计算单缸内燃机的自由度

1. 机器中独立运动的单元体，称为零件。

A.对B.错C.D.2.具有局部自由度和虚约束的机构，在计算机构的自由度时，应当首先除去局部自由度和虚约束。

A.对B.错C.D.3.机构中的虚约束，如果制造、安装精度不够时，会成为真约束。

A.对B.错C.D.4.六个构件组成同一回转轴线的转动副，则该处共有三个转动副。

A.对B.错C.D.5.当机构的自由度F>0，且等于原动件数，则该机构即具有确定的相对运动。

A.对B.错C.D.6. 在平面机构中一个高副引入两个约束。

A.对B.错C.D.7.平面机构高副低代的条件是代替机构与原机构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度必须完全相同。

A.对B.错C.D.8.任何具有确定运动的机构都是由机架加原动件再加自由度为零的杆组组成的。

A.对B.错C.D.9. 一种相同的机构（）组成不同的机器。

A.可以B.不能C.D.10.机构中的构件由一个或多个零件所组成，这些零件间（）产生任何相对运动。

A.可以B.不能C.D.11. 原动件的自由度应为（）。

A.-1B.+1C.0D.12. 基本杆组的自由度应为（）。

A.-1B.1C.0D.13. 高副低代中的虚拟构件及其运动副的自由度应为（）。

A.-1B.+1C.0D.614.在机构中原动件数目（）机构自由度时，该机构具有确定的运动。

A.小于B.等于C.大于D.15.计算机构自由度时，若计入虚约束，则机构自由度就会（）。

A.增多B.减少C.不变D.16. 机构运动确定的条件是（）。

A. 自由度大于1B. 自由度大于0C. 自由度等于原动件数D.17. 两构件组成运动副的必备条件是（）。

A. 直接接触且具有相对运动B. 直接接触但无相对运动C. 不接触但具有相对运动D. 不接触也无相对运动18.当机构的原动件数目小于或大于其自由度数时，该机构将（）确定的运动。

A.有B.没有C.不一定D.19. 在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为（）。

自由度怎么计算
自由度计算公式：
1、自由度：具有确定运动所必需要的独立运动参数为机构自由度。

2、自由度计算公式：F=3n-2pl-2ph
n：活动构件数pl：低副数ph：高副数
自由度(degree of freedom, df)指的是计算某一统计量时，取值不受限制的变量个数。

计算公式df=n-k。

其中n为样本数量，k为被限制的条件数或变量个数，或计算某一统计量时用到其它独立统计量的个数。

自由度通常用于抽样分布中。

物理学术语：自由度是指物理学当中描述一个物理状态，独立对物理状态结果产生影响的变量的数量。

如运动自由度是确定一个系统在空间中的位置所需要的最小坐标数。

例如火车车厢沿铁轨的运动，只需从某一起点站沿铁轨量出路程，就可完全确定车厢所在的位置，即其位置用一个量就可确定，我们说火车车厢的运动有一个自由度；
汽车能在地面上到处运动，自由程度比火车大些，需要用两个量（例如直角坐标x,y）才能确定其位置，我们说汽车的运动有两个自由度；飞机能在空中完全自由地运动，需要用三个量（例如直角坐标x,y,z）才能确定其位置，我们说飞机在空中的运动有三个自由度。

所谓自由度数就是确定物体在空间的位置所需独立坐标的数目。

大学机械原理知识考试练习题及答案41.[单选题]刚性回转件动平衡的条件是A)总惯性力之和为零B)总惯性力矩之和为零C)总惯性力和总惯性力矩之和都为零答案:C解析:2.[单选题]（ ）是在不计摩擦的情况下机构所处的有效驱动力为零的特殊位置。

借助惯性或其它方法，机构可以通过死点位置而正常运动。

:A)自由度F小于等于零B)死点C)自锁答案:B解析:3.[单选题]( )是在不计摩擦的情况下机构所处的有效驱动力为零的特殊位置。

借助惯性或其它方法,机构可以通过死点位置而正常运动。

: ( )A)自由度F小于等于零B)死点C)自锁答案:B解析:4.[单选题]单缸内燃机的曲柄滑块机构， 是原动件A)曲柄B)滑块C)连杆答案:B解析:5.[单选题]渐开线齿轮传动的啮合角等于 圆上的压力角A)基B)分度C)节答案:C解析:解析:7.[单选题]当齿轮中心距稍有改变时， 保持原值不变的性质称为可分性。

