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第一章 内燃机设计总论 1

第一节 内燃机主要设计指标和设计要求 1

一、内燃机主要设计指标 1

二、对各种类型内燃机的设计要求 7

三、内燃机设计工作中的“三化” 9

第二节 内燃机设计试制的一般程序与方法概述 10

一、计划阶段 10

二、实施阶段 12

三、检验阶段 12

四、改进与处理阶段 13

第三节 内燃机选型 14

一、柴油机还是汽油机 14

二、四冲程还是二冲程 15

三、水冷还是风冷 16

四、气缸布置单列还是双列 16

一、平均有效压力 17

第四节 内燃机主要参数的选择 17

二、活塞平均速度 19

三、气缸直径与气缸数 20

四、评定参数 20

第五节 典型内燃机的结构分析 28

一、X195型柴油机 28

二、X2105型柴油机 31

三、3E150C型中速柴油机 32

四、490型拖拉机柴油机 35

五、4125型拖拉机柴油机 36

六、6120型车用柴油机 37

七、12V135型柴油机 37

八、12V150Z型车用柴油机 39

九、1E40F型通用汽油机 40

十、485Q型车用汽油机 40

十一、BJ492型车用汽油机 45

十二、25Y-6100Q型车用汽油机 45

十三、CA-10B型车用汽油机 47

十四、CA-72型车用汽油机 48

第六节 内燃机发展展望 49

一、汽油机发展展望 49

二、柴油机发展展望 51

第二章 曲柄连杆机构受力分析 58

第一节 曲柄连杆机构运动学 58

一、内燃机曲柄连杆机构的分类和特性参数 58

二、中心曲柄连杆机构运动学 58

三、偏心曲柄连杆机构运动学 66

四、关节曲柄连杆机构运动学 68

第二节 曲柄连杆机构中的作用力 73

一、气缸内工质的作用力(气压力) 73

二、机构的惯性力 74

三、作用在曲柄连杆机构上的力 80

四、发动机的扭矩 83

五、单缸机对机器支承的作用力 87

六、曲轴轴颈和轴承的负荷 89

二、平衡的分析方法 100

一、平衡的定义及不平衡的危害 100

第三章 内燃机的平衡 100

第一节 概述 100

三、内平衡和外平衡 101

第二节 旋转惯性力的平衡分析 101

一、静平衡和动平衡的概念 101

二、旋转惯性力平衡性的分析方法 101

三、曲轴平衡块的布置 104

第三节 单列式内燃机往复惯性力平衡分析 109

一、单缸机的平衡性 109

二、多缸机往复惯性力平衡性分析方法 111

三、典型单列多缸机往复惯性力的平衡性 114

第四节 双列式内燃机往复惯性力的平衡分析 118

一、V型两缸(V-2)发动机 118

二、V型四缸(V-4)发动机 124

三、V型六缸(V-6)发动机 124

四、V型八缸(V-8)发动机 126

五、V型十二缸(V-12)发动机 127

第四章 曲轴系统扭转振动 133

第一节 扭转振动的基本概念 133

第二节 内燃机曲轴扭振系统的简化--当量系统 134

一、弹性参数(扭转刚度或柔度)的换算 134

二、惯性参数(等效转动惯量)的换算 137

三、当量系统的组成 139

第三节 扭振系统固有频率和固有振形的计算 140

一、单质量(单自由度)扭振系统 140

二、二质量(二自由度)扭振系统 142

三、三质量(三自由度)扭振系统 143

四、多质量(多自由度)扭振系统 143

第四节 强迫振动与共振 150

一、单自由度系统的阻尼振动 150

二、单自由度系统的有阻尼强迫振动 152

三、确定定常共振振幅的能量方法 154

第五节 曲轴扭振系统的激发力矩 155

一、往复惯性力的扭矩M？ 156

二、气压力的扭矩M？ 156

三、调和分析的数值计算法 157

四、力矩谐量的合成 160

五、多拐曲轴上各阶力矩谐量的相位关系 161

第六节 曲轴系统的强迫振动和共振 163

一、临界转速 163

二、激振动(干扰功) 164

