內(nèi)燃機設(shè)計

譯者
序一
序二
第5版前言
第6版前言
譯者的話
符號
第1章導(dǎo)言1
第2章導(dǎo)論2
2.1開發(fā)過程中的計算分析2
2.2力學(xué)與熱力學(xué)3
2.3本書所選擇的和深入探討的
內(nèi)容說明3
2.4發(fā)動機全新開發(fā)及升級
開發(fā)目標(biāo)4
第3章發(fā)動機主參數(shù)設(shè)計6
3.1發(fā)動機參數(shù)的相關(guān)性6
3.2發(fā)動機主參數(shù)定義7
3.2.1工作容積（排量）7
3.2.2功率和轉(zhuǎn)矩7
3.2.3比功率7
3.3缸體及曲柄連桿機構(gòu)的
主參數(shù)選擇8
3.3.1行程缸徑比8
3.3.2連桿比及連桿中心距9
3.3.3缸體高度10
3.3.4活塞直徑及質(zhì)量11
3.3.5活塞壓縮高度11
3.3.6行程、缸徑和氣缸數(shù)13
3.3.7缸筒長度、活塞裙部長度
與活塞突出量14
3.3.8曲軸回轉(zhuǎn)輪廓及活塞
間隙14
3.3.9活塞結(jié)構(gòu)尺寸19
3.4缸體主參數(shù)20
3.4.1缸心距與氣缸間厚度20
3.4.2V形發(fā)動機的錯缸距23
3.5最佳連桿比24
3.6燃燒室面容比27
3.7主性能指標(biāo)定義29
3.8平均有效壓力及比功率31
第4章主要零部件設(shè)計與計算34
4.1連桿34
4.1.1功能與設(shè)計要求34
4.1.2連桿受力分析36
4.1.2.1連桿受力方式與
位置36
4.1.2.2連桿承受的力及
力矩39
4.1.3常規(guī)連桿結(jié)構(gòu)強度
計算40
4.1.3.1連桿大小頭孔彎曲梁
簡化計算模型40
4.1.3.2連桿蓋以及連桿大頭
孔當(dāng)量截面負(fù)荷
分布40
4.1.3.3連桿大頭孔以及連桿蓋
當(dāng)量截面的切向力及
力矩41
4.1.3.4連桿螺栓連接處的
受力情況43
4.1.3.5連桿疲勞強度計算45
4.1.3.6連桿有限元模擬
計算46
4.1.4連桿螺栓連接設(shè)計
常規(guī)計算47
4.1.4.1連桿螺栓連接47
4.1.4.2連桿螺栓連接計算
（按VDI2230
規(guī)定［C21］）47
4.1.4.2.1計算要求47
4.1.4.2.2螺栓連接的彈性
柔度49
4.1.4.2.3連桿螺栓連接的
應(yīng)力曲線圖51
4.1.4.2.4最小夾緊力、夾
緊力損失及預(yù)
緊力53
4.1.4.2.5螺栓尺寸55
4.1.4.2.6螺栓疲勞計算57
4.1.4.2.7連桿螺栓連接
設(shè)計小結(jié)58
目錄●●●●●●●●●●內(nèi)燃機設(shè)計4.2活塞58
4.2.1活塞計算分析58
4.2.2活塞功能及設(shè)計要求59
4.2.3活塞工作負(fù)荷61
4.2.3.1負(fù)荷及危險區(qū)域61
4.2.3.2曲柄連桿機構(gòu)
受力分析63
4.2.3.3活塞行程、速度及
加速度66
4.2.4活塞常規(guī)計算70
4.2.4.1活塞類型及材料選用
原則70
4.2.4.1.1乘用車汽油發(fā)動機
用活塞70
4.2.4.1.2乘用車柴油發(fā)動
機用活塞73
4.2.4.1.3商用車柴油發(fā)動機
用活塞74
4.2.4.1.4工業(yè)用途大缸徑
柴油機活塞76
4.2.4.2活塞銷計算76
4.2.4.2.1活塞銷安裝
方式77
4.2.4.2.2計算簡化
模型［C42］77
4.2.4.2.3活塞銷表面
壓力79
4.2.4.2.4活塞銷橢圓
變形80
