《《内燃机设计》课后习题答案（袁兆成主编） 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《内燃机设计》课后习题答案（袁兆成主编） （16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第一章：内燃机设计总论1-1 根据公式 ，可以知道，当设计的活塞平均速度 Vm 增加时，可以增加有效功率，请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些？具体原因是什么？答：摩擦损失增加，机械效率 m 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，机油承 载能力下降，发动机寿命降低。惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率 v 下降。1-2 汽油机的主要优点是什么？柴油机主要优点是什么？答：柴油机优点：1）燃料经济性好。 2）因为没有点火系统，所以工作可靠性和耐久性好。 3）可以通过增压、扩缸来增加功率。 4）防火安全性好，因为柴油挥发性差
2、。 5） CO 和 HC 的排放比汽油机少。 汽油机优点：1）空气利用率高，转速高，因而升功率高。 2）因为没有柴油机喷油系统的精密偶件，所以制造成本低。 3）低温启动性好、加速性好，噪声低。 4）由于升功率高，最高燃烧压力低，所以结构轻巧，比质量小。 5）不冒黑烟，颗粒排放少。1-3 假如柴油机与汽油机的排量一样，都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高？为什么？答：汽油机的升功率高，在相同进气方式的条件下， 由 PL=Pme*n/30 可知，汽油机与柴油机的平均有效压力相差不多。但是由于柴油机后燃较多，在缸径相同情况下，转速明显低于汽油机，因此柴油机的升功率小。 柴油机的过量空气系数都大
3、于 1，进入气缸的空气不能全部与柴油混合，空气利用率低，在转速相同、缸径相同情况下，单位容积发出的功率小于汽油机，因此柴油机的升功率低，汽油机的升功率高。 1-4 柴油机与汽油机的汽缸直径、行程都一样，假设 D=90mm、S=90mm ，是否都可以达到相同的最大设计转速（如 n=6000r/min）？为什么？答：. 对于汽油机能达到，但是柴油机不能。因为柴油机是扩散燃烧形式，混合气的燃烧速度慢，达不到汽油混合气的燃烧速度，所以达不到 6000r/min 的设计转速。缸径越大，柴油混合气完成燃烧过程的时间越长，设计转速越低。1-5 活塞平均速度提高，可以强化发动机动力性，请分析带来的副作用是什么
4、？答：摩擦损失增加，机械效率 m 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，机油承载能力下降，发动机寿命降低。 惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率 v 下降。1-6 目前使发动机产生性能大幅度提高的新型结构措施有哪些？为什么？答：新型燃烧室，多气门（提高 v） ，可变配气相位 VVT（提高 v） ，可变进气管长度（提高 v）,可变压缩比，可变增压器 VGT、VNT（可根据需要控制进气量） ，机械-涡轮复合增压，顶置凸轮机构 DOHC、SOHC（结构紧凑，往复惯性力小） 。1-8 某发动机为了提高功率，采用了扩大汽缸直径的途径，
5、如果汽缸直径扩大比较多，比如扩大 5mm，与之相匹配的还要改变那些机构的设计？还要进行哪些必要的计算？ 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，要进行曲轴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、工作过程计算深知重新设计凸轮型线等。1-9 某发动机由于某种原因，改变了活塞行程，与之相匹配的还要进行哪些结构更改设计和计算？答：活塞行程 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、工作过程计算等。第二章：曲柄连杆机构受
6、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-cos)+ /4(1-cos2) = X+X; V = r(sin+sin2*/2) = v+v; a = r2(cos+cos2) = a+a;用途：1）活塞位移用于 P- 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 Pg 和往复惯性力 Pj 的对外表现是什么