三、阻尼功 167

四、定态共振振幅和共振附加应力 168

五、近共振振幅的粗估及共振曲线 169

第七节 扭转振动的消减 171

一、减振措施 171

二、减振器的工作原理 172

六、对置式发动机 177

三、减振器的结构 180

第八节 扭转振动的实验与测定 183

一、测振的理论基础 183

二、扭振仪的结构 185

三、扭振记录的分析 186

第五章 曲轴飞轮组设计 188

第一节 曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择 188

一、曲轴的工作条件和设计要求 188

二、曲轴的结构型式 189

三、曲轴的材料 191

第二节 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计 193

一、曲柄销的直径D2和长度l2 195

二、主轴颈的直径D1和长度l2 196

三、曲柄 196

四、平衡重 197

五、油孔的位置和尺寸 198

六、曲轴两端的结构 200

七、曲轴的止推 200

八、曲轴的油封装置 200

一、作用于单元曲拐上的力和力矩 201

第三节 曲轴的疲劳强度校核 201

二、圆角的形状系数 202

三、形状系数a和应力集中系数K的关系 208

四、名义应力的计算 209

五、安全系统的计算 211

第四节 提高曲轴强度的结构措施和工艺措施；实验应力分析在曲轴设计中的应用 213

一、结构措施 213

二、工艺措施 215

三、实验应力分析在曲轴设计中的应用 219

第五节 飞轮的设计 222

一、飞轮的作用 222

二、飞轮转动惯量的确定 222

三、飞轮的设计要点 224

第六章 连杆组设计 226

第一节 连杆的设计 226

一、连杆的工作情况、设计要求和材料选用 226

二、连杆长度的确定 227

三、连杆小头的结构设计与强度、刚度计算 228

四、连杆杆身的结构设计与强度计算 237

五、连杆大头的结构设计与强度、刚度计算 239

六、有限元法在连杆计算中的应用 243

第二节 连杆螺栓的设计 249

一、连杆螺栓的工作负荷与预紧力 249

二、连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算 254

三、提高连杆螺栓疲劳强度的途径 254

第一节 内燃机轴承的工作条件与轴承材料 257

一、对曲轴轴瓦工作表面减摩合金材料的主要要求 257

第七章 内燃机滑动轴承设计 257

二、常用的轴承材料 258

第二节 轴瓦结构设计 262

一、轴瓦表面的几何形状 262

二、轴承宽度和油槽 264

三、定位与安装 265

四、曲轴止推轴承 266

五、轴瓦与轴承座的过盈 266

一、非定常滑动轴承流体动力润滑的基本方程-雷诺方程 271

第三节 非定常滑动轴承润滑理论 271

二、润滑油膜的楔形作用负荷能力与挤压作用负荷能力 273

三、非定常滑动轴承轴心轨迹的计算 275

第八章 活塞组设计 281

第一节 活塞的设计 281

一、活塞的工作条件和设计要求 281

二、活塞的材料 283

三、活塞头部的设计 289

四、活塞裙部的设计 302

五、光弹法在活塞应力分析中的应用 311

第二节 活塞销和活塞销座 316

一、活塞销和销座的强度和刚度 316

二、活塞销和销座的耐磨性 321

三、活塞销的结构、材料和工艺 323

第三节 活塞环 324

一、活塞环的工作情况 325

二、活塞环的计算 328

三、活塞环断面形状的设计 341

四、活塞环的材料、表面镀覆和成形方法 346

五、油环的设计 352

六、不同类型发动机活塞环的配组 356

第九章 机体与气缸盖 358

第一节 机体的设计 358

一、工作情况和设计要求 358

二、机体结构型式的选择 358

三、机体基本尺寸的确定 369

四、机体的技术设计 371

五、机体材料和结构工艺性 377

