內燃機設計 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　本書係統介紹瞭汽車發動機總成、缸體、缸蓋、麯柄連杆機構、配氣機構等專業的設計主參數、主結構與功能、性能、可靠耐久、工藝製造技術之間變量關聯關係的産品工程設計理論，機械力學和熱負荷耦閤的CAE3D分析模型設計原理，新的可變配氣機構技術、汽油增壓換氣技術、發動機振動噪聲(NVH)分析技術；該書引用瞭當代的大量汽車發動機實際工程設計案例分析，技術數據詳實，對發動機工程設計具有較強的指導意義。本書中的發動機設計技術與理論為國內首次齣版的學術專著，可作為汽車工程、動力機械與工程專業的本科生、研究生的教材或參考書，也可作為從事汽車和發動機産品開發和研究的工程技術人員的工具書。

目錄

譯者
序一
序二
第5版前言
第6版前言
譯者的話
符號
第1章導言1
第2章導論2
2.1開發過程中的計算分析2
2.2力學與熱力學3
2.3本書所選擇的和深入探討的
內容說明3
2.4發動機全新開發及升級
開發目標4
第3章發動機主參數設計6
3.1發動機參數的相關性6
3.2發動機主參數定義7
3.2.1工作容積（排量）7
3.2.2功率和轉矩7
3.2.3比功率7
3.3缸體及麯柄連杆機構的
主參數選擇8
3.3.1行程缸徑比8
3.3.2連杆比及連杆中心距9
3.3.3缸體高度10
3.3.4活塞直徑及質量11
3.3.5活塞壓縮高度11
3.3.6行程、缸徑和氣缸數13
3.3.7缸筒長度、活塞裙部長度
與活塞突齣量14
3.3.8麯軸迴轉輪廓及活塞
間隙14
3.3.9活塞結構尺寸19
3.4缸體主參數20
3.4.1缸心距與氣缸間厚度20
3.4.2V形發動機的錯缸距23
3.5最佳連杆比24
3.6燃燒室麵容比27
3.7主性能指標定義29
3.8平均有效壓力及比功率31
第4章主要零部件設計與計算34
4.1連杆34
4.1.1功能與設計要求34
4.1.2連杆受力分析36
4.1.2.1連杆受力方式與
位置36
4.1.2.2連杆承受的力及
力矩39
4.1.3常規連杆結構強度
計算40
4.1.3.1連杆大小頭孔彎麯梁
簡化計算模型40
4.1.3.2連杆蓋以及連杆大頭
孔當量截麵負荷
分布40
4.1.3.3連杆大頭孔以及連杆蓋
當量截麵的切嚮力及
力矩41
4.1.3.4連杆螺栓連接處的
受力情況43
4.1.3.5連杆疲勞強度計算45
4.1.3.6連杆有限元模擬
計算46
4.1.4連杆螺栓連接設計
常規計算47
4.1.4.1連杆螺栓連接47
4.1.4.2連杆螺栓連接計算
（按VDI2230
規定［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連杆螺栓連接的
應力麯綫圖51
4.1.4.2.4最小夾緊力、夾
緊力損失及預
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連杆螺栓連接
設計小結58
目錄●●●●●●●●●●內燃機設計4.2活塞58
4.2.1活塞計算分析58
4.2.2活塞功能及設計要求59
4.2.3活塞工作負荷61
4.2.3.1負荷及危險區域61
4.2.3.2麯柄連杆機構
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乘用車汽油發動機
用活塞70
4.2.4.1.2乘用車柴油發動
機用活塞73
4.2.4.1.3商用車柴油發動機
用活塞74
4.2.4.1.4工業用途大缸徑
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活塞銷錶麵
壓力79
4.2.4.2.4活塞銷橢圓
變形80
4.2.4.2.5活塞銷彎麯
變形82
4.2.4.2.6活塞銷材料82
4.2.4.2.7活塞銷負荷及
強化措施85
4.2.4.3活塞銷座計算85
4.2.4.3.1設計爆發壓力85
4.2.4.3.2設計用標準
轉速88
4.2.4.3.3活塞銷卡簧90
4.2.4.3.4活塞銷等效
應力92
4.2.4.4活塞質量計算94
4.2.4.5活塞型綫確定95
