不同的活塞行程与气缸直径组合而成。要正确确定出活塞行程和气缸直径值，必须正确确定S/D值。 7、曲柄半径R与连杆长度L的比值λ曲柄半径R与连杆L的比值λ是决定内燃机连杆长度L的一个结构参数。在确定参数λ之后，即可决定连杆长度的大小。 8、分析曲柄半径R与连杆长度L的比值λ对内燃机结构的影响对于单列式内燃机，λ值越大，连杆长度越短，D、S相同的条件下，内燃机的高度或宽度也越小，可是内燃机的外形尺寸减小，重量减轻。同时，连杆缩短后，使连杆杆身具有较大的刚度和强度。虽然由于λ加大，使往复运动质量的加速度和连杆摆角也加大，但因连杆重量减轻，往复惯性力与侧压力并没有什么增加。所以在设计时，为了尽可能缩小内燃机的外形尺寸和减轻重量，一般尽可能选取较大的 值，以使连杆的长度尽量短一些。 9、连杆长度的缩短，受到什么条件的限制：（1）活塞在下止点时，裙部不应与平衡重相碰。（2）活塞在上止点时，曲柄臂不应与气缸套下部相碰。（3）连杆在气缸套内摆动时，连杆杆身不应与气缸套下部相碰。 10、气缸中心距Lo与气缸直径D的比值Lo/D Lo/D是决定内燃机长度的主要参数 第二章内燃机曲柄连杆机构 1、作用在曲柄连杆机构上的力运动质量产生的惯性力和作用在活塞上的气体力，这些力随着曲柄转角的不同而变化，在稳定情况下，曲柄每转二周为一个变化周期，实际上，内燃机的工况是不断变化的，因此作用在曲柄连杆机构上的力和力矩也是在不断变化的。通常在动力学分析中，只计算标定工况下的作用力和力矩。并认为曲柄是作等速旋转运动。 2、进行内燃机的动力学计算的步骤 在进行动力学计算之前，必须根据实测的示功图或对工作过程的循环模拟计算来确定气体作用力的变化情况再根据运动学求出的各运动件的加速度，由此求出惯性力的变化情况，从而得到总的作用力及力矩，在此基础上，进一步分析这些力和力矩对内燃机平衡与振动的影响。
第一章内燃机设计总论 一、开发设计组成 答：1、产品开发计划阶段；2、设计实施阶段；3、产品试制检验阶段； 4、改进与处理阶段。 二、三化要求 答：1、产品系列化； 2、零部件通用化； 3、零件设计标准化。 三、汽油机的优点 答：1、空气利用率高，升功率高。 2、零部件强度要求较低，制造成本低。 3、低温起动性好，加速性好，工作柔和，噪声较小。 4、升功率高，最高燃烧压力低，机构轻巧，比质量小。 5、不冒黑烟，颗粒排放少。 柴油机的优点： 1、燃料经济性好。 2、工作可靠，耐久性好。 3、通过增压和扩缸，增加攻略。 4、防火安全性好。 5、CO和HC的排放比汽油机少。 四、内燃机评定参数 答：1、强化指标。平均有效压力Pme和活塞平均速度Vm的乘积。 2、比质量m/Pe。单位：kg/kW。工作过程的强化程度和结构设计的完善程度。 3、升功率kW/L。发动机工作的完善性。 五、气缸直径D和汽缸数Z 答： 气缸直径改变之后，除估算功率、转矩外，活塞直径、气门直径、气门最大升 程要重新确定，活塞环要重新选配，曲轴平衡要重新计算，要进行曲柄连杆机构动力计算和扭振计算，要进行压缩比验算、燃烧室设计、工作过程计算甚至重新设计凸轮型线等。 六、行程S 答：行程S改变后，在结构上要重新设计曲轴，要重新进行曲柄连杆机构动力计算、 平衡计算、机体高度改变或者曲轴中心移动、压缩比验算与修正、工作过程计算
O 1,6720°5,23,4 120°240°360° 480° 600° 536241M 0,1 M 1,2 M 1M 2,3M 3,4M 2 M 3M 4,5M 4 M 5,6M 5M 6 M 6,71] )sin 1([)( ) sin 1()sin (1 cos sin sin L r sin sin r sin L AOB )cos cos ()(21 2221 22212αλαλββλαλαββααβ--+=∴-=-===?+-+=-'='=l l r x r l l r AO O A A A x －连杆比＝ 有利用正弦定理，中，在 第二章、曲柄连杆受理机构分析 1、曲柄连杆中力的关系 答：P33，图2-5 2、多缸机扭矩（动力计算），多缸机曲柄图。合成扭矩计算。 第一主轴颈所受扭矩 M0,1=0 第二主轴颈所受扭矩 M1,2=M1(α) 第三主轴颈所受扭矩 M2,3= M1,2+M1（α＋240） 第四主轴颈所受扭矩 M3,4= M2,3+ M1（α＋480） 第五主轴颈所受扭矩 M4,5= M3,4+ M1（α＋ 120） 第六主轴颈所受扭矩 M5,6= M4,5+ M1（α＋600） 第七主轴颈所受扭矩 M6,7= M5,6+ M1（α＋ 360） 3、中心曲柄连杆机构的运动规律 ∏ I ∏ I ∏I ++=++ =+-+-=-+-=+-=∴-≈---=-a a r a v v r v X X r r r x )2cos (cos )2sin 2 (sin x )]2cos 1(41 )cos 1[( )]2cos 2121(21)cos 1[( sin 21 )cos 1[( sin 211 sin 16 1sin 81sin 211)sin 1( 2222664422212 2＝＝度和加速度求两次导数得到活塞速对＝又αλαωαλ αωαλααλαα λααλαλαλαλαλ