A)瞬时角速度比B)啮合角C)压力角答案:A解析:8.[单选题]两个运动构件间相对瞬心的绝对速度A)均为零B)不相等C)不为零且相等答案:C解析:9.[单选题]构件是机械中独立的 单元A)制造B)运动C)分析答案:B解析:10.[单选题]渐开线齿轮传动的轴承磨损后，中心距变大，这时传动比将A)增大B)减小C)不变答案:C解析:11.[单选题]变位齿轮正传动的中心距 标准中心距。

A)小于B)等于C)大于答案:C解析:D)60°答案:A解析:13.[单选题]张紧轮一般设置在（ ）内侧。

A)紧边B)松边C)张紧边D)拉紧边答案:B解析:14.[单选题]轮系运动时，各齿轮轴线位置固定不动的称为（ ）A)差动轮系B)定轴轮系C)行星轮系D)简单行星轮系答案:B解析:15.[单选题]在凸轮机构中,从动件若采用等速运动规律时,则产生(A)刚性冲击B)柔性冲击C)无冲击D)刚性冲击或柔性冲击答案:A解析:16.[单选题]下列四项功能中，哪几项( )可以通过轮系的运用得以实现。

内燃机机构自由度计算内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置。

它由多个部件组成，这些部件之间的运动关系决定了内燃机的性能和效率。

为了研究内燃机的运动特性，我们需要计算内燃机机构的自由度。

机构自由度是指机构中独立运动的自由度数量。

在内燃机中，机构自由度的计算可以通过以下步骤进行。

首先，我们需要确定内燃机的机构类型。

内燃机的机构类型可以分为单缸机构和多缸机构两种。

单缸机构是指内燃机中只有一个气缸的机构，而多缸机构是指内燃机中有多个气缸的机构。

对于单缸机构，我们可以通过以下公式计算机构自由度：自由度 = 3n - m其中，n表示机构中的连杆数量，m表示机构中的约束条件数量。

在单缸机构中，连杆数量为3，约束条件数量为2，因为气缸的位置和连杆的长度是固定的。

因此，单缸机构的自由度为3。

对于多缸机构，我们需要分别计算每个气缸的机构自由度，然后将它们相加。

多缸机构的机构自由度计算公式如下：自由度= Σ(3n - m)其中，Σ表示求和符号，n和m分别表示每个气缸的连杆数量和约束条件数量。

在计算机构自由度时，我们需要注意以下几点：首先，连杆数量是指机构中所有连杆的数量，包括曲轴连杆、活塞连杆等。

约束条件数量是指机构中所有约束条件的数量，包括气缸位置的约束、连杆长度的约束等。

其次，机构自由度的计算结果应该是一个整数。

如果计算结果不是整数，说明计算过程中可能存在错误。

最后，机构自由度的计算结果可以帮助我们了解内燃机的运动特性。

较高的机构自由度意味着内燃机具有更多的独立运动方式，可以实现更复杂的工作循环和更高的效率。

总之，内燃机机构自由度的计算是研究内燃机运动特性的重要方法之一。

通过计算机构自由度，我们可以了解内燃机的机械结构和运动方式，为内燃机的设计和优化提供参考。

题目二 单缸四冲程柴油机设计一、机构简介及有关数据1、机构简介柴油机如图2-1所示，其中a)为机构简图，它将燃料（柴油）燃烧时所产生的热能转变为机械能。

往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，借气缸内的燃气压力推动活塞3，再通过连杆2使曲柄1作旋转运动。

往复式内燃机有两冲程和四冲程两种，本课程设计的是四冲程内燃机，即以活塞在气缸内往复移动四次（对应曲柄转两转）完成一个工作循环。

在一个工作循环中，气缸内的压力变化可通过示功图（或称容压曲线）如图2-1 b)看出，它表示气缸容积（与活塞位移s 成正比）与压力的变化关系。

a) 机构简图 b) 示功图图1 单缸四冲程柴油机的机构简图和示功图四冲程内燃机的工作原理如下：进气冲程：活塞由上止点向下移动，对应曲柄转角000180ϕ=→。

进气阀开，空气开始进入气缸，此时气缸内指示压力略低于1大气压力，一般以1大气压力计算，如示功图上的a b →。

压缩冲程：活塞由下止点向上移动，对应曲柄转角00180360ϕ=→。

此时进气完毕，进气阀闭，已吸入的空气受到压缩，压力渐升高，如示功图上的b c →。

膨胀（工作）冲程：在压缩冲程终了时，被压缩的空气的温度已超过柴油自燃的温度，因此，在高压下射入的柴油立刻爆炸燃烧，气缸内压力突增至最高点，此时燃气压力推动活塞由上向下移动对外作功（故又可称工作冲程），曲柄转角00360540ϕ=→，随着燃气的膨胀，活塞下行，气缸容积增加，压力逐渐降低，如示功图上的c b →。

