《港口内燃机》第03章ppt课件.ppt
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1、1,港口内燃机,第三章 曲柄连杆机构,2,功用:,将作用在活塞顶部的燃气压力转变为机械能。同时在能量转换过程中将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动,并以扭矩形式对外作功。,内燃机实现工作循环,完成能量转换的主要机构。,3,组成:,活塞连杆组,固定件组,曲轴飞轮组,4,内容提纲,第一节 固定件组第二节 活塞连杆组第三节 曲轴飞轮组,5,第一节 固定件组,构成发动机的骨架,是发动机各机构和各系统的安装基础,其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件,承受各种载荷。,6,第一节 固定件组,一、气缸体,1. 气缸体的结构形式,曲轴旋转中心线与气缸体下表面在同一平面内。这种气缸体的优点是加工方便,重量轻,
2、结构紧凑,便于加工,曲轴拆装方便;但其缺点是刚度和强度较差。多用于轻型内燃机。,曲轴的旋转中心线高于气缸体下表面。它的优点是强度和刚度都好,油底壳密封简单可靠,能承受较大的机械负荷;但其缺点是工艺性较差,结构笨重,加工较困难。 多用于中型、重型内燃机。,气缸体曲轴的主轴承座孔为完整圆孔。其优点是结构紧凑、刚度和强度高,主轴承同轴度好;但其缺点是加工精度要求高,质量大,工艺性较差,曲轴拆装不方便。 多用于机械负荷较大的内燃机上。,7,第一节 固定件组,8,第一节 固定件组,9,第一节 固定件组,10,第一节 固定件组,一、气缸体,2. 气缸的布置方式,气缸垂直布置排成一列。一般六缸以下发动机多采
3、用单列式。其特点是结构简单,加工方便,但内燃机的长度和高度方向尺寸较大。有的汽车为了降低发动机的高度,把发动机倾斜一个角度,如桑塔纳轿车。,气缸排成两列,左右两列气缸中心线呈V字形。V型布置与直列式布置相比,缩短了机体长度和高度,增加了气缸体的刚度,减轻了发动机的重量,但加大了发动机的宽度,且形状较复杂,加工困难,一般用于8缸以上的发动机,6缸发动机也有采用这种形式的气缸体。,气缸排成两列,左右两列气缸在同一水平面上,即左右两列气缸中心线的夹角为180。它的特点是高度小,总体布置方便,有利于风冷。这种气缸应用较少。,11,第一节 固定件组,一、气缸体,3. 气缸套,气缸套的功用是其内壁与活塞顶
4、面和气缸盖的底面共同组成内燃机的燃烧室,同时对活塞的往复直线运动起导向作用。,12,第一节 固定件组,一、气缸体,3. 气缸套,(b)湿式气缸套,(a)干式气缸套,外壁不直接与冷却水接触,壁厚较薄,一般为13mm。优点:刚性好、强度高、缸距小,而且冷却水套密封好,不漏水,不存在穴蚀等问题;缺点:散热效果差,加工精度和配合精度要求较高,拆装不方便。 主要用在缸径小于120mm的中小型内燃机上。,外圆柱表面直接与冷却水接触,壁厚一般为59mm。优点:散热效果好,拆装方便,同时可使气缸体铸造工艺简化,降低废品率;缺点:强度、刚度都不如干式气缸套好,而且轴向尺寸大、易漏水、易腐蚀和穴蚀。,13,第一节
5、 固定件组,二、气缸盖,14,第一节 固定件组,二、气缸盖,气缸盖是用来封闭气缸上部,并与活塞顶面、气缸上部构成燃烧室。它直接受燃气的高温、高压及气缸盖螺栓的预紧力作用,因此承受很大的热负荷和机械负荷。要求运转时气缸盖的温度要均匀,并要求有足够的强度和刚度。,1. 气缸盖的功用及要求,15,二、气缸盖,2. 气缸盖的结构形式,可分为整体式、单体式、块状式。,整体式,单体式,第一节 固定件组,16,二、气缸盖,2. 气缸盖的结构形式,第一节 固定件组,17,二、气缸盖,3. 气缸盖的安装,第一节 固定件组,气缸盖用螺栓紧固在气缸体上,拧紧气缸盖螺栓时,应由中央到边缘,交叉、均匀地分几次进行,以保
6、证气缸垫均匀平整地压紧,避免气缸漏气和气缸盖翘曲变形。最后一次拧紧时,要用扭力扳手按规定的拧紧力矩拧紧。,18,第一节 固定件组,三、气缸垫,气缸垫装在气缸盖和气缸体之间,其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封,防止漏气,漏水和漏油。目前广泛使用的是金属石棉垫。安装时必须将光滑的一面朝气缸体。,19,第一节 固定件组,四、油底壳,油底壳又称为下曲轴箱。其主要功用是收集和存储润滑油,封闭曲轴箱,并兼有冷却机油的作用。一般采用薄钢板冲压而成,并通过螺钉紧固在机体的下表面上,在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫,防止润滑油泄漏。 油底壳底部通常设有稳油挡板,避免车辆颠动时润滑油面波动过大,尤其是工程机械用
7、内燃机的油底壳,需要保证在最大倾斜度(3035度)长期工作吸油不中断。,20,第一节 固定件组,四、油底壳,防止车辆颠动时润滑油面波动过大 。,21,内容提纲,第一节 固定件组第二节 活塞连杆组第三节 曲轴飞轮组,22,第二节 活塞连杆组,23,第二节 活塞连杆组,一、活塞,24,第二节 活塞连杆组,一、活塞,1. 活塞的功用,(1)活塞顶部与气缸和气缸盖组成燃烧室。(2)工作时承受气缸中燃气压力,并将此压力通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。,25,第二节 活塞连杆组,一、活塞,2. 活塞的工作条件,(3)高温,(1)高压,(2)高速,(4)润滑不良,26,第二节 活塞连杆组,一、活塞,2. 活
