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1、发动机设计复习题一、 名词解释（4分一个共32分）1、 发动机可靠性：在规定的运转条件下，具有持续工作，不致因故障而影响正常运转的能力。2、 活塞拍击：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。3、 内燃机耐久性：指内燃机从开始使用到第一次大修前累计运转的小时数，内燃机的大修期一般决定于缸套和曲轴磨损到达极限尺寸的时间。4、 产品系列化：内燃机系列化是指以极少的基本规格尺寸（缸径冲程）的内燃机，通过改变气缸数目及其排列形式、增压度、转速、燃料、零件
2、材料或者增加若干附件等方法来扩大其功率范围，改变其轮廓尺寸，发展出品种繁多的变型，以满足不同用途的需要。5、 曲轴回转不均匀性：把曲轴转速忽快忽慢的现象，称为曲轴回转不均匀性6、 动平衡：分布在回转件上各个质量的离心惯性力合力为0； 离心力所引起的合力矩也为0.7、 质量代换：由于实际中运动物体的形状比较复杂，为了简化起见，应当将实际的比较复杂的质量系统，换算成在动力学上与实际质量系统相当的简化了的质量系统。8、 输出扭矩不均匀性：内燃机即使在稳定工况下运转，其输出转矩也总是波动变化的。对同一内燃机来说，转矩不均匀性系数随内燃机工况的变化而变化。二、 问答题（6个共40分）1、 气门设计的原则
3、（1）气阀头部形状和尺寸应保证气体流动阻力小，以提高换气效果。在保证强度和刚度前提下，气阀的重量尽可能轻。（2）尽可能减少气阀接受的热量并增加其散热能力，特别要增强阀座处的冷却。因为75%的热量是从阀座处传给冷却水的，并要求冷却均匀，变形小。（3）选择材料时，要求材料在气阀工作强度下，有足够的热强度及耐冲击性，要注意热处理及表面处理技术。要保证阀、阀座材料的匹配。2、 连杆的设计原则（1） 足够的强度。如果强度不足，就会发生连杆螺栓、大头盖、杆身的断裂；（2） 足够的刚度。如果刚度不足，则： 使连杆大头变形，使连杆螺栓承受附加弯曲；使大头孔失圆，使连杆轴承的润滑受到影响；杆身在曲柄轴身平面内弯
4、曲，使活塞在汽缸内歪斜，造成活塞与汽缸及连杆轴承与曲柄销的偏磨。造成活塞组与缸间漏气、窜油；（3） 如果重量太重，就会增加惯性力。3、活塞环断面的设计原则（1）增强密封性。特别是在环工作条件很不利时也不易漏气；（2）提高刮油能力。随着发动机转速的提高，发动机机油上窜的问题日益严重，除了改进油环结构外，要求气环也起控制机油（布油）作用；（3）改善磨合性能，减少磨损；（4）提高抗拉伤能力，即提高避免出现熔着磨损等不正常现象的能力（产生原因是润滑油膜中断，局部干摩擦，产生大量摩擦热，引起显微的熔化、粘着、继续扩大）。4、活塞环有哪些运动（1）上、下运动 活塞环随同活塞上升、下降，在环槽内作上、下运动
5、，这个运动决定于气压力、摩擦力及其惯性。（2）径向运动 由于加工、磨损、紧固、温差等引起的气缸锥度和椭圆度，使活塞环在上下运动时，同时在环槽内，作一张一缩的径向运动，它是引起环槽磨损的主要原因。（3）回转运动 回转运动对防止环的偏磨、局部过热、卡死是有利的，但当它在引起各环口重叠时，将使工作恶化。（4）活塞环的不正常运动-颤振1）颤振产生的原因当发动机的活塞环所受激振力频率为环的固有频率的整数倍时，将引起环的谐振运动，从而造成漏气现象严重、噪音增大，使发动机不能正常工作的现象。2）为改善活塞环的抗颤振性，可采取如下措施：使用开口部分有较高径向压力的高点环。减小环宽b，以减轻环本身重量，减少惯性
