柴油机结构及主要部件课件.ppt
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1、2023年3月10日20:49,第二章 柴油机结构及主要部件,2023年3月10日20:49,柴油机基本组成,2023年3月10日20:49,Chapter 2 柴油机的结构和主要部件,2023年3月10日20:49,Chapter 2 柴油机的结构和主要部件,2-1 燃烧室部件的工作条件和负荷2-2 燃烧室部件的构造2-3 曲柄连杆机构2-4 柴油机的主要固定件,2023年3月10日20:49,2-3 曲柄连杆机构,作用:将活塞往复运动转变为回转运动;将活塞的推力传给曲轴,输出扭矩。,2023年3月10日20:49,2-3 曲柄连杆机构,一、连杆组二、十字头组三、曲轴组四、故障管理及维护,2
2、023年3月10日20:49,一、连杆(connecting rod),1,2023年3月10日20:49,一、连杆(connecting rod),小端接十字头,大端接曲柄销。,2023年3月10日20:49,一、连杆(connecting rod)组,1.连杆的功用及工作条件2.连杆的要求与材料3.筒形活塞式连杆结构4.十字头式柴油机连杆结构5.V型柴油机连杆,2023年3月10日20:49,1.连杆的功用及工作条件,1)作用:连接和传递作用,是活塞(或十字头)与曲轴之间的连接件,把作用于活塞上的气体压力传递给曲轴,并把活塞的往复运动转变为曲轴的回转运动。2)连杆的工作条件承受并传递气体爆
3、发力和活塞连杆小端等往复运动惯性力;这些力周期性变化形成疲劳损害。二冲程连杆始终受压,四冲程连杆在排气冲程上死点附近受拉,其它时刻受压;在摆动平面,惯性力引起的交变弯曲应力。大小端与活塞销(或十字头销)及曲柄销摩擦磨损。,2023年3月10日20:49,一、连杆(connecting rod)组,1.连杆的功用及工作条件2.连杆的要求与材料3.筒形活塞式连杆结构4.十字头式柴油机连杆结构5.V型柴油机连杆,2023年3月10日20:49,2.连杆的要求与材料,具备足够的刚度和抗冲击疲劳强度;质量尽可能轻,惯性小;连杆轴承应耐磨可靠;连杆螺栓应有较高疲劳强度和联接可靠。都用优质钢材模锻后加工制造
4、,材料有35、45、35CrMn、40Cr等,并采用正火或调质等热处理。,2023年3月10日20:49,一、连杆(connecting rod)组,1.连杆的功用及工作条件2.连杆的要求与材料3.筒形活塞式连杆结构4.十字头式柴油机连杆结构5.V型柴油机连杆,2023年3月10日20:49,3.筒形活塞式柴油机的连杆,过渡平缓,2023年3月10日20:49,3.1 筒形活塞式柴油机的连杆杆身,连杆杆身截面形状:,杆身质量大和材料利用不合理,小批量生产的大中型机,比a略好,2023年3月10日20:49,3.2 筒形活塞式机连杆小端,图a)圆柱形小端用于工字形杆身。图b)球形连杆小端用于圆形
5、杆身。图c)偏心圆弧小端,用来增加顶部中央截面抗弯能力,承受四冲程柴油机往复惯性力的拉伸作用。图d)和e)采用锥形或阶梯形活塞销座时相适应的连杆小端结构形式,其增大小端下部主要承压面。图f),衬套内表面制有许多布油槽,以保证轴承内有充裕的润滑油。用于二冲程柴油机中。,2023年3月10日20:49,3.3 筒形机的连杆大端,是曲柄销的轴承根据拆装条件,制成上、下两半的剖分式结构,用螺栓连接而成。(如右图RTA-T-B十字头机连杆),船用式连杆大端,车用式连杆大端,连杆大端定位形式,平切口,斜切口,2023年3月10日20:49,1)船用式连杆大端,连杆大端与杆身分开,用连杆螺栓紧固于连杆杆身下
