柴油機(jī)設(shè)計(jì)資料

1、©116數(shù)碼工作室版權(quán)所有1_1內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)有哪些指標(biāo)？其意義如何？答：內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)包括：工作性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)工作性能指標(biāo)包括：動(dòng)力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、可靠性指標(biāo)、振動(dòng)與噪聲指標(biāo)、及排放指標(biāo)。動(dòng)力性指標(biāo)包括：功率、扭矩、轉(zhuǎn)速等。它表征發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的好壞。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)以燃油消耗率和潤(rùn)滑油消耗率表示，反映內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的好壞?？煽啃院蛪勖笜?biāo)有：可靠度、故障度、重要度等。用來檢驗(yàn)內(nèi)燃機(jī)可靠性和查驗(yàn)是否需要對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行修理、維護(hù)。振動(dòng)分為軸系振動(dòng)和整機(jī)振動(dòng)，噪聲則主要來自機(jī)械噪聲、燃燒噪聲和氣體動(dòng)力噪聲。其大小用指示噪聲計(jì)來計(jì)量。排放標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)內(nèi)燃機(jī)排放的NOx、CO和HC化合物進(jìn)行限

2、制，以免污染環(huán)境。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)有：缸徑D、活塞行程S、氣缸數(shù)及缸心距Lo等。1-3提高功率的途徑有哪些，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：共有6種方法：1、 提高轉(zhuǎn)速n 隨著n的提高，內(nèi)燃機(jī)零件的機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷、磨損均將增加。同時(shí)內(nèi)燃機(jī)的摩擦損失、噪聲和振動(dòng)也增加。2、 提高Pe（平均有效壓力） 隨著Pe值的提高，內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷也相應(yīng)提高。3、 提高氣缸的工作容積Vh 工作容積由D和S決定，增大缸徑和行程均能增大功率。但是D增大，零件尺寸、質(zhì)量、機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷也增大；S增大，使活塞的平均速度Cm相應(yīng)增大，導(dǎo)致機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷、磨損增大，影響內(nèi)燃機(jī)的壽命。4、 增加氣缸數(shù) 缸數(shù)過多時(shí)，曲軸及機(jī)體

3、的剛度差，多采用V型結(jié)構(gòu)并施以增壓技術(shù)來滿足大功率的要求。5、 使用在地轉(zhuǎn)速時(shí)采用二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可以獲得較高的功率。6、 提高發(fā)動(dòng)機(jī)排量。1-4、提高Pe的途徑有哪些，限制Pe提高的因素是什么？3-1活塞的位移和加速度公式是如何建立的，如何理解他們變化規(guī)律同“”的關(guān)系？答：規(guī)定“”為曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比（R/L），從氣缸中心線起順時(shí)針方向度量的曲柄轉(zhuǎn)角為正，從氣缸中心線向右度量擺角位正，活塞位移從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)的度量，根據(jù)幾何圖形及幾何關(guān)系可得到位移公式。位移公式對(duì)時(shí)間二次求導(dǎo)即可得到加速度公式。同“”的關(guān)系：對(duì)位移公式：當(dāng)越大，即連桿越短，活塞到達(dá)行程長(zhǎng)度中點(diǎn)以下越早；當(dāng)=0，活塞位移規(guī)律變成

4、簡(jiǎn)諧曲線。對(duì)加速度公式：當(dāng)1/4，在2間隔內(nèi)加速度曲線只有一個(gè)正向最大值和一個(gè)負(fù)向最大值； 當(dāng)1/4，加速度曲線形狀在一個(gè)循環(huán)出現(xiàn)四個(gè)極值。3-3試?yán)L制曲柄連桿機(jī)構(gòu)上作用力簡(jiǎn)圖，并從中說明內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)的力和力矩及它們所引起的作用及影響。答：往復(fù)作用力為，可分解為活塞側(cè)推力H和連桿推力c。c由活塞銷傳給連桿，然后傳給曲軸銷，在曲柄銷處又可分解為沿曲柄中心線方向作用的法向力N和推動(dòng)曲柄回轉(zhuǎn)的切向力T。連桿大端回轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生離心力rB為，曲柄本身的離心力為rK。作用：切向力T是對(duì)外做功的主要作用力，能產(chǎn)生扭矩。主軸處垂直方向的往復(fù)慣性力使柴油機(jī)產(chǎn)生上下振動(dòng)，離心力為r，r在機(jī)體內(nèi)部不能平衡，使柴油機(jī)產(chǎn)