4.2.4.2.5活塞銷彎曲
變形82
4.2.4.2.6活塞銷材料82
4.2.4.2.7活塞銷負(fù)荷及
強化措施85
4.2.4.3活塞銷座計算85
4.2.4.3.1設(shè)計爆發(fā)壓力85
4.2.4.3.2設(shè)計用標(biāo)準(zhǔn)
轉(zhuǎn)速88
4.2.4.3.3活塞銷卡簧90
4.2.4.3.4活塞銷等效
應(yīng)力92
4.2.4.4活塞質(zhì)量計算94
4.2.4.5活塞型線確定95
4.2.4.5.1安裝間隙、滑動
間隙、橢圓度及
表面承壓圖95
4.2.4.5.2活塞裙部柔性、橢圓
度、承壓面寬及塑性
變形97
4.2.5活塞二次運動計算98
4.2.6活塞強度CAE計算100
4.2.6.1活塞FEM計算
模型100
4.2.6.2活塞熱負(fù)荷103
4.2.6.3活塞應(yīng)力場及
溫度場105
4.2.6.4活塞有限元計算107
4.2.6.4.1活塞表面油膜
計算107
4.2.6.4.2活塞銷變形
計算108
4.2.6.4.3活塞CAE計算
流程110
4.3活塞環(huán)111
4.3.1活塞環(huán)計算111
4.3.2功能及設(shè)計要求112
4.3.3活塞環(huán)受力分析114
4.3.4活塞環(huán)彈力117
4.3.4.1切向彈力及徑向
壓力117
4.3.4.2開口寬度、切向力及
活塞環(huán)參數(shù)kRi120
4.3.4.3活塞環(huán)的安裝應(yīng)力、
套緊應(yīng)力、彈性模量及
塑性變形122
4.3.4.4開口間隙122
4.3.4.5活塞環(huán)扭曲122
4.3.5活塞環(huán)模擬計算
分析122
4.3.5.1計算模型122
4.3.5.2活塞環(huán)運動模擬
計算124
4.3.5.3密封性能模擬
計算126
4.3.5.4活塞環(huán)工作表面潤滑
特性模擬計算129
4.4曲軸132
4.4.1功能及設(shè)計要求132
4.4.2曲軸工作負(fù)荷133
4.4.2.1曲軸工作力和
力矩133
4.2.2.2曲軸工作循環(huán)負(fù)荷
曲線135
4.4.2.3曲軸受力的靜不
定性135
4.4.2.4曲柄單拐模型、彎曲
及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力138
4.4.2.5曲軸受力情況143
4.4.2.5.1最大應(yīng)力區(qū)域143
4.4.2.5.2彎曲及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
集中系數(shù)144
4.4.3曲軸結(jié)構(gòu)強度147
4.4.3.1船用發(fā)動機曲軸設(shè)計
規(guī)范147
4.4.3.2危險截面抗彎扭
模量及應(yīng)力集中
系數(shù)147
4.4.3.3曲軸材料疲勞強度與
安全系數(shù)147
4.4.3.4曲軸材料及制造
工藝149
4.4.4曲軸強度CAE模擬
計算150
4.4.4.1曲軸概念設(shè)計階段的
計算分析150
4.4.4.2曲軸的多體動力學(xué)復(fù)
合模型計算分析151
4.4.4.3曲軸強度CAE計算
分析小結(jié)155
4.5氣缸體157
4.5.1氣缸體方案設(shè)計158
4.5.1.1氣缸體結(jié)構(gòu)形式159
4.5.1.1.1整體式與組合
式氣缸體方案160
4.5.1.1.2開式及閉式氣缸體
頂面設(shè)計163
4.5.1.1.3氣缸冷卻液流
方案設(shè)計166
