内燃机、发动机课程设计必看--内燃机设计重点复习过程
内燃机原理复习重点（前四章）资料
内燃机原理复习重点（前四章）资料第一章内燃机工作循环与性能指标内燃机的实际工作循环：由进气、压缩、燃烧—膨胀、排气四个过程组成，它是周期性地将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能的往复过程。
基本原理：内燃机通过进气过程向气缸内吸入新鲜空气或空气与燃料的混合气，通过活塞的压缩行程，将新鲜充量的温度、压力提高到一个合适的水平，然后燃料以点燃或压燃的方式开始燃烧释放出热能，气缸内气体工质被加热，温度和压力得到进一步提升，同时膨胀推动活塞做功实现由热能到机械能的转变，最后通过排气过程排除已燃废气。
理论循环提出的假设：（1）以空气作为循环工质，视其为理想气体，物理及化学性质保持不变，工质比热容为常数；（2）循环工质的总质量保持不变（3）将燃烧过程简化为等容或等压的加热过程，将排气过程简化为等容放热过程；（4）将工质的压缩和膨胀过程看成等熵过程，工质与外界不进行热交换。
三种形式的理论循环：（1）定容加热循环，如汽油机（2）定压加热循环，如高增压和低速大型柴油机（3）混合加热循环，如高速柴油机理论循环的评价指标：（1）循环热效率t η：工质所做循环功W 与循环加热量1Q 之比，用来评价循环的经济性，即 12t 11Q Q W Q Q η-== 影响t η的因素有：①压缩比ε（随着ε增大，三种循环的热效率都提高，提高压缩比可以提高循环平均加热温度，降低循环平均放热温度）；②绝热指数k （随着k 值增大，t η将提高）；③压力升高比λ（定压加热循环与定容循环的t η均与λ无关，对于混合加热循环，当1Q 与ε不变时，λ增大则ρ减小，膨胀过程增加，2Q 减少，t η提高）；④预胀比ρ（ρ值增加，t η下降）（2）循环平均压力t p ：单位气缸工作容积所做的循环功，用来评价循环的做功能力，即 t ()SW p kPa V = 对于定压和定容加热循环，循环平均压力t p 随压缩起点压力a p 、压缩比ε、压力升高比λ 预胀比ρ、绝热指数K 和热效率t η的增加而增加；对于混合加热循环，若1Q 不变，增加ρ 就是减少λ，t η下降，t p 也降低继续膨胀循环：（1）脉冲涡轮增压（2）定压涡轮增压四行程内燃机的实际循环：（1）进气过程：进气压力终点a p 一般小于环境大气压力0p ，压力差用于克服进气阻力，进气终点的温度a T 高于环境大气温度0T（2）压缩过程：复杂多变过程，压缩终了的压力1n c a p p ε=，温度11n c a T T ε-=，其中，多变指数1n 主要受工质与缸壁的热交换及工质泄露情况的影响，当转速提高时，热交换时间缩短，缸壁的传热和气缸泄漏气量减少，1n 会增大，当负荷增加时，气缸壁温度升高，传热量减少，1n 增大，而当漏气量增加或缸壁温度降低时，1n 减小。
内燃机设计考试要点
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5362411])sin 1([)( )sin 1()sin (1 cos sin sin L r sin sin r sin L AOB )cos cos ()(21222122212αλαλββλαλαββααβ--+=∴-=-===∆+-+=-'='=l l r x r l l r AOO 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2-52、多缸机扭矩（动力计算），多缸机曲柄图。
合成扭矩计算。
内燃机的课程设计
内燃机的课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解内燃机的基本结构、工作原理及其在交通工具中的应用。
2. 掌握内燃机的四个冲程（进气、压缩、做功、排气）及其能量转换过程。
3. 理解内燃机的热效率、功率等性能指标，并学会如何提高内燃机的效率。
技能目标：1. 能够运用所学的内燃机知识，分析实际内燃机运行中可能存在的问题，并提出改进措施。
2. 学会使用简单工具进行内燃机的拆装和组装，提高动手实践能力。
3. 能够运用数学和物理知识，对内燃机的性能进行初步计算和评估。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对内燃机及相关技术的兴趣，激发创新意识，增强探索精神。
2. 增强学生的环保意识，认识到内燃机排放对环境的影响，关注新能源技术的发展。
3. 培养学生团队合作意识，学会在团队中发挥个人作用，共同完成任务。
