發(fā)動機動力學復習資料

1、一、名詞解釋題1、 “內(nèi)部平衡”當考慮曲軸為柔性轉(zhuǎn)子，發(fā)動機機體也是彈性體時，由于曲軸和機體承受慣性力及其力矩后產(chǎn)生周期性變形，此時即使發(fā)動機已達到完全的外部平衡，但變形的結(jié)果仍會有一部分力和力矩回傳到機座，引起發(fā)動機振動并向外傳遞，發(fā)動機的這種平衡稱為“內(nèi)部平衡”。2、 “外部平衡” 當假定曲軸為剛性轉(zhuǎn)子發(fā)動機機體也是絕對剛體時，把內(nèi)燃機當成一個整體，來分析曲柄連桿機構(gòu)慣性力及其力矩對發(fā)動機支承、支架等外部構(gòu)件作用時，所達成的平衡稱為外部平衡。3、 何謂功率平衡 基于能量守恒定律和功能原理，在結(jié)構(gòu)上或機構(gòu)設(shè)計方面采取相關(guān)措施，將機器的速度波動限制在允許范圍內(nèi)，稱為功率平衡。4、 何謂質(zhì)量平衡

2、 調(diào)整構(gòu)件的質(zhì)量分布及在結(jié)構(gòu)上采取特殊的措施，將各慣性力和慣性力矩限制在預期的范圍內(nèi)，叫做質(zhì)量平衡。5、 傾覆力矩 作用于機體，產(chǎn)生使發(fā)動機沿阻力矩方向翻轉(zhuǎn)傾覆的趨勢。6、 靜平衡 在垂直于軸線的同一個平面（徑向）內(nèi)， 如果分布在回轉(zhuǎn)件上各個質(zhì)量的離心慣性力合力為零或質(zhì)徑積矢量和為零，稱為靜平衡。7、 曲軸回轉(zhuǎn)不均勻性 用曲軸的旋轉(zhuǎn)不平均度來表示 8、 動平衡 分布在回轉(zhuǎn)件上各個質(zhì)量的離心慣性力合力為零；同時離心力在軸向所引起的合力矩也為零,這樣的平衡叫做動平衡.9、 質(zhì)量代換 實際機構(gòu)具有復雜的分布質(zhì)量，但可以根據(jù)動力學等效性原則用幾個適當配置的集中質(zhì)量(質(zhì)點)代替原來的系統(tǒng)，這樣的方法叫做

3、質(zhì)量代換。10、 扭矩不均勻性 為了評價內(nèi)燃機總轉(zhuǎn)矩變化的均勻程度,通常用轉(zhuǎn)矩不均勻度來表示,即11、 什么叫發(fā)動機穩(wěn)定工況？ 在一個完整的曲軸總轉(zhuǎn)矩變化周期內(nèi)，內(nèi)燃機曲軸輸出的有用功與作業(yè)機具的阻力功相等。12、 過量平衡 通過加大曲軸平衡重來部分平衡一階往復慣性力的方法對旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡叫做過量平衡法13、 部分平衡 通過加大曲軸平衡重來部分平衡一階往復慣性力的方法對一階往復慣性力的平衡叫做部分平衡法14、 轉(zhuǎn)移平衡 通過加大曲軸平衡重來部分平衡一階往復慣性力的方法對整機的平衡叫做轉(zhuǎn)移平衡法15、 活塞拍擊：由于活塞的工作溫度變化很大，運動速度又很高，不可能把與汽缸的配合間隙做得很小，加上

4、連桿偏置的影響，導致活塞在上下止點附近，從靠近汽缸一側(cè)轉(zhuǎn)變到靠近汽缸另一側(cè)，對汽缸產(chǎn)生的拍擊作用，成為振源。二、填空題1. 正置式曲柄連桿單缸機活塞位移在上止點后90°曲軸轉(zhuǎn)角之 前 （請?zhí)睢扒啊被蛘摺昂蟆保┑竭_行程的一半，越大，活塞達到行程之半的時刻越 提前 （請?zhí)睢疤崆啊被蛘摺把雍蟆保?。正置式曲柄連桿單缸機活塞最大速度出現(xiàn)在上止點后90°曲軸轉(zhuǎn)角之 前 （請?zhí)睢扒啊被蛘摺昂蟆保?2. 對曲柄半徑為r的正置式曲柄連桿機構(gòu)，當曲柄在0°曲軸轉(zhuǎn)角時，該活塞的位移為 0 ，對曲柄半徑為r的正置式曲柄連桿機構(gòu)，當曲柄在90°曲軸轉(zhuǎn)角時，該活塞的位移為 r+(

