内燃机设计教学大纲

1、PAGE 内燃机设计课程教学大纲课程名称：内燃机设计（Design of Internal Combustion Engine）课程编号：ZF16405课程性质：专业技术课学 时：总学时36学 分：2考核方式：考试适用对象：车辆工程前修课程：本课程是车辆工程专业的入门专业课，在学习了机械制图、工程力学、机械设计基础、机械基础、发动机构造、高等数学、内燃机原理与构造等课程基础上再学习本课程。建议开课学期：5课程简介：内燃机设计是热能与动力工程专业的主要专业课之一。通过对本课程学习,使学生深入了解内燃机活塞组、连杆、曲轴、气缸盖、气缸套、机体和配气机构等零部件的机构形式、材料选用、受力情况和常见故

2、障,同时使学生了解内燃机的总体设计方法，以便正确合理地对内燃机进行设计,为今后的工作打下坚实的基础。一、教学目标及任务（一）课程基本要求学习本课程应达到以下基本要求:1、掌握内燃机设计的基本概念及常用的计算和测试方法。2、准确熟练掌握活塞的结构设计，并掌握与活塞相关附件的结构设计。3、熟练掌握连杆的结构设计和强度计算，了解连杆螺栓的选用。4、掌握内燃机曲轴的结构设计和强度校核，一般掌握轴承的选定。5、熟练掌握气门机构的结构设计，了解气门弹簧的设计。6、了解固定件和辅助系统的设计。7、掌握内燃机的基本设计过程，设计用到的基本结构参数。 课程的重点与难点本课程的重点和难点是各零部件的受力情况和结构

3、设计。二、学时分配： 内 容学 时第一章内燃机设计总论4第二章曲柄连杆机构受力分析4第三章内燃机平衡4第四章曲轴系统的扭转振动4第五章配气机构设计4第六章曲轴飞轮组设计2第七章连杆组设计2第八章活塞组设计2第九章内燃机滑动轴承设计2第十章机体与气缸盖设计2第十一章内燃机的润滑和冷却系统2总结计算设计活塞、配气机构等4合 计36三、教学内容及教学要求第一章 内燃机设计总论（4学时）教学要求：内燃机的基本设计过程；内燃机的基本结构参数；了解机结构设计的近况和展望。教学重点：内燃机设计的一般流程、内燃机的主要设计指标及主要参数的选择。教学难点：内燃机的主要设计指标及主要参数的选择。教学内容第一节：内

4、燃机设计的一般流程 本节主要内容是内燃机设计的流程、步骤及三化要求。第二节：内燃机的主要设计指标 本节主要内容是评价内燃机性能的各项指标，包括动力性指标、经济性指标、可靠性耐久性指标、质量外形尺寸指标、低公害指标等第三节：内燃机的选型 本节主要内容是内燃机选型的依据及其优缺点，包括柴油机、汽油机或气体燃料发动机的对比选择，冲程数的选择，冷却方式的选择等。第四节：内燃机主要参数的选择 内燃机主要参数的选择主要包括：平均有效压力、活塞平均速度、汽缸直径汽缸数等。第五节：现代内燃机设计与技术的发展 本节主要讲述了内燃机的最新技术及最新发展方向，主要有：新结构、新技术、新材料、新工艺的采用，现代设计与

5、分析方法。第二章曲柄连杆机构受力分析（4学时）教学要求：掌握曲柄连杆机构的运动学及所受的作用力。教学重点：曲柄连杆机构的运动学及其所受作用力。教学难点：要求学生重点掌握曲柄连杆机构的运动学。教学内容第一节：曲柄连杆机构的运动学 本节内容主要是曲柄连杆机构的运动学，包括：中心曲柄连杆机构的运动规律、偏心曲柄连杆机构运动学、关节曲柄连杆机构运动学、活塞运动规律的分析与用途。第二节：曲柄连杆机构中的作用力 本节内容主要是曲柄连杆机构中的作用力，主要内容有：曲柄连杆机构中力的传递和相互关系、气压力的作用效果、往复惯性力的作用效果、多缸转矩的合成方法等。第三章内燃机的平衡（4学时）教学要求：掌握内燃机旋

