(武汉理工,轮机工程,船舶柴油机,主动力推进装置)lecture 3

2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组1复习回顾柴油机的增压船舶柴油机的分类船舶柴油机的总体结构船舶柴油机的主要技术指标作业简评2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组2本课次主要内容主要运动机件（曲柄连杆机构）简介活塞组概述筒状活塞组的结构特点2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组3曲柄连杆机构（主要运动件）主要固定件燃油系统主要运动件配气机构及换气系统润滑系统冷却系统起动及控制系统柴油机基本组成2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组4主要运动件主要运动件连杆组成曲轴十字头组件活塞中小型柴油机大型低速柴油机作用：将往复运动变为曲轴的回转运动，使燃气推动活塞的动力通过曲轴以回转的方式向外输出。2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组5曲柄连杆机构简图2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组6曲柄连杆简图2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组7活塞组概述活塞的分类活塞组的基本构成活塞组的功用活塞的工作条件常用活塞材料2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组8活塞的分类筒状活塞按散热方式分类：非冷却式/冷却式按结构分类：整体式/组合式按材料分类：十字头式活塞冷却式和组合式按散热方式分类：水冷/油冷2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组9活塞组的基本构成2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组10活塞组件的功用安装的活塞环，与缸套、气缸盖共同组成密闭的气缸工作空间；活塞承受缸内气体向力，经连杆传递给曲轴；在筒状活塞式柴油机中，承受侧推力，起往复运动的导向作用；二冲程柴油机中，开启、关闭气口，控制换气。2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组11活塞组的工作条件受气体力、往复惯性力以及侧推力的周期性作用；高温燃气体周期加热，使活塞材料的强度降低，同时触火面产生热变形和很大的热应力；和气缸之间不可能建立液体动力润滑。筒状活塞式柴油机的侧推力使活塞不断撞击气缸套，引起活塞变形和气缸套振动。在中、高速柴油机中往复惯性力，使得振动加剧。2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组12活塞组件的要求活塞组件的要求活塞强度高刚度大，尽可能减轻重量气密可靠冷却效果好摩擦损失小耐磨损，较少的润滑油消耗量良好的润滑、较小的磨损2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组13活塞本体材料1.合金铸铁（铸钢）：较高的机械强度、较小的热膨胀系数以及良好的耐磨和耐腐蚀性能，价格低廉，工艺性好，但密度大，吸热性和导热性差2.铝合金：密度小，但热强度较差，热膨胀系数较大3.球墨铸铁和耐热合金：在强载柴油机中，常用这种材料制成薄壁式的活塞结构，以增加其承受热负荷的综合能力。耐热合金钢一般用作组合式活塞的头部材料。2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组14活塞的常用材料分类构成名称常用材料大型低速柴油机活塞组合式活塞头耐热合金钢活塞裙耐磨（合金）铸铁中型强载柴油机组合式活塞头铸钢活塞裙球墨铸铁强化度小及小型柴油机一体活塞本体铝合金2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组15筒状活塞活塞的热负荷活塞的冷却方式组合式活塞的“薄壁强背”结构（热负荷/机械负荷）活塞裙部型面和活塞变形（热变形）活塞销活塞环2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组16筒状活塞组的结构组成活塞、活塞销、活塞环、衬套和活塞销盖活塞的热负荷2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组17活塞的热负荷活塞的热负荷概念和热负荷故障活塞热负荷的表达温度和温度场热变形热应力活塞热负荷和机械负荷2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组18活塞的冷却按其散热方式分：冷却式和非冷却式热量通过活塞环向气缸套及其外侧的冷却水带走头部结构要便于散热热量主要由冷却介质带走。(轴向散热)活塞组件1-活塞本体；2-气环；3-油环；4-活塞销2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组19筒状活塞冷却自由喷射冷却循环冷却振荡冷却2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组20组合式活塞头部：球墨铸铁或耐热合金钢材料裙部：铝合金或球墨铸铁材料2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组21活塞的改善措施改善措施：圆弧过渡：非冷却整体铝活塞隔热槽：整体铝活塞耐磨镶座：第一环槽2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组22耐磨镶座2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组23活塞运行过程的变形活塞受热膨胀（图2-6活塞顶部变大）活塞裙部的椭圆变形2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组242020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组25活塞运行过程的变形变形的原因1）气体力作用；2）侧推力作用；3）裙部金属堆积（活塞销座）2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组26筒形活塞裙部形状变形情况：设计方法(1)短轴在活塞销中心线上(2)销座周围的裙部表面内凹2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组272.2.2活塞组活塞组的工作条件活塞本体的常用材料筒状活塞组十字头式柴油机活塞组结构活塞销活塞环2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组28活塞销1.