第二章：曲柄连杆机构受力分析 2-1写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-cosα)+ λ/4(1-cos2α)] = XⅠ+XⅡ; V = rω(sinα+sin2α*λ/2) = vⅠ+vⅡ; a = rω2(cosα+λcos2α) = aⅠ+aⅡ; 用途：1）活塞位移用于P-φ示功图与P-V示功图的转换，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Vm= =18 m/s，用于判断强化程度及计算功率，计算最大素的Vmax，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。 2-2气压力P g和往复惯性力P j的对外表现是什么？有什么不同？ 答：气压力Fg的对外表现为输出转矩，而Fj的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 ?Fjmax < Fgmax ?Fj总是存在，但在一个周期其正负值相互抵消，做功为零；Fg是脉冲性，一个周期只有一个峰值。 2-3 解：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。 2-4 解：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， 2.5 当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? 2.6 轴颈负荷与轴承负荷有什么关系？
互为反作用力关系 2.7 什么叫做自由力？ 答 2.8提高转矩均匀性的措施？ 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 2.9 3. 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。 2.10 连杆的当量质量换算原理表达式 2.11 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 2010-12-08 第三章：燃机的平衡 3-1四冲程四缸机，点火顺序1-3-4-2，试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
机械原理课程设计指导书 四冲程内燃机设计 一．设计任务 1.机构设计 根据行程速比系数K及已知尺寸确定机构的主要尺寸，并绘制机构运动简图1张（A4）。 2.运动分析 图解求出连杆机构的位置、速度与加速度，绘制滑块的位移、速度与加速度曲线，完成运动分析图1张（A2）。 3.动态静力分析 通过计算和图解，求出机构中各运动副的约束反力及应加于曲柄OA的平衡M（每人负责完成5～6个位置），完成动态静力分析图1张（A1）。 力矩 b 4.计算并画出力矩变化曲线图1张（A3方格纸）。 5.计算飞轮转动惯量F J。 6.计算发动机功率。 7.用图解法设计进、排气凸轮，完成凸轮设计图1张（A3）。 8.绘制内燃机的工作循环图1张（A4）。 9.完成设计说明书（约20页）。 ●分组及组内数据见附表1； ●示功图见附表2； ●组内成员分功见附表3； ●课程设计进程表见附表4； ●四冲程内燃机中运动简图见附图1。
二．设计步骤及注意问题 1. 确定初始数据 根据分组情况（附表1），查出设计初始数据。 活塞行程 H = （mm ） 活塞直径 D= （mm ） 活塞移动导路相对于曲柄中心的距离 e= （mm ） 行程速比系数 K= 连杆重心2c 至A 点的距离 2AC l = （mm ） 曲柄重量 1Q = （N ） 连杆重量 2Q = （N ） 活塞重量 3Q = （N ） 连杆通过质心轴2c 的转动惯性半径c ρ 2c ρ= （m 2m ） 曲柄的转速 n 1= （rpm ） 发动机的许用速度不均匀系数 [δ]= 曲柄不平衡的重心到O 点的距离 OC l =OA l （mm ） 开放提前角： 进气门：-10°；排气门： -32° 齿轮参数： m =3.5（mm ）； α=20°；a h *=1；25.0*=C 2Z =' 2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36