4.5.1.1.4龍門式與整體式
框架結(jié)構(gòu)169
4.5.1.2氣缸體材料173
4.5.1.3氣缸孔表面工藝175
4.5.1.3.1灰鑄鐵氣缸孔
表面珩磨工藝175
4.5.1.3.2過共晶鋁硅合金
氣缸孔工藝177
4.5.1.3.3鎳-碳化硅涂
層的氣缸孔
工藝177
4.5.1.3.4鋁基復(fù)合材料
工藝179
4.5.1.4氣缸體鑄造工藝180
4.5.1.5氣缸體方案對比，
乘用車的開發(fā)
狀態(tài)182
4.5.2氣缸體受力情況、功能與
結(jié)構(gòu)183
4.5.3氣缸體輕量化188
4.5.3.1輕量化潛力188
4.5.3.2灰鑄鐵與鋁合金材料
特性比較189
4.5.4氣缸體CAE計算191
4.5.4.1氣缸體有限元（FEM）
計算分析191
4.5.4.1.1溫度場分析194
4.5.4.1.2變形分析195
4.5.4.1.3應(yīng)力場196
4.5.4.2主軸承螺栓連接
設(shè)計196
4.5.4.3氣缸蓋螺栓連接
設(shè)計197
4.5.4.4氣缸孔變形的傅里葉
分析203
4.5.5氣缸套205
4.5.5.1濕式氣缸套206
4.5.5.1.1濕式氣缸套結(jié)構(gòu)
形式206
4.5.5.1.2濕式氣缸套受力
情況、尺寸與
結(jié)構(gòu)設(shè)計209
4.5.5.2干式氣缸套211
4.5.5.2.1裝配應(yīng)力212
4.5.5.2.2壓應(yīng)力213
4.5.5.2.3熱應(yīng)力215
4.5.5.2.4爆發(fā)壓力下的
工作應(yīng)力217
4.5.6氣缸表面磨損219
4.6氣缸蓋220
4.6.1氣缸蓋功能與結(jié)構(gòu)220
4.6.2氣缸蓋熱負(fù)荷224
4.6.2.1燃?xì)鈸Q熱過程227
4.6.2.1.1傳熱途徑227
4.6.2.1.2輻射換熱230
4.6.2.1.3壁面?zhèn)鲗?dǎo)換熱231
4.6.2.2缸蓋中的熱應(yīng)力232
4.6.2.3氣缸蓋的冷卻
設(shè)計234
4.6.3氣缸蓋材料及鑄造
工藝236
4.6.4進氣道與排氣道、氣門
夾角、燃燒室形狀及
氣缸蓋高度設(shè)計240
4.6.4.1進氣道與排氣道240
4.6.4.1.1進氣道與排氣道
結(jié)構(gòu)設(shè)計240
4.6.4.1.2氣道氣體流動
性能試驗245
4.6.4.2氣門夾角、燃燒室
形狀及氣缸蓋高度
設(shè)計250
4.6.5氣缸蓋CAE計算251
4.7氣缸墊256
4.7.1功能及設(shè)計要求256
4.7.2氣缸墊結(jié)構(gòu)258
4.7.3氣缸墊密封技術(shù)258
4.7.3.1工作條件258
4.7.3.2全金屬氣缸墊結(jié)構(gòu)
設(shè)計259
第5章配氣機構(gòu)與曲柄連桿機構(gòu)
設(shè)計與計算266
5.1配氣機構(gòu)266
5.1.1換氣過程一維模擬
分析271
5.1.2配氣機構(gòu)換氣工作
原理274
5.1.2.1氣門布置276
5.1.2.2配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)
形式278
5.1.2.3液壓間隙調(diào)
節(jié)器281
5.1.2.4氣門282
5.1.2.5凸輪284
5.1.2.5.1凸輪型線設(shè)計284
5.1.2.5.2凸輪型線設(shè)計
程序288
5.1.2.6氣門彈簧290
5.1.2.6.1氣門彈簧力
設(shè)計290
5.1.2.6.2氣門彈簧計算291