6、转惯性力的平衡分析与往复惯性力的平衡分析。教学重点：平衡的基本概念、往复惯性力、旋转惯性力的平衡分析方法教学难点：掌握平衡分析的方法教学内容第一节：平衡的基本概念 本节的主要内容有平衡的定义，内燃机振动的原因，不平衡的危害，研究平衡的目的及采用的分析方法等。第二节：旋转惯性力的平衡分析 本节内容主要有静平衡和动平衡的概念，旋转惯性力平衡分析等。第三节：单列式内燃机往复惯性力的平衡 本节主要内容有单缸机往复惯性力的平衡分析，单列式多缸机往复惯性力平衡分析等。第四节：双列式内燃机往复惯性力分析 本节主要内容有V型两缸机平衡分析，V型多缸机平衡分析等。第四章曲轴系统的扭转振动（4学时）教学要求：掌握

7、曲轴的扭转振动的定义、振动的危害、自由振动的计算、强迫振动计算及减震措施。教学重点：扭转振动的定义、扭振系统自由振动计算、强迫振动计算、扭转振动的消减措施。教学难点：掌握自由振动及强迫振动的计算。教学内容第一节：扭转振动的基本概念 本节内容主要有扭转振动的定义，扭振的现象，扭振发生的原因，研究扭振的目的等。第二节：扭转振动系统自由振动计算 本节主要内容有单质量扭振系统、二质量扭振系统、三质量扭振系统、多质量扭振系统等。第三节：强迫振动与共振 本节主要内容有单自由度系统的有阻尼振动、单自由度系统的有阻尼强迫振动等。第四节：曲轴系统的激发力矩 本节主要内容有作用在发动机上的单缸转矩、多拐曲轴上第k

8、阶力矩谐量的相位关系等。第五节：曲轴系统的强迫振动与共振 本节主要内容有临界转速、曲轴系统的共振计算等第六节：扭转振动的消减措施 本节主要内容有使曲轴转速远离临界转速、改变曲轴的固有频率、提高轴系的阻尼、改变激振强度、采用减震装置等。第七节：扭振的现代测试分析方法 本节主要内容有测试系统的组成、测试分析原理、实际测试举例等。第五章配气机构设计（4学时）教学要求：掌握配气机构的形式及运动学和凸轮型线的设计、配气机构的动力学。教学重点：配气机构的形式及评价、配气机构运动学和凸轮型线设计、配气机构动力学、凸轮轴及气门驱动件设计。教学难点：配气机构运动学和凸轮型线设计教学内容第一节：配气机构的形式及评

9、价 本节内容有配气机构的形式、气门通过能力评价、气门直径与气门最大升程的关系等。第二节：配气机构运动学和凸轮型线设计 本节主要内容有平底挺柱的运动规律、凸轮外形与平底挺柱运动规律间的关系、滚子挺柱运动规律、凸轮的工作段和缓冲段的设计等。第三节：配气机构动力学 本节主要内容有实际气门运动规律、配气机构单质量动力学模型、凸轮型线动力修正等。第四节：凸轮轴及气门驱动件设计 本节主要内容有凸轮相对位置的确定、挺柱、推杆、摇臂和气门的设计等。第五节：可变配气机构 本节主要内容有VTEC机构及工作原理、VVT-i机构、涨紧轮式VVT机构、叶片式VVT机构、可变气门升程机构等。第六章曲轴飞轮组设计（2学时）

10、教学要求：掌握曲轴的结构设计、疲劳强度校核及飞轮的设计。教学重点：曲轴的工作情况、设计要求和材料选择、曲轴的结构设计、提高曲轴疲劳强度的结构措施和工艺措施、飞轮的设计。教学难点：曲轴的结构设计、飞轮的设计教学内容第一节：曲轴的工作情况、设计要求和材料选择 本节主要内容有曲轴的工作条件及设计要求、材料要求等。第二节：曲轴的结构设计 本节主要内容有整体式曲轴、组合式曲轴、曲轴长度、曲柄销直径和长度、主轴颈直径和长度、曲柄、油道设计及油孔位置等。第三节：曲轴的疲劳强度校核 本节主要内容有曲轴的损坏形式和强度的有限元计算方法、疲劳强度校核等。第四节：提高曲轴疲劳强度的结构措施和工艺措施 本节主要内容有

