发动机动力学复习思考题

第 页 共 页 一、名词解释题 1、 “内部平衡”当考虑曲轴为柔性转子，发动机机体也是弹性体时，由于曲轴和机体承受惯性力及其力矩后产生周期性变形，此时即使发动机已达到完全的外部平衡，但变形的结果仍会有一部分力和力矩回传到机座，引起发动机振动并向外传递，发动机的这种平衡称为“内部平衡”。 2、 “外部平衡” 当假定曲轴为刚性转子发动机机体也是绝对刚体时，把内燃机当成一个整体，来分析曲柄连杆机构惯性力及其力矩对发动机支承、支架等外部构件作用时，所达成的平衡称为外部平衡。 3、 何谓功率平衡？基于能量守恒定律和功能原理，在结构上或机构设计方面采取相关措施，将机器的速度波动限制在允许范围内，称为功率平衡。 4、 何谓质量平衡？ 调整构件的质量分布及在结构上采取特殊的措施，将各惯性力和惯性力矩限制在预期的范围内，叫做质量平衡。 5、 倾覆力矩 作用于机体，产生使发动机沿阻力矩方向翻转倾覆的趋势。 6、 静平衡 在垂直于轴线的同一个平面（径向）内， 如果分布在回转件上各个质量的离心惯性力合力为零或质径积矢量和为零，称为静平衡。 7、 曲轴回转不均匀性 用曲轴的旋转不平均度δ来表示 8、 动平衡 分布在回转件上各个质量的离心惯性力合力为零；同时离心力在轴向所引起的合力矩也为零,这样的平衡叫做动平衡. 9、 质量代换 实际机构具有复杂的分布质量，但可以根据动力学等效性原则用几个适当配置的集中质量(质点)代替原来的系统，这样的方法叫做质量代换。 10、 扭矩不均匀性 为了评价内燃机总转矩变化的均匀程度,通常用转矩不均匀度μ来表示,即 11、 什么叫发动机稳定工况？ 在一个完整的曲轴总转矩变化周期内，内燃机曲轴输出的有用功与作业机具的阻力功相等。 12、 过量平衡 通过加大曲轴平衡重来部分平衡一阶往复惯性力的方法对旋转惯性力的平衡叫做过量平衡法 13、 部分平衡 通过加大曲轴平衡重来部分平衡一阶往复惯性力的方法对一阶往复惯性力的平衡叫做部分平衡法 14、 转移平衡 通过加大曲轴平衡重来部分平衡一阶往复惯性力的方法对整机的平衡叫做转移平衡法 二、填空题 1. 正置式曲柄连杆单缸机活塞位移在上止点后90°曲轴转角之 前 （请填“前”或者“后”）到达行程的一半，λ越大，活塞达到行程之半的时刻越 提前 （请填“提前”或者“延后”）。正置式曲柄连杆单缸机活塞最大速度出现在上止点后90°曲轴转角之 前 （请填“前”或者“后”）； 2. 对曲柄半径为r的正置式曲柄连杆机构，当曲柄在0°曲轴转角时，该活塞的位移为 0 ，对曲柄半径为r的正置式曲柄连杆机构，当曲柄在90°曲轴转角时，该活塞的位移为 r+(r*λ)/2 ，对曲柄半径为r的正置式曲柄连杆机构，当曲柄在180°曲轴转角时，该活塞的位移为 2*r 。 3. 对曲柄半径为r的正置式曲柄连杆机构，当α= 90 度曲柄转角时，连杆摆角β出现正的最大值；当α= 270 度曲柄转角时，连杆摆角β出现负的最大值。 4. 当某原正置式曲柄连杆机构改为活塞销负偏置（e=-1mm）的偏置机构后，改变前后相比，其活塞行程 变大 （请填“变大”或者“变小”） 5. 通过加大曲轴平衡重来部分平衡一阶往复惯性力的方法对一阶往复惯性力来说叫做 半 平衡，对离心惯性力来说叫 过量 平衡，对整机来说叫 转移 平衡。 6. 对正置式曲柄连杆机构，活塞离开上下止点作 加 速运动，活塞趋向上下止点作 减 速运动。 7. 曲柄连杆机构的平衡方法包括：1、 加平衡质量法 2、 对称布置法 3、 加平衡机构法 8. 单缸机整体振动由 往复惯性力 和 旋转惯性力 引起。 9. 