模块二柴油机的结构和主要零部.ppt

单元二 曲柄连杆机构,一、十字头和导板,1．作用： （1）连接活塞和连杆组件，将气体力和惯性力传给连杆 （2）承受侧推力保证活塞在气缸中的直线往复运动 2．分类： （1）根据导板承受的侧推力可分为： ①正车导板：承受正车膨胀行程或倒车压缩行程的侧推力 ②倒车导板：承受倒车膨胀行程或正车压缩行程的侧推力2）根据滑块和导板副的形式不同可分为：,①单导板：正、倒车导板处于同一侧 特点：1）正、倒车导板的承压面积不同正车时受力大，工作时间长，有较大的承压面积；倒车导板的承压面积小2）滑块的布置与柴油机的转向有关3）结构简单，安装方便 ②双导板：正、倒车导板处于十字头的两侧 特点：1）正、倒车导板的承压面积相同2）滑块的布置与柴油机的转向无关3）结构复杂，因前后、左右共有四个滑动面，安装校正较麻烦 ③圆筒形导板：,3．结构分析： ①RTA型柴油机十字头导板 导板与机架横隔板由螺栓连接，两者之间有调节垫片以保证安装中的正常间隙（横向间隙），而纵向间隙利用位于导板侧面的小导板或导规（调节垫片）进行调节 ②L-MC/MCE型柴油机十字头导板 导板与机架横隔板为一体结构，导板不需要调节（间隙），靠加工精度保证，以提高其刚度。

连杆小端轴承 4．润滑：铰链机构来的滑油 十字头销 活塞 曲柄箱 滑块,,,,,,,二、连杆,,1．作用： （1）将活塞（或十字头）与曲轴连接成曲柄连杆机构 （2）把活塞的往复运动转变为曲轴的回转运动 （3）将作用在活塞上的气体力、惯性力传递给曲轴 2．工作条件： （1）承受周期性变化的气体力、惯性力作用：低速二冲程机连杆始终受压；四冲程机的连杆有时受压有时受拉 四冲程机在排气冲程末期、进气冲程初期，连杆受拉（此时惯性力大于气体力），其余冲程受压 二冲程低速增压机由于转速低，惯性力小，气体力较大，其合力始终向下，使连杆受压 （2）与曲柄销、十字头销（活塞销）产生摩擦和磨损 （3）承受燃气的冲击作用3．要求： （1）耐疲劳、抗冲击 （2）具有足够的强度和刚度 （3）连杆长度应尽量短（降低发动机高度） 、重量轻、拆装方便 （4）连杆轴承工作可靠 4．材料： 十字头：中碳钢35#、40#、45# ，自由锻造，杆身截面为圆形 筒形：中碳钢或优质合金钢40Cr 、5CrMo、42CrMo、18Cr2Ni4WA ，模锻锻造，杆身截面为工字形5.分类：按结构分类： （1）直列式——十字头式、筒状活塞式 （2）V型及多列式——并列式、叉骑式、主付式,,,,,6．结构分析： 1）十字头式活塞连杆,右图:1-连杆小端轴承盖；2-小端轴承座；3-薄壁轴瓦；4、10-连杆螺栓；5-杆身；6-垫片；7-大端轴承座；8-大端轴承盖；9-锁紧装置；11-定位环带；12-固定螺栓；13-输油槽,（1）由连杆杆身、小端和大端组成，小端与十字头销相连，大端与曲柄销相连。

（2）轴承座与杆身、轴承座与轴承盖用定位销定位 （3）小端轴承座上设有薄壁轴瓦以提高抗疲劳强度 （4）大端轴承座上没有轴瓦，白合金直接浇铸在轴承座和轴承盖上，这样可提高轴颈直径并有利于散热 （5）杆身与连杆大端轴承座上有垫片，用于调整压缩比 （6）连杆螺栓为柔性螺栓，可提高抗疲劳强度 （7）螺栓杆身上设有定位环带，可降低拧紧力对螺栓的弯曲作用2）筒形活塞式连杆:有平切口和斜切口,,,,,（1）小端为不剖分面，内装青铜衬套，并开有油槽 （2）杆身截面为工字形，可使在摆动平面内杆身的截面惯性矩为垂直平面的杆身截面惯性矩的4倍，提高其抗压稳定性 （3）连杆大端做成斜切口，可增加曲柄销直径、方便掉缸 （4）大端轴承用薄壁三层金属式结构，在薄的钢背（低碳钢瓦背）上浇于铜铅合金，再在表面上镀一层铅锡合金目的是提高轴瓦的强度和表面性能 （5）在剖分面上做成锯齿形结构，防结合面产生滑动，并使连杆螺栓不受剪切力作用 （6）大端轴瓦设有定位舌，防轴瓦在座内作圆周和轴向运动而把油孔堵住 （7）杆身内钻有油孔3）V型柴油机连杆,（1）并列式连杆： （2）主副连杆：可缩短气缸间距和整机长度，减小柴油机重量和尺寸，增大曲轴刚性。