6、力。增大环厚t，以增加环的刚度和弹力。5、可变气门系统结构、组成、工作原理6、曲轴的结构形式有哪些，各有什么特点2.1 整体式曲轴 结构：发动机的曲轴结构为 一体化，毛坯由整根钢料铸造或锻造而成。整体式曲轴的特点：（1）工作可靠，重量轻，刚度和强度较高，加工表面较少，广泛用于中小型发动机（如：车用发动机）。（2）当曲轴尺寸较大，曲拐数较多时，需要较大的专用加工设备，加工困难。 而且某一部分加工不合格或使用损失时，造成整轴报废2.2 组合式曲轴 结构：为了便于制造，将整轴分为几部分，然后将各部分装配或焊接成一体，分为全组合式和半组合式两种。特点：便于制造，广泛用于大型柴油机和各类二冲程发动机上。
7、任何一部分损坏，不会造成整轴报废。有利于产品系列化，曲轴材料可采用不能锻造的高强度合金材料。2.3 盘型组合曲轴 结构：把圆盘形曲柄兼作主轴颈，采用滚动轴承作主轴承。把单位曲拐制成后，用螺栓紧固联成一根曲轴，扭矩传递依靠结合面之间的摩擦力。特点：（1）曲柄兼作主轴颈，使缸心距缩短，可适当增加曲柄宽度，改善连杆大头轴承的工作条件。因主轴颈很大，使轴颈重叠度增加，曲轴刚度大，自振频率高，扭曲应力小。（2）由于各缸单位曲拐相同，便于产品系列化，部分损坏可单独交换。（3）采用滚动轴承摩擦受损小，机械效率高，寿命长。（4）材料成本高，使机体设计结构复杂，工艺性差。7、发动机经济性指标有哪些内燃机的经济性
8、指标主要指：燃油消耗率 。常用的有额定功率燃油消耗率 、外特性最低油耗率 、万有特性（绝对）最低油耗率 8、 发动机按不同的分类方式可分为哪些类型：按照所用燃料分为汽油发动机、柴油发动机、天然气发动机、液化石油气发动机等；工作循环冲程数分为、四冲程（四行程）发动机、二冲程（二行程）发动机；根据气缸数分为单缸、两缸、多缸（三缸以上）发动机；根据冷却方式分为水冷式、风冷式；根据排列方式分为直列式、V型排列式等等工作方式有活塞式（目前绝大部分是这种），转子式（马自达有产）。排列方式：直列，V型，水平对置。9、 活塞压缩高度由哪些组成活塞压缩高度 由火力岸高度、环带高度和上裙尺寸 三部分组成。10、
9、气环和油环的作用气环的主要作用是：与活塞一起密封气缸工作腔；将活塞头部的热量导出。油环的主要作用是：使气缸壁面的润滑油分布均匀，并避免多余的润滑油窜入燃烧室，造成积碳和增大润滑油消耗量。11、 连杆组包括哪些部件发动机的连杆组件包括：连杆体、连杆盖、连杆轴瓦和连杆螺栓等。12、 活塞环有哪些类别（1）微锥面环（2）扭曲环（3）锥面环（4）倒角环（5）鼻形环（6）桶面环（7）梯形环（8）开沟环13、常见气门种类有哪些，各有什么特点（1）平底气阀 特点：形状简单，工艺性好，受热面积小，有一定刚性，广泛用于各种类型发动机。 （2）凹底气阀特点：可以得到较大的过渡半径，有利于进气的流动。为了减轻它的重
10、量而将底面内凹喇叭形，使气阀容易适应阀座的变形。但受热面增大，气阀的温度和弯曲应力都将增大，故一般用于小尺寸发动机。 （3）凸底气阀 特点：增大了头部刚度，减少变形，改善了气体排出气缸的流动性能，适用于做排气阀。 重量较大，受热面较平底的大，特别适用于在排气阀充钠冷却时，此结构最好。14、 连杆轴颈杆身设计要考虑哪些因素在发动机工作时，杆身既受拉伸载荷，又受压缩载荷，因此，工作中容易产生疲劳破坏和变形。另外，连杆高速摆动时的横向惯性力使连杆发生弯曲变形，因此进行连杆设计应考虑以下因素：1） 杆身具有足够的横切面积以保证有足够的强度。2）连杆杆身采用“工”字型断面，且其长轴应在连杆摆动平面内，其