第一章：燃机设计总论 1-1根据公式 τ 2 785 .0ZD v p P m me e = ，可以知道，当设计的活塞平均速度V m 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？ 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，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ηv 下降。 1-2汽油机的主要优点是什么？柴油机主要优点是什么？ 答：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，因为柴油挥发性差。 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。 1-3假如柴油机与汽油机的排量一样，都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高？为什么？ 答：汽油机的升功率高，在相同进气方式的条件下， ①由PL=Pme*n/30τ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，汽油机的升功率高。 1-4柴油机与汽油机的汽缸直径、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（如n=6000r/min ）？为什么？ 答：.对于汽油机能达到，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。 1-5活塞平均速度提高，可以强化发动机动力性，请分析带来的副作用是什么？ 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，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ηv 下降。 1-6目前使发动机产生性能大幅度提高的新型结构措施有哪些？为什么？ 答：新型燃烧室，多气门（提高ηv），可变配气相位VVT （提高ηv），可变进气管长度（提高ηv）,可变压缩比，可变增压器VGT 、VNT （可根据需要控制进气量），机械-涡轮复合增压，顶置凸轮机构DOHC 、SOHC （结构紧凑，往复惯性力小）。
内燃机设计试卷 、简答题（24 分） 1. 发动机的支承力有哪些？哪些是引起发动机振动的力？ 2. 凸轮缓冲段的高度主要考虑了哪些因素？采用液压挺柱时是否还应该设计缓冲段？ 3. 活塞环工作应力与装配应力之间是什么关系，写出表达式，并说明设计时如何选择？ Z D 2 P e = 0.7854—p me V m^_—）4. 发动机转速提高，意味着活塞平均速度Vm高，根据公式100 可知，可以提高发动机的有效功率；请回答Vm增加带来的负面作用有哪些？ 二、填空（20分） 1. 机体的设计原则为：在尽可能—的条件下，尽量提高机体的___________ 。 F i T= C COS Of 2. 往复惯性力「始终沿_________ 作用。 3. 发动机的主临界转速与发火次序的变化_______ 。 4. 如果需要在轴瓦上开油槽，应该开在主轴瓦的_______ ，连杆轴瓦的_____ 。 5. 从等刚度出发，主轴颈D1 ______ 连杆轴颈D2 ;从等强度出发，D1 ______ D2 ;实际设计时D1 ___ D2。 6. 润滑系机油循环量根据__________ 来确定。 三、分析（20分） 已知一单列四行程三缸发动机，发火次序1-3-2，请分析往复惯性力的平衡性，如必要，请 采取整体平衡措施，写出质径积表达式，在轴侧图上标出平衡重布置。 四、计算（16分） 已知一台单列四行程三缸发动机（1-3-2），进排气门在一条直线上，凸轮轴顶置，图中虚
线L与气门轴线平行，摆杆以及配气相位如附图 % = 58°他a = 20° 刑=⑷ g = 4沪
求: 1各缸排气凸轮相对于第一缸排气凸轮的夹角； 2?同缸异名凸轮夹角； 3?排气凸轮工作半包角； 4. 一缸活塞位于压缩上止点时，其排气凸轮桃尖相对于图中虚线L的夹角。 、叙述（12分） 1?请叙述气缸套产生穴蚀的原因，并说出减轻穴蚀的设计和结构措施。 2?请结合作图叙述活塞工作时销轴方向变形大的原因，并说明结构设计时怎样考虑。 内燃机设计试题标准答案A 、简答题（24） 1答：往复惯性力是由往复运动质量Mj高速运动产生的，它的运动加速度为 2 2 a=w（cosa +kcos2a），所以Fj = m j （co护+》cos/）。惯性力不参与做功 因为正负做功在一个循环内相抵消。（6分） 2答：气压力、侧向力、热变形。反椭圆设计、绝热槽、恒范钢片（6分） 3答：轴瓦的过盈量主要是保证工作可靠。有自由弹势、半圆周过盈量、余面高度。加标准力F0,检测余面高度（6分） 4答：结构改变：曲轴、集体高度或曲轴中心孔位置。计算：动力计算、曲轴平衡分析、 压缩比、工作过程、（6分） 二、分析计算（20分） 发火间隔角A = 720/3= 240 （2分）;画出曲柄布置图（2分）；一阶曲柄图、二阶曲柄图（2分） 一阶惯性力分析，等于零（2分）、二阶旋转惯性力分析，等于零（2分）。一阶惯性力 矩分析，等于3ac （4分），二阶惯性力矩比较小，不考虑（2分）。 考虑整体平衡对一阶惯性力矩进行平衡，平衡措施正确，质径积结果正确
