本書立足內(nèi)燃機(jī)行業(yè)需求，系統(tǒng)闡述內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法，由淺入深地對(duì)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行較全面的論述。書中以曲柄連桿機(jī)構(gòu)為主，緊扣運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，從求解方法、分析方法角度較全面地介紹了內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)涉及的內(nèi)容，涵蓋曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)、軸頸與軸承負(fù)荷、內(nèi)燃機(jī)的平衡、配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等，力求完整展現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的技術(shù)體系。每章后習(xí)題給出了答案詳解，可掃描二維碼查看。本書內(nèi)容理論聯(lián)系實(shí)際，語言深入淺出，可作為高等院校本科生專業(yè)教材，也可供行業(yè)技術(shù)人員參考使用。
內(nèi)燃機(jī)作為核心動(dòng)力裝置，憑借其功率覆蓋范圍廣、熱效率高、可靠性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)，在我國工業(yè)領(lǐng)域，特別是交通運(yùn)輸、石油化工、能源、農(nóng)業(yè)及國防軍事等領(lǐng)域，得到了極其廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和雙碳目標(biāo)的深入推進(jìn)，高效、綠色、可持續(xù)發(fā)展理念日益深入人心，對(duì)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)提出了高能效、高功率密度、高可靠性及低排放等更為嚴(yán)苛的新要求，這極大地促進(jìn)了新型內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展。
內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)是支撐內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)學(xué)科，聚焦于研究其內(nèi)部各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(如曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)等)及其相互作用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與受力特性，為運(yùn)動(dòng)件及附屬結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化選型提供理論依據(jù)和方法支撐。為適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步與多學(xué)科融合趨勢(shì)，滿足高校本課程的教學(xué)需求，作者團(tuán)隊(duì)結(jié)合長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐與科研積累，精心撰寫了本書。全書共分六章:內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)概述、正置式曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)、主副連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)、軸徑與軸承負(fù)荷、內(nèi)燃機(jī)的平衡、內(nèi)燃機(jī)其他運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)（包括配氣機(jī)構(gòu)與齒輪傳動(dòng)系統(tǒng))。每章后配有習(xí)題，并給出了習(xí)題答案詳解，可掃描二維碼查看。
本書致力于在方法與對(duì)象兩個(gè)維度進(jìn)行拓展與深化:在方法層面，系統(tǒng)論述了從經(jīng)典的質(zhì)點(diǎn)力系法，到現(xiàn)代的多剛體動(dòng)力學(xué)(MBD)與多柔體動(dòng)力學(xué)(MFBD)方法在內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)分析中的應(yīng)用原理與實(shí)踐;在對(duì)象層面，不僅深入剖析了曲柄連桿機(jī)構(gòu)(包括正置式與主副連桿式)的核心動(dòng)力學(xué)問題，還探討了配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)行為與設(shè)計(jì)考量。書中內(nèi)容力求反映當(dāng)前技術(shù)發(fā)展，緊密對(duì)接工程實(shí)踐，為讀者提供一套較為系統(tǒng)、 先進(jìn)且實(shí)用的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)知識(shí)體系。
本書的撰寫分工如下:第1、2、3章主要由曹貽鵬執(zhí)筆:劉晨負(fù)責(zé)編寫了第4、5章；河南科技大學(xué)鄭大遠(yuǎn)撰寫了第6章，并承擔(dān)了全書的算例分析驗(yàn)證與統(tǒng)稿工作。衷心感謝哈爾濱工程大學(xué)張新玉對(duì)書稿進(jìn)行的細(xì)致審閱和寶貴意見;感謝張文平、楊潔在編寫過程中給予的熱情鼓勵(lì)與專業(yè)指導(dǎo)；感謝張潤(rùn)澤、楊國棟、閆力奇、叢仁宏等碩士與博士研究生在公式、插圖及排版中提供的幫助，他們的相關(guān)研究為本書拓展了視野與深度。本書在編寫過程中參考了大量國內(nèi)外專家學(xué)者的研究成果與文獻(xiàn)資料，在此一并致以誠摯謝意。
鑒于編著者學(xué)識(shí)水平所限，書中難免存在疏漏與不足之處，懇請(qǐng)廣大讀者和專家學(xué)者不吝批評(píng)指正，以便今后修訂完善。
編著者
2025年5月
曹貽鵬，哈爾濱工程大學(xué)副教授，博士生導(dǎo)師。2008年11月在哈爾濱工程大學(xué)輪機(jī)工程專業(yè)博士畢業(yè)，2010年至2014年6月在哈爾濱工程大學(xué)動(dòng)力工程與工程熱物理博士后流動(dòng)站工作，2016年至2017年赴普渡大學(xué)訪學(xué)。參加工作以來，承擔(dān)了本科生課程《內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)》及研究生課程《結(jié)構(gòu)有限元分析方法與實(shí)踐》的教學(xué)工作，擔(dān)任中國振動(dòng)工程學(xué)會(huì)振動(dòng)與噪聲控制專委會(huì)委員等職務(wù)。承擔(dān)黑龍江省教改項(xiàng)目輪機(jī)工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)體系建設(shè)探索研究、高等學(xué)校能源動(dòng)力類教學(xué)研究與實(shí)踐項(xiàng)目畢業(yè)設(shè)計(jì)牽引專業(yè)教育相融合的創(chuàng)新型能源動(dòng)力人才培養(yǎng)體系研究，發(fā)表項(xiàng)目相關(guān)的教學(xué)成果論文7篇，第*一排名獲哈爾濱工程大學(xué)教學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)�？蒲蟹较�?yàn)閮?nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)、內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)噪聲領(lǐng)域，承擔(dān)船舶動(dòng)力方向的省部級(jí)科研課題20余項(xiàng)，培養(yǎng)研究生20多人；在國內(nèi)、外高水平期刊及會(huì)議發(fā)表SCI/EI檢索論文50余篇，第五完成人獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、第四完成人獲得黑龍江省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
