內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)

譯者
序一
序二
第5版前言
第6版前言
譯者的話(huà)
符號(hào)
第1章導(dǎo)言1
第2章導(dǎo)論2
2.1開(kāi)發(fā)過(guò)程中的計(jì)算分析2
2.2力學(xué)與熱力學(xué)3
2.3本書(shū)所選擇的和深入探討的
內(nèi)容說(shuō)明3
2.4發(fā)動(dòng)機(jī)全新開(kāi)發(fā)及升級(jí)
開(kāi)發(fā)目標(biāo)4
第3章發(fā)動(dòng)機(jī)主參數(shù)設(shè)計(jì)6
3.1發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的相關(guān)性6
3.2發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)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(zhǎng)度、活塞裙部長(zhǎng)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(dòng)機(jī)的錯(cuò)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(jì)與計(jì)算34
4.1連桿34
4.1.1功能與設(shè)計(jì)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(qiáng)度
計(jì)算40
4.1.3.1連桿大小頭孔彎曲梁
簡(jiǎn)化計(jì)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(qiáng)度計(jì)算45
4.1.3.6連桿有限元模擬
計(jì)算46
4.1.4連桿螺栓連接設(shè)計(jì)
常規(guī)計(jì)算47
4.1.4.1連桿螺栓連接47
4.1.4.2連桿螺栓連接計(jì)算
（按VDI2230
規(guī)定［C21］）47
4.1.4.2.1計(jì)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(xiàn)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(jì)算57
4.1.4.2.7連桿螺栓連接
設(shè)計(jì)小結(jié)58
目錄●●●●●●●●●●內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)4.2活塞58
4.2.1活塞計(jì)算分析58
4.2.2活塞功能及設(shè)計(jì)要求59
4.2.3活塞工作負(fù)荷61
4.2.3.1負(fù)荷及危險(xiǎn)區(qū)域61
4.2.3.2曲柄連桿機(jī)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(jì)算70
4.2.4.1活塞類(lèi)型及材料選用
原則70
4.2.4.1.1乘用車(chē)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)
用活塞70
4.2.4.1.2乘用車(chē)柴油發(fā)動(dòng)
機(jī)用活塞73
4.2.4.1.3商用車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
用活塞74
4.2.4.1.4工業(yè)用途大缸徑
柴油機(jī)活塞76
4.2.4.2活塞銷(xiāo)計(jì)算76
4.2.4.2.1活塞銷(xiāo)安裝
方式77
4.2.4.2.2計(jì)算簡(jiǎn)化
模型［C42］77
4.2.4.2.3活塞銷(xiāo)表面
壓力79
4.2.4.2.4活塞銷(xiāo)橢圓
變形80
4.2.4.2.5活塞銷(xiāo)彎曲
變形82
4.2.4.2.6活塞銷(xiāo)材料82
4.2.4.2.7活塞銷(xiāo)負(fù)荷及
強(qiáng)化措施85
4.2.4.3活塞銷(xiāo)座計(jì)算85
4.2.4.3.1設(shè)計(jì)爆發(fā)壓力85
4.2.4.3.2設(shè)計(jì)用標(biāo)準(zhǔn)
轉(zhuǎn)速88
4.2.4.3.3活塞銷(xiāo)卡簧90
4.2.4.3.4活塞銷(xiāo)等效
應(yīng)力92
4.2.4.4活塞質(zhì)量計(jì)算94
4.2.4.5活塞型線(xiàn)確定95
4.2.4.5.1安裝間隙、滑動(dòng)
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(yùn)動(dòng)計(jì)算98
4.2.6活塞強(qiáng)度CAE計(jì)算100
4.2.6.1活塞FEM計(jì)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(chǎng)及
溫度場(chǎng)105
4.2.6.4活塞有限元計(jì)算107
4.2.6.4.1活塞表面油膜
計(jì)算107
4.2.6.4.2活塞銷(xiāo)變形
計(jì)算108
4.2.6.4.3活塞CAE計(jì)算
流程110
4.3活塞環(huán)111
4.3.1活塞環(huán)計(jì)算111
4.3.2功能及設(shè)計(jì)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(kāi)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(kāi)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(jì)算
分析122
4.3.5.1計(jì)算模型122
4.3.5.2活塞環(huán)運(yùn)動(dòng)模擬
計(jì)算124
4.3.5.3密封性能模擬
計(jì)算126
4.3.5.4活塞環(huán)工作表面潤(rùn)滑
特性模擬計(jì)算129
4.4曲軸132
4.4.1功能及設(shè)計(jì)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(xiàn)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(qiáng)度147
4.4.3.1船用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸設(shè)計(jì)
規(guī)范147
4.4.3.2危險(xiǎn)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(qiáng)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(qiáng)度CAE模擬
計(jì)算150
4.4.4.1曲軸概念設(shè)計(jì)階段的
計(jì)算分析150
4.4.4.2曲軸的多體動(dòng)力學(xué)復(fù)
合模型計(jì)算分析151
4.4.4.3曲軸強(qiáng)度CAE計(jì)算
分析小結(jié)155
4.5氣缸體157
4.5.1氣缸體方案設(shè)計(jì)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(kāi)式及閉式氣缸體
頂面設(shè)計(jì)163
4.5.1.1.3氣缸冷卻液流