5、r*)/2 ，對曲柄半徑為r的正置式曲柄連桿機構(gòu)，當曲柄在180°曲軸轉(zhuǎn)角時，該活塞的位移為 2*r 。3. 對曲柄半徑為r的正置式曲柄連桿機構(gòu)，當= 90 度曲柄轉(zhuǎn)角時，連桿擺角出現(xiàn)正的最大值；當= 270 度曲柄轉(zhuǎn)角時，連桿擺角出現(xiàn)負的最大值。4. 當某原正置式曲柄連桿機構(gòu)改為活塞銷負偏置（e=-1mm）的偏置機構(gòu)后，改變前后相比，其活塞行程 變大 （請?zhí)睢白兇蟆被蛘摺白冃　保?. 通過加大曲軸平衡重來部分平衡一階往復慣性力的方法對一階往復慣性力來說叫做 半 平衡，對離心慣性力來說叫 過量 平衡，對整機來說叫 轉(zhuǎn)移 平衡。6. 對正置式曲柄連桿機構(gòu)，活塞離開上下止點作 加 速運動

6、，活塞趨向上下止點作 減 速運動。7. 曲柄連桿機構(gòu)的平衡方法包括：加平衡質(zhì)量法 、 對稱布置法 、加平衡機構(gòu)法 8. 單缸機整體振動由 往復慣性力 和 旋轉(zhuǎn)慣性力 引起。9. 內(nèi)燃機的噪聲生成系統(tǒng)由 產(chǎn)生激振力的噪聲源 、傳遞激振力的機械結(jié)構(gòu)和 聲輻射表面等構(gòu)成。10. 往復慣性力Pj是由 活塞的往復運動 而產(chǎn)生的，其方向永遠沿著 氣缸中心線 方向，其大小只與 轉(zhuǎn)速 有關(guān)，而與 負荷大小 和 無關(guān)。往復慣性力Pj產(chǎn)生的扭矩Mj是輸出扭矩M的組成部分，但Mj只影響輸出轉(zhuǎn)矩M的 瞬時 值，而不影響輸出轉(zhuǎn)矩M的 平均 值。11. 偏置結(jié)構(gòu)一般分為 曲軸的正偏置 和 曲柄銷的負偏置，柴油機一般采用曲

7、軸正 偏置，主要為解決其 氣缸兩側(cè)磨損不均勻 問題；汽油機一般采用 曲柄銷負 偏置，達到 活塞從壓縮行程到做功行程柔和過渡的 效果，為解決其 活塞換向引起的“敲缸” 問題。12. 內(nèi)燃機運動機構(gòu)的基本型式分為（1）正置式 （2） 主副連桿式 （3）偏置式三類。其中偏置式結(jié)構(gòu)的運動特性完全由 曲柄連桿比 和 偏心率 特征參數(shù)來確定。13. 動力學質(zhì)量代換的原則是 動力學等效原則 ，連桿組代替質(zhì)量系統(tǒng)必須滿足的三個條件是：（1） 連桿質(zhì)量不變 ；（2） 連桿質(zhì)心位置不變 ；（3） 連桿相對于質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變 。14. 作用在機體上的力和力矩有 氣體作用力Fg，往復慣性力Fj，旋轉(zhuǎn)慣性力Fr，傾覆

8、力矩TN；其中 氣體作用 力在機體內(nèi)是自行平衡的， 往復慣性力Fj 、旋轉(zhuǎn)慣性力Fr 、 是自由力，必須采取相應(yīng)的平衡措施才能平衡， 傾覆 力矩是不能平衡的，只能由 地腳螺釘 來承受。二、問答及簡述1、 內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)噪聲分為哪三部分？降低活塞拍擊和氣門凸輪機構(gòu)噪聲源的常用措施有哪些？答：內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)噪聲：一是內(nèi)燃機整體在支承上的振動引起的噪聲，二是進、排氣系統(tǒng)的氣體動力噪聲，三是內(nèi)燃機本身的機械噪聲。降低活塞拍擊噪聲措施：( 1 ）減小活塞組的質(zhì)量盡量用較少的活塞環(huán)以降低活塞的壓縮高度?；钊麎嚎s高度的降低，為減小裙部高度從而減小活塞總高度創(chuàng)造了前提。( 2 ）減小活塞與氣缸的配合間隙。不僅在汽油機