六、机体的密封 378

七、内燃机的支承 381

第二节 气缸和气缸套设计 382

一、气缸和气缸套的工况和设计要求 382

二、气缸套的材料 382

三、气缸和气缸套的结构设计 384

四、气缸的磨损规律及其耐磨性的提高 388

五、湿缸套的穴蚀和防止缸套穴蚀的措施 392

第三节 气缸盖设计及燃烧室的密封 394

一、气缸盖的工况及设计要求 394

二、气缸盖的材料 395

三、气缸盖结构形式的选择 396

四、气缸盖火力面的布置 403

五、进排气道的布置 406

六、气缸盖螺栓的布置 409

七、气缸盖的冷却 412

八、燃烧室的密封及气缸垫设计 414

第十章 配气机构 417

第一节 配气机构的总布置 417

一、气门的通过能力 417

二、气门的布置 421

三、凸轮轴的布置和驱动 423

第二节 配气凸轮机构运动学与凸轮型线设计 426

一、凸轮几何形状与移动式从动件(挺柱)的运动规律 427

二、凸轮靠模的计算 428

三、凸轮的工作段和缓冲段 432

四、常用的从动件运动规律 434

第三节 配气凸轮机构动力学 444

一、配气凸轮机构的动力学模型 444

二、影响配气凸轮机构振动的因素 448

三、凸轮型线的动力修正 450

第四节 凸轮轴与气门驱动件设计 455

一、凸轮轴结构设计与基本尺寸的确定 455

二、凸轮设计与挺柱间的关系 456

三、挺柱、推杆、摇臂等的设计与计算 463

第五节 气门组件的设计 466

一、气门设计 466

二、气门座与气门导管 472

三、气门弹簧设计 474

附：活塞与气门最小间隙的验算 478

一、内燃机用机油的性能及其选用 481

第一节 润湿系统 481

第十一章 内燃机的润滑、冷却与起动系统 481

二、润滑系统的工况及对润滑系统的要求 484

三、润滑系统总体设计方案 485

四、机油泵的设计和选择 488

五、机油滤清器的选择 492

六、机油冷却装置 503

七、曲轴箱通风和防爆 505

八、降低机油消耗量的途径 506

二、冷却系统总体设计方案 508

第二节 冷却系统 508

一、冷却系统的工况及对冷却系统的要求 508

三、散热器的结构设计要点及计算 510

四、水泵的设计要点及计算 515

五、水冷内燃机的风扇的设计要点及计算 520

六、水冷内燃机冷却系统的调节 525

第三节 起动系统 531

一、内燃机的起动条件及对起动系统的要求 531

二、起动系统的总体设计方案 532

三、改善内燃机低温起动性的途径 538

第十二章 风冷内燃机 543

第一节 风冷内燃机冷却系统总体布置 543

第二节 气缸盖设计 545

第三节 气缸体设计 550

第四节 散热片传热计算 557

一、冷却介质必须带走的热量及所却空气的估算需冷 557

二、气缸中心距的确定 558

三、气缸散热性能计算 559

第五节 导风罩布置 563

第六节 风冷内燃机的风扇设计 567

一、轴流式风扇的理论基础 567

二、轴流式风扇的无因次参数 571

三、轴流式风扇消耗的功率及其效率 572

四、轴流式风扇的计算 574

五、轴流式风扇的结构 578

六、风扇与内燃机的匹配 580

一、冷却系统的热平衡及其调节的必要性 582

第七节 风冷内燃机冷却系统的调节 582

二、冷却系统调节的方法 583

第十三章 大功率中高速柴油机 587

第一节 大功率中高速柴油机主要零部件的结构设计 587

一、油冷活塞和组合活塞 587

二、中速大功率柴油机连杆和V型机连杆 602

三、曲轴和轴承 607

四、气缸套 611

五、机体 619

六、气缸盖 626

七、配气机构 630

八、供油系统 638

第二节 大功率中高速柴油机典型结构实例 641

一、12V180Z型高速柴油机 641

二、16V240Z型中速些油机 646

三、PC2-5型中速柴油机 652

四、斯托克-维克斯普照TM620型中速柴油机 655