內(nèi)燃機(jī)設(shè)計

第1章 內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)流程、設(shè)計要求與設(shè)計指標(biāo)…………………………………… 1
1.1 內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)流程…………………………………………………………… 1
1.1.1 產(chǎn)品規(guī)劃階段………………………………………………………… 1
1.1.2 樣機(jī)方案設(shè)計和先期研究階段……………………………………… 2
1.1.3 樣機(jī)施工設(shè)計和試制階段…………………………………………… 3
1.1.4 投產(chǎn)階段……………………………………………………………… 3
1.2 內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計要求…………………………………………………………… 3
1.2.1 車用內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計要求……………………………………………… 4
1.2.2 船用內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計要求……………………………………………… 4
1.2.3 工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計要求………………………………………… 5
1.2.4 農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計要求……………………………………………… 5
1.3 內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計指標(biāo)…………………………………………………………… 6
1.3.1 動力性指標(biāo)…………………………………………………………… 6
1.3.2 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)…………………………………………………………… 8
1.3.3 結(jié)構(gòu)緊湊性指標(biāo)……………………………………………………… 10
1.3.4 運(yùn)轉(zhuǎn)性指標(biāo)…………………………………………………………… 11
1.3.5 適應(yīng)性指標(biāo)…………………………………………………………… 12
1.3.6 強(qiáng)化指標(biāo)……………………………………………………………… 12
思考題……………………………………………………………………………… 13
第2章 內(nèi)燃機(jī)的總體設(shè)計………………………………………………………… 14
2.1 總體設(shè)計的任務(wù)與方法……………………………………………………… 14
2.2 內(nèi)燃機(jī)的選型………………………………………………………………… 16
2.2.1 汽油機(jī)、柴油機(jī)與多燃料內(nèi)燃機(jī)…………………………………… 16
2.2.2 二沖程與四沖程內(nèi)燃機(jī)……………………………………………… 17
2.2.3 增壓與非增壓內(nèi)燃機(jī)………………………………………………… 18
2.2.4 風(fēng)冷式與水冷式內(nèi)燃機(jī)……………………………………………… 19
2.2.5 氣缸數(shù)及氣缸排列形式……………………………………………… 20
2.3 內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇………………………………………………… 22
2.3.1 活塞行程S 與氣缸直徑D 的比值………………………………… 23
2.3.2 曲柄半徑R 與連桿長度L 的比值λ ……………………………… 23
2.3.3 氣缸中心距L0 與氣缸直徑D 的比值……………………………… 24
2.4 總體布置……………………………………………………………………… 24
思考題……………………………………………………………………………… 28
第3章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析…………………………………………………… 29
3.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)………………………………………………………… 29
3.1.1 中心式曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)………………………………………… 29
3.1.2 主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)…………………………………… 31
3.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力和力矩…………………………………………… 35
3.2.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動件的質(zhì)量換算…………………………………… 35
3.2.2 中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力和力矩……………………………… 37
3.2.3 主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力和力矩……………………… 41
思考題……………………………………………………………………………… 43
第4章 活塞組設(shè)計………………………………………………………………… 44
4.1 活塞設(shè)計……………………………………………………………………… 45
4.1.1 活塞的基本結(jié)構(gòu)……………………………………………………… 45
4.1.2 活塞材料及制造工藝………………………………………………… 47
4.1.3 活塞各部位結(jié)構(gòu)的確定……………………………………………… 49
4.1.4 活塞的計算…………………………………………………………… 60
4.2 活塞銷設(shè)計…………………………………………………………………… 68
4.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………… 68
4.2.2 材料與強(qiáng)化工藝……………………………………………………… 69
4.2.3 活塞銷的計算………………………………………………………… 70
4.3 活塞環(huán)設(shè)計…………………………………………………………………… 72