11、理由：可在连杆较小重量下获得较大的刚度；连杆在摆动平面内，上下两端的连接相当于铰支，而在垂直连杆摆动平面的方向，上下两头的连接则相当于两端固定的压杆，后者稳定性好，允许的失稳临界力大。15、气门材料有哪些，选择气门材料要考虑哪些因素考虑因素：（1） 在高温下具有足够高的强度、硬度。（2） 有较好的耐磨性，并能承受较大的冲击载荷。（3） 在高温下，对燃烧产物有良好的耐腐蚀和抗氧化性能。（4） 导热好，并有较小的热膨胀系数。（5） 经济性好。气门材料：进气阀 ：由于进气阀工作温度低（不超过300400），故常用材料： 等合金排气阀 ：由于进气阀在高温下工作，故要求采用在高温有良好的稳定性和强度的材
12、料。常用材料： 、司太立特合金等。16、 相比汽油机，柴油机有哪些优缺点柴油机1）柴油机的优点由于采用压燃工作原理，压缩比高，热效率高；燃油经济性好。不仅最低燃油消耗比一般汽油机低15%25%，而且在变工况时，低油耗区宽广，燃料消耗率 曲线变化平坦。工作可靠、耐久性好；柴油机排放的CO和HC比汽油机少得多；可以采用高的增压度和较大的缸径来提高有效压力和功率，故功率使用范围广；防火安全性能好。2）柴油机的缺点由于燃烧压力高，结构比较笨重；由于燃烧比较粗暴，噪音较大；排气微粒对人类健康威胁很大，而且根治办法尚缺成熟可靠且成本低廉的技术手段。汽油机1）汽油机的优点汽油挥发性好，易与空气混合形成可燃混
13、合气，燃烧速度快而完全，空气利用率高，最高燃烧压力较低，转速可以很高，所以升功率大，结构紧凑。由于升功率高，最高燃烧压力低，所以结构轻巧，比质量（重量）小。重量轻、尺寸小低温启动性能好运转平顺、工作柔和，噪音小；制造成本低，不必使用柴油机喷油系统中那些精密偶件。2）汽油机的缺点由于压缩比受爆燃限制，热效率低，而且负荷用量调节（对进气进行节流），使小负荷时燃油经济性急剧恶化；排气中，有害气体（CO、HC、NOX）多；传统汽油机汽油蒸发排放对环境污染严重。17、活塞组件工作环境有什么特点 1）温度高，在机械负荷大的情况下高速滑动，同时由于条件限制，活塞组件所能承受的热负荷限制了内燃机的强化潜力。
14、2）润滑不良，活塞组件与汽缸间产生强烈的磨损，在接触的表面间容易产生拉伤、烧伤等现象。3）活塞组件的寿命决定了发动机的修理周期，因此，发动机的工作可靠性与寿命很大程度取决于活塞组的可靠性与寿命。三、论述题（14分一个，共2分）1、改善活塞头部结构，提高活塞头部可靠性的措施活塞头部受力、受热负荷最大，并随着热负荷的增加，顶部会产生热疲劳裂纹。同时第一环由于热负荷作用，并在汽缸中作上下滑动运动，常常发生粘结、卡死、严重磨损和弹性松弛等失效，因此为了改善上述情况，我们采取如下措施，加以改善：（1）改善活塞头部与汽缸的配合（2） 为了改善头部由于受热负荷而产生的故障（拉缸、抱缸、咬合等），常采取以下措
15、施：在活塞火力岸部位，包括以下的环岸，在圆柱面上加工很多细小的环形槽。以造成一定的退让性，防止在过热或碳渣等细小物存在时被卡住，避免重大事故发生。（3） 为使油环的工作可靠性更高，并降低机油消耗，常在油环与临近气环间直径方向缩小1mm左右。以形成“减压腔”，使刮下的机油减压并形成泄油分配腔（因泄油不是均布的），以达到降机油油耗的目的。（4）改善活塞头部设计，使其具有良好的导热能力的过渡截面，降低热应力。不使热量过多的集中在第一环。（5）在第一环槽或燃烧室喉口，铸入耐热护圈，以增强环槽的耐磨性，防止喉口开裂。并适当增大环的侧隙，防止环的粘结和卡死。（6）活塞在上止点时，第一道活塞环应处于良好的冷却区域。水冷式发动机：活塞第一环位置不高于水套上端口；风冷式发动机：应保证第一环所处位置有足够的散热肋片。（7）减少活塞头部与缸套的配合间隙，使活塞顶所受的热量能部分