11、结构措施、工艺措施等。第五节：飞轮的设计 本节主要内容有飞轮的作用、飞轮转动惯量的确定、飞轮结构设计的要点等。第七章连杆组设计（2学时）教学要求：掌握连杆及连杆螺栓的设计及连杆强度的计算方法。教学重点：连杆的设计、连杆螺栓的设计、提高螺栓疲劳强度的措施。教学难点：连杆及连杆螺栓的设计教学内容第一节：连杆的设计 本节主要内容有连杆的工作情况分析、设计要求、连杆材料、主要参数的选择、连杆的结构分析与计算等。第二节：连杆螺栓的设计 本节主要内容有连杆螺栓的受力情况分析、连杆螺栓、连接件的载荷-变形关系、连杆螺栓的设计要求等。第三节：提高螺栓疲劳强度的措施 本节内容主要讲述了提高螺栓疲劳强度的措施。第

12、四节：连杆的强度计算方法 本节主要介绍了利用有限元软件计算连杆强度的方法。第八章活塞组设计（2学时）教学要求：掌握活塞设计、活塞销的结构设计及活塞环的设计。教学重点：活塞设计、活塞的结构设计、活塞环设计。教学难点：活塞设计。教学内容第一节：活塞设计 本节的主要内容有活塞的工作条件、设计要求、常用材料等。第二节：活塞的结构设计 本节主要内容有活塞头部的设计、活塞的传力结构设计、活塞裙部设计、活塞裙部与缸套的配合间隙等。第三节：活塞环设计 本节主要内容有气环的作用原理、活塞环的工作情况与设计要求、气环的设计、均压环的磨损规律、非均压环设计等。第九章内燃机滑动轴承设计（2学时）教学要求：掌握轴瓦的结

13、构设计、及轴瓦的类型教学重点：轴承的工作条件和材料要求、轴瓦的结构设计、轴心轨迹。教学难点：轴瓦的结构设计教学内容第一节：轴承的工作条件和材料要求 本节主要内容有轴瓦的工作条件、材料要求、常用的轴瓦材料、轴瓦的钢背材料等。第二节：轴瓦的结构设计 本节主要内容有轴瓦的表面几何形状、轴承宽度和油槽、轴瓦和轴承座的过盈。第三节：轴心轨迹 本节主要内容有滑动轴承的油膜压力分布、轴心轨迹等。第十章机体与气缸盖设计（2学时）教学要求：掌握机体的设计及气缸盖与气缸套的设计。教学重点：机体设计、缸与气缸套设计、缸盖设计。教学难点：机体的设计及气缸盖与气缸套的设计教学内容第一节：机体设计 本节的主要内容有机体的

14、工作条件、机体的设计要求、机体的基本尺寸、机体具体结构设计要点、CAE技术在机体设计中的应用、机体材料、结构工艺、机体密封等。第二节：气缸与气缸套设计 本节主要内容有工作情况和设计要求、气缸套材料、缸套结构、增加气缸耐磨性的措施、气缸套产生穴蚀的主要部位等。第三节：气缸盖设计 本节主要内容有气缸盖工作情况和设计要求、气缸盖的形式选择、材料、主要尺寸确定的原则、气缸盖的冷却、气道设计的CFD方法及气缸盖CAE分析等。第十一章内燃机的润滑和冷却系统（2学时）教学要求：润滑系和冷却系在设计过程中应注意的问题及设计计算过程。教学重点：润滑系统、冷却系统。教学难点：润滑系和冷却系的设计计算过程。教学内容第一节：润滑系统 本节主要内容有润滑系统的任务和设计要求、润滑系统的总体方案、润滑系统主要设计参数选择、机油泵的选择等。第二节：冷却系统 本节的主要内容有冷却系的作用和设计要求、冷却系的总体设计方案和参数选取、散热器的结构设计要点、