4.3.1 活塞環(huán)的工作情況與設(shè)計要求……………………………………… 72
4.3.2 活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)………………………………………………………… 73
4.3.3 活塞環(huán)的材料、表面處理及成形方法……………………………… 78
4.3.4 活塞環(huán)強(qiáng)度計算……………………………………………………… 80
思考題……………………………………………………………………………… 80
第5章 連桿組設(shè)計………………………………………………………………… 82
5.1 連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………… 83
5.1.1 連桿小頭……………………………………………………………… 83
5.1.2 連桿桿身……………………………………………………………… 85
5.1.3 連桿大頭……………………………………………………………… 85
5.1.4 V 形內(nèi)燃機(jī)的連桿大頭結(jié)構(gòu)……………………………………… 87
5.1.5 連桿的毛坯成形與材料……………………………………………… 88
5.2 連桿強(qiáng)度計算………………………………………………………………… 88
5.2.1 采用公式計算………………………………………………………… 88
5.2.2 采用有限元法計算…………………………………………………… 92
5.3 連桿螺栓設(shè)計………………………………………………………………… 96
5.3.1 基本結(jié)構(gòu)與材料……………………………………………………… 96
5.3.2 連桿螺栓的載荷……………………………………………………… 96
5.3.3 連桿螺栓的直徑和預(yù)緊……………………………………………… 98
5.3.4 提高連桿螺栓疲勞強(qiáng)度的措施……………………………………… 98
5.3.5 連桿螺栓的校核……………………………………………………… 98
思考題……………………………………………………………………………… 99
第6章 曲軸組與軸承……………………………………………………………… 100
6.1 曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………… 101
6.1.1 曲拐單元結(jié)構(gòu)……………………………………………………… 102
6.1.2 曲拐單元的排列與發(fā)火次序……………………………………… 106
6.1.3 曲軸的前后端與密封……………………………………………… 109
6.1.4 曲軸的軸向止推…………………………………………………… 110
6.1.5 曲軸的平衡及平衡重……………………………………………… 111
6.1.6 飛 輪……………………………………………………………… 112
6.1.7 曲軸的材料………………………………………………………… 114
6.1.8 提高曲軸疲勞強(qiáng)度的工藝措施…………………………………… 115
6.2 曲軸的疲勞強(qiáng)度計算……………………………………………………… 116
6.2.1 采用公式計算……………………………………………………… 116
6.2.2 采用有限元法計算………………………………………………… 122
6.3 曲軸滑動軸承設(shè)計………………………………………………………… 125
6.3.1 曲軸軸承的工作情況與設(shè)計要求………………………………… 125
6.3.2 曲軸軸承的結(jié)構(gòu)…………………………………………………… 125
6.3.3 曲軸軸承的材料…………………………………………………… 127
6.3.4 薄壁軸瓦過盈量的確定…………………………………………… 128
6.3.5 軸承的軸心軌跡…………………………………………………… 130
思考題……………………………………………………………………………… 134
第7章 機(jī)體組……………………………………………………………………… 135
7.1 機(jī)體設(shè)計…………………………………………………………………… 135
7.1.1 工作情況與設(shè)計要求……………………………………………… 135
7.1.2 機(jī)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………… 136
7.1.3 主軸承蓋…………………………………………………………… 146
7.1.4 機(jī)體支座…………………………………………………………… 147
7.1.5 機(jī)體的材料………………………………………………………… 147
7.2 氣缸套設(shè)計………………………………………………………………… 148
7.2.1 工作情況與設(shè)計要求……………………………………………… 148
7.2.2 氣缸套的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………… 149
7.2.3 提高氣缸套使用壽命的措施……………………………………… 153
7.2.4 氣缸套的材料和表面處理………………………………………… 154
7.3 氣缸蓋設(shè)計………………………………………………………………… 155
7.3.1 工作情況與設(shè)計要求……………………………………………… 155
7.3.2 氣缸蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………… 156
7.3.3 氣缸蓋的材料……………………………………………………… 168
7.4 氣缸墊設(shè)計………………………………………………………………… 168
7.4.1 工作情況與設(shè)計要求……………………………………………… 168
7.4.2 氣缸墊的結(jié)構(gòu)和材料……………………………………………… 169
7.5 氣缸蓋罩和下曲軸箱設(shè)計………………………………………………… 170
7.5.1 工作條件和設(shè)計要求……………………………………………… 170
7.5.2 基本結(jié)構(gòu)和材料…………………………………………………… 171
7.6 機(jī)體組的計算……………………………………………………………… 173
7.6.1 氣缸套的校核估算………………………………………………… 173
7.6.2 機(jī)體組的有限元計算……………………………………………… 174
7.6.3 計算結(jié)果…………………………………………………………… 178
思考題……………………………………………………………………………… 179
第8章 配氣機(jī)構(gòu)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)……………………………………………………… 180