排气冲程：活塞由下向上移动，曲柄转角00540720ϕ=→。

排气阀开，废气经排气阀门被驱除，此时气缸内压力略高于1大气压力，一般亦以1大气压力计算，如示功图上的b a →。

示功图中的a b c b a →→→→即表四个冲程气缸内的压力变化情况。

进、排气阀的启闭是由凸轮机构来控制的，图2-1 a ）中y y -剖面有进、排气阀各一只（图示只画了进气凸轮）。

凸轮机构是通过曲柄轴O 上的齿轮Z 1和凸轮轴O 1的齿轮Z 2来传动的，由于一个工作循环中，曲柄转将转两转而进、排气阀则仅各启闭一次，所以齿轮的传动比1212212i n n Z Z ===。

六自由度平台所需功率及推力计算Sky16807@QQ：44915263一、单缸运动A. 按功率计算单缸运动，1秒内，单缸从行程0运作到行程100，造成平台的重心位置从614提高到631.2，六人平台加座椅，总重按照1吨计算。

根据功能原理：电动缸所做的功= 平台重力势能的提高⋅P=mght()3310⨯⨯-⋅⨯=6312.P-10614101P=172wB. 按受力分析计算将平台看作杠杆，单缸的升起，顶动杠杆绕着支点转动。

支点，由于六自由度平台不是简单的杠杆，运动时，支点位置漂浮并转移，不好找。

但是一个简单的道理，支点离该缸越近，该缸越省力，但是为了计算的可靠，我们认为，支点为离该缸最远的转动点。

六个缸的头尾支点分布在直径800的圆周上，于是认为单缸的力臂为800，同时，缸与水平面成角46°，由杠杆平衡：=⋅F0⋅⋅sin46400mg8006950F=N÷P3=⨯==-FS⨯695t/w1016950100单缸运动，行程刚开始时，为最费力的时刻。

当单缸继续升起，该缸越趋于垂直状态，有效分力更大；另一方面，单缸运动，平台开始转动，重心也会朝支点方向移动，该缸将更加轻松，所需的力气减小。

二、双缸运动双缸运作，分为相邻、相隔、相向三种情况。

如果是相邻缸，则和单缸运作相比，势必更省力，所需功率更小。

A. 相向的两缸对岸相向的两缸，同时运作，会造成平台的曲线平移，平移个过程中，既有水平移动又有垂直升高。

A-1 功能原理mgh t P =⋅()33106141.646101012P -⨯-⨯⨯=⋅w 5.160P =A-2 按受力分析计算相向两缸刚开始启动，两缸共承担也一直承担1/3的总重。

3/mg 46sin F 2=︒⋅N 1031.2F 3⨯=w 2311101001031.2t /FS P 34=÷⨯⨯⨯==-B. 相隔的两缸相隔的两缸的同时运作，平台将既倾转、又旋转、又升高。

