内燃机设计第二章

2-1.解：中心曲柄连杆机构活塞的运动规律表达式： )]2cos 1(4

1)cos 1[(αλα-+-=r x ； )2sin 2(sin αλαω+

=r v ； )2cos (cos 2αλαω+=r a .

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处于不同位置时与气缸套的磨损程度，一般以最大活塞速度m ax v 进行评价；

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.自由力是指:在内燃机工作过程中机体内部存在的那些彼此不能相互抵消的力。

2-3.解：（1）气压力g F 是内燃机对外做功的主动力，只有转矩输出，同时也有由其产生的翻倒力矩作用在机体上，并传至机体支承上； 往复惯性力j F 总是存在，与加速度的变化规律相同，两者相差一个常数，方向相反。

（2）不同点：

① 气体作用力是做功的动力，产生输出转矩；

②气体作用力在机体内部平衡，没有自由力；往复惯性力没有平衡，有自由力产生，是发动机纵向振动的根源；

③从两者的最大值比较和作用时间比较，可以得出：max max g j F F <：j F 总是存在，在一个周期内其正负值相互抵消，做功为零；g F 呈脉冲性，一个周期内只有一个峰值。

2-4.解：（1）曲柄连杆受力图如右图所示：

各力的表达式：

侧向力： βtan F F N =

连杆力：β

cos F F L = 切向力：)sin(cos )sin(βαβ

βα+=+=F F F L t 径向力：)cos(cos )cos(βαβ

βα+=+=F F F L k （2）单缸转矩 r F

r F M t ββαcos )sin(+== 翻倒转矩 r F r Ftg h F M N ββαββββαβsin )sin(cos sin sin )](180sin['

+-=+--=-= M r F =+-=β

βαcos )sin( 即翻倒力矩与输出力矩大小相等、方向相反。

2-5.解：曲柄的当量质量应换算到曲柄组的质心位置。

2-6.解：（1）求某一主轴颈的转矩，只要把从第一拐起到该主轴颈前一拐的各单缸转矩叠加起来即可。叠加时第一要注意各缸的工作相位，第二要遵循各缸转矩向后传递的原则。

（2）求连杆轴颈转矩，根据转矩向后传递的原则，qi M 应该是前一个主轴颈上的积累转矩zi M 与作用在本曲柄销上的切向力所引起单缸转矩的一半。

（3）各主轴颈所受转矩：

此四冲程四缸机的发火顺序为1-3-4-2，由此可得

第一主轴颈所受转矩01=z M

第二主轴颈所受转矩)(12αM M z =

第三主轴颈所受转矩)180(123 ++=αM M M z z

第四主轴颈所受转矩)540(134 ++=αM M M z z

第五主轴颈所受转矩)360(145 ++=αM M M z z =∑M

可知，第四主轴颈转矩为)540(134 ++=αM M M z z .

(4)各连杆轴颈所受转矩：

)(2

12111αM r F M t q == )180(2

1122 ++=αM M M z q )540(2

1133 ++=αM M M z q )360(2

1144 ++=αM M M z q 可知，第四拐连杆轴颈转矩为)360(2

1144 ++=αM M M z q .

2-7.解：当连杆轴颈承受负荷时，坐标系应固定在曲轴上；当连杆轴承受负荷时，坐标系应固定在连杆上。

2-8.解：轴颈负荷与轴承负荷互为反作用力，即大小相等，方向相反。

2-9.解：提高转矩均匀性的措施：

增加气缸数；点火要均匀；按质量公差带分组；增加飞轮惯量。

2-10.解：连杆轴颈负荷大于主轴颈负荷。

原因：对于每个曲拐而言，连杆轴颈是一个，主轴颈有两个；连杆轴颈承受着由连杆传来全部载荷，而每个主轴颈则只承担一半载荷，所以主轴颈载荷小于连杆轴颈载荷。

2-11.解：进行当量质量换算时依据的原则是保持当量系统与原机构动力学相等。 对连杆组，根据质量守恒和质心守恒原理，有

21''m m m +=

2211l m l m =

所以 ''21m l l m =

， ''12m l l m = 式中，1m 为连杆集中在小头的当量质量，2m 为连杆集中在大头的当量质量。

2-12.解：为了进行零件强度计算、轴承负荷计算和输出转矩估算，需要对曲柄连杆机构中进行力的计算，即为动力计算。动力计算可得到合成力、侧向力、连杆力、切向力、径向力、单缸转矩、翻转力矩等。