8.1 配氣機(jī)構(gòu)的形式…………………………………………………………… 182
8.1.1 凸輪軸下置式配氣機(jī)構(gòu)…………………………………………… 182
8.1.2 凸輪軸中置式配氣機(jī)構(gòu)…………………………………………… 183
8.1.3 凸輪軸頂置式配氣機(jī)構(gòu)…………………………………………… 183
8.2 凸輪型線設(shè)計……………………………………………………………… 185
8.2.1 凸輪過渡段………………………………………………………… 186
8.2.2 圓弧凸輪工作段…………………………………………………… 188
8.2.3 復(fù)合擺線凸輪工作段……………………………………………… 191
8.2.4 高次多項(xiàng)式凸輪工作段…………………………………………… 193
8.2.5 凸輪的校核………………………………………………………… 195
8.3 配氣機(jī)構(gòu)動力學(xué)…………………………………………………………… 196
8.3.1 剛體假設(shè)理論升程與實(shí)際升程…………………………………… 196
8.3.2 單質(zhì)量動力學(xué)計算模型…………………………………………… 197
8.3.3 原始數(shù)據(jù)的確定…………………………………………………… 198
8.3.4 計算及結(jié)果分析…………………………………………………… 201
8.3.5 多項(xiàng)動力凸輪……………………………………………………… 202
8.4 配氣機(jī)構(gòu)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………… 202
8.4.1 氣 門……………………………………………………………… 202
8.4.2 氣門座圈…………………………………………………………… 205
8.4.3 氣門導(dǎo)管…………………………………………………………… 205
8.4.4 氣門彈簧…………………………………………………………… 206
8.4.5 凸輪軸……………………………………………………………… 210
8.4.6 挺 柱……………………………………………………………… 212
8.4.7 推 桿……………………………………………………………… 215
8.4.8 搖 臂……………………………………………………………… 216
8.4.9 可變配氣機(jī)構(gòu)……………………………………………………… 216
8.5 驅(qū)動機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………… 222
8.5.1 工作情況與設(shè)計要求……………………………………………… 222
8.5.2 驅(qū)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)……………………………………………………… 223
思考題……………………………………………………………………………… 226
第9章 進(jìn)、排氣系統(tǒng)與增壓……………………………………………………… 227
9.1 進(jìn)、排氣系與增壓器的布置………………………………………………… 227
9.2 進(jìn)、排氣系主要部件的選擇………………………………………………… 230
9.2.1 空氣濾清器………………………………………………………… 230
9.2.2 進(jìn)氣管……………………………………………………………… 231
9.2.3 排氣管……………………………………………………………… 235
9.2.4 消聲器……………………………………………………………… 236
9.2.5 排氣凈化裝置……………………………………………………… 237
9.3 增壓系統(tǒng)…………………………………………………………………… 240
9.3.1 增壓系統(tǒng)的形式…………………………………………………… 240
9.3.2 渦輪增壓器………………………………………………………… 243
思考題……………………………………………………………………………… 253
第10章 冷卻系…………………………………………………………………… 254
10.1 冷卻系的形式與布置……………………………………………………… 254
10.1.1 水冷系統(tǒng)…………………………………………………………… 254
10.1.2 風(fēng)冷系統(tǒng)…………………………………………………………… 256
10.2 冷卻系主要部件的選擇與設(shè)計…………………………………………… 258
10.2.1 水散熱器…………………………………………………………… 258
10.2.2 水 泵……………………………………………………………… 259
10.2.3 風(fēng) 扇……………………………………………………………… 260
10.2.4 導(dǎo)流罩……………………………………………………………… 262
10.2.5 冷卻系溫度調(diào)節(jié)裝置……………………………………………… 263
思考題……………………………………………………………………………… 263
第11章 潤滑系…………………………………………………………………… 264
11.1 潤滑系的形式與布置……………………………………………………… 264
11.2 潤滑系主要機(jī)件的選擇與設(shè)計…………………………………………… 268
11.2.1 機(jī)油泵……………………………………………………………… 268
11.2.2 機(jī)油濾清器………………………………………………………… 269
11.2.3 機(jī)油散熱器與機(jī)油恒溫裝置……………………………………… 270
11.2.4 儲油量……………………………………………………………… 270
思考題……………………………………………………………………………… 271
第12章 啟動系統(tǒng)………………………………………………………………… 272
12.1 啟動系形式的選擇與設(shè)計參數(shù)…………………………………………… 272
12.1.1 啟動系的形式……………………………………………………… 272
12.1.2 啟動系的設(shè)計參數(shù)………………………………………………… 274
12.2 輔助啟動裝置……………………………………………………………… 276
12.2.1 減小啟動阻力矩的方法…………………………………………… 276
12.2.2 改善啟動工作條件的方法………………………………………… 277
思考題……………………………………………………………………………… 278
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………… 279