內燃機作為核心動力裝置，憑借其功率覆蓋范圍廣、熱效率高、可靠性強等顯著優(yōu)勢，在我國工業(yè)領域，特別是交通運輸、石油化工、能源、農(nóng)業(yè)及國防軍事等領域，得到了極其廣泛的應用。當前，隨著社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展和雙碳目標的深入推進，高效、綠色、可持續(xù)發(fā)展理念日益深入人心，對內燃機行業(yè)提出了高能效、高功率密度、高可靠性及低排放等更為嚴苛的新要求，這極大地促進了新型內燃機設計及相關技術領域的創(chuàng)新與發(fā)展。
內燃機動力學是支撐內燃機設計的關鍵基礎學科，聚焦于研究其內部各運動機構(如曲柄連桿機構、配氣機構、傳動系統(tǒng)等)及其相互作用的運動規(guī)律與受力特性，為運動件及附屬結構的精準設計與優(yōu)化選型提供理論依據(jù)和方法支撐。為適應內燃機動力學領域的技術進步與多學科融合趨勢，滿足高校本課程的教學需求，作者團隊結合長期的教學實踐與科研積累，精心撰寫了本書。全書共分六章:內燃機運動機構動力學概述、正置式曲柄連桿機構運動學與動力學、主副連桿機構運動學與動力學、軸徑與軸承負荷、內燃機的平衡、內燃機其他運動機構動力學（包括配氣機構與齒輪傳動系統(tǒng))。每章后配有習題，并給出了習題答案詳解，可掃描二維碼查看。
本書致力于在方法與對象兩個維度進行拓展與深化:在方法層面，系統(tǒng)論述了從經(jīng)典的質點力系法，到現(xiàn)代的多剛體動力學(MBD)與多柔體動力學(MFBD)方法在內燃機動力學分析中的應用原理與實踐;在對象層面，不僅深入剖析了曲柄連桿機構(包括正置式與主副連桿式)的核心動力學問題，還探討了配氣機構動力學、齒輪傳動系統(tǒng)動力學等關鍵運動機構的動態(tài)行為與設計考量。書中內容力求反映當前技術發(fā)展，緊密對接工程實踐，為讀者提供一套較為系統(tǒng)、 先進且實用的內燃機動力學分析與設計知識體系。
本書的撰寫分工如下:第1、2、3章主要由曹貽鵬執(zhí)筆:劉晨負責編寫了第4、5章；河南科技大學鄭大遠撰寫了第6章，并承擔了全書的算例分析驗證與統(tǒng)稿工作。衷心感謝哈爾濱工程大學張新玉對書稿進行的細致審閱和寶貴意見;感謝張文平、楊潔在編寫過程中給予的熱情鼓勵與專業(yè)指導；感謝張潤澤、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外專家學者的研究成果與文獻資料，在此一并致以誠摯謝意。
鑒于編著者學識水平所限，書中難免存在疏漏與不足之處，懇請廣大讀者和專家學者不吝批評指正，以便今后修訂完善。
編著者
2025年5月
曹貽鵬，哈爾濱工程大學副教授，博士生導師。2008年11月在哈爾濱工程大學輪機工程專業(yè)博士畢業(yè)，2010年至2014年6月在哈爾濱工程大學動力工程與工程熱物理博士后流動站工作，2016年至2017年赴普渡大學訪學。參加工作以來，承擔了本科生課程《內燃機動力學》及研究生課程《結構有限元分析方法與實踐》的教學工作，擔任中國振動工程學會振動與噪聲控制專委會委員等職務。承擔黑龍江省教改項目輪機工程專業(yè)畢業(yè)設計體系建設探索研究、高等學校能源動力類教學研究與實踐項目畢業(yè)設計牽引專業(yè)教育相融合的創(chuàng)新型能源動力人才培養(yǎng)體系研究，發(fā)表項目相關的教學成果論文7篇，第*一排名獲哈爾濱工程大學教學二等獎1項�？蒲蟹较驗閮热紮C動力學、內燃機振動噪聲領域，承擔船舶動力方向的省部級科研課題20余項，培養(yǎng)研究生20多人；在國內、外高水平期刊及會議發(fā)表SCI/EI檢索論文50余篇，第五完成人獲得國家科技進步二等獎1項、第四完成人獲得黑龍江省科技進步獎二等獎1項。
第1章緒論1
1.1概述1
1.2內燃機運動機構分類及特點1
1.2.1曲柄連桿機構2
1.2.2配氣機構4