8、塞的工作条件,(1)高压,活塞顶部承受燃气爆发压力很大,特别是作功行程压力最大,汽油机高达35MPa,柴油机高达69MPa;这要求活塞有足够的刚度和强度,传力可靠。,例如,190系列柴油机最高燃气压力为10.5MPa,其活塞顶面的作用力高达298kN。工程机械上广泛使用的6135G型柴油机,最高燃气压力为9MPa,活塞顶面的作用力为129kN。,27,第二节 活塞连杆组,一、活塞,2. 活塞的工作条件,(2)高速,活塞在气缸内高速(815m/s)往复运动时,产生很大的往复惯性力,随着内燃机向高速化发展,最大往复惯性力已达到活塞组本身质量的300600倍。这样必然导致内燃机振动,连杆组、曲轴以及
9、轴承负荷加重,致使内燃机耐久性下降。这就要求在保证活塞有足够强度和刚度前提下,质量应尽可能小,以尽可能减小往复惯性力。,28,第二节 活塞连杆组,一、活塞,2. 活塞的工作条件,(3)高温,内燃机运转时,燃烧室内最高燃气温度可达2000K2500K,活塞顶面温度在650K以上,且温度分布很不均匀。这就要求活塞的热膨胀系数要小,以保持高温下与气缸之间具有合理的配合间隙,并具有足够的高温强度和较好的导热性。,29,第二节 活塞连杆组,一、活塞,2. 活塞的工作条件,(4)润滑不良,活塞与气缸壁之间润滑条件差,并且由于连杆的摆动使活塞受到交变的侧压力作用,导致使活塞裙部变形和磨损,摩擦损失功很大。磨
10、损严重会使活塞和活塞环失效。因此要求活塞具有良好的耐磨性。,30,第二节 活塞连杆组,一、活塞,2. 活塞的工作条件,目前高速内燃机均采用导热性好、膨胀系数小、强度高、密度小、耐磨性好的铝合金来制造活塞,在一些低速柴油机上也采用高级铸铁或耐热钢。,31,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造,32,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造顶部,活塞顶部承受气体压力,它是燃烧室的组成部分,其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关,都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求,其顶部形状主要可分为三类,平顶活塞、凸顶活塞和凹顶活塞。,33,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造顶部
11、,(1)平顶活塞 顶部是一个平面,受热面积小,制造工艺简单,顶部应力分布较为均匀,一般用在汽油机和非直接喷射式高速柴油机上。,34,第二节 活塞连杆组,一、活塞,(2)凸顶活塞 顶部凸起呈球顶形,其顶部强度高,起导向作用,有利于改善换气过程,二冲程汽油机常采用凸顶活塞。,3. 活塞的构造顶部,35,第二节 活塞连杆组,一、活塞,(3)凹顶活塞 顶部呈凹陷形,凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧,有形凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。 柴油机多采用这种形式。,3. 活塞的构造顶部,36,第二节 活塞连杆组,一、活塞,(2)强载度较高的柴油机必须用冷却式活塞。常用的油冷式活塞结构形式主要分为整体
12、式和组合式两种。,降低顶部热负荷的措施,(1)顶部厚度一般随半径的增大而增厚。这样可使顶部吸收的大部分热量传到各活塞环,再由活塞环传给气缸,最后由气缸外壁的冷却介质将热量带走。,3. 活塞的构造顶部,37,第二节 活塞连杆组,一、活塞,整体式油冷活塞在活塞顶部铸有油冷室,冷机油通过连杆和活塞销上的通道进入活塞顶部的冷却油腔,吸收活塞顶部大部分热量,然后经回油孔流回油底壳。如蛇形油管冷却活塞和冷却油腔活塞。,蛇形油管冷却活塞,冷却油腔活塞,3. 活塞的构造顶部,38,第二节 活塞连杆组,一、活塞,组合式活塞头部采用耐热钢或合金铸铁铸造,而活塞体仍用铝合金铸造,然后用螺栓固定在一起,或用电子束焊接
13、。,采用组合式的原因:a)强化强度提高,活塞头部的热负荷增加。一般的铝合金不能满足要求。B)出于减小往复惯性力的考虑,减轻重量。,3. 活塞的构造顶部,39,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造环槽部,环槽部是活塞上加工有环槽用于装配活塞环的部分。上部23道环槽用于装配气环,下面一道环槽用于装配油环。在油环槽底面上钻有许多径向小孔,使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。,柴油机压缩比高,一般有四道环槽,上部三道气环槽,下部一道油环槽。汽油机一般有三道环槽,其中有两道气环槽和一道油环槽。第一道环槽工作条件最恶劣,一般应离顶部较远些。,40,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3