4.2.4.5.1安裝間隙、滑動
間隙、橢圓度及
錶麵承壓圖95
4.2.4.5.2活塞裙部柔性、橢圓
度、承壓麵寬及塑性
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活塞熱負荷103
4.2.6.3活塞應力場及
溫度場105
4.2.6.4活塞有限元計算107
4.2.6.4.1活塞錶麵油膜
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111
4.3.1活塞環計算111
4.3.2功能及設計要求112
4.3.3活塞環受力分析114
4.3.4活塞環彈力117
4.3.4.1切嚮彈力及徑嚮
壓力117
4.3.4.2開口寬度、切嚮力及
活塞環參數kRi120
4.3.4.3活塞環的安裝應力、
套緊應力、彈性模量及
塑性變形122
4.3.4.4開口間隙122
4.3.4.5活塞環扭麯122
4.3.5活塞環模擬計算
分析122
4.3.5.1計算模型122
4.3.5.2活塞環運動模擬
計算124
4.3.5.3密封性能模擬
計算126
4.3.5.4活塞環工作錶麵潤滑
特性模擬計算129
4.4麯軸132
4.4.1功能及設計要求132
4.4.2麯軸工作負荷133
4.4.2.1麯軸工作力和
力矩133
4.2.2.2麯軸工作循環負荷
麯綫135
4.4.2.3麯軸受力的靜不
定性135
4.4.2.4麯柄單拐模型、彎麯
及扭轉應力138
4.4.2.5麯軸受力情況143
4.4.2.5.1最大應力區域143
4.4.2.5.2彎麯及扭轉應力
集中係數144
4.4.3麯軸結構強度147
4.4.3.1船用發動機麯軸設計
規範147
4.4.3.2危險截麵抗彎扭
模量及應力集中
係數147
4.4.3.3麯軸材料疲勞強度與
安全係數147
4.4.3.4麯軸材料及製造
工藝149
4.4.4麯軸強度CAE模擬
計算150
4.4.4.1麯軸概念設計階段的
計算分析150
4.4.4.2麯軸的多體動力學復
閤模型計算分析151
4.4.4.3麯軸強度CAE計算
分析小結155
4.5氣缸體157
4.5.1氣缸體方案設計158
4.5.1.1氣缸體結構形式159
4.5.1.1.1整體式與組閤
式氣缸體方案160
4.5.1.1.2開式及閉式氣缸體
頂麵設計163
4.5.1.1.3氣缸冷卻液流
方案設計166
4.5.1.1.4龍門式與整體式
框架結構169
4.5.1.2氣缸體材料173
4.5.1.3氣缸孔錶麵工藝175
4.5.1.3.1灰鑄鐵氣缸孔
錶麵珩磨工藝175
4.5.1.3.2過共晶鋁矽閤金
氣缸孔工藝177
4.5.1.3.3鎳-碳化矽塗
層的氣缸孔
工藝177
4.5.1.3.4鋁基復閤材料
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
狀態182
4.5.2氣缸體受力情況、功能與
結構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灰鑄鐵與鋁閤金材料
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應力場196
4.5.4.2主軸承螺栓連接
設計196
4.5.4.3氣缸蓋螺栓連接
設計197
4.5.4.4氣缸孔變形的傅裏葉
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濕式氣缸套結構
形式206
4.5.5.1.2濕式氣缸套受力
情況、尺寸與
結構設計209
4.5.5.2乾式氣缸套211
4.5.5.2.1裝配應力212
4.5.5.2.2壓應力213
4.5.5.2.3熱應力215
4.5.5.2.4爆發壓力下的
工作應力217
4.5.6氣缸錶麵磨損219
4.6氣缸蓋220
4.6.1氣缸蓋功能與結構220
4.6.2氣缸蓋熱負荷224
4.6.2.1燃氣換熱過程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壁麵傳導換熱231
4.6.2.2缸蓋中的熱應力232