机械原理自由度的计算
机械原理自由度的计算是确定机械系统中独立运动的数量。

一般情况下，机械系统的自由度可以通过以下公式进行计算:
F = 3N - C
其中，F表示机械系统的自由度，N表示机构中关节的数量，
C表示约束的数量。

在计算自由度时，需要考虑以下几点:
1. 关节的数量(N)：关节是连接机械系统中不同部件的连杆或
连接件，其作用是使得机械系统可以进行相对运动。

关节的数量取决于机械系统的构造，可以通过简单的计数进行确定。

2. 约束的数量(C)：约束是对机械系统运动的限制，通常是由
导轨、几何形状、连接器等形成的。

约束的数量可以通过分析机械系统中的约束条件进行确定。

根据以上公式，计算得到的自由度数值表示机械系统中独立运动的数量。

这个数值的大小反映了机械系统的运动的自由程度。

上海大学《机械原理》考研题集-考研复习题库复习题第一章绪论1-1 一般机器，都是由＿＿＿＿部分、＿＿＿部分和＿＿部分组成的。

1-2机器与机构的区别是＿＿＿＿＿＿；1-3 构件是＿＿＿＿的单元体；零件是＿＿＿的单元体。

1-4 单缸内燃机中的连杆是＿＿＿件，它是由螺栓、螺母、连杆盖、连杆体等组成的。

1-5 可以用来代替人的劳动，完成有用的机械功或实现能量转换。

A．机构B．机器C．构件D．零件1-6 金属切削机床主轴属于机器的。

A．工作部分B．传动部分C．原动部分D．自动控制部分1-7 齿轮、轴及轴承等都属于 。

A. 通用零件B. 专用零件C. 轴类零件D. 盘形零件第二章机构的结构分析2-1如图所示为一简易冲床机构的初拟设计方案。

设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。

试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。

2-2 如图所示为一小型压力机。

图中，齿轮1与偏心轮1'为同一构件，绕固定轴心o连续转动。

在齿轮5上开有凸轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使摆杆4绕C轴上下摆动。

同时，又通过偏心轮1'、连杆2、滑杆3使C轴上下移动。

最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G使冲头8实现冲压运试绘制其机构运动简图，并计算自由度。

2-3 试绘制图示夹持机械手的机构运动简图，并计算其自由度。

2-4 试计算如图所示各机构的自由度。

图a、d为齿轮—连杆组合机构；图b为凸轮—连杆组合机构（图中在D处为铰接在一起的两个滑块）；图c为一精压机机构。

并问在图d 所示机构中，齿轮3与5和齿条7与齿轮5的啮合高副所提供的约束数目是否相同？为什么？a) b) c)d)2-5 试绘制图示凸轮驱动式四缸活塞式空气压缩机的机构运动简图，并计算其机构的自由度（图中凸轮1为原动件，当其转动时，分别推动装于四个活塞上A、B、C、D处的滚子，使活塞在相应的气缸内往复运动。

内燃机自由度实验报告实验报告实验名称：内燃机自由度实验实验日期：XXXX年XX月XX日实验地点：XXXX实验室实验目的：1. 了解内燃机自由度概念及其在动力学中的应用；2. 掌握内燃机自由度的计算方法；3. 通过实验，验证内燃机自由度计算的准确性。