5.1.2.7凸輪軸292
5.1.3可變氣門正時換氣工作
原理293
5.1.4可變氣門執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)
形式295
5.1.4.1分段式調(diào)節(jié)可變氣門
執(zhí)行機構(gòu)295
5.1.4.2連續(xù)式調(diào)節(jié)可變氣門
執(zhí)行機構(gòu)296
5.1.4.3連續(xù)可變氣門正時
執(zhí)行器（葉片式）297
5.1.5分段式可變氣門升程
換氣過程298
5.1.6連續(xù)可變氣門升程
換氣過程299
5.1.7氣門機構(gòu)動力學(xué)
計算309
5.1.7.1動力學(xué)計算
分析311
5.1.7.2多體動力學(xué)
模型312
5.1.8渦輪增壓發(fā)動機的換氣
技術(shù)312
5.1.8.1無可變氣門機構(gòu)的
換氣工作原理313
5.1.8.2可變氣門機構(gòu)的換氣
工作原理316
5.1.8.3連續(xù)可變進氣及可變排氣正時的換氣工作
原理317
5.1.8.4全可變氣門的換氣工作
原理322
5.2曲柄連桿機構(gòu)324
5.2.1活塞式發(fā)動機的質(zhì)量
平衡324
5.2.1.1單缸驅(qū)動機構(gòu)的質(zhì)量
平衡324
5.2.1.1.11階慣性力324
5.2.1.1.2單缸發(fā)動機曲柄
連桿機構(gòu)中通過
平衡重進行平衡的
方法327
5.2.1.2借助平衡重來平衡多
缸驅(qū)動裝置的質(zhì)量333
5.2.1.2.1直列發(fā)動機的1階
慣性力平衡333
5.2.1.2.2平衡V2發(fā)動機上的
自由慣性力335
5.2.1.2.3平衡自由慣性
力矩341
5.2.1.2.4質(zhì)量轉(zhuǎn)矩369
5.2.1.3借助平衡軸來平衡
質(zhì)量371
5.2.1.3.1通過平衡軸來平衡
慣性力；方法和
應(yīng)用373
5.2.1.3.2滾轉(zhuǎn)力矩375
5.2.1.3.3通過平衡軸平衡
往復(fù)慣性力矩；
應(yīng)用示例380
5.2.2發(fā)動機振動小結(jié)383
第6章發(fā)動機噪聲384
6.1涉及發(fā)動機噪聲和路面噪聲的
法律法規(guī)384
6.2發(fā)動機噪聲——部分聲源和
噪聲源386
6.3間接產(chǎn)生的發(fā)動機噪聲——
產(chǎn)生、傳遞和輻射388
6.4氣缸壓力曲線及其所產(chǎn)生的
氣缸壓力頻譜394
6.5發(fā)動機結(jié)構(gòu)聲學(xué)分析396
6.5.1發(fā)動機結(jié)構(gòu)振動特性396
6.5.2發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)對降噪
的影響398
6.5.3曲軸、軸承、潤滑油膜
結(jié)構(gòu)噪聲傳遞路徑
研究403
6.5.4發(fā)動機結(jié)構(gòu)的空氣噪聲
計算407
6.5.4.1計算流程407
6.5.4.2輻射聲功率的計算407
6.6發(fā)動機上其他噪聲源410
第7章總結(jié)與展望411
附錄414
附錄A有限元法（FEM）基礎(chǔ)
知識414
附錄B關(guān)于矩陣位移法（靜力學(xué)
理論）416
附錄C用有限元法解微分
方程421
附錄D關(guān)于有限差
分法（FDM）426
附錄E關(guān)于邊界
元法（BEM）426
附錄F關(guān)于“模態(tài)模型”（模態(tài)
分析）427
參考文獻429