5、生上下、左右Frank©2003-2004 1©116數(shù)碼工作室版權(quán)所有的振動(dòng)。作用在氣缸壁上的側(cè)推力H和作用在主軸承處的水平分力H組成使柴油機(jī)傾倒的翻倒力矩d，d大小和方向周期性的變化，使柴油機(jī)產(chǎn)生搖擺性振動(dòng)。3-5連桿當(dāng)量代替質(zhì)量必須滿足什么條件？代替系統(tǒng)結(jié)果如何？答：滿足條件：1.) 換算系統(tǒng)兩質(zhì)量之和等于原連桿的質(zhì)量mC，即 mCA+mCB=mC2.) 換算系統(tǒng)的質(zhì)心與原連桿質(zhì)心重合，即mCAlA=mCBlB3.) 兩個(gè)換算質(zhì)量對(duì)連桿重心得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和應(yīng)等于原來實(shí)際連桿得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，22mCAlA+mCBlB=IC結(jié)果：它們對(duì)連桿重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量略大于原來實(shí)際連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)

6、慣量。若要較精確計(jì)算則需在換算系統(tǒng)中引入一個(gè)“連桿（修正）力偶矩”MC，用以抵消由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，.22在連桿擺角加速度的作用下所多出的慣性力矩，MC=mCAlA+mCBlB-IC。實(shí)際表明，其值很小，通?？珊雎浴?-1試以正、反轉(zhuǎn)矢量力的概念，說明一次往復(fù)慣性力和二次往復(fù)慣性力的平衡方式。 答：1.) 正、反轉(zhuǎn)矢量力的定義為，把往復(fù)慣性力看作兩個(gè)質(zhì)量1/2mj 在半徑R處以角速度朝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的離心力的向量和對(duì)于朝相相反方向的回轉(zhuǎn)兩質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力，稱之為正、反轉(zhuǎn)矢量力。2.) 正、反轉(zhuǎn)矢量平衡法定義為，把往復(fù)慣性力的平衡問題轉(zhuǎn)化為兩個(gè)正反轉(zhuǎn)矢量的平衡，可利用平衡離心力的方法來平

7、衡往復(fù)慣性力，即為正、反轉(zhuǎn)矢量平衡法。3.) 一次往復(fù)慣性力的平衡方法，設(shè)每塊平衡重質(zhì)量為m，其中心與回轉(zhuǎn)中心間的距離為R，則兩平衡重質(zhì)量的離心力在水平方向的投影是等值反向的，自相平衡抵消，而在垂直方向的投影則是等值同向，合力為2m1R2cos，且有如下關(guān)系2m1R2cos=mjR2cosm1= mjR/2R1。在正反轉(zhuǎn)平衡機(jī)構(gòu)中，除了必須保證平衡重同曲軸有相同回轉(zhuǎn)角速度外，還應(yīng)保證平衡重的安裝方位與曲軸有一定的正時(shí)關(guān)系。4.) 二次往復(fù)慣性力的平衡方法，基本與一次往復(fù)慣性力相同，差別在于平衡重的回轉(zhuǎn)角速度必須是曲軸回轉(zhuǎn)角速度的2倍，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角為時(shí)，平衡重應(yīng)已轉(zhuǎn)過2的角度，且有m2= mjR/