目录 一、四冲程内燃机的运动分析及总体设计思路 (1) 二、绘制内燃机机构简图 (3) 三、绘制连杆机构位置图 (4) 四、作出机构15个位置的速度和加速度多边形 (4) 五、动态静力分析 (8) 六、计算飞轮转动惯量（不计构件质量） (14) 七、计算发动机功率 (16) 八、对曲柄滑块进行机构部分平衡 (17) 九、排气凸轮（凸轮Ⅱ）的轮廓设计 (17) 十、四冲程工作内燃机的循环图 (24) 参考文献 (26) 一、四冲程内燃机的运动分析及总体设计思路 根据设计任务书，我们需要解决以下问题：凸轮的参数是多少？如何能让机构正常循环工作？为了解决这个问题，我们需要对整个机构从运动及力学的角度分析。 首先，需要明确四冲程内燃机的工作原理：内燃机是通过吸气、压缩、燃烧、排气四个过程不断重复进行的。如果在四个冲程里完成吸气、压缩、做功（燃烧、膨胀）、排气的循环动作，就叫做四冲程。相应的内燃机叫四冲程内燃机。 第一冲程，即吸气冲程。这时曲轴向下转动，带动活塞向下，同时通过齿轮带动凸轮向下旋转，是凸轮的突起部分顶开进气阀门，雾状汽油和空气混合的燃料被吸入气缸。 第二冲程，即压缩冲程。曲轴带动活塞向上，凸轮的突起部分已经转两个过去，进气阀门被关闭，由于凸轮只转了1/4周，所以排气阀门仍然处于关闭状态。活塞向上运动时，将第一冲程吸入的可燃气体压缩，被压缩的气体的压强达到0.6～1.5兆帕，温度升高到300摄氏度左右。 第三冲程是做功冲程。在压缩冲程末火花塞产生电火花，混合燃料迅速燃烧，温度骤然升高到2000摄氏度左右，压强达到3～5兆帕。高温高压烟气急剧膨胀，推动活塞向下做功，此时曲柄转动半周而凸轮转过1/4周，两个气阀仍然紧闭。 第四冲程是排气冲程。由于飞轮的惯性，曲柄转动，使活塞向上运动，这时由于凸轮顶开排气阀，将废气排出缸外。 四个冲程是内燃机的一个循环，每一个循环，活塞往复两次，曲柄转动两周，进排气
第一章汽车总体设计 1.开发流程：商品计划、概念设计、工程设计、样车试验、投产启动、销售 2．FF发动机前置前轮驱动的布置形式，如今在乘用车上得到广泛应用，其原因究竟是什么？而发动机后置后轮驱动的布置形式在客车上得到广泛应用，其原因又是什么？ 答：⑴对于乘用车来说主要是因为①前桥轴荷大，有明显的不足转向性；②越过障碍的能力高；③动力总成结构紧凑，有利于提高乘坐舒适性；④提高汽车的机动性；⑤散热条件好；⑥行李箱空间大；⑦容易改装；⑧供暖效率高；⑨操纵机构简单；⑩整备质量减轻，降低制造难度；缺点：前轮驱动并转向需要采用等速万向节，结构制造工艺复杂；前桥负荷重，并且前轮是转向轮，工作环境恶劣，轮胎寿命短；上坡时驱动轮附着力小，爬坡能力低，驱动轮易打滑丧失操纵稳定性；后轮易抱死引起汽车侧滑；维修保养接近性差；发生正面碰撞，对发动机损坏大，维修费用高。 ⑵商用车：①较好地隔绝发动机的气味、热量、噪声和振动；②检修发动机方便；③轴荷分配合理，同时可改善车厢后部的乘坐舒适性；④车厢面积利用较好（发动机横置）；⑤能够在地板下方设置体积很大的行李箱（城间客车）；⑥降低地板高度（市内客车）；⑦传动轴长度短。 3为什么要有五条基准线缺一不可？答：确定整车的零线、正负方向及标注方式，均应在汽车满载状态下进行，并且绘图时应将汽车前部绘在左侧。车架上平面线；前轮中心线；汽车中心线；地面线；前轮垂直线。 第二章离合器 1、离合器在传动系中的作用。 答：离合器的主要功用是切断和实现发动机对传动系的传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中收到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系各零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。 