7、？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 时， 为长半轴； 当 = 时， =C,其端点轨迹是一个圆。 （2）二阶往复惯性力的平衡分析 同样以气缸夹角平分线为起始点，左右两列气缸的二阶惯性力表示为 = Ccos2= Ccos2在坐标轴上的投影为： =2 Ccos cos cos2=2 Csin sin sin2也是椭圆，合力为 = =2 C合力方向为当 = 时，有 = ， = ， 变为水平方向的往复惯性力，可以用兰氏机构平衡。 结论： = 时， 为一个圆，相当于离心力； 为往复惯性力，方
8、向垂直于气缸夹角平分线。3-5 四冲程六缸机的惯性力和惯性力矩都已经平衡了，此发动机的支撑还承受什么力作用？答：解：点火间隔角为 A= =120 （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
9、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。4-2 列出单自由度扭振系统的自由振动方程，求出微分方程的解和初相位。答：弹性力矩 MC ,惯性力矩 I 根据理论力学，得 IM+ =0 ， I+ C=0 此二阶线性齐次微分方程的解为： sin()et其中02()e，4-4 什么是力矩简谐分析的摩托阶数？为什么四冲程发动机的转矩表达式中，简谐阶数不都是自然数，有半数的阶数？答： 0 01 1sin()sin()ka akkkMtMt= nktk其中 si()akt为转矩的第 k 阶谐量
10、，表示该谐量在在 2周期内变化 k 次，称为摩托阶数。对于四冲程发动机，曲轴两转即 4角为一个周期，因此相对于数学上的周期来讲，曲轴一转（ 2）内四冲程发动机第 k 阶力矩仅变化了k次，因此四冲程的摩托阶数存在半阶数。4-5 对于多拐曲轴，可以画出几个相位图？什么情况是主谐量？什么情况是次主谐量？答：1）当谐量的阶数为曲轴每一转中点火次数的整数倍时（k=2im/） ，该阶振幅矢量位于同一方向，可以用代数方法合成，该阶谐量称为主谐量。2）当 k=(2m-1)i/ 时，各曲拐该阶力矩幅值作用在同一直线上，方向不同，称为次主谐量。3）曲拐侧视图有 q 个不同方向的曲拐，则有 q/2 个相位图。4-6
11、 什么是临界转速？如何求对应第 k 阶谐量引起的临界速度？计算和分析扭振的条件是什么？答：曲轴固有频率与外界干扰力矩“合拍” ，产生扭转共振的转速称为临界转速。共振时，k t = e ，则 t = e /k ,其中 t为曲轴转动角频率。计算和分析扭转共振的三个条件为： kn在发动机工作转速范围内，方能称为临界转速一般只考虑摩托阶数 k18 的情况，因为 k 值太大时，对应的谐量幅值很小一般只考虑前两阶或前三阶固有频率4-7 计算曲轴系统扭振的假设条件是什么？答：1）强迫振动引起的共振振型与自由振动的振型相同2）只有引起共振的那一阶力矩对系统有能量输入3）共振时激发力矩所做的功，等于曲轴上的阻尼
12、功4-8 如果知道第一个集中质量的绝对振幅，其他集中质量的振幅如何求出？为什么？答：因为共振时阻尼功等于激振功，激振频率等于固有频率，即 W= k , tek，= 2,所以 1akM 1sin1zia= -k t21zia, 1 = ak12zizei,则由 1iia，可以求出所有集中质量的绝对振幅第五章：配气机构设计 5-1 配气机构中平底挺柱的几何运动速度与凸轮接触点偏心距的关系如何？设计平底挺柱时，挺柱底面半径要满足什么要求？答：数值相等。平底挺柱的底面半径要大于最大偏心距，也就是在数值上要大于挺柱的最大几何速度。5-2 气门通过时间断面是如何求出的？答：21tfAd，其中5-3 配气凸
13、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
14、前后增设缓冲段，保证气门开启和落座时处于很小的速度。5-4 凸轮缓冲段由等加速等速两段组成，已知缓冲段高度 H0、速度 v0、缓冲段包角 ，等加速度包角 ，请写出缓冲段各段的方程式。答：等加速段：2tch， 01c等速段： 20()t，5-5 写出高次多项式凸轮型线的表达式。答：5-7 如何确定气门的最大升程，为什么？答：气门最大升程 Hmax 与气门直径 d 的关系应为 Hmax/d=0.25。考虑到惯性载荷和活塞上止点时可能与气门发生干涉的问题，一般进气门的 H/dvi=0.260.28。为保证有足够的流通面积和减少活塞推出功，一般排气门 H/dve=0.30.355-8 写出凸轮型线丰满
15、系数表达式，并陈述其含义？答：00max()tcFhd，式中， th为挺柱或气门的位移； 为凸轮工作半包角；axH为挺柱或气门的最大位移或者升程； 0H是缓冲段的高度； c为挺柱位移对应的凸轮转角。凸轮型线丰满系数是一个相对量，表示的是位移曲线下的面积与最大升程和工作半包角组成的矩形面积之比。在设计凸轮型线时，经常用来评判型线设计的好坏。5-9 通常的气门锥角是多少？增压发动机的气门锥角有何变化？为什么？答：一般发动机的气门锥角 45。而对于增压柴油机，气门锥角 30，这是因为增压发动机缸内压力高，气门盘受力变形大与气门座的相对滑移量大，而且不同于非增压发动机，完全排除了从气门导管获得机油的可能，因此，气门与气门座磨损的问题更加突出。增压发动机采用较小的气门锥角，就是为了减少与气门座的相对