6、端凸缘上。,可通过改变杆身与大端之间的垫片厚度1调整连杆长度(大、小端中心距),调整压缩比,以保证各缸压缩比相同或改变压缩比。,该结构因其尺寸与重量大,多用于中、大型柴油机中。,在大端轴承采用厚壁轴瓦或将轴承合金直接浇铸在大端孔内的情况下,通过调整垫片的厚度2,可在一定范围内调整垂直方向的轴承间隙。,2023年3月10日20:49,2)车用式大端,a)平切口连杆大端 连杆大端分为两半,剖分面与连杆中心线垂直,上半部分与连杆杆身为一体。该结构质量轻,加工方便,(曲柄销直径与气缸直径之比在0.72以下)。常用于中、小型柴油机中。,b)斜切口连杆大端 采用斜切口使连杆螺栓,在剖分面上受切向力FCT的
7、剪切。连杆大端必须采用能够承受切向力的定位方式。通常采用舌榫和锯齿的定位方式,2023年3月10日20:49,连杆大端定位形式,舌榫式,锯齿式,2023年3月10日20:49,为什么采用斜切口?,采用斜切口连杆大端即使将曲柄销直径增大到气缸直径的0.85倍,仍然可以保证活塞连杆组通过气缸进行装拆。,2023年3月10日20:49,选择,随着强化程度的提高,曲柄销直径与气缸直径之比还必须增大,所以新型筒状活塞式柴油机广泛采用船用式大端。,2023年3月10日20:49,连杆大端的轴瓦,厚壁轴瓦:低碳钢或青铜瓦背,t/D0.065,合金0.752mm刚性好,轴瓦本身保证孔精度,对座孔要求低;单件刮
8、配,小批量生产,仅主轴承中应用。轴瓦磨损过大时,可抽去调隙垫片再刮配。为了防止轴瓦在座孔内移动,可用销钉定位。易疲劳损坏,2023年3月10日20:49,连杆大端轴瓦,薄壁轴瓦:由浇铸或轧制轴承合金的钢带制成,t/D=0.20.65,合金层0.20.4mm。壁薄,疲劳强度提高,寿命长,应用广泛富有弹性,配合靠加工精度以及壁厚精度保证具有制造精度高,互换性好;薄壁轴瓦常用定位唇(定位销)定位,装配瓦背紧贴座孔,以保证良好的导热性能和防止相对移动。不允许刮削,也没有调整垫片,只能更换,2023年3月10日20:49,连杆大端轴瓦,轴承合金性能比较(表面性能和机械性),三层金属轴瓦已在强化柴油机中广
9、泛应用,2023年3月10日20:49,连杆螺栓,是连接连杆大端和连杆盖的承载较高的重要连接螺栓。工作条件预紧力、往复惯性力的拉伸(四冲程机);附加应力:变形引起尺寸受限要求韧性好、强度高材料:优质合金钢材料,低速柴油机中才用优质碳钢材料。结构形式:(柔性结构,提高抗疲劳强度)船用式大端,杆身有两段定位凸肩;高速机仅一段或无凸肩。,2023年3月10日20:49,连杆螺栓的安装,用专用工具上紧,并在柴油机说明书中明确规定了紧固时的预紧度(一般用螺栓的伸长量、液压拉伸器的油压、扭力扳手的扭矩或螺帽的旋转角度来衡量,这些方法也用于其它重要螺栓预紧力的控制)。预紧度过大会引起轴承变形、螺栓受力过大甚
10、至损伤,过小则会发生轴承松动。第一次上紧连杆螺栓或更换轴承备件时,由于各承压部分会产生永久变形,使一部分预紧力丧失。在这种情况下,要在正式上紧之前把螺栓先紧一下,以便把各承压部分压实,然后再放松,最后按规定正式上紧。正确固紧是避免连杆螺栓疲劳断裂这类事故发生的最重要措施之一。,2023年3月10日20:49,一、连杆(connecting rod)组,1.连杆的功用及工作条件2.连杆的要求与材料3.筒形活塞式连杆结构4.十字头式柴油机连杆结构5.V型柴油机连杆,2023年3月10日20:49,4.十字头式柴油机连杆结构,1-小端轴承盖;2-小端轴承座;3-薄壁轴瓦;4、10-连杆螺栓;5-杆身
11、;6-垫片;7-大端轴承座;8-大端轴承盖;9-锁紧装置;9-定位环带;12-固定螺栓;13-输油槽,L-MC/MCE柴油机连杆1-连杆小端轴承盖;2-连杆小端上瓦;3-滑块;4-导轨;5-耳轴;6-十字头销;7-调整垫片;8、14-连杆螺栓;9-连杆小端下瓦;10-连杆小端轴承座;11-杆身;12-连杆大端轴承座;13、15-连杆大端轴瓦;16-连杆大端轴承盖,2023年3月10日20:49,一、连杆(connecting rod)组,1.连杆的功用及工作条件2.连杆的要求与材料3.筒形活塞式连杆结构4.十字头式柴油机连杆结构5.V型柴油机连杆,2023年3月10日20:49,5.V型柴油机