8、8R14-2離心慣性力矩和一次往復(fù)慣性力矩在作用性質(zhì)上有什么不同？ 答：由于多缸內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力作用在各自氣缸中心線內(nèi)，形成縱向垂直平面力系，所以合成的力矩是各缸往復(fù)慣性力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)重心所形成的力矩和。力矩的數(shù)值大小隨曲軸轉(zhuǎn)角而變化，其方向始終在氣缸垂直平面內(nèi)。當(dāng)?shù)谝磺幵诟鱾€(gè)特定的相位角時(shí)，合成往復(fù)慣性力距出現(xiàn)最大值。離心慣性力矩在垂直面的分力矩的大小和方向都是變化的。在垂直平面方向上的合成離心慣性力矩同一次往復(fù)慣性力矩性質(zhì)完全一樣的。指示常數(shù)mr和mj不同，就合成離心慣性力矩本身而言，是大小不變的矢量，它的作用方向同第一曲柄構(gòu)成一定的相位角關(guān)系，并隨著曲柄的回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)。4-3使用查表法對(duì)一

9、臺(tái)發(fā)火順序?yàn)?-4-3-2的二沖程四缸柴油機(jī)的平衡性進(jìn)行分析，并提出改善平衡的措施。答：由表4-2可查的：當(dāng)?shù)谝磺谏现裹c(diǎn)位置時(shí)，不平衡一次往復(fù)慣性力矢量出現(xiàn)在315°處，當(dāng)曲柄在45°(315°)時(shí)，出現(xiàn)一次往復(fù)慣性力矩最大值，一、二次往復(fù)慣性力為0，存在一、二次慣性力矩且內(nèi)部平衡性差，可用正反轉(zhuǎn)平衡來消除，為了平衡內(nèi)部平衡狀態(tài)，可對(duì)曲軸采用分段平衡法布置平衡重來平衡。 ()Frank©2003-2004 2©116數(shù)碼工作室版權(quán)所有5-2 柴油機(jī)曲軸工作時(shí)受那些載荷的作用？單位曲柄在受彎和扭時(shí)，其最大應(yīng)力通常出現(xiàn)在何處？應(yīng)力集中的情況如何

10、？答：1、曲軸受周期性變化的燃?xì)鈮毫?、運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力所造成的外力和外力矩的作用以及由這些力和力矩引起的振動(dòng)產(chǎn)生的附加應(yīng)力的應(yīng)力。其中曲柄銷和主軸頸均受到彎扭的聯(lián)合作用；曲柄臂受到拉、壓、彎、扭的復(fù)雜交變載荷。此外，主軸承支座還有支反力的存在。2、單位曲柄在受彎扭載荷時(shí)，最大應(yīng)力出現(xiàn)在曲柄銷或主軸頸與曲柄臂鄰接的過渡圓角。3、受彎曲載荷時(shí)，應(yīng)力集中最大的部位是曲柄銷或主軸頸與曲柄臂的過渡圓角處；受扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)，在過渡圓角以及軸頸上的潤(rùn)滑油孔周圍將產(chǎn)生比較嚴(yán)重的應(yīng)力集中。 5-3確定曲柄直徑dp時(shí)要考慮那些因素？答：曲柄銷直徑dp與長(zhǎng)度Lp的選定應(yīng)考慮兩方面：保證曲軸有較大剛度和曲柄銷軸承有良好的工

11、作性能。確定dp時(shí)應(yīng)考慮：1、 dp的加大將導(dǎo)致連桿大端的加大，必須采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施保證拆卸時(shí)連桿能隨活塞一起通過氣缸（如斜切口大端）。2、 dp的加大將引起不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量離心力的增加，這對(duì)主軸承負(fù)荷和扭振均有不良影響。3、 dp的加大會(huì)使摩擦功率增加，使軸承工作溫度升高，加速潤(rùn)滑油老化變質(zhì)。 5-4為什么說曲柄臂是曲軸結(jié)構(gòu)中的薄弱部位？常見的曲柄臂形狀有那些？它們各有何特點(diǎn)？如何從結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)曲柄臂？答：1、 曲柄上應(yīng)力集中最大的部位是曲柄銷或主軸頸與曲柄臂的過渡圓角處，從圓角處開始而橫斷曲柄臂的彎曲疲勞破壞最為常見。2、 常見的曲柄臂形狀有：矩形和圓。它們?cè)诠に囍圃焐虾?jiǎn)單、方便；橢圓形曲柄