采用主副式（MAN VV40/54）主连杆用螺栓连接到大端，副连杆用2只螺栓与副连杆销相连大端轴瓦为薄壁铅青铜，镀有磨合层，轴承盖与轴承体有凹凸配合，以避免连杆螺栓受到剪切作用拆检活塞可不拆大端，副连杆销的连接螺栓底部易裂纹6．连杆螺栓,（1）工作条件： 二冲程机连杆螺栓在工作中只受预紧力作用；四冲程机连杆螺栓在工作中除受预紧力外，还受到惯性力和大端变形产生的附加弯矩作用 （2）要求和材料： 具有高的强度和好的韧性；一般用优质合金钢或优质碳钢3）结构特点：,,①采用柔性结构，提高连杆螺栓的抗疲劳强度②采用精细加工螺纹③杆身最小直径应等于或小于螺纹内径④杆身上有定位环带⑤螺帽有防松装置 连杆螺栓的固紧：一般用专用工具上紧，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）4）连杆螺栓断裂的原因 ①没按照工艺要求装配，预紧力过大或过小 ②螺纹配合过紧或过松 ③轴承配合间隙过大产生很大的冲击载荷 ④材料不符合要求或有缺陷 ⑤拆装时扭伤螺纹 连杆螺栓的断裂多发生在四冲程高速机中，主要是往复惯性力使连杆螺栓产生了很大的交变拉应力引起的。

5）预防连杆螺栓断裂的措施 ①按说明书规定的预紧力上紧 ②按工艺要求装配轴承间隙 ③不得扭伤、碰伤螺纹和螺栓 ④注意防松7．十字头轴承工作条件分析和提高可靠性措施,a)6ESCZ76/160型柴油机的十字头 1-十字头销；2-十字头滑块；3-十字头端盖板；4-固定块；5-活塞杆螺母；6-十字头轴承座；7-十字头轴承盖,b)L-MC/MCE型柴油机十字头 1-连杆小端轴承盖；2-连杆小端轴瓦；3-滑块；4-导轨；5-耳轴；6-十字头销本体；7-调整垫片；8-连杆螺栓；9-连杆小端下瓦；10-连杆小端轴承座；11-杆身,（1）十字头轴承的工作特点： ①轴承的比压大 ②润滑条件很差，难以形成良好的润滑油膜 ③单向受力 ④轴向受力不均 （2）提高十字头轴承可靠性的措施： 1）降低轴承比压： ①限制最高爆发压力②加大轴颈直径③采用全支承式轴承④增大承压面间的贴合面积2）使轴承轴向负荷分布均匀①采用弹性结构的自整位式轴承，使轴承的轴向负荷分布均匀； ②采用刚性结构提高 十字头销与轴承座的刚 性，减少变形，来达到 轴向负荷均匀分布的目 的一般采用短而粗的 十字头销 ③采用反变形法拂刮轴承.,,图 弹性十字头轴承,3）保证良好的润滑和冷却。

①改变供油路线 ②提高滑油供油压力 ③合理开设油槽十字头销轴承下瓦必须开设纵向油槽；主轴承下瓦高压区不得开设油槽； ④保证合适的轴承间隙 4）采用薄壁轴瓦 5）提高保十字头销颈表面光滑程度思考题： 1．连杆有何作用？工作条件如何？ 2．十字头轴承工作条件如何？ 3．提高十字头轴承可靠性的措施有哪些？ 4．预防连杆螺栓断裂的措施有哪些？,三、曲轴组,,曲轴(crankshaft) 主轴承 推力轴承 飞轮,1．曲轴的作用 （1）通过连杆将活塞的往复运动通过连杆变成回转运动； （2）将各缸所作的功汇集起来向外输出 （3）带动保证柴油机正常工作的附属设备如喷油泵、进排气阀、起动空气分配器等 2．曲轴的工作条件 ①受力复杂：受交变的气体力、往复惯性力和离心力，以及它们所产生的弯矩和扭矩的作用②应力集中严重：一根曲轴是由若干个彼此间错开一定角度的曲柄以及功率输出端和自由端构成每个曲柄是由主轴颈、曲柄销和曲柄臂组成，曲轴上还钻有润滑油孔各种因素使曲轴内部的应力分布极不均匀，在曲柄臂和轴颈的过渡圆角处及润滑油孔周围将产生严重的应力集中其中以曲柄臂与曲柄销的过渡圆角处最为危险③附加应力很大：曲轴在径向力、切向力和扭矩的作用下会产生扭转振动、横向振动和纵向振动。