2、离合器设计要求：答：⑴在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载；⑵接合时要完全、平顺、柔和、保证汽车起步时没有抖动和冲击；⑶分离时要彻底、迅速；⑷从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损；⑸应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命；⑹应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力；⑺操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳；⑻作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能；⑼具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长；⑽结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。 3、膜片弹簧有什么特点？影响弹性特性的主要因素是什么？工作点最佳位置应如何确定？答：（1）①膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变，相对圆柱螺旋弹簧，其压力大力下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。②兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。③高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。④以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。⑤易于实现良好的通风散热，使用寿命长。⑥膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。（2）影响弹性特性的主要因素有：①比值H/h ②比值R/r 和R、r ③圆锥底角Q ④膜片弹簧工作点位置⑤分离指数目n ⑥膜片弹簧小端内半径r0及分离轴承作用半径rf ⑦切槽宽度δ1δ2及半径re的确定⑧压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定（3）工作点位置的确定：新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，一般λ1B=（0.8～1.0）λ1H，以保证摩擦片在最大磨损限度Δλ范围内的压紧力从F1B到F1A变化不大，当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C，为最大限度的减小踏板力，C点应尽量靠近N点。
1增加带来的副作用是： 1）摩擦损失增加，机械效率下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，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、寿命降低。3）进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率下降。 2汽油机优点： 1）空气利用率高，转速高，因而升功率高。 2）制造成本低。 3）低温起动性、加速性好，噪声低。 4）结构轻巧，比质量小。 5）不冒黑烟，颗粒排放少。 柴油机优点： 1）燃料经济性好。 2）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，因为柴油机挥发性差。 5）CO和HC的排放比汽油机少。 3汽油机升功率高，因为空气利用率高，转速高，因而升功率高。 4不可以。柴油机的转速一般比汽油机转速低，不会达到同样的最高转速。 5惯性力增加，导致机械负荷增加，平衡、振动问题突出，噪声增加。 1）工作频率增加，导致活塞、汽缸盖、汽缸套、排气门等零件的热负荷增加。2）摩擦损失增加、机械效率下降，燃油消耗率增加，磨损寿命变短。 3）进排气系统阻力增加，充气效率下降。 6新型燃烧室、多气门、可变配气相位（VVT）、可变长度进气管、可变增压器（VGT，VNT）、顶置凸轮机构（DOHC或SOHC）等 7三维造型实体设计、气体、液体流动分析，冷却水温度场分析，配气相位性能
的优化，喷雾模拟，燃油喷射模拟，燃烧模拟，振动分析模拟，噪声仿真等 8气缸直径改变之后，除估算功率、转矩外，活塞直径、气门直径、气门最大升 程要重新确定，活塞环要重新选配，曲轴平衡要重新计算，要进行曲柄连杆机构动力计算和扭振计算，要进行压缩比验算、燃烧室设计、工作过程计算甚至重新设计凸轮型线等。 9行程S改变后，在结构上要重新设计曲轴，要重新进行曲柄连杆机构动力计算、 平衡计算、机体高度改变或者曲轴中心移动、压缩比验算与修正、工作过程计算等 10它可用来积累和管理技术数据，摆脱对某个技术人员的依赖，提高设计技术的继承性，方便技术咨询、数据查询，进行设计流程管理。