12、臂在強(qiáng)度、重量和應(yīng)力分布均勻程度上更好，其結(jié)構(gòu)形狀最為合理。3、 為了減輕應(yīng)力集中，可以加厚曲柄臂、在曲柄臂端面的相應(yīng)部位設(shè)卸載槽、增加重疊度，5-6為什么曲柄上油孔孔口必須加工成光滑的圓角？油孔和油道的開設(shè)有哪些型式？答：1、 在曲軸上油孔孔口加工成光滑的圓角可以降低應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度，加強(qiáng)潤(rùn)滑效果，防止油孔堵塞及軸瓦被刮傷。2、 油孔的開設(shè)形式有選擇在曲柄平面向著曲拐旋轉(zhuǎn)方向?qū)?30°-90°范圍，=90°時(shí)即垂直于曲拐平面方向。3、 油道有兩種基本方案：傾斜單線油道、直角多線油道。5-9柴油機(jī)軸承的常見損壞形式有哪幾種？柴油機(jī)軸承是如何分類的？應(yīng)用場(chǎng)合

13、如何？ 答：常見軸承破壞形式：擦傷、咬合、磨損；疲勞；蝕損柴油機(jī)軸承分類：1.) 按軸瓦的厚度可分為厚壁軸瓦和薄壁軸瓦2.) 按軸承的用途不同可分為向心軸承和止推軸承應(yīng)用場(chǎng)合：厚壁：大型低速船用柴油機(jī) 薄壁：廣泛應(yīng)用于中、高速柴油機(jī)上向心軸承：柴油機(jī)主軸承和連桿軸承采用的平軸瓦，連桿小端、副連桿銷所采用Frank©2003-2004 3©116數(shù)碼工作室版權(quán)所有的軸套與襯套。止推軸承：柴油機(jī)曲軸的止推擋主軸承。6-2連桿大端的結(jié)構(gòu)型式及其尺寸的選擇在連桿的設(shè)計(jì)過程中有何重要意義？答：連桿大端的結(jié)構(gòu)對(duì)連桿的整體設(shè)計(jì)乃至柴油機(jī)的整體設(shè)計(jì)都有影響。它直接影響曲柄銷直徑、氣缸中心距

14、、柴油機(jī)的拆驗(yàn)方式等。常用的有平切口和斜切口兩種。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于高、中速內(nèi)燃機(jī)，但由于曲柄銷直徑的增大受到結(jié)構(gòu)型式的限制（p（0.650.72）D），因此難以用于高參數(shù)的柴油機(jī)中。在連桿軸頸較大的情況下，采用斜切口式連桿大端能保證從氣缸中方便的抽出活塞連桿組。它的連桿軸頸p最大為0.85D。但斜切口剖分角使連桿力沿切口平面產(chǎn)生切向分力，使大端蓋與桿身間發(fā)生滑動(dòng)或使連桿螺栓受剪切作用。6-3試分析二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)連桿的設(shè)計(jì)分析中有何差異？答：在工作循環(huán)中二沖程柴油機(jī)的連桿始終受壓，而四沖程柴油機(jī)既受拉也受壓。這一差異使得設(shè)計(jì)連桿時(shí)對(duì)剛度、疲勞強(qiáng)度以及作用在主連桿上彎矩的分析有