方案設(shè)計(jì)166
4.5.1.1.4龍門(mén)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(guò)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(duì)比，
乘用車(chē)的開(kāi)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(jì)算191
4.5.4.1氣缸體有限元（FEM）
計(jì)算分析191
4.5.4.1.1溫度場(chǎng)分析194
4.5.4.1.2變形分析195
4.5.4.1.3應(yīng)力場(chǎng)196
4.5.4.2主軸承螺栓連接
設(shè)計(jì)196
4.5.4.3氣缸蓋螺栓連接
設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)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(jì)234
4.6.3氣缸蓋材料及鑄造
工藝236
4.6.4進(jìn)氣道與排氣道、氣門(mén)
夾角、燃燒室形狀及
氣缸蓋高度設(shè)計(jì)240
4.6.4.1進(jìn)氣道與排氣道240
4.6.4.1.1進(jìn)氣道與排氣道
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)240
4.6.4.1.2氣道氣體流動(dòng)
性能試驗(yàn)245
4.6.4.2氣門(mén)夾角、燃燒室
形狀及氣缸蓋高度
設(shè)計(jì)250
4.6.5氣缸蓋CAE計(jì)算251
4.7氣缸墊256
4.7.1功能及設(shè)計(jì)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(jì)259
第5章配氣機(jī)構(gòu)與曲柄連桿機(jī)構(gòu)
設(shè)計(jì)與計(jì)算266
5.1配氣機(jī)構(gòu)266
5.1.1換氣過(guò)程一維模擬
分析271
5.1.2配氣機(jī)構(gòu)換氣工作
原理274
5.1.2.1氣門(mén)布置276
5.1.2.2配氣機(jī)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(mén)282
5.1.2.5凸輪284
5.1.2.5.1凸輪型線(xiàn)設(shè)計(jì)284
5.1.2.5.2凸輪型線(xiàn)設(shè)計(jì)
程序288
5.1.2.6氣門(mén)彈簧290
5.1.2.6.1氣門(mén)彈簧力
設(shè)計(jì)290
5.1.2.6.2氣門(mén)彈簧計(jì)算291
5.1.2.7凸輪軸292
5.1.3可變氣門(mén)正時(shí)換氣工作
原理293
5.1.4可變氣門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)
形式295
5.1.4.1分段式調(diào)節(jié)可變氣門(mén)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)295
5.1.4.2連續(xù)式調(diào)節(jié)可變氣門(mén)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)296
5.1.4.3連續(xù)可變氣門(mén)正時(shí)
執(zhí)行器（葉片式）297
5.1.5分段式可變氣門(mén)升程
換氣過(guò)程298
5.1.6連續(xù)可變氣門(mén)升程
換氣過(guò)程299
5.1.7氣門(mén)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)
計(jì)算309
5.1.7.1動(dòng)力學(xué)計(jì)算
分析311
5.1.7.2多體動(dòng)力學(xué)
模型312
5.1.8渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣
技術(shù)312
5.1.8.1無(wú)可變氣門(mén)機(jī)構(gòu)的
換氣工作原理313
5.1.8.2可變氣門(mén)機(jī)構(gòu)的換氣
工作原理316
5.1.8.3連續(xù)可變進(jìn)氣及可變排氣正時(shí)的換氣工作
原理317
5.1.8.4全可變氣門(mén)的換氣工作
原理322
5.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)324
5.2.1活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量
平衡324
5.2.1.1單缸驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)曲柄
連桿機(jī)構(gòu)中通過(guò)
平衡重進(jìn)行平衡的
方法327
5.2.1.2借助平衡重來(lái)平衡多
缸驅(qū)動(dòng)裝置的質(zhì)量333
5.2.1.2.1直列發(fā)動(dòng)機(jī)的1階
慣性力平衡333
5.2.1.2.2平衡V2發(fā)動(dòng)機(jī)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(lái)平衡
質(zhì)量371
5.2.1.3.1通過(guò)平衡軸來(lái)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(guò)平衡軸平衡
往復(fù)慣性力矩；
應(yīng)用示例380
5.2.2發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)小結(jié)383
第6章發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲384
6.1涉及發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲和路面噪聲的
法律法規(guī)384
6.2發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲——部分聲源和
噪聲源386
6.3間接產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲——
產(chǎn)生、傳遞和輻射388
6.4氣缸壓力曲線(xiàn)及其所產(chǎn)生的
氣缸壓力頻譜394
6.5發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)聲學(xué)分析396
6.5.1發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性396
6.5.2發(fā)動(dòng)機(jī)缸體結(jié)構(gòu)對(duì)降噪
的影響398
6.5.3曲軸、軸承、潤(rùn)滑油膜
結(jié)構(gòu)噪聲傳遞路徑
研究403
6.5.4發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的空氣噪聲
計(jì)算407
6.5.4.1計(jì)算流程407
6.5.4.2輻射聲功率的計(jì)算407
6.6發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(xiàn)429