实验器材：1. 内燃机测试台2. 内燃机驱动装置3. 传感器和测量仪器4. 实验数据记录仪实验步骤：1. 准备工作：将内燃机固定在测试台上，并连接驱动装置。

将传感器与测量仪器连接。

2. 实验操作：启动内燃机，并调整驱动装置的参数，使得内燃机在不同转速下运转。

通过传感器收集内燃机运行时的数据，如振动、温度、压力等。

3. 数据记录：使用实验数据记录仪记录传感器测得的数据，并进行实时显示和存储。

4. 实验分析：基于所测得的数据，计算内燃机的自由度。

根据实验结果，分析内燃机的动力学特性，并验证其自由度计算的准确性。

5. 实验结果报告：整理实验数据，并编写实验报告，包括实验目的、实验步骤、数据分析和结果讨论等内容。

实验结果：根据实验数据计算得到内燃机的自由度为X。

通过与理论计算结果进行比较，发现实验结果与理论结果吻合较好，验证了自由度计算的准确性。

实验讨论：通过本次实验，我们成功地利用内燃机测试台研究内燃机的自由度。

实验结果与理论计算结果相符，表明我们所使用的计算方法是可靠的。

同时，我们还观察到内燃机在不同转速下产生的振动、温度和压力等变化特征，为进一步研究内燃机的动力学特性奠定了基础。

结论：本次实验成功地计算了内燃机的自由度，并验证了计算方法的准确性。

实验结果为进一步研究内燃机动力学提供了依据。

通过本次实验的学习，我们对内燃机自由度的概念及其在动力学中的应用有了更深入的理解。

同时，我们也提高了实验操作和数据处理的能力。

内燃机的自由度计算
内燃机自由度是指发动机在工作过程中旋转、摆动和提升等自由运动的能力。

这种运动是由于内燃机的某些构件（如曲轴、连杆等）的自由度决定的。

内燃机的自由度对于发动机的工作效率、寿命和性能均有着非常重要的影响。

内燃机的自由度可以分为转动自由度和弯曲自由度两种类型。

转动自由度是指发动机转动轴的旋转能力，通常由曲轴和连杆的连接点以及曲轴定位器的位置决定。

在内燃机的工作过程中，此种自由度可以使内燃机的各种运动任务更加灵活、高效、可靠和平稳。

弯曲自由度是指内燃机的横向和纵向弯曲能力，通常由缸体、曲轴、连杆和机油底壳的刚度来决定。

当在高负载运行的情况下，内燃机只会有轻微的振动和弯曲，这是由于机体和其他构件所具有的刚度所限制的。

如果内燃机的刚度不足，可能会导致发动机过度弯曲、失去平衡、损坏发动机的不同部件等问题。

因此，内燃机必须具有合适的自由度，以保持发动机的平衡性。

内燃机的自由度影响了内燃机的工作效率、寿命和性能。

如果内燃机有着恰当的自由度，就可以使内燃机具有更高的效率。

同时，自由度可以减轻内燃机的负载，延长内燃机的使用寿命，并保证发动机的性能表现。

综上所述，内燃机的自由度对发动机的性能指标和寿命具有很大的影响。

因此，在设计内燃机时，必须考虑到合适的自由度，并且在
使用和维护过程中应该妥善处理好这个问题，以确保内燃机的产生最佳的性能表现。

有关内燃机功率与效率的问题，在各类竞赛试题中常见.下面推导出几个算式，并说明.设内燃机为单缸，其飞轮转速为n转/分，活塞直径为D，行程为l，做功冲程中气体产生的平均压强为P.则活塞面积S=,气体对活塞的压力为F=PS=,燃气所做的功W=Fl=L，此功是在飞轮转两周的时间内完成的(即完成四个冲程所做的功)，所用时间t=，由此得单缸内燃机功率为,对双缸内燃机，其功率为N=对四缸内燃机，其功率为N=用η表示内燃机的效率，设在时间t内燃烧了m千克的燃料，燃料的燃烧值为H焦耳/千克，则总质量为m千克的燃料燃烧时放出的能量为E(总)＝mH，而“有用能量”等于内燃机做有用功的功率N与时间t的乘积，即E(有)＝Nt,∴η=若动力为内燃机的车辆在时间t内通过的路程为s，其速度为v，则t=，将其代入④式，得η=以上五个算式中各量均用国际单位制单位.例1一台拖拉机的发动机是四汽缸四冲程柴油机，汽缸直径为95毫米，活塞冲程为127毫米，第三冲程中气体作用在活塞上的平均压强是196牛/厘 ,飞轮的转速是1200转/分，这台发动机的功率是多少瓦?(95年全国初中物理竞赛)已知：D=95毫米=0.095米，P=196牛/厘=1.96·1帕，n=1200转/分，l=127毫米=0.127米。

求功率N.解由于是四汽缸柴油机，由③式，得N==瓦=7.05·1瓦.答：这台发动机的功率是7.05·1瓦.例2国产165型单缸四冲程汽油机的汽缸直径为65毫米，活塞冲程长55毫米，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.58·1帕，飞轮的转速是1500转/分，(1)求这种汽油机满负荷工作时的功率(不计摩擦损失).(2)如果满负荷工作时每分钟消耗15克汽油，这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少?(汽油的燃烧值为4.6·1焦耳/千克)(97年全国初中物竞)已知：D=65毫米=0.065米，l=55毫米=0.055米，P=9.58·1帕，n=1500转/分，m=15克=0.015千克，t=1分钟=60秒，求(1)功率N；(2)效率η.解 (1)由于汽油机为单缸，将已知各物理量代入①式，得N==瓦2184瓦(2)由④式，得η=100%19%答：略.例3一辆装有30千瓦发动机的汽车，效率是25%，若汽车以60千米/小时的速度前进，它所带的汽油还有20千克，那么它还能行驶多少路程?(汽油的燃烧值为4.6·焦耳/千克)已知：m=20千克，η=25%, N=30千瓦=3·瓦， v=60千米/小时=50/3米/秒，H=4.6·焦耳/千克求：路程s=?解将⑤式变形得s=，代入已知数值，得s==米=1.28·米=128千米.答：汽车还能行驶128千米.练习1. 有一种型号的单缸四冲程汽油机，其部分规格如下: 试计算这种柴油机的功率(94全国初物竞) 一单缸四冲程汽油机的汽缸直径20厘米，活塞行程长30厘米，做功冲程燃气的平均压强是5·帕，飞轮的转速是360转/分.(1)求该汽油机的功率；(2)若该汽油机每分钟消耗汽油70克，求其效率。