当曲轴的自振频率较低时，在柴油机工作转速范围内可能出现共振，而使振幅大大增加，产生很大的附加应力 ④轴颈遭受磨损——在润滑不良、机座或船体变形、轴承间隙不合适、超负荷或经常起停时磨损明显加剧3．对曲轴的要求 （1）具有足够的强度和刚度； （2）各轴颈应具有足够的承压面积和较高的耐磨性； （3）具有合理的曲柄排列和发火顺序 （4）疲劳强度高，工作安全可靠4．材料：常用的材料有优质碳钢、合金钢和球墨铸铁一般柴油机的曲轴常用优质碳钢制造；为了提高中、高速 强载柴油机的曲轴疲劳强度和耐磨性能，采用了合金钢制造球墨铸铁铸造的曲轴，常在强载程度不太高的中、高速柴油机中应用2、曲轴的构造 （1）曲轴的类型,①整体式：整根曲轴由整体锻造或铸造，常用于中、小型柴油机由于大型锻造设备的出现，大型低速柴油机也已有采用整体式曲轴②套合式：有半套合式和全套合式两种目前大型低速柴油机常用半套合式曲轴③焊接式：焊接工艺是近代曲轴制造工艺中一个重要成就它不仅消除了大件锻造的困难，而且还能使曲轴的重量较套合式结构有大幅度降低此外，焊接式曲轴由于其曲柄臂底部能与主轴颈外圆接近齐平，因而能使连杆长度得以缩短，从而使发动机高度大为减低。

图 MAN B&W L-MC系列柴油机焊接式曲轴 1-自由端法兰；2-轴向减振器；3-单位曲柄；4-推力环；5-功率输出端法兰,（2）曲轴的构造,曲轴主要由若干个单位曲柄和自由端、功率输出端，以及平衡重块等组成单位曲柄是曲轴的基本组成部分，由主轴颈，曲柄销和曲柄臂组成曲柄臂上装有平衡重块用以平衡离心惯性力推力环用以传递轴向推力自由端法兰安装扭振减振器输出端法兰用以连接中间轴 普通圆角：将引起轴颈有效长度的缩短 车入式圆角：不但可增大过渡圆角半径，而且轴颈的有效工作长度也不用缩短6．曲柄的排列,曲轴的曲柄都是以气缸的号数命名的气缸的排号有两种方法，一种是由自由端排起，另一种是由动力端排起我国和大部分国家都是采用自由端排起曲柄的排列是由气缸数、发火间隔角和发火顺序决定的，而气缸的发火间隔角和发火顺序要考虑以下几点： （1）曲柄的排列原则： ①动力输出要均匀，各缸间的发火间隔角应相等因此，各缸间发火间隔角应等于完成一个工作循环所需要的曲轴转角度数除以气缸数目所得的商如果有i只气缸，则单列式柴油机的发火间隔角为：,四冲程柴油机的发火间隔角=720˚/i； 二冲程柴油机的发火间隔角=360˚/i。

②要避免相邻气缸连续发火，以减轻主轴承的负荷 ③要使柴油机有良好的平衡性曲轴合理的排列可使引起振动的力和力矩减至最小 ④应考虑发火顺序对曲轴扭转振动的影响发火顺序不同，各段轴上扭矩的交变情况也不同，对轴系扭转振动的影响也不同要力求减轻扭转振动 ⑤在脉冲增压式柴油机中，为防止扫、排气相互干扰，各缸排气管要分组，要求柴油机有相应的发火顺序2）二冲程机曲柄的排列 例：某六缸二冲程机的发火顺序为1-5-3-6-2-4 ①满足曲柄的排列原则 ②若第一缸处于上止点发火时刻，则其它缸处于何位置？ （3）四冲程机曲柄的排列 例1：某六缸四冲程机的发火顺序为1-5-3-6-2-4 ①满足曲柄的排列原则 ②若第一缸处于上止点发火时刻，则其它缸处于何位置？ 例2：某六缸四冲程机的发火顺序为1-5-3-6-2-4，若第六缸处于下止点排气时刻，则其它缸处于何位置？,7．典型曲轴介绍 由若干个曲柄、自由端（首端）和功率输出端（尾端）三部分组成 （1）曲柄臂和主轴颈及曲柄销之间的连接处采用车入式圆角，经冷滚压加工，以提高疲劳强度 （2）自由端法兰可连接轴向减振器 （3）推力轴和曲轴为一体，可缩短柴油机长度 （4）推力环用于传递推力和轴向定位。

（5）飞轮,飞轮的主要功用是①使柴油机回转角速度趋于均匀。