9、，而且高速柴油機也廣泛采用鑲鋼片自動控制熱膨脹活塞，這樣可使活塞冷態(tài)間隙減小一半，拍擊能量降到 1 / 4 左右。( 3 ）偏置活塞銷。偏置活塞銷使活塞在上止點附近的氣體壓力（壓縮上止點）或慣性力（進、排氣上止點）對活塞銷產(chǎn)生一個附加力矩，使活塞擺動。這種先擺動后靠緊的模式比一次性從貼緊一側(cè)變到貼緊另一側(cè)的模式顯然要緩和, 從而減輕拍擊噪聲。 降低氣門凸輪機構(gòu)噪聲源的常用措施：( 1 ）采用多氣門結(jié)構(gòu)( 2 ）采用頂置凸輪( 3 ）合理設(shè)計凸輪外形 ( 4 ）采用液壓間隙調(diào)整器2、 曲柄連桿機構(gòu)的三大運動件及其各自運動特征如何？答： 活塞：活塞承受氣體力和慣性力的作用下作往復慣性運動。因此活塞

10、運動有位移，速度，加速度。 連桿：連桿在平面內(nèi)作復合運動。其運動時由活塞的往復運動及活塞銷的擺動合成。因此，連桿運動有角位移，角速度，角加速度。 曲柄：曲柄是活塞連桿組傳來的氣體力轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。 3、 汽、柴油機各適合采用哪種偏置型式？各有何優(yōu)點？答：汽油機一般采用活塞銷的負偏置，避免由于轉(zhuǎn)速過高導致的上止點位置時活塞的頻繁高速換向使活塞拍擊缸壁形成的“敲缸”噪聲，活塞銷負偏置優(yōu)點：使活塞從壓縮行程到做功行程柔和的從氣缸的一邊過渡到另一邊，減輕活塞換向時對氣缸的敲擊。柴油機一般采用曲軸的正偏置和活塞銷的正偏置，這種偏置在壓縮沖程次推力面?zhèn)认蛄⒂兴龃螅魍屏γ鎮(zhèn)认蛄p小，達到均勻汽缸兩側(cè)磨

11、損的效果。4、 單列多缸機的主軸頸負荷分析中必要的幾點簡化假設(shè)是什么？答：1.作用在主軸頸上的載荷只與左右相鄰曲柄上的作用力有關(guān)；2.并且假想各曲柄沿主軸頸中央斷面切開，從而把一個連續(xù)梁的曲軸分成一段段簡支梁來計算，這樣，作用在曲柄臂上的氣體作用力，往復慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力，假定是由該曲柄前后兩個主軸承所承受。5、 曲柄連桿機構(gòu)動力學質(zhì)量換算的原則是什么？連桿組的質(zhì)量換算必須滿足哪三個條件？答：實際曲柄連桿機構(gòu)具有復雜的分布質(zhì)量，但可以根據(jù)動力學等效性原則用幾個適當配置的集中質(zhì)量(質(zhì)點)代替原來的系統(tǒng)。三條件：連桿質(zhì)量不變；連桿質(zhì)心位置G不變；連桿相對質(zhì)心G轉(zhuǎn)動慣量不 變。6、 什么叫活塞銷負偏

12、置？活塞銷負偏置一般用于何種發(fā)動機？該種發(fā)動機為什么要采用活塞銷負偏置？答：活塞銷座朝向承受做功側(cè)壓力的一面偏置叫活塞銷負偏置。一般用于高速汽油機。因為活塞銷的負偏置可以解決由于轉(zhuǎn)速過高而導致的上止點位置時活塞的頻繁高速換向?qū)е碌幕钊膿舾妆诘摹扒酶住痹肼暋?、 什么叫曲軸正偏置？曲軸正偏置一般用于何種發(fā)動機？該種發(fā)動機為什么要采用曲軸正偏置？答：曲軸正偏置就是汽缸中心線垂直于曲軸的回轉(zhuǎn)軸線，但不通過曲軸的回轉(zhuǎn)中心，汽缸中心線與曲軸的回轉(zhuǎn)軸線有一定的偏移。一般用于柴油機。因為柴油機的做功沖程Pmax較大，所以Pn較大，為降低最大主推力Pnmax，改善活塞和缸套主推力面的磨損。8、 氣體作用力F