4.6.2.3氣缸蓋的冷卻
設計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
結構設計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功能及設計要求256
4.7.2氣缸墊結構258
4.7.3氣缸墊密封技術258
4.7.3.1工作條件258
4.7.3.2全金屬氣缸墊結構
設計259
第5章配氣機構與麯柄連杆機構
設計與計算266
5.1配氣機構266
5.1.1換氣過程一維模擬
分析271
5.1.2配氣機構換氣工作
原理274
5.1.2.1氣門布置276
5.1.2.2配氣機構結構
形式278
5.1.2.3液壓間隙調
節器281
5.1.2.4氣門282
5.1.2.5凸輪284
5.1.2.5.1凸輪型綫設計284
5.1.2.5.2凸輪型綫設計
程序288
5.1.2.6氣門彈簧290
5.1.2.6.1氣門彈簧力
設計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可變氣門執行機構結構
形式295
5.1.4.1分段式調節可變氣門
執行機構295
5.1.4.2連續式調節可變氣門
執行機構296
5.1.4.3連續可變氣門正時
執行器（葉片式）297
5.1.5分段式可變氣門升程
換氣過程298
5.1.6連續可變氣門升程
換氣過程299
5.1.7氣門機構動力學
計算309
5.1.7.1動力學計算
分析311
5.1.7.2多體動力學
模型312
5.1.8渦輪增壓發動機的換氣
技術312
5.1.8.1無可變氣門機構的
換氣工作原理313
5.1.8.2可變氣門機構的換氣
工作原理316
5.1.8.3連續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麯柄連杆機構324
5.2.1活塞式發動機的質量
平衡324
5.2.1.1單缸驅動機構的質量
平衡324
5.2.1.1.11階慣性力324
5.2.1.1.2單缸發動機麯柄
連杆機構中通過
平衡重進行平衡的
方法327
5.2.1.2藉助平衡重來平衡多
缸驅動裝置的質量333
5.2.1.2.1直列發動機的1階
慣性力平衡333
5.2.1.2.2平衡V2發動機上的
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質量轉矩369
5.2.1.3藉助平衡軸來平衡
質量371
5.2.1.3.1通過平衡軸來平衡
慣性力；方法和
應用373
5.2.1.3.2滾轉力矩375
5.2.1.3.3通過平衡軸平衡
往復慣性力矩；
應用示例380
5.2.2發動機振動小結383
第6章發動機噪聲384
6.1涉及發動機噪聲和路麵噪聲的
法律法規384
6.2發動機噪聲——部分聲源和
噪聲源386
6.3間接産生的發動機噪聲——
産生、傳遞和輻射388
6.4氣缸壓力麯綫及其所産生的
氣缸壓力頻譜394
6.5發動機結構聲學分析396
6.5.1發動機結構振動特性396
6.5.2發動機缸體結構對降噪
的影響398
6.5.3麯軸、軸承、潤滑油膜
結構噪聲傳遞路徑
研究403
6.5.4發動機結構的空氣噪聲
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發動機上其他噪聲源410
第7章總結與展望411
附錄414
附錄A有限元法（FEM）基礎
知識414
附錄B關於矩陣位移法（靜力學
理論）416
附錄C用有限元法解微分
方程421
附錄D關於有限差
分法（FDM）426
附錄E關於邊界
元法（BEM）426
附錄F關於“模態模型”（模態
分析）427
參考文獻429

前言/序言

　　本書作者很榮幸與Vieweg+Teubner齣版社一起共同編撰齣版第5版《內燃機設計》一書。首先應錶達謝意的是，齣版社對本書的肯定，以及讀者對發動機力學專業領域持續不斷的關注。雖然由於內燃機廢氣排放政策方麵的因素，與發動機熱力學相比發動機力學有時處於次要的地位，但是應強調的是，本書作者常年來持續不斷直至今日的與Vieweg+Teubner齣版社精誠的閤作。值此書第5版麵世之際再次錶達衷心的感謝。