课程性质：本课程为初中物理学科的教学内容，侧重于内燃机的基础知识和实践技能的传授。
学生特点：初中生具有较强的求知欲和好奇心，动手实践能力逐渐提高，但理论知识掌握程度有限。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，提高学生的内燃机知识水平和实践能力。
在教学过程中，关注学生的学习进度，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。
通过有效的教学设计和评估，帮助学生将课程目标分解为具体的学习成果。
二、教学内容1. 内燃机概述- 内燃机的定义、类型及应用- 内燃机的发展简史2. 内燃机的结构与工作原理- 内燃机的四个冲程：进气、压缩、做功、排气- 内燃机的关键部件：气缸、活塞、连杆、曲轴、配气机构等- 内燃机的能量转换过程3. 内燃机的性能指标- 热效率、功率、扭矩等基本概念- 影响内燃机性能的因素- 提高内燃机性能的方法4. 内燃机的实际应用- 内燃机在交通工具中的应用案例- 内燃机在非交通工具领域的应用5. 内燃机的环保问题及新能源技术- 内燃机排放污染物的种类及危害- 环保内燃机技术及新能源技术简介6. 内燃机的拆装与组装实践- 内燃机的拆装与组装步骤- 安全操作规程及注意事项教学内容安排与进度：第1-2周：内燃机概述、结构与工作原理第3-4周：内燃机的性能指标、实际应用第5-6周：内燃机的环保问题及新能源技术第7-8周：内燃机的拆装与组装实践教学内容与课本关联性：教学内容紧密结合课本，按照教材章节顺序进行教学，确保学生能够系统地掌握内燃机相关知识。
内燃机设计重点整理
第一章 内燃机设计总论1. 内燃机设计的主要指标1) 动力性指标：主要包括有效功率、转速和转矩 有效功率的计算式：ττ2300Di c p in V p P m me h me e ⋅⋅⋅∝=式中，Pme 为平均有效压力；m v 为活塞平均速度，hV 为单缸工作容积，i 为汽缸数，n 为转速，D 为气缸直径，τ为冲程数。
2) 经济型指标：燃油消耗率，燃油消耗率的公式为mi et eeKHuP B b ηηη=⨯=⨯=63106.310式中：机械效率指示功率有效功率=m η3) 可靠性和耐久性指标：可靠性是指在规定的运转条件下，规定的时间内，具有持续工作，不会因为故障而影响正常运转的能力；耐久性是指从开始使用起到大修期的时间。
4) 质量尺寸外形指标：质量、尺寸外形尺寸是评价设计的紧凑性和金属利用程度的指标。
5) 低公害指标：包括噪声和有害气体排放 2. 内燃机主要参数的选择？1) 平均有效压力me P ：平均有效压力与混合气形成的方法、燃料的种类、燃烧和换气过程的质量、进气温度和压力以及机械效率等有关。
提高me P 的途径：提高充气效率；提高指示热效率；提高机械效率；调整燃油系统；采用增压或提高空气密度。
2) 活塞平均速度m v ：m v 是表征发动机强化程度的主要参数。
30Sn v m =式中：S 为活塞行程（mm ），n为发动机转速（r/min ）；3) 汽缸直径D 和冲程数S ：气缸直径D 加大，有效功率Pe 以直径的平方的速度增加，但是惯性力也以直径的平方增加，导致振动和机械负荷加剧，还会使发动起气缸、活塞组、气缸盖、气门等零件的热负荷加重。
4) 缸径比S/D ：S/D 增加导致活塞的平均速度m v 增加，磨损加速，寿命降低。
第二章：曲柄连杆机构的受力分析1. 活塞的运动规律？（1）活塞位移：=()()αα2cos 141cos 1-+-（简化后的公式由一阶和二阶量组成）（2）活塞速度：=αλα2sin 2sin +（3）活塞加速度：=a 2cos cos λα+ 时41<λ：λλαα+=⇒<--⇒=10410max 22j d j d ＝()λλαα--=⇒>-⇒︒=1041180min 22j d j d ＝时41>λ：λλαα+=⇒<-⇒︒=10410max 22j d j d ＝()λλαα--=⇒<-⇒︒=1041180max 22j d j d ＝2.活塞受力分析？曲柄连杆中的作用力分为：气体作用力，惯性力（往复惯性力和旋转惯性力），合成力F 。
内燃机专业课程
内燃机专业课程引言内燃机是一种将化学能转化为机械能的装置，广泛应用于汽车、船舶、发电厂等领域。
作为内燃机专业的学习者，我们需要全面了解内燃机的工作原理、构造和性能特点，以便能够设计、维护和改进这些设备。
本文将介绍内燃机专业课程的基本内容和学习方法。
课程内容1. 内燃机基础知识•内燃机的分类：按工作循环分为两冲程和四冲程内燃机；按供油方式分为汽油机和柴油机；按点火方式分为火花点火和压缩点火。
