本書是“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目。
本書講述了內(nèi)燃機設(shè)計的基本理論、原則和方法。全書共分11章,內(nèi)容包括內(nèi)燃機曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)、內(nèi)燃機平衡的分析方法與平衡措施、曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動理論、配氣凸輪的設(shè)計和機構(gòu)動力學(xué)分析、主要零部件的設(shè)計原則和設(shè)計基準、潤滑與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)選取原則等。在各章中都結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計理論、手段和工具的發(fā)展介紹了現(xiàn)代設(shè)計方法的應(yīng)用。
本書為能源與動力工程專業(yè)中內(nèi)燃機專業(yè)方向的本科生教材,也可供從事內(nèi)燃機設(shè)計、制造和開發(fā)的工程技術(shù)人員參考。
本書配有電子課件,向授課教師免費提供,需要者可登錄機工教育服務(wù)網(wǎng)(wwwcmpeducom)下載。
本書遵循教指委相關(guān)指導(dǎo)文件和高等院校學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律編寫而成。踐行四新理念,融入思政元素,注重理論與實踐相結(jié)合。為任課教師提供電子課件等豐富數(shù)字化資源配套。
內(nèi)燃機是車輛、船舶、工程機械以及農(nóng)用機械的主要動力,也可以看作是這些機械的“心臟”。我國內(nèi)燃機的開發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)曾經(jīng)長期依賴國外,國內(nèi)開設(shè)內(nèi)燃機設(shè)計課程的高校相對較少,企業(yè)的內(nèi)燃機專業(yè)技術(shù)人員也相當缺乏。隨著改革開放的深入和我國工業(yè)的高速、全面發(fā)展,內(nèi)燃機的自主開發(fā)設(shè)計能力已經(jīng)成為相關(guān)行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。相關(guān)人才的培養(yǎng)更是得到普遍重視,很多高;謴(fù)或新開設(shè)了內(nèi)燃機設(shè)計課程。粗略統(tǒng)計,已經(jīng)有數(shù)十所高校采用本書作為專業(yè)課教材。
本書此次修訂在2018年第3版的基礎(chǔ)上進行,更多地考慮了我國高校內(nèi)燃機專業(yè)本科生的課堂學(xué)習(xí)的需要以及企業(yè)技術(shù)人員進行內(nèi)燃機自主開發(fā)設(shè)計的技術(shù)需求和現(xiàn)狀,對各章節(jié)進行了不同程度的豐富和修正。為了保持與前幾版的連續(xù)性,同時考慮到本書的教材屬性,此次修訂沒有對章節(jié)分布進行改動。
本書主要介紹了包括曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)、受力分析,內(nèi)燃機平衡的分析方法與平衡措施,曲軸扭轉(zhuǎn)振動理論,配氣凸輪設(shè)計方法、配氣機構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué),內(nèi)燃機主要零部件設(shè)計及設(shè)計基準,以及輔助系統(tǒng)主要參數(shù)選取原則等內(nèi)容。各章內(nèi)容中結(jié)合了對各種現(xiàn)代設(shè)計方法的應(yīng)用和作者長期從事內(nèi)燃機設(shè)計研究的工作體會與經(jīng)驗。由于各教學(xué)單位的課時有限,教材中一些章節(jié)的內(nèi)容(尤其標注*的部分)不必全部作為課堂教學(xué)內(nèi)容,這些內(nèi)容可以作為自學(xué)內(nèi)容或設(shè)計人員的參考資料。
本書總結(jié)了作者多年對內(nèi)燃機設(shè)計理論與方法的研究與實踐經(jīng)驗,并選取了許多有實際工程應(yīng)用價值的首創(chuàng)性設(shè)計方法,例如凸輪型線的設(shè)計方法、頂置凸輪擺臂式機構(gòu)運動學(xué)計算方法、配氣機構(gòu)剛度測試分析方法、減振帶輪設(shè)計方法、直列五缸機平衡分析方法、V型發(fā)動機點火順序列表、V型多缸機錯拐曲軸系統(tǒng)平衡性分析等,這些內(nèi)容使本書既可以作為一本深入淺出、理論嚴謹?shù)慕炭茣,也可以作為一本實用性強、參考價值高的內(nèi)燃機設(shè)計工具書。在本書撰寫過程中,方華教授提供了部分CAE圖片,蘇巖整理了部分插圖,李帥同學(xué)計算并提供了第三章中“V型多缸機錯拐曲軸系統(tǒng)平衡性分析”的主要內(nèi)容和全部表格,吉利汽車趙鐵良高級工程師提供了曲軸設(shè)計基準、機體缸蓋設(shè)計基準的主要素材,錢耀義教授對本書進行了審閱并提出了寶貴意見,對于他們的辛勤勞動在此一并致以誠摯的感謝。