功用连接活塞与连杆，将活塞承受的力传给连杆。2.工作条件(1)承受燃烧压力产生的交变冲击力。(2)与活塞销座及连杆的配合面承压面积不能大，相对运动速度低，不易形成油膜，润滑条件差，很容易磨损。3.要求足够的疲劳强度、刚度、表面硬度和抗冲击韧性4.材料：低碳优质钢或合金钢+外表面渗碳、淬火处理(表面足够硬度，内部较高韧性)2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组292.2.2活塞组活塞组的工作条件活塞本体的常用材料筒状活塞组十字头式柴油机活塞组结构活塞销活塞环2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组30活塞环活塞环的分类：气环（密封环）和油环活塞环的作用：密封,散热,调节滑油,支承活塞环的工作条件：1)高温高压燃气体力、往复惯性力、摩擦力、横向振动、气口挂碰等使得运动复杂；2)缸套失圆、锥度使得交变的张合运动；3)润滑条件差，产生摩擦和摩损4)振动挂碰张合产生裂纹和折断,粘着后窜气而失效气环的数量：高2-3，中3-4，低5-6，油环一般是1-2道。目前的趋向是减少环数，强化第一道环。（？）2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组31活塞环2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组32活塞环活塞环的材料：硬度比气缸套硬一些(常用显微镜组织细密的珠光体基体)材料使用机型普通灰铸铁强裁度不高的中、小功率柴油机合金铸铁强载度提高后的大、中功率柴油机球墨铸铁可锻铸铁高速高强载柴油机的活塞环可采用2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组33活塞环材料性能参数2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组34活塞环镀层比较2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组35活塞环要求：密封、耐磨、抗熔着磨损、弹性、滑油调节材料工作表面的处理：提高耐磨性：镀铬、氮化改善初期磨合性能：镀铜、磷化、渗硫以防粘着磨损：喷钼2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组36活塞环活塞环截面：要求：密封+有利于磨合+控制调节作用。形状：2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组37活塞环不同截面特点（1）1、矩形环优点：结构简单，加工方便缺点：（1）与气缸壁的单位面积压力小，密封和刮油效果都较差；（2）运行时往往因活塞的热膨胀和活塞头的摇摆等原因，使环与缸壁失去正常的接触，引起滑油耗量的增加。2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组38活塞环不同截面特点（2）2、锥面环优点：①上行布油②下行刮油③缩短初磨合时间缺点：①外圆面上也受到气体压力作用，降低了密封作用，锥面角越大超为严重。②一般不能作第一道环，不能装反5.1~5.0：锥角2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组39活塞环不同截面特点（3）3、梯形环优点：①环的相对运动侧面间隙不断变化，把环槽中的积碳压碎并挤压出去②侧隙中的气体产生径向分力加强了密封作用③单侧楔形环，有扭曲环的特点。缺点：环的制造比较麻烦，其断面强度较低。（耐高温性好，常用于热负荷较高柴油机的第一道气环）2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组40活塞环不同截面特点（4）(4)扭曲环优点：扭曲兼有锥面环优点，良好的气密和刮油作用。缺点：不能装反，增大了环与环槽侧面的磨损内切槽环切槽朝上，外切槽环切槽朝下2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组41活塞环不同截面特点（5）(5)桶面环优点：接触面积小密封性好，磨损减少。缺点：加工困难，其刮油作用并不强烈。常用作强化柴油机的第一道环。(6)开槽环优点：有利于润滑和建立油膜，提高了表面接触比压2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组42活塞环不同截面特点（6）(6)开槽环(槽面环)优点：有利于润滑和建立油膜，提高了表面接触比压缺点：容易引起漏气适用于润滑条件差、强载度高的柴油机。作第一道活塞环时，槽数不能太多。2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组43活塞环活塞环搭口：安装时搭口要求：不在同一直线上，斜口错开a直切口b搭切口c斜切口2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组44活塞环的开口形状密封性：搭切口〉斜切口〉直切口加工性：直切口〉斜切口〉搭切口开口间隙：大了漏气，小了卡死折断。端面间隙：过小易卡死而失去密封性，过大则泵油现象严重。a直切口b搭切口c斜切口2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组45活塞环的泵油作用2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组46油环油环（活塞下部1~2道环）油环结构结构特点：接触比压大；天地间隙小；泄油孔安装：刮刃的尖端放在下方2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组472.2.2活塞组活塞组的工作条件活塞本体的常用材料筒状活塞组十字头式柴油机活塞组2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组48课后作业：比较增压/非增压柴油机大型低速柴油机的特点2020年9月19日10时54分第二章主要运动机件第一节活塞组49二冲程弯流式与直流式比较