•内燃机的工作原理：包括进气、压缩、爆发和排气四个过程。
•内燃机的构造：包括气缸、活塞、连杆、曲轴等组成部分。
•内燃机的性能参数：包括功率、扭矩、效率等。
2. 汽油机•汽油机的工作循环：四冲程循环，包括进气冲程、压缩冲程、爆发冲程和排气冲程。
•汽油机的点火系统：包括点火塞、点火线圈、点火控制单元等。
•汽油机的供油系统：包括燃油泵、喷油嘴、进气道等。
•汽油机的调速系统：包括节气门、空燃比控制等。
3. 柴油机•柴油机的工作循环：四冲程循环，包括进气冲程、压缩冲程、爆发冲程和排气冲程。
•柴油机的燃油系统：包括高压喷油泵、喷嘴等。
•柴油机的空气供给系统：包括增压器、中冷器等。
•柴油机的点火方式：压缩点火。
4. 内燃机性能与测试•内燃机性能参数的测试方法：包括功率测试、扭矩测试等。
•内燃机排放性能测试：包括尾气排放测量等。
•内燃机振动与噪声测试：包括振动测量仪使用和噪声测量仪使用等。
5. 内燃机维护与故障诊断•内燃机的日常维护：包括更换机油、清洁空气滤清器等。
•内燃机故障的诊断与排除：包括故障代码读取、传感器检查等。
•内燃机的改进措施：包括增加涡轮增压、优化点火系统等。
学习方法1. 课堂学习•认真听讲，做好笔记。
•遇到不懂的地方及时提问。
•参与讨论，加深理解。
2. 实验室实践•参与内燃机实验，亲自操作设备。
•学习使用测试仪器，进行性能测试和故障诊断。
3. 自主学习•阅读相关教材和专业书籍，扩展知识面。
•制定学习计划，合理安排时间。
复习（内燃机设计）（已学习部分）
复习（内燃机设计）（已学习部分）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？内燃机的动力性指标是指内燃机的标定功率，标定转速，活塞平均速度，平均有效压力及扭矩，这些指标是根据配套的使用要求而确定的。
3、经济性指标有哪些？内燃机的经济性指标是指生产成本,运转中的消耗,(燃油．机油)以及维修费用等，这些通常都是以燃油消耗率和机油消耗率，特别是燃油消耗率作为内燃机经济性的主要指标。
4、内燃机设计工作中的“三化”？内燃机的产品系列化，零部件通用化，零件设计标准化统称为内燃机和设计的“三化”。
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，必须正确确定活塞行程与气缸直径的比值。
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=R/L是决定内燃机连杆长度L的一个结构参数。
因为在活塞行程S决定后，曲柄半径R=S/2即可求出。
因此，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。
内燃机复习提纲学习资料
内燃机复习提纲内燃机复习提纲1.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。
2.内燃机的常用结构术语上止点：活塞顶端离曲轴旋转中心最远处。
下止点：活塞顶端离曲轴中心最近处。
活塞行程S：上下止点间的距离称为活塞行程。
燃烧室容积：当活塞位于上止点时，活塞顶以上的气缸容积。
用Vc表示。
气缸工作容积：活塞从一个止点到另一个止点所扫过的气缸容积。
用Vs表示。
气缸总容积：当活塞位于下止点时，活塞顶端上方的气缸容积。
用Va表示。
内燃机排量：内燃机所有气缸工作容积总和。
用VL表示，压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比。
用ε表示。
公式见书3.四冲程内燃机的工作原理四冲程汽油机的工作循环由4个活塞行程组成，即进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程。
①进气行程：活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。
此时排气门关闭，进气门开启。
在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。
空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。
②压缩行程：进气行程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点。
这时，进、排气门均关闭。
随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。