12、连杆,1)特点:每一曲轴柄销上安装两根连杆2)型式并列式连杆-并列安装简单可互换 曲柄销和柴油机长度也增加,刚性小 主副连杆副连杆销的连接螺栓底部容易发生裂纹叉骑式连杆(使用少)结构较复杂,轴承润滑条件差,维护不便,图2-48 主副连杆式连杆(MAN VV40/54)1、4、8-螺栓;2-定位销;3-大端轴承体;5-主连杆;6、10-套筒;7-副连杆;9-副连杆销;11-大端轴瓦;12-大端轴承盖,图2-49 叉骑式连杆,2023年3月10日20:49,2-3 曲柄连杆机构,一、连杆组二、十字头组三、曲轴组四、故障管理及维护,2023年3月10日20:49,二、十字头组(参考),2023年3月
13、10日20:49,二、十字头组(参考),1.作用 连接(连接活塞和连杆)、传递作用力和导向。2.十字头组件的工作条件周期性的气体爆发压力;滑块承受侧推力的作用;零件尺寸受限制,受力严重,特别是十字头轴承;轴承内不易形成良好的油膜;十字头销和轴承座变形后,负荷不均工作条件恶化。3.组成 十字头本体、十字头滑块和十字头轴承4.构造 双滑块、单滑块和圆筒形滑块(双滑块),2023年3月10日20:49,十字头组件结构,2023年3月10日20:49,十字头的结构,2023年3月10日20:49,十字头组件结构,十字头双滑块结构,单滑块结构,十字头滑块 材料:锻钢,2023年3月10日20:49,5.
14、十字头轴承工作特点,十字头轴承是故障率最高的轴承1)轴承比压大(体积小);2)难以形成足够的油膜(摆动、难以形成动压润滑);3)单向受力(始终受压);4)受力不均(十字头销变形)。6.提高十字头轴承可靠性的措施1)降低比压2)使轴承负荷分配均匀3)保证良好的润滑和冷却4)采用薄壁轴瓦5)提高十字头销颈表面光滑程度,2023年3月10日20:49,2-3 曲柄连杆机构,一、连杆组件二、十字头组件三、曲轴组件四、故障管理及维护,2023年3月10日20:49,三、曲轴组件,曲轴(crankshaft)主轴承(main bearing)推力轴承(thrust bearing)飞轮(flywheel)
15、,2023年3月10日20:49,一)曲轴,1.曲轴的功用及工作条件2.曲轴的要求及材料3.曲轴的结构4.曲柄的排列,2023年3月10日20:49,1.曲轴组件的作用及工作条件,1.1 作用:将往运动转变为回转运动。汇总各缸作功并输出扭矩驱动附属设备 1.2 工作条件:气体力及惯性力所产生的拉、压、弯、扭的复合载荷;应力集中严重:形状复杂,弯头多,钻有油孔,使应力集中严重。曲柄臂与曲柄销过渡圆角处最危险。附加应力大:横向振动、扭转振动引起。轴颈的摩擦磨损:曲轴轴颈表面在高比压下高速运动,而且载荷是冲击性的,不容易建立稳定的油膜。易引起轴颈和轴承的严重磨损。,2023年3月10日20:49,一
16、)曲轴,1.曲轴的功用及工作条件2.曲轴的要求及材料3.曲轴的结构4.曲柄的排列,2023年3月10日20:49,2.曲轴的要求及材料,2.1 要求:足够的抗弯、抗扭的疲劳强度和刚度(轴颈大、长度短);足够的承压面积和较高的耐磨性,可多次车削修复;(加工复杂,造价最贵)。合理的曲柄排列和发火顺序。2.2 材料及处理:优质碳钢和碳素钢锻造而成。(35、40、45、ZG35)球墨铸铁,用于强度不太高的中,高速机中广泛采用。优点:a.铸造,不用大型锻造设备,造价低;b.对应力集中不敏感,疲劳强度接近中碳钢;c.耐磨性好,对扭转振动阻尼作用远胜于 钢。缺点:韧性较低。为提高耐磨性,球墨铸铁进行正火和高
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