第一章:内燃机设计总论 1-1根据公式,可以知道，当设计的活塞平均速度V m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？答：①摩擦损失增加,机械效率ηm下降，活塞组的热负荷增加,机油温度升高，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ηv下降。 1－2汽油机的主要优点是什么？柴油机主要优点是什么？ 答: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,因为柴油挥发性差。 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。 1－3假如柴油机与汽油机的排量一样,都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高？为什么？ 答:汽油机的升功率高,在相同进气方式的条件下, ①由PL=Pme＊n/30τ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,汽油机的升功率高。 1－4柴油机与汽油机的汽缸直径、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（如ｎ=6000ｒ/ｍin)？为什么? 答:.对于汽油机能达到，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。 1-5活塞平均速度提高，可以强化发动机动力性，请分析带来的副作用是什么？ 答:①摩擦损失增加,机械效率ηm下降，活塞组的热负荷增加,机油温度升高，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ηv下降。 1-6目前使发动机产生性能大幅度提高的新型结构措施有哪些?为什么？ 答:新型燃烧室,多气门（提高ηv），可变配气相位ＶVT（提高ηv),可变进气管长度（提高ηｖ),可变压缩比,可变增压器VGT、ＶNT（可根据需要控制进气量），机械-涡轮复合增压，顶置凸轮机构DOＨC、SOHC(结构紧凑，往复惯性力小）。 1-8某发动机为了提高功率，采用了扩大汽缸直径的途径，如果汽缸直径扩大比较多,比如扩大5mｍ，与之相匹配的还要改变那些机构的设计?还要进行哪些必要的计算? 答:气缸直径改变之后，除估算功率、转矩外，活塞直径、气门直径、气门最大升程要重新确定,活塞环要重新选配,曲轴平衡要重新计算,要进行曲轴连杆机构动力计算和扭振计算,要进行压缩比验算、燃烧室设计、工作过程计算深知重新设计凸轮型线等。 １-9某发动机由于某种原因，改变了活塞行程，与之相匹配的还要进行哪些结构更改设计
第一章：内燃机设计总论 1-1根据公式 τ2 785.0ZD v p P m me e = ，可以知道，当设计的活塞平均速度V m 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？ 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，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ηv 下降。 1-2汽油机的主要优点是什么？柴油机主要优点是什么？ 答：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，因为柴油挥发性差。 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。 1-3假如柴油机与汽油机的排量一样，都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高？为什么？ 答：汽油机的升功率高，在相同进气方式的条件下， ①由PL=Pme*n/30τ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，汽油机的升功率高。 1-4柴油机与汽油机的汽缸直径、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（如n=6000r/min ）？为什么？ 答：.对于汽油机能达到，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。 1-5活塞平均速度提高，可以强化发动机动力性，请分析带来的副作用是什么？ 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，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ηv 下降。 1-6目前使发动机产生性能大幅度提高的新型结构措施有哪些？为什么？ 答：新型燃烧室，多气门（提高ηv），可变配气相位VVT （提高ηv），可变进气管长度（提高ηv）,可变压缩比，可变增压器VGT 、VNT （可根据需要控制进气量），机械-涡轮复合增压，顶置凸轮机构DOHC 、SOHC （结构紧凑，往复惯性力小）。
