内燃机作为核心动力装置，凭借其功率覆盖范围广、热效率高、可靠性强等显著优势，在我国工业领域，特别是交通运输、石油化工、能源、农业及国防军事等领域，得到了极其广泛的应用。当前，随着社会经济持续发展和双碳目标的深入推进，高效、绿色、可持续发展理念日益深入人心，对内燃机行业提出了高能效、高功率密度、高可靠性及低排放等更为严苛的新要求，这极大地促进了新型内燃机设计及相关技术领域的创新与发展。
内燃机动力学是支撑内燃机设计的关键基础学科，聚焦于研究其内部各运动机构(如曲柄连杆机构、配气机构、传动系统等)及其相互作用的运动规律与受力特性，为运动件及附属结构的精准设计与优化选型提供理论依据和方法支撑。为适应内燃机动力学领域的技术进步与多学科融合趋势，满足高校本课程的教学需求，作者团队结合长期的教学实践与科研积累，精心撰写了本书。全书共分六章:内燃机运动机构动力学概述、正置式曲柄连杆机构运动学与动力学、主副连杆机构运动学与动力学、轴径与轴承负荷、内燃机的平衡、内燃机其他运动机构动力学（包括配气机构与齿轮传动系统)。每章后配有习题，并给出了习题答案详解，可扫描二维码查看。
本书致力于在方法与对象两个维度进行拓展与深化:在方法层面，系统论述了从经典的质点力系法，到现代的多刚体动力学(MBD)与多柔体动力学(MFBD)方法在内燃机动力学分析中的应用原理与实践;在对象层面，不仅深入剖析了曲柄连杆机构(包括正置式与主副连杆式)的核心动力学问题，还探讨了配气机构动力学、齿轮传动系统动力学等关键运动机构的动态行为与设计考量。书中内容力求反映当前技术发展，紧密对接工程实践，为读者提供一套较为系统、 先进且实用的内燃机动力学分析与设计知识体系。
本书的撰写分工如下:第1、2、3章主要由曹贻鹏执笔:刘晨负责编写了第4、5章；河南科技大学郑大远撰写了第6章，并承担了全书的算例分析验证与统稿工作。衷心感谢哈尔滨工程大学张新玉对书稿进行的细致审阅和宝贵意见;感谢张文平、杨洁在编写过程中给予的热情鼓励与专业指导；感谢张润泽、杨国栋、闫力奇、丛仁宏等硕士与博士研究生在公式、插图及排版中提供的帮助，他们的相关研究为本书拓展了视野与深度。本书在编写过程中参考了大量国内外专家学者的研究成果与文献资料，在此一并致以诚挚谢意。
鉴于编著者学识水平所限，书中难免存在疏漏与不足之处，恳请广大读者和专家学者不吝批评指正，以便今后修订完善。
编著者
2025年5月
曹贻鹏，哈尔滨工程大学副教授，博士生导师。2008年11月在哈尔滨工程大学轮机工程专业博士毕业，2010年至2014年6月在哈尔滨工程大学动力工程与工程热物理博士后流动站工作，2016年至2017年赴普渡大学访学。参加工作以来，承担了本科生课程《内燃机动力学》及研究生课程《结构有限元分析方法与实践》的教学工作，担任中国振动工程学会振动与噪声控制专委会委员等职务。承担黑龙江省教改项目轮机工程专业毕业设计体系建设探索研究、高等学校能源动力类教学研究与实践项目毕业设计牵引专业教育相融合的创新型能源动力人才培养体系研究，发表项目相关的教学成果论文7篇，第*一排名获哈尔滨工程大学教学二等奖1项。科研方向为内燃机动力学、内燃机振动噪声领域，承担船舶动力方向的省部级科研课题20余项，培养研究生20多人；在国内、外高水平期刊及会议发表SCI/EI检索论文50余篇，第五完成人获得国家科技进步二等奖1项、第四完成人获得黑龙江省科技进步奖二等奖1项。
第1章绪论1
1.1概述1
1.2内燃机运动机构分类及特点1
1.2.1曲柄连杆机构2
1.2.2配气机构4
1.2.3齿轮传动机构6
1.2.4燃油系统7
1.3内燃机动力学计算方法9
1.3.1质点力系方法9
1.3.2多刚体动力学方法10
