《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

2-1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，但在一个周期内其正负值相互抵消，做功为零；Fg是脉冲性，一个周期内只有一个峰值。

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?

固定在连杆轴颈

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：内燃机的平衡

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

（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

3-2二冲程四缸机，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。并指出M j1max及出现时刻。

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FRjI=0，FRjII=0，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

MjIx=aCcos18°26′。

可以看出，在第一缸曲拐处于上止点前18°26′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

3-3四冲程三缸机，点火顺序1-3-2，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。并指出M j1max及出现时刻。

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

4-1什么是扭振？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。

5-3配气凸轮除工作段外，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

6-1提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）6-2曲轴的连杆轴颈不变，增大主轴颈直径D1，有何优点？缺点是什么？

答：D2不变，D1增大

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We增加，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。

9-2对内燃机滑动轴承减摩层都要求有哪些性能？

答：主要有三方面要求：

1)抗咬粘性。油膜遭破坏时，轴承材料不擦伤和咬死轴颈，即亲油性好。

2)顺应性。轴承副有几何形状偏差和变形时具有克服边缘负荷从而使负荷均匀的能力。

3)嵌藏性。具有以微量塑性变形吸收混在机油中的外来异物颗粒(金属磨屑，灰尘等)的能

力。