第五章曲轴飞轮组设计 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 答：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以及它们的力矩(扭矩和弯矩)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要使曲轴具有足够的疲劳强度，设法强化应力集中部位，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要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 哪些部位：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 答：⑴曲柄销的直径D2和长度l2：①一般趋向于采用较大的D2值，以降低曲柄销比压，提高连杆轴承工作可靠性和曲轴刚度，但D2过大使不平衡离心力增大，对曲轴工作不力。汽油机D2/D比柴油机小；V型发动机的D2/D较小②曲柄销的长度l2是在选定D2的基础上考虑的。在薄油膜的条件下，l2/D2=0.4左右有最大的承载能力，为提高曲轴的刚度，l2/D2也有下降的趋势，最后由F2=0.01D2l2和F=πD2/400之比来校核。⑵主轴颈的直径D1和长度l1：为了最大限度地加强曲轴的刚度，加粗主轴颈是有好处的，但不可过粗，建议取D1=(1.05~1.25)D2。主轴颈的长度一般比曲柄销的长度短，但不能过短，滑动轴承最小宽度不能小于0.3倍轴颈。⑶曲柄：曲柄应选择适当的厚度h、宽度b，以使曲轴有足够的刚度和强度，抗弯断面模数Wσ=bh2/6，为提高曲柄的抗弯能力，增加曲柄的厚度h 要比增加曲柄的宽度要好得多，增加h要以缩短轴颈长度为代价，可见h的增加受到限制。⑷平衡重：设计平衡重时，应尽可能使平衡重的重心远离曲轴旋转中心。⑸油孔的位置和尺寸：最大应力值还与油道倾斜角θ有关，当θ>30°时，最大应力增加很快，因此θ应小于30°；其次可把油孔从主轴颈钻至曲轴销中部，然后在以直孔接通。曲柄销油孔多数选择在曲轴平面运转前方φ=45°~90°的范围内，当油孔在φ=90°的水平位置时具有很多优点，切应力最小，加工方便。⑹曲轴两端的结构：曲轴上带动辅助系统的驱动齿轮和皮革轮一般装在曲轴的前端。减振器应装在曲轴前端，曲轴后端设有法兰或加粗的轴颈，飞轮与后端用螺栓和定位销连接。⑺曲轴的止推：在曲轴与机体之间设置治推轴承，止推轴承只能设置一个，曲轴轴向间隙应保持Δa=0.05~0.2毫米。⑻曲轴的油封装置：反油螺栓与机体的间隙为0.25~0.30毫米。 3 圆角形状系数定义及其对曲轴工作的影响 答：形状系数表示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。(一)圆角弯曲形状系数：在曲轴平面内受纯弯矩时，其圆角弯曲形状系数ασ等于圆角表面最大主应力σmax与圆角名义应力之比，ασ=σmax/σn，ασ=ασ0f1f2f3f4f5 其对曲轴工作的影响： ①ασ0—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；又由Wσ=bh2/6可知，当曲柄的厚度h增大时，其Wσ成平方关系增长，从而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：A=(D1+D2)/2-r=0.5(D1+D2-S)毫米，当A>0时，由于曲柄实际厚度增加，使抗弯断面系数大于无重叠时的断面系数，曲柄刚度亦相应增加，截面变化比较缓和，改善了应力集中现象。 ③f2—曲柄宽度影响系数：Wσ=bh2/6，随曲柄加宽，曲柄抗弯断面系数Wσ相应增加，曲柄越宽，增加强度效果越小。随着b、h的增大，可以不同程度地缓和应力集中现象，圆角最大应力有所下降。 ④f3—曲柄销空心度影响系数：当主轴颈采用空心结构后，随空心度的增加，曲柄销圆角最大弯曲应力下降，但空心度过大对改善应力集中现象并无好处 ⑤f4—轴颈减重孔偏心距e的影响系数：当轴颈的空心度d/D较大时，偏心距e的影响较大。 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：对于一定重叠度的曲轴，存在