1.3.3多柔体动力学方法10
第2章正置式曲柄连杆机构运动学与动力学12
2.1正置式曲柄连杆机构运动学分析12
2.1.1活塞运动学分析13
2.1.2连杆运动学分析21
2.2曲柄连杆机构惯性力的求解26
2.2.1换算质量26
2.2.2曲柄连杆机构的惯性力29
2.3正置式曲柄连杆机构动力学分析29
2.3.1气体作用力和惯性力的合成29
2.3.2各构件的受力情况分析30
2.3.3内燃机的输出转矩35
2.3.4曲柄连杆机构上作用力性质综述36
2.4低速内燃机曲柄连杆机构动力学分析37
2.4.1低速内燃机的曲柄连杆机构及其简化37
2.4.2低速内燃机曲柄连杆机构受力情况38
2.5内燃机动力学计算示例40
2.5.1各项常数计算40
2.5.2运动学计算41
2.5.3动力学计算43
2.5.4动力学计算的程序代码45
2.6本章习题47
第3章主副连杆机构运动学与动力学48
3.1主副连杆机构运动学分析48
3.1.1副活塞运动学分析48
3.1.2副连杆运动学分析51
3.1.3副活塞的运动特点52
3.1.4副连杆销的运动规律55
3.1.5主副气缸中心线的夹角55
3.2主副连杆机构动力学分析56
3.2.1换算质量56
3.2.2主副连杆机构的作用力情况及计算57
3.3主副连杆机构基本尺寸确定59
3.3.1确定基本尺寸的约束条件59
3.3.2副连杆机构基本尺寸的确定60
3.4内燃机动力学计算示例62
3.4.1各项常数计算63
3.4.2副活塞运动学计算64
3.4.3主活塞运动学计算65
3.4.4主副连杆机构作用力与转矩66
3.4.5动力学计算准确性的校核69
3.5本章习题69
第4章内燃机轴颈与轴承负荷70
4.1曲柄排列和发火顺序70
4.1.1气缸序号和曲柄端面图70
4.1.2直列式内燃机曲柄排列和发火顺序71
4.1.3V型内燃机的发火顺序74
4.2轴颈和轴承负荷的求解与分析76
4.2.1曲柄销负荷76
4.2.2连杆轴承负荷78
4.2.3主轴颈负荷80
4.2.4主轴承负荷83
4.2.5平衡重对主轴承负荷的影响83
4.3内燃机回转不均匀性及飞轮转动惯量计算84
4.3.1内燃机的转矩不均匀性和回转不均匀度84
4.3.2飞轮转动惯量计算87
4.4轴颈与轴承负荷计算示例90
4.4.1曲柄销和连杆轴承负荷计算90
4.4.2主轴颈与主轴承负荷计算91
4.5本章习题92
第5章内燃机的平衡94
5.1平衡的基本概念94
5.2单缸内燃机的平衡分析95
5.2.1离心惯性力95
5.2.2往复惯性力96
5.3直列式内燃机平衡分析的解析法99
5.4直列式内燃机平衡分析的图解法103
5.4.1离心惯性力与一次往复惯性力的平衡分析104
5.4.2二次往复惯性力的平衡分析105
5.4.3离心惯性力矩与一次往复惯性力矩的平衡分析107
5.4.4二次往复惯性力矩的平衡分析109
5.5内燃机的内部平衡111
5.6内燃机的平衡系数115
5.7直列式多缸内燃机的平衡方法123
5.8本章习题126
第6章内燃机其他运动机构动力学127
6.1配气机构127
6.1.1配气机构简介127
6.1.2单自由度系统模型的建立128
6.1.3单自由度系统的运动微分方程130
6.1.4计算结果与分析131
6.2齿轮传动系统133
6.2.1齿轮系统简介133
6.2.2齿轮副扭转振动分析模型134
6.2.3齿轮*转子系统扭转振动分析模型135
6.2.4计算结果与分析137
参考文献139
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