内燃机的噪声生成系统由 产生激振力的噪声源 、传递激振力的机械结构和 声辐射表面等构成。 10. 往复惯性力Pj是由 活塞的往复运动 而产生的，其方向永远沿着 气缸中心线 方向，其大小只与 转速 有关，而与 负荷大小 和 无关。往复惯性力Pj产生的扭矩Mj是输出扭矩M的组成部分，但Mj只影响输出转矩M的 瞬时 值，而不影响输出转矩M的 平均 值。 11. 偏置结构一般分为 曲轴的正偏置 和 曲柄销的负偏置 ，柴油机一般采用曲轴正 偏置，主要为解决其 气缸两侧磨损不均匀 问题；汽油机一般采用 曲柄销负 偏置，达到 活塞从压缩行程到做功行程柔和过渡的 效果，为解决其 活塞换向引起的“敲缸” 问题。 12. 内燃机运动机构的基本型式分为（1）正置式 （2） 主副连杆式 （3）偏置式三类。其中偏置式结构的运动特性完全由 曲柄连杆比λ 和 偏心率ε 特征参数来确定。 13. 动力学质量代换的原则是 动力学等效原则 ，连杆组代替质量系统必须满足的三个条件是：（1） 连杆质量不变 ；（2） 连杆质心位置不变 ；（3） 连杆相对于质心的转动惯量不变 。 14. 作用在机体上的力和力矩有 气体作用力Fg，往复惯性力Fj，旋转惯性力Fr，倾覆力矩TN；其中 气体作用 力在机体内是自行平衡的， 往复惯性力Fj 、旋转惯性力Fr 、 是自由力，必须采取相应的平衡措施才能平衡， 倾覆 力矩是不能平衡的，只能由 地脚螺钉 来承受。 二、问答及简述 1、 内燃机运转噪声分为哪三部分？降低活塞拍击和气门凸轮机构噪声源的常用措施有哪些？ 答：内燃机运转噪声：一是内燃机整体在支承上的振动引起的噪声，二是进、排气系统的气体动力噪声，三是内燃机本身的机械噪声。 降低活塞拍击噪声措施：( 1 ）减小活塞组的质量尽量用较少的活塞环以降低活塞的压缩高度。活塞压缩高度的降低，为减小裙部高度从而减小活塞总高度创造了前提。 ( 2 ）减小活塞与气缸的配合间隙。不仅在汽油机，而且高速柴油机也广泛采用镶钢片自动控制热膨胀活塞，这样可使活塞冷态间隙减小一半，拍击能量降到 1 / 4 左右。 ( 3 ）偏置活塞销。偏置活塞销使活塞在上止点附近的气体压力（压缩上止点）或惯性力（进、排气上止点）对活塞销产生一个附加力矩，使活塞摆动。这种先摆动后靠紧的模式比一次性从贴紧一侧变到贴紧另一侧的模式显然要缓和, 从而减轻拍击噪声。 降低气门凸轮机构噪声源的常用措施：( 1 ）采用多气门结构( 2 ）采用顶置凸轮轴 ( 3 ）合理设计凸轮外形 ( 4 ）采用液压间隙调整器 2、 曲柄连杆机构的三大运动件及其各自运动特征如何？ 答： 活塞：活塞承受气体力和惯性力的作用下作往复惯性运动。因此活塞运动有位移，速度，加速度。 连杆：连杆在平面内作复合运动。其运动时由活塞的往复运动及活塞销的摆动合成。因此，连杆运动有角位移，角速度，角加速度。 曲柄：曲柄是活塞连杆组传来的气体力转化为旋转运动。

3、 汽、柴油机各适合采用哪种偏置型式？各有何优点？ 答：汽油机—一般采用活塞销的负偏置，避免由于转速过高导致的上止点位置时活塞的频繁高速换向使活塞拍击缸壁形成的“敲缸”噪声，活塞销负偏置优点：使活塞从压缩行程到做功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减轻活塞换向时对气缸的敲击。柴油机—一般采用曲轴的正偏置和活塞销的正偏置，这种偏置在压缩冲程次推力面侧向力将有所增大，主推力面侧向力减小，达到均匀汽缸两侧磨损的效果。 4、 单列多缸机的主轴颈负荷分析中必要的几点简化假设是什么？ 答：1.作用在主轴颈上的载荷只与左右相邻曲柄上的作用力有关；2.