③做功行程：压缩行程结束时，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。
燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。
在气体压力的作用下，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。
④排气行程：排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体(或称废气)在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。
4.二冲程内燃机的工作原理如果在两个冲程里完成进气、压缩、做功、排气这些循环动作，就叫二冲程，相应的内燃机叫二冲程内燃机①第一行程：活塞在曲轴带动下由下止点移至上止点。
内燃机设计复习
1、提高转速的优劣势：优势：提高功率，从而使单位功率的体积减小，总量减轻。
劣势：（1）惯性力增加，从而导致机械负荷增加，平衡、振动问题突出，噪声增加。
（2）工作频率增加，从而导致活塞、气缸盖、气缸套、排气门等零件的热负荷增加。
（3）摩擦损失增加，机械效率增加，燃油消耗率增加，磨损寿命变短。
（4）进排气系统阻力增加，充气效率下降。
2、内燃机噪声来源：燃烧、气体流动、机械噪声。
3、有害气体排放种类：CO、HC、NO x、PM。
4、汽油机优点：（1）空气利用率高，升功率高。
（2）制造成本低。
（3）低温启动性好，加速性好，工作柔和，运转平顺，噪声低。
（4）结构轻巧，比质量小。
（5）不冒黑烟，PM排放少。
5、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、扩缸的方法增加功率。
（4）防火安全性好。
（5）CO和HC的排放比汽油机少。
6、P26 中心曲柄连杆机构运动规律7、内燃机平衡：传给支承作用力的大小和方向均不随时间变化。
8、内燃机振动（不平衡）的原因：（1）发动机转矩是周期性变化的。
（2）旋转惯性力、往复惯性力是周期性变化的。
9、研究内燃机平衡的目的：（1）为分析和选型提供依据。
（2）寻求改善平衡性的措施10、研究内燃机平衡的方法：解析法、图解法、11、扭振：使曲轴各轴段间发生周期性相互扭转的振动。
12、扭振发生的原因：（1）曲轴有固有频率。
（2）系统上作用有大小和方向呈周期性变化的干扰力矩。
（3）当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。
13、研究扭振的目的：通过计算找出临界转速、振幅、扭振应力，决定是否采取减震措施，或避开临界转速。
14、曲轴扭振计算步骤：（1）当量系统换算（2）自由振动计算（3）强迫振动计算（4）减振或避振计算15、阻尼分类：外阻尼、内阻尼、假阻尼。
16、扭转振动的消减措施：（1）使曲轴转速远离临界转速。
（2）改变曲轴的固有频率。
（3）提高轴系的阻尼。
内燃机设计期末复习资料
1.内燃机主要设计指标有哪些？答：（1）动力性指标，包括功率、转速、最大扭矩、最大扭矩转速（1）经济性指标，主要指燃油消耗率（2）重量和外形尺寸指标（3）低公害指标（4）要求使用方便，好修、好造2.内燃机汽缸套设计要求是什么？答：（1）提高刚度和耐磨性；（2）防止拉缸、穴蚀、和支承凸肩变裂（3）减少热变形与安装变形。
3 提高内燃机充气效率的措施答：（1）降低进气系统阻力损失，提高吸气终了的压力；（2）降低排气系统阻力损失，以降低残余废气压力；（3）减少高温零件在在进气过程中对新鲜冲量的加热，以降低冲量由于加热引起的温升。
4 汽油机爆燃时有何外部特征？答：（1）发出金属振音（敲缸）；（2）在轻微爆震时，发动机功率略有增加，强烈爆震时，发动机功率下降，工作不稳定，转速下降，发动机有较大震动；（3）冷却系统过热；（4）气缸盖温度上升五. 论述题（共30分，每题10分）1.提高曲轴强度的结构措施和工艺措施有哪些？答：（1）结构措施①加大轴径重叠度。
②加大过度圆角。
③采用空心轴径，减轻曲轴的重量和减少曲柄销的离心力，从而降低主轴承负荷，提高了曲轴弯曲强度。
④开卸荷槽，在相同的载荷条件下，可使曲轴曲柄销圆角最大应力有所降低。
（2）工艺措施①圆角滚压强化，使圆角产生塑性变，发生冷作硬化，表面的残余压应力抵消了部分工作拉伸应力，使曲轴疲劳强度大大提高。
②轴径和圆角表面同时进行淬火，使金属组织发生相变，产生残余应力，硬度提高，从而提高耐磨性。
③喷丸强化，亦属冷作变形，在金属表层上留下应力使表层硬度提高，提高疲劳强度。