由于作者水平有限,書中難免存在一些不足之處,敬請廣大讀者批評指正。
袁兆成
高等院校教師
第一章內(nèi)燃機設(shè)計總論1
第一節(jié)內(nèi)燃機設(shè)計的一般流程1
第二節(jié)內(nèi)燃機的主要設(shè)計指標4
第三節(jié)內(nèi)燃機的選型11
第四節(jié)內(nèi)燃機主要參數(shù)的選擇14
第五節(jié)現(xiàn)代內(nèi)燃機設(shè)計與技術(shù)的發(fā)展25
思考及復(fù)習(xí)題27
第二章曲柄連桿機構(gòu)受力分析28
第一節(jié)曲柄連桿機構(gòu)的運動學(xué)28
第二節(jié)曲柄連桿機構(gòu)中的作用力35
思考及復(fù)習(xí)題44
第三章內(nèi)燃機的平衡46
第一節(jié)平衡的基本概念46
第二節(jié)旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡分析48
第三節(jié)單列式內(nèi)燃機往復(fù)慣性力的平衡分析55
第四節(jié)雙列式內(nèi)燃機往復(fù)慣性力的分析70
思考及復(fù)習(xí)題97
第四章曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動99
第一節(jié)扭轉(zhuǎn)振動的基本概念99
第二節(jié)內(nèi)燃機當量扭振系統(tǒng)的組成與簡化100
第三節(jié)扭振系統(tǒng)自由振動計算107
第四節(jié)強迫振動與共振111
第五節(jié)曲軸系統(tǒng)的激發(fā)力矩114
第六節(jié)曲軸系統(tǒng)的強迫振動與共振118
第七節(jié)扭振的消減措施120
第八節(jié)扭振的現(xiàn)代測試分析方法129
思考及復(fù)習(xí)題133
第五章配氣機構(gòu)設(shè)計134
第一節(jié)配氣機構(gòu)的形式及評價134
第二節(jié)配氣機構(gòu)運動學(xué)和凸輪型線設(shè)計138
第三節(jié)配氣機構(gòu)動力學(xué)150
第四節(jié)凸輪軸及氣門驅(qū)動件設(shè)計156
*第五節(jié)可變配氣機構(gòu)175
思考及復(fù)習(xí)題181
第六章曲軸飛輪組設(shè)計182
第一節(jié)曲軸的工作情況、設(shè)計要求和材料選擇182
第二節(jié)曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計184
第三節(jié)曲軸的疲勞強度校核189
第四節(jié)提高曲軸疲勞強度的結(jié)構(gòu)措施和工藝措施191
第五節(jié)飛輪的設(shè)計195
思考及復(fù)習(xí)題199
第七章連桿組設(shè)計200
第一節(jié)連桿的設(shè)計200
第二節(jié)連桿螺栓的設(shè)計208
第三節(jié)提高螺栓疲勞強度的措施211
第四節(jié)連桿的強度計算方法212
思考及復(fù)習(xí)題212
第八章活塞組設(shè)計213
第一節(jié)活塞設(shè)計213
第二節(jié)活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計216
第三節(jié)活塞環(huán)設(shè)計227
思考及復(fù)習(xí)題247
第九章內(nèi)燃機滑動軸承設(shè)計249
第一節(jié)軸承的工作條件和材料要求249
第二節(jié)軸瓦的結(jié)構(gòu)設(shè)計252
第三節(jié)軸心軌跡255
思考及復(fù)習(xí)題258
第十章機體與氣缸蓋的設(shè)計259
第一節(jié)機體設(shè)計259
第二節(jié)氣缸與氣缸套設(shè)計269
第三節(jié)氣缸蓋設(shè)計273
*第四節(jié)內(nèi)燃機主要部件的設(shè)計基準279
思考及復(fù)習(xí)題283
第十一章內(nèi)燃機的潤滑和冷卻系統(tǒng)284
第一節(jié)潤滑系統(tǒng)284
第二節(jié)冷卻系統(tǒng)286
思考及復(fù)習(xí)題301
參考文獻302