1.2.3齒輪傳動機構6
1.2.4燃油系統(tǒng)7
1.3內燃機動力學計算方法9
1.3.1質點力系方法9
1.3.2多剛體動力學方法10
1.3.3多柔體動力學方法10
第2章正置式曲柄連桿機構運動學與動力學12
2.1正置式曲柄連桿機構運動學分析12
2.1.1活塞運動學分析13
2.1.2連桿運動學分析21
2.2曲柄連桿機構慣性力的求解26
2.2.1換算質量26
2.2.2曲柄連桿機構的慣性力29
2.3正置式曲柄連桿機構動力學分析29
2.3.1氣體作用力和慣性力的合成29
2.3.2各構件的受力情況分析30
2.3.3內燃機的輸出轉矩35
2.3.4曲柄連桿機構上作用力性質綜述36
2.4低速內燃機曲柄連桿機構動力學分析37
2.4.1低速內燃機的曲柄連桿機構及其簡化37
2.4.2低速內燃機曲柄連桿機構受力情況38
2.5內燃機動力學計算示例40
2.5.1各項常數(shù)計算40
2.5.2運動學計算41
2.5.3動力學計算43
2.5.4動力學計算的程序代碼45
2.6本章習題47
第3章主副連桿機構運動學與動力學48
3.1主副連桿機構運動學分析48
3.1.1副活塞運動學分析48
3.1.2副連桿運動學分析51
3.1.3副活塞的運動特點52
3.1.4副連桿銷的運動規(guī)律55
3.1.5主副氣缸中心線的夾角55
3.2主副連桿機構動力學分析56
3.2.1換算質量56
3.2.2主副連桿機構的作用力情況及計算57
3.3主副連桿機構基本尺寸確定59
3.3.1確定基本尺寸的約束條件59
3.3.2副連桿機構基本尺寸的確定60
3.4內燃機動力學計算示例62
3.4.1各項常數(shù)計算63
3.4.2副活塞運動學計算64
3.4.3主活塞運動學計算65
3.4.4主副連桿機構作用力與轉矩66
3.4.5動力學計算準確性的校核69
3.5本章習題69
第4章內燃機軸頸與軸承負荷70
4.1曲柄排列和發(fā)火順序70
4.1.1氣缸序號和曲柄端面圖70
4.1.2直列式內燃機曲柄排列和發(fā)火順序71
4.1.3V型內燃機的發(fā)火順序74
4.2軸頸和軸承負荷的求解與分析76
4.2.1曲柄銷負荷76
4.2.2連桿軸承負荷78
4.2.3主軸頸負荷80
4.2.4主軸承負荷83
4.2.5平衡重對主軸承負荷的影響83
4.3內燃機回轉不均勻性及飛輪轉動慣量計算84
4.3.1內燃機的轉矩不均勻性和回轉不均勻度84
4.3.2飛輪轉動慣量計算87
4.4軸頸與軸承負荷計算示例90
4.4.1曲柄銷和連桿軸承負荷計算90
4.4.2主軸頸與主軸承負荷計算91
4.5本章習題92
第5章內燃機的平衡94
5.1平衡的基本概念94
5.2單缸內燃機的平衡分析95
5.2.1離心慣性力95
5.2.2往復慣性力96
5.3直列式內燃機平衡分析的解析法99
5.4直列式內燃機平衡分析的圖解法103
5.4.1離心慣性力與一次往復慣性力的平衡分析104
5.4.2二次往復慣性力的平衡分析105
5.4.3離心慣性力矩與一次往復慣性力矩的平衡分析107
5.4.4二次往復慣性力矩的平衡分析109
5.5內燃機的內部平衡111
5.6內燃機的平衡系數(shù)115
5.7直列式多缸內燃機的平衡方法123
5.8本章習題126
第6章內燃機其他運動機構動力學127
6.1配氣機構127
6.1.1配氣機構簡介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)的運動微分方程130
6.1.4計算結果與分析131
6.2齒輪傳動系統(tǒng)133
6.2.1齒輪系統(tǒng)簡介133
6.2.2齒輪副扭轉振動分析模型134
6.2.3齒輪*轉子系統(tǒng)扭轉振動分析模型135
6.2.4計算結果與分析137
參考文獻139
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