15、所不同：二沖程連桿大端可設(shè)計(jì)得輕薄些。小端總受壓，為了提高其承載能力，將連桿與活塞銷固定，使活塞銷的整個(gè)上半面作為承壓面的全支撐結(jié)構(gòu)。由于小端受壓面缺少潤(rùn)滑油，難以形成“擠壓”油膜。為較強(qiáng)潤(rùn)滑，可添加設(shè)計(jì)一軸向油槽。6-6 連桿螺栓的結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析及其預(yù)緊力值的給定均需格外加以重視的原因是什么？請(qǐng)分析。答：連桿螺栓為柴油機(jī)中最重要的聯(lián)接件，連桿螺栓的斷裂會(huì)擊毀柴油機(jī)或擊傷工作人員。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：1、 設(shè)置連桿螺栓的地位極為有限，螺栓與連桿軸頸尺寸之間的關(guān)系相互制約，難以任意增加連桿螺栓的直徑。2、 長(zhǎng)期承受交變載荷作用，此載荷的大小與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比。3、 螺栓應(yīng)絕對(duì)可靠，在整

16、個(gè)工作期內(nèi)不允許有松動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)。4、 在螺栓處易出現(xiàn)應(yīng)力集中，螺牙損壞的狀況。預(yù)緊力方面：螺栓的預(yù)緊力o應(yīng)能克服由于大端軸瓦過盈配合在接合面產(chǎn)生的端面力和分界面處彎矩。強(qiáng)度方面：由于螺栓同時(shí)有拉伸及剪切應(yīng)力存在，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使螺栓強(qiáng)度計(jì)算中的安全系數(shù)足夠大才能保證螺栓強(qiáng)度。7-1活塞工作狀態(tài)受哪些負(fù)荷作用？答：活塞工作狀態(tài)受到機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷的作用。機(jī)械負(fù)荷有氣缸內(nèi)燃燒氣體壓力，高速運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力和側(cè)推力。熱負(fù)荷是由于活塞頂部與高溫燃燒氣接觸，產(chǎn)生熱變形、熱應(yīng)變和熱疲勞，從而產(chǎn)生裂紋。7-2什么是活塞壓縮高度？它對(duì)柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)將帶來什么影響？答：活塞銷中心至活塞頂?shù)某叽绶Q為壓縮高度。它

17、包括頂岸高度、環(huán)帶高度和上裙高度。它直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)總體高度和重量。適當(dāng)選擇頂岸高度，以保證活塞環(huán)散熱良好，又不會(huì)太大影響有效容積，減少環(huán)數(shù)可減少活塞與缸套間的摩擦力，還可減輕環(huán)對(duì)環(huán)槽的沖擊負(fù)荷。上裙高度應(yīng)使環(huán)槽位置盡量處于銷座外徑上方。避免因開有環(huán)槽而削弱銷座的強(qiáng)度，引起變形。 7-3如何合理布置第一環(huán)位置，如果第一活塞環(huán)溫度過高，可采取哪些措施？答：當(dāng)活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，第一道環(huán)必須處于氣缸套冷卻水腔上沿位置以內(nèi)。措施：1、設(shè)置隔熱槽2、活塞頂采用陽極氧化表面處理3、通過潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻4、設(shè)置多道氣環(huán)5、盡量減少第一道環(huán)與氣缸壁的距離。Frank©2003-2004 4©116數(shù)碼工作室版權(quán)所有7-4試分析產(chǎn)生裙部銷座“橢圓”變形的原因及消除其影響的方法？答：產(chǎn)生“橢圓”變形的原因：1、側(cè)推力作用在裙部承壓面方向，使活塞銷軸線方向直徑略有伸長(zhǎng)，而在同銷軸線相垂直方向的直徑略有縮短。2、活塞頂部在受爆發(fā)壓力作用時(shí)，將使活塞銷座在沿銷軸方向有所伸長(zhǎng)。3、由于銷與銷座的摩擦發(fā)熱以及壁厚不均勻，造成活塞裙與銷座周圍不同的溫度差；在沿著壁厚較厚的銷軸方向產(chǎn)生較大的熱膨脹變形。消除方法：1、在冷態(tài)下