④氮化处理，由于氮的扩散作用，在曲轴表面形成化合层，它有极高的耐磨性、且抗咬合、耐腐蚀，提高了曲轴的疲劳强度。
2.降低机油消耗量的主要途径。
答：（1）汽缸与活塞组，活塞环与环槽、气门与导管之间的间隙过大时，机油就会窜入燃烧室或进入排气管排出，这是机油消耗的主要原因。
因此改进油环设计，防止汽缸变形，提高上述配合的耐磨性，在进气门上加挡油圈等是降低机油消耗的有效途径。
内燃机原理课程设计
内燃机原理课程设计简介内燃机是一种将燃料与空气混合后在气缸内燃烧产生高温高压气体，利用其能量向外部做功的能量转换装置。
内燃机是现代交通工具和机械制造等领域中不可或缺的动力来源。
本次课程设计将深入学习内燃机的工作原理，设计一款自己的简易内燃机，并利用3D打印进行制作。
学习内容1. 内燃机的分类内燃机按工作循环类型不同，可以分为两类：往复式内燃机和旋转式内燃机。
其中，往复式内燃机包括四冲程汽油机和柴油机，旋转式内燃机包括涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机。
2. 内燃机的工作原理（1）四冲程汽油机原理四冲程汽油机包括四个冲程：进气、压缩、燃烧和排气，是一种常见的汽车引擎类型。
进气冲程中，汽缸内的活塞由上往下移动，吸入燃油和空气混合物；压缩冲程中，活塞向上移动，将混合物压缩至较小体积；燃烧冲程中，火花塞产生火花，引燃混合物，产生高温高压气体，推动活塞向下运动；排气冲程中，活塞再次向上移动，以排出废气。
（2）柴油机原理柴油机是利用柴油燃料进行燃烧的内燃机，其工作原理与汽油机类似，但压缩比更高，通过高温高压气体将燃油喷入气缸，实现点燃燃料的过程。
柴油机的燃油效率和经济性较高，常用于大型工业用途。
3. 内燃机的设计与制作根据学习所得的内燃机原理知识，我们将设计一款简易的内燃机，并利用3D 打印进行制作。
设计过程中需要考虑内燃机结构、燃料选择、点火系统等问题，并对设计方案进行实验验证，检验内燃机的功率和效率。
实验过程1. 设计内燃机根据上述内燃机原理，设计一款自己的内燃机，并绘制出其制图。
在设计过程中要考虑燃烧室、进气和排气系统、点火系统、气缸体等部件的设计。
2. 制作3D模型利用设计图纸进行3D模型制作，使用3D打印技术进行制造。
3. 进行实验验证将制造出的内燃机连接有功率分析仪和扭矩计，对其性能进行测试，检验其功率和效率。
根据测试结果进行数据分析和结论得出。
结论在本次课程设计中，我们深入学习了内燃机的工作原理和分类，并设计了一款自己的内燃机并进行了3D打印制作。
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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，存在一最佳的边距L*，当L=L*时使σ2max有最小值。
(二)圆角扭转形状系数：曲轴圆角扭转形状系数ατ等于圆角表面最大切应力τmax与轴颈名义应力τn 之比，ατ=τmax/τn，ατ=ατ0φ1φ2φ3φ4φ5，其对曲轴工作的影响：ασ0—轴线对称之阶梯轴的扭转形状系数：该阶梯轴的R/d，d’/d与所求曲轴相同，相连轴段直径比D/d=2。
以下各参数对ατ的影响大致与ασ相同，φ1—曲柄宽度影响系数，φ2—曲柄厚度影响系数，φ3—轴颈重叠度影响系数，φ4—轴颈空心偏心距e的影响系数，φ5—轴颈中鼓形减重孔影响系数。
影响：由于形状系数α是在静载荷作用下的应力测定实验中求得的，它只反映了曲轴结构参数对曲轴在静载作用下产生的圆角最大应力的影响。
曲轴这种应力局部增高的现象，通常用形状系数来描述。
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。
因此，求取形状系数的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答：结构措施：①加大轴颈重叠度。
采用短行程是增加重叠度的有效方法，它比通过加大主轴颈来增加重叠度的作用大。
轴颈重叠系数φ=(D1+D2)/S。
②加大过渡圆角。
为了能增加半径R，同时保证轴颈的有效承压长度，可采用曲轴沉割圆角。
一般R/D=0.05~0.07，当R>0.07D时，随R的增加，使应力集中减少已不明显。
③采用空心轴颈。
若以提高曲轴弯曲强度为主要目标，采用主轴颈为空心的半空心结构就行了。
若要同时减轻曲轴的重量和减小曲柄销的离心力，从而降低主轴承负荷，则宜采用全空心结构。
一般空心度d/D=0.4左右效果最好。
④卸载槽。
适当地选择槽的形状，边距L’、槽深δ1、圆角R及张角φ，在相同载荷条件下，可使曲柄销圆角最大应力σ2max值有所降低，如把空心和卸载结合起来就能得到较佳曲拐结构。