第1章緒論1
1.1概述1
1.2內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分類及特點(diǎn)1
1.2.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)2
1.2.2配氣機(jī)構(gòu)4
1.2.3齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6
1.2.4燃油系統(tǒng)7
1.3內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法9
1.3.1質(zhì)點(diǎn)力系方法9
1.3.2多剛體動(dòng)力學(xué)方法10
1.3.3多柔體動(dòng)力學(xué)方法10
第2章正置式曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)12
2.1正置式曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析12
2.1.1活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)分析13
2.1.2連桿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析21
2.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)慣性力的求解26
2.2.1換算質(zhì)量26
2.2.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力29
2.3正置式曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析29
2.3.1氣體作用力和慣性力的合成29
2.3.2各構(gòu)件的受力情況分析30
2.3.3內(nèi)燃機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩35
2.3.4曲柄連桿機(jī)構(gòu)上作用力性質(zhì)綜述36
2.4低速內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析37
2.4.1低速內(nèi)燃機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)及其簡(jiǎn)化37
2.4.2低速內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力情況38
2.5內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)計(jì)算示例40
2.5.1各項(xiàng)常數(shù)計(jì)算40
2.5.2運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算41
2.5.3動(dòng)力學(xué)計(jì)算43
2.5.4動(dòng)力學(xué)計(jì)算的程序代碼45
2.6本章習(xí)題47
第3章主副連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)48
3.1主副連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析48
3.1.1副活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)分析48
3.1.2副連桿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析51
3.1.3副活塞的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)52
3.1.4副連桿銷的運(yùn)動(dòng)規(guī)律55
3.1.5主副氣缸中心線的夾角55
3.2主副連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析56
3.2.1換算質(zhì)量56
3.2.2主副連桿機(jī)構(gòu)的作用力情況及計(jì)算57
3.3主副連桿機(jī)構(gòu)基本尺寸確定59
3.3.1確定基本尺寸的約束條件59
3.3.2副連桿機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定60
3.4內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)計(jì)算示例62
3.4.1各項(xiàng)常數(shù)計(jì)算63
3.4.2副活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算64
3.4.3主活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算65
3.4.4主副連桿機(jī)構(gòu)作用力與轉(zhuǎn)矩66
3.4.5動(dòng)力學(xué)計(jì)算準(zhǔn)確性的校核69
3.5本章習(xí)題69
第4章內(nèi)燃機(jī)軸頸與軸承負(fù)荷70
4.1曲柄排列和發(fā)火順序70
4.1.1氣缸序號(hào)和曲柄端面圖70
4.1.2直列式內(nèi)燃機(jī)曲柄排列和發(fā)火順序71
4.1.3V型內(nèi)燃機(jī)的發(fā)火順序74
4.2軸頸和軸承負(fù)荷的求解與分析76
4.2.1曲柄銷負(fù)荷76
4.2.2連桿軸承負(fù)荷78
4.2.3主軸頸負(fù)荷80
4.2.4主軸承負(fù)荷83
4.2.5平衡重對(duì)主軸承負(fù)荷的影響83
4.3內(nèi)燃機(jī)回轉(zhuǎn)不均勻性及飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算84
4.3.1內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩不均勻性和回轉(zhuǎn)不均勻度84
4.3.2飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算87
4.4軸頸與軸承負(fù)荷計(jì)算示例90
4.4.1曲柄銷和連桿軸承負(fù)荷計(jì)算90
4.4.2主軸頸與主軸承負(fù)荷計(jì)算91
4.5本章習(xí)題92
第5章內(nèi)燃機(jī)的平衡94
5.1平衡的基本概念94
5.2單缸內(nèi)燃機(jī)的平衡分析95
5.2.1離心慣性力95
5.2.2往復(fù)慣性力96
5.3直列式內(nèi)燃機(jī)平衡分析的解析法99
5.4直列式內(nèi)燃機(jī)平衡分析的圖解法103
5.4.1離心慣性力與一次往復(fù)慣性力的平衡分析104
5.4.2二次往復(fù)慣性力的平衡分析105
5.4.3離心慣性力矩與一次往復(fù)慣性力矩的平衡分析107
5.4.4二次往復(fù)慣性力矩的平衡分析109
5.5內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)部平衡111
5.6內(nèi)燃機(jī)的平衡系數(shù)115
5.7直列式多缸內(nèi)燃機(jī)的平衡方法123
5.8本章習(xí)題126
第6章內(nèi)燃機(jī)其他運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)127
6.1配氣機(jī)構(gòu)127
6.1.1配氣機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介127
6.1.2單自由度系統(tǒng)模型的建立128
6.1.3單自由度系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程130
6.1.4計(jì)算結(jié)果與分析131
6.2齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)133
6.2.1齒輪系統(tǒng)簡(jiǎn)介133
6.2.2齒輪副扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析模型134
6.2.3齒輪*轉(zhuǎn)子系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析模型135
6.2.4計(jì)算結(jié)果與分析137
參考文獻(xiàn)139
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