13、g的特點及其對發(fā)動機性能的影響是什么？ 特點： 1）與發(fā)動機轉(zhuǎn)速n無關(guān)，與負荷大小有關(guān)2）脈沖性，以720°CA為周期3）最大值周期僅占1/51/6，主要影響發(fā)動機受力零部件的可靠性 性能影響：為機構(gòu)受力零部件的振動力源，但在機體上互相抵消，只使機體產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力，并不傳至機體之外的支架上，不引起整機的振動。9、 往復慣性力Fj的特點及其對發(fā)動機性能的影響是什么？特點：1）以360°CA為周期，只有轉(zhuǎn)速n有關(guān)，與負荷大小無關(guān)2）影響輸出功率的瞬時值，不影響其平均值，不對外做功 3）是以自由力形式出現(xiàn)，它通過軸承傳至機體，作用在發(fā)動機支架上，引起發(fā)動機整機上下振動4）與氣

14、體力同一數(shù)量級，較大絕對值占一半周期以上，主要影響發(fā)動機使用壽命 性能影響：做功沖程開始階段，對氣體壓力起到一定消減作用，有效降低了受力零部件的最大機械負荷，有利于發(fā)動機可靠性的提高10、 柴油機和汽油機曲柄銷負荷極坐標圖各有什么特點？為什么？ 汽油機頭大尾短 柴油機頭小尾大 因為汽油機的最大往復慣性力-轉(zhuǎn)速比較大，而柴油機的最大汽缸壓力-負荷比較大。11、 曲柄銷負荷極坐標圖的用途 1）曲柄銷D、B設(shè)計依據(jù) ；2）平均負荷校驗-平均比壓-耐磨性-使用壽命3）最大負荷校驗-最大比壓-可靠性4）沖擊載荷 5）熱負荷校驗-還與軸承副相對運動速度有關(guān) 6）理論磨損圖繪制12、 降低壓燃式柴油機的燃燒

15、噪聲的主要途徑有哪些？ 答：1.提高燃燒速率的同時推遲噴油適當提高壓縮比，提高噴油壓力，增加噴空數(shù)，縮小噴口直徑，改善噴油霧化，采用加強微觀湍流的縮口式燃燒室等提高燃燒效率；2.優(yōu)化噴油規(guī)律降低初期噴油率，使預混合燃燒比例減小，降低燃燒的最大壓力升高比；3.采用增壓柴油機，增壓柴油機由于空氣密度大，溫度高，滯燃期短，所以盡管最高燃燒壓力較高，但壓力升高率較低。13、 何謂“活塞拍擊”？減輕活塞拍擊造成的振動和噪聲的主要途徑有哪些？答：所謂活塞拍擊就是：由于活塞的工作溫度變化很大，運動速度又很高，不可能把與汽缸的配合間隙做得很小，加上連桿偏置的影響，導致活塞在上下止點附近，從靠近汽缸一側(cè)轉(zhuǎn)變到靠

16、近汽缸另一側(cè)，對汽缸產(chǎn)生的拍擊作用，成為振源。 途徑：1.減小活塞組的質(zhì)量，盡量用較少的活塞環(huán)以降低活塞的壓縮高度；2.減小活塞與汽缸的配合間隙；3.偏置活塞銷。14. 消減軸系扭轉(zhuǎn)振動的措施：a頻率調(diào)整法（1改變軸系中某些部件的轉(zhuǎn)動慣量，2.改變軸系中某些軸段的柔度，3、在內(nèi)燃機和車輛傳動系統(tǒng)中間插入彈性聯(lián)軸節(jié)）b.減小輸入能量法、c.裝設(shè)減振器15. 曲柄連桿機構(gòu)中主要受力有哪些？16. 為什么四沖程直列6缸機的輸出扭矩均勻性顯著優(yōu)于四缸機？17. 簡述飛輪的作用及其對曲軸回轉(zhuǎn)不均勻性的影響？18. 單缸機的振動力源有哪些？19. 簡述發(fā)動機靜平衡、動平衡、外部平衡、內(nèi)部平衡的定義及其區(qū)別聯(lián)系。20. 請分析機構(gòu)中氣體力、往復慣性力、離心慣性力、傾覆力矩的特性和對發(fā)動機工作的影響。四、論述題三、論述題（本大題共1小題， 20分）1、 結(jié)合圖示，試為單缸發(fā)動機設(shè)計一階和二階往復慣性力的平衡機構(gòu)。 一階往復慣性力的雙軸平衡機