工艺措施：①圆角滚压强化。
圆角滚压强化能提高疲劳强度，采用曲轴全部轴颈滚压的方法可减少曲轴变形，使曲轴主轴颈的摆差在滚压后保证在允许范围内。
②轴颈和圆角表面同时进行淬火。
为了提高曲轴颈表面的耐磨性，一般都用高周波电流感应加热的方法进行表面淬火。
采用专门的工艺措施，把圆角部分也一起淬硬，不仅提高耐磨性，而且使曲轴疲劳强度提高30~50%。
③喷丸强化。
它与滚压强化方法一样，亦属于利用冷作变形，在金属表面上留下压应力，而且使表面硬度提高，从而提高曲轴疲劳强度的方法。
④氮化处理。
氮化处理是一种化学热处理强化金属表面的方法。
氮化处理后，由于氮的扩散作用，在曲轴表面形成一层由氮化铁及碳化铁组成的化合层，它有极高的耐磨性并且抗咬合、耐腐蚀。
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①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，这就是装置飞轮的主要目的。
当输出扭矩大于阻力矩时，飞轮就将多余的功吸收而使转速略增；当阻力矩大于输出扭矩时，飞轮则将其储存的能量放出，此时飞轮的动能减小，而发动机转速略减。
可见飞轮是一种动能储存器，它起着调节曲轴转速变化稳定转速的作用。
②用扭矩不均匀系数μ来判断发动机合成扭矩的均匀程度，μ=(M max-M min)/(ΣM)m，式中M max为输出扭矩曲线的最大值，M min为输出扭矩曲线的最小值，(ΣM)m为输出扭矩曲线的平均值。
③δ=(ωmax-ωmin)/ωm≈2(ωmax-ωmin)/ (ωmax+ωmin)，δ称为发动机的运转不均匀系数，或称变速率。
ωm为平均角速度，ωmax与ωmin为最大和最小曲轴角速度。
第六章连杆组设计1 连杆的工作条件和设计要求，大小头载荷的构成，分布及危险截面答：①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。
最大拉伸载荷出现在进气冲程开始的上止点附近，最大压缩载荷出现在膨胀冲程开始的上止点附近。
由于细长杆件，附加有弯曲应力和弯矩。
②设计要求：连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷，因此在设计中首先保证连杆具有足够的疲劳强度和结构刚度。
对强化程度不高的发动机来说，刚度比强度更重要。
为了在尽可能轻巧的结构下保证足够的刚度和强度，必须选用高强度的材料，合理的结构形状和尺寸，采取提高强度的工艺措施等。
③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σao=2pd²/(D1²-d²)，内表面σio=p(D1²+d²)/(D1²-d²)。
(b)由拉伸载荷所引起的小头应力：拉伸载荷P j在小头上半圆周产生的均布径向载荷p’=P j/2B1r m，B1、r m各为小头宽度及平均半径。
应力分布与Φ角大小有关，但大致趋向不变。
内表面应力σi最大值一般出现在φ=90°处，外表面应力σa的最大值一般出现在φ=Φ处，Φ增大的同时，最大应力值增长。
(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，并不在小头中引起应力，只有一小部分载荷使小头变形。
危险截面：固定角断面m-n是连杆小头强度最薄弱处，而且多数情况下，外侧纤维上的m点的应力变化幅值最大，因而也最危险。
但有时是内侧纤维上的n点最危险。
④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。
有时为此而不得不增大平衡重。
H3过小时，连杆螺栓头或螺帽的支撑面过渡圆角处易成为薄弱环节，会因应力集中而成为疲劳裂纹的发源地。
斜切口连杆当承受惯性力拉伸时，沿连杆体与连杆盖结合面方向作用着很大的横向力P t=Psinφ，使连杆螺栓承受较大剪力。
平切口和斜切口的危险截面都是取在过连杆轴线的截面上。
2 连杆各部分疲劳强度安全系数计算方法答：①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：σmax=σao+σaj，σmin=σao+σac；n点：σmax=σio+σic，σmin=σio+σij(当σij<0)或σio(当σij>0)。
应力幅σa=(σmax+σmin)/2，平均应力σm=(σmax-σmin)/2，安全系数n=σ-1z/(σa/εσ’’+ψσσm)，其中角系数ψσ=(2σ-1-σ0)/ σ0。