并且假想各曲柄沿主轴颈中央断面切开，从而把一个连续梁的曲轴分成一段段简支梁来计算，这样，作用在曲柄臂上的气体作用力，往复惯性力和旋转惯性力，假定是由该曲柄前后两个主轴承所承受。 5、 曲柄连杆机构动力学质量换算的原则是什么？连杆组的质量换算必须满足哪三个条件？ 答：实际曲柄连杆机构具有复杂的分布质量，但可以根据动力学等效性原则用几个适当配置的集中质量(质点)代替原来的系统。 三条件：连杆质量不变；连杆质心位置G不变；连杆相对质心G转动惯量不 变。 6、 什么叫活塞销负偏置？活塞销负偏置一般用于何种发动机？该种发动机为什么要采用活塞销负偏置？ 答：活塞销座朝向承受做功侧压力的一面偏置叫活塞销负偏置。一般用于高速汽油机。因为活塞销的负偏置可以解决由于转速过高而导致的上止点位置时活塞的频繁高速换向导致的活塞拍击缸壁的“敲缸”噪声。 7、 什么叫曲轴正偏置？曲轴正偏置一般用于何种发动机？该种发动机为什么要采用曲轴正偏置？ 答：曲轴正偏置就是汽缸中心线垂直于曲轴的回转轴线，但不通过曲轴的回转中心，汽缸中心线与曲轴的回转轴线有一定的偏移。一般用于柴油机。因为柴油机的做功冲程Pmax较大，所以Pn较大，为降低最大主推力Pnmax，改善活塞和缸套主推力面的磨损。 8、 气体作用力Fg的特点及其对发动机性能的影响是什么？ 特点： 1）与发动机转速n无关，与负荷大小有关2）脉冲性，以720°CA为周期3）最大值周期仅占1/5～1/6，主要影响发动机受力零部件的可靠性 性能影响：为机构受力零部件的振动力源，但在机体上互相抵消，只使机体产生拉伸或压缩应力，并不传至机体之外的支架上，不引起整机的振动。 9、 往复惯性力Fj的特点及其对发动机性能的影响是什么？ 特点：1）以360°CA为周期，只有转速n有关，与负荷大小无关2）影响输出功率的瞬时值，不影响其平均值，不对外做功 3）是以自由力形式出现，它通过轴承传至机体，作用在发动机支架上，引起发动机整机上下振动4）与气体力同一数量级，较大绝对值占一半周期以上，主要影响发动机使用寿命 性能影响：做功冲程开始阶段，对气体压力起到一定消减作用，有效降低了受力零部件的最大机械负荷，有利于发动机可靠性的提高 10、 柴油机和汽油机曲柄销负荷极坐标图各有什么特点？为什么？ 汽油机头大尾短 柴油机头小尾大 因为汽油机的最大往复惯性力-转速比较大，而柴油机的最大汽缸压力-负荷比较大。 11、 曲柄销负荷极坐标图的用途 1）曲柄销D、B设计依据 ；2）平均负荷校验-平均比压-耐磨性-使用寿命3）最大负荷校验-最大比压-可靠性4）冲击载荷 5）热负荷校验-还与轴承副相对运动速度有关 6）理论磨损图绘制 12、 降低压燃式柴油机的燃烧噪声的主要途径有哪些？ 答：1.提高燃烧速率的同时推迟喷油适当提高压缩比，提高喷油压力，增加喷空数，缩小喷口直径，改善喷油雾化，采用加强微观湍流的缩口式燃烧室等提高燃烧效率；2.优化喷油规律降低初期喷油率，使预混合燃烧比例减小，降低燃烧的最大压力升高比；3.采用增压柴油机，增压柴油机由于空气密度大，温度高，滞燃期短，所以尽管最高燃烧压力较高，但压力升高率较低。 13、 何谓“活塞拍击”？减轻活塞拍击造成的振动和噪声的主要途径有哪些？ 答：所谓活塞拍击就是：由于活塞的工作温度变化很大，运动速度又很高，不可能把与汽缸的配合间隙做得很小，加上连杆偏置的影响，导致活塞在上下止点附近，从靠近汽缸一侧转变到靠近汽缸另一侧，对汽缸产生的拍击作用，成为振源。 途径：1.减小活塞组的质量，尽量用较少的活塞环以降低活塞的压缩高度；2.减小活塞与汽缸的配合间隙；3.偏置活塞销。