14、. 活塞的构造环槽部,降低环槽部热负荷的措施,(1)设置耐热护槽圈(耐磨镶座)。在第一道环槽部或第一、第二道环槽部设置耐热护槽圈,以提高环槽的耐磨性。(2)增加隔热环槽。在第一道气环槽上部,加工出一道隔热环槽,用以改变热流方向,从而减小第一道气环的热负荷。,41,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造裙部,活塞裙部是活塞环槽以下的部分。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用,并承受侧压力。裙部应具有较大的承压面积,并在不同工况下与气缸壁之间保持最佳的配合间隙,以免间隙过大时发生敲缸、间隙过小时产生咬缸等事故。,42,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造裙部,活塞裙部的结构
15、措施,(1)预先做成阶梯形、锥形(2)预先做成椭圆形(3)拖板式结构(4)活塞裙部开槽(5)镶铸恒范钢片,43,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造裙部,(1)预先做成阶梯形、锥形,活塞沿高度方向的温度很不均匀,活塞的温度是上部高、下部低,膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等,即为圆柱形,就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形或锥形。,44,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造裙部,(2)预先做成椭圆形,正圆形活塞在实际工作时,裙部横截面形状会由正圆形变成椭圆形。因此,在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状,椭圆的长轴方向与销座孔中心线垂直,短轴方向沿销
16、座孔中心线方向。这样活塞工作时趋近正圆。,45,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造裙部,(2)预先做成椭圆形,裙部产生椭圆变形的原因:,热膨胀。活塞裙部的厚度很不均匀,活塞销座孔部分的金属厚,受热膨胀量大,沿活塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。 侧压力。活塞的侧压力是垂直于销座轴线方向的,气缸对活塞裙部的反作用力使垂直于销座轴线方向受积压变短,沿销座轴线方向变长。 燃气压力 。燃气压力会使裙部沿销座轴线方向扩张变形。,46,第二节 活塞连杆组,47,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造裙部,(3)拖板式结构,有些活塞为了减轻重量,把裙部不受侧压力的两边切去一部分,形成拖
17、板式活塞,拖板式结构裙部弹性好,质量小,活塞与气缸的配合间隙较小,适用于高速发动机。,48,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造裙部,(4)活塞裙部开槽,为了减小活塞头部的热量向裙部传递,在头部与裙部的过渡区开出横向的隔热槽,隔热槽一般开在最下一道环槽的下面,裙部上边缘销座的两侧(也有开在油环槽之中的)。为了提高裙部的弹性与受热膨胀自行调整的能力,还在裙部开出纵向的膨胀槽,从而使活塞与气缸间具有最佳的配合间隙。槽的形状有T形或形槽。,柴油机活塞机械负荷和热负荷都比较大,裙部一般不开槽。,49,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造裙部,(4)活塞裙部开槽,50,第二节 活塞连
18、杆组,一、活塞,3. 活塞的构造裙部,(5)镶铸恒范钢片,有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。由于恒范钢为含镍33%36%的低碳铁镍合金,其膨胀系数仅为铝合金的1/10,而销座通过恒范钢片与裙部相连,牵制了裙部的热膨胀变形量。,柴油机铝活塞则采用镶铸筒形钢圈。,51,第二节 活塞连杆组,一、活塞,3. 活塞的构造销座部,活塞销座部开有活塞销孔,用于安装活塞销和弹性卡环。,销座偏置:1)定义:活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移12mm。2)作用:使活塞在上、下运动改变方向时承压面平顺地从气缸的一侧过渡到另一侧,以减轻活塞换向时对气缸壁的敲击,降低噪声。,52,一、活塞,3. 活塞的构造销
19、座部,安装时,这种活塞销偏置的方向不能装反,否则换向敲击力会增大,使裙部受损。,第二节 活塞连杆组,53,第二节 活塞连杆组,二、活塞环,活塞环是具有弹性的开口环,有气环和油环之分。,54,第二节 活塞连杆组,二、活塞环,活塞环的间隙,(1) 端隙1:又称开口间隙,是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm0.50mm;(2) 侧隙2:又称边隙,是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm0.10mm;其它气环0.03mm0.07mm。油环一般侧隙较小,0.025mm0.07mm;(3)背隙3:又称径向间隙,是活塞环装入气缸后,活塞环背面与环槽底部的间隙。一般为0.5mm1mm 。
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