　　本書的內容原來是以現今的兩位作者之一愛都瓦爾多-科勒爾的大學講義《快速活塞式發動機力學-設計與計算》為基礎。該講義於1996年由馬格德堡的奧拓·馮·桂裏剋大學采用為教材。在此衷心感謝該校機械製造係並特彆感謝活塞式發動機教研室的教授H�貝Э斯ぱР┦扛�予的廣泛的支持。此外對柏林理工大學的教授H�逼丈岫�工學博士，斯圖加特大學的退休教授烏爾夫·埃捨爾斯工學博士兩位先生錶示感謝。兩位先生對本書的完成提供瞭大量很有價值的建議。與埃捨爾斯教授的接觸可以追溯到作者的學生時代。在那時他就給予瞭作者全力幫助。後來作者在揣剋教授的教研室完成教學工作，同時開始考慮本書的內容。
　　自1988年起作者在其職業活動中負責發動機機械零件的功能研究，並從此産生誘因將個人經驗用文字記錄下來。特彆是在徹底變革的時代，計算機支持的零件設計越來越多地取代瞭傳統的計算方法。對此還要感謝作者的雇主即如今的活塞施密特-皮爾堡股份有限公司以及KS鋁技術公司給予的在專業上具有挑戰性的有趣的專業活動。此外還要一並感謝客戶方麵的代理、同事及員工，作為技術洽談夥伴一如既往地給予瞭大量的支持。
　　可以將講義以圖書的形式公開齣版的機遇促使作者對本書進行瞭首次較大的加工修改，但仍有些讀者會感到一些缺憾，首先是缺少一個核心題目——活塞發動機的平衡。為此揣剋教授根據作者的請求對本書進行瞭相應的補充。在揣剋教授及其同事的支持下內容擴展的第2版成為一本專業內容很充實的圖書。
　　當作者從齣版社獲悉，由於第2版持續不斷的暢銷，應著手第3版的修訂工作。當時用於專業加工及更新的準備工作時間很緊迫，特彆是對於專業書籍的更新是最大的問題。但是非常感謝齣版社在編輯加工包括缺陷修訂方麵做瞭大量的工作。
　　2004年鞦季本書的第4版麵世。在考慮再版之前，此書是否適應當前最新技術水平的問題被提到桌麵上來。如果一本專業書籍僅描述基礎原理，是不能適應發動機技術的蓬勃發展的需求的。僅靠日常業務工作很繁忙的作者本人是無法完成所要求的編寫工作的。為此很有幸地邀請到瞭本書的另一位作者凱澤斯勞滕理工大學的教授魯道夫·富利爾工學博士一同進行第4版的編寫工作。富利爾教授對本書的氣門機構一章完全重新進行瞭編寫，增添瞭很多有關現代氣門驅動係統及可控換氣技術方麵的內容。此外，在活塞一章中還考慮到瞭乘用車直噴柴油發動機用活塞的最新發展情況。
　　隨著第4版的問世便考慮到技術的更新，這一工作一直在延續。作者對本書的第5版特彆是對描述零件設計的第4章以及其他大範圍的內容重新進行瞭編寫。這都是以最新的知識作為基礎的。例如詳盡描述瞭在麯軸計算方麵的進步，並詳細介紹瞭乘用車發動機氣缸體麯軸箱的結構方案。此外對氣缸蓋使用的材料也進行瞭深入的探討並嘗試給齣有關氣缸蓋方案的一覽。對其餘的第2、第3及第5章中微小的更改以及對於書中現存的瑕疵進行的修訂使第5版更加完美。
　　第5版前言內燃機設計作者感謝Vieweg+Teubner齣版社一貫良好的閤作，包括為第5版齣版所做的準備工作。最終促成瞭這一巨大的更新工作的完成。其將勢必延續到後續的再版中。作者相信，本書一定會永遠保持最新的水準，嚮讀者一貫提供最新的技術水平。
　　魯道夫·富利爾2008年7月於凱撒斯勞騰愛都瓦爾多·科勒爾2008年7月於海爾布朗隨著渦輪增壓器在汽油發動機及柴油發動機上的廣泛應用，內燃機的技術水平再次得到明顯提升。渦輪增壓技術的應用使小排量發動機為降低整車CO2排放樹立瞭新的技術標杆，並且深刻影響著未來的內燃機設計與開發工作。為瞭使本書總保持最新的技術水平，有必要更新新的版本。本書作者為此感謝Vieweg+Teubner齣版社對於作者的信任，以及對新版的準備工作做齣的閤作。
　　作者魯道夫·富利爾先生願將此書的第6版作為禮物奉獻給在2010年12月誕辰100周年的博士導師——工學博士教授剋勞斯·菲德爾先生。他對內燃機技術的熱愛及精湛的分析能力為我們留下深深的記憶，在此對其錶示深深懷念並祝其傢人萬事如意！
　　魯道夫·富利爾2011年6月於凱撒斯勞騰愛都瓦爾多·科勒爾2011年6月於海爾布朗

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