武漢理工輪機(jī)工程船舶柴油機(jī)主動力推進(jìn)裝置lecture3

2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組1本課次主要內(nèi)容主要運(yùn)動機(jī)件（曲柄連桿機(jī)構(gòu)）簡介活塞組概述筒狀活塞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組2曲柄連桿機(jī)構(gòu)（主要運(yùn)動件）主要固定件燃油系統(tǒng)主要運(yùn)動件配氣機(jī)構(gòu)及換氣系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)起動及控制系統(tǒng)柴油機(jī)基本組成2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組3主要運(yùn)動件主要運(yùn)動件連桿組成曲軸十字頭組件活塞中小型柴油機(jī)大型低速柴油機(jī)作用：將往復(fù)運(yùn)動變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，使燃?xì)馔苿踊钊膭恿νㄟ^曲軸以回轉(zhuǎn)的方式向外輸出。2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組4曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡圖2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組5曲柄連桿簡圖2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組6活塞組概述活塞的分類活塞組的基本構(gòu)成活塞組的功用活塞的工作條件常用活塞材料2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組7

活塞的分類筒狀活塞

按散熱方式分類：非冷卻式/冷卻式按結(jié)構(gòu)分類：整體式/組合式按材料分類：十字頭式活塞 冷卻式和組合式按散熱方式分類：水冷/油冷

2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組8活塞組的基本構(gòu)成2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組9活塞組件的功用安裝的活塞環(huán)，與缸套、氣缸蓋共同組成密閉的氣缸工作空間；活塞承受缸內(nèi)氣體向力，經(jīng)連桿傳遞給曲軸；在筒狀活塞式柴油機(jī)中，承受側(cè)推力，起往復(fù)運(yùn)動的導(dǎo)向作用；二沖程柴油機(jī)中，開啟、關(guān)閉氣口，控制換氣。2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組10活塞組的工作條件受氣體力、往復(fù)慣性力以及側(cè)推力的周期性作用；高溫燃?xì)怏w周期加熱，使活塞材料的強(qiáng)度降低，同時(shí)觸火面產(chǎn)生熱變形和很大的熱應(yīng)力；和氣缸之間不可能建立液體動力潤滑。筒狀活塞式柴油機(jī)的側(cè)推力使活塞不斷撞擊氣缸套，引起活塞變形和氣缸套振動。在中、高速柴油機(jī)中往復(fù)慣性力，使得振動加劇。2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組11活塞組件的要求活塞組件的要求活塞強(qiáng)度高剛度大，盡可能減輕重量氣密可靠冷卻效果好摩擦損失小耐磨損，較少的潤滑油消耗量良好的潤滑、較小的磨損2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組12活塞本體材料

合金鑄鐵（鑄鋼）：較高的機(jī)械強(qiáng)度、較小的熱膨脹系數(shù)以及良好的耐磨和耐腐蝕性能，價(jià)格低廉，工藝性好，但密度大，吸熱性和導(dǎo)熱性差鋁合金：密度小，但熱強(qiáng)度較差，熱膨脹系數(shù)較大球墨鑄鐵和耐熱合金：在強(qiáng)載柴油機(jī)中，常用這種材料制成薄壁式的活塞結(jié)構(gòu)，以增加其承受熱負(fù)荷的綜合能力。耐熱合金鋼一般用作組合式活塞的頭部材料。2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組13活塞的常用材料分類構(gòu)成名稱常用材料大型低速柴油機(jī)活塞組合式活塞頭耐熱合金鋼活塞裙耐磨（合金）鑄鐵中型強(qiáng)載柴油機(jī)組合式活塞頭鑄鋼活塞裙球墨鑄鐵強(qiáng)化度小及小型柴油機(jī)一體活塞本體鋁合金2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組14筒狀活塞活塞的熱負(fù)荷活塞的冷卻方式組合式活塞的“薄壁強(qiáng)背”結(jié)構(gòu)（熱負(fù)荷/機(jī)械負(fù)荷）活塞裙部型面和活塞變形（熱變形）活塞銷活塞環(huán)2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組15筒狀活塞組的結(jié)構(gòu)組成活塞、活塞銷、活塞環(huán)、襯套和活塞銷蓋活塞的熱負(fù)荷2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組16活塞的熱負(fù)荷活塞的熱負(fù)荷概念和熱負(fù)荷故障活塞熱負(fù)荷的表達(dá)溫度和溫度場熱變形熱應(yīng)力活塞熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組17活塞的冷卻按其散熱方式分：冷卻式和非冷卻式熱量通過活塞環(huán)向氣缸套及其外側(cè)的冷卻水帶走頭部結(jié)構(gòu)要便于散熱熱量主要由冷卻介質(zhì)帶走。(軸向散熱)活塞組件1-活塞本體；2-氣環(huán)；3-油環(huán)；4-活塞銷2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組18筒狀活塞冷卻自由噴射冷卻循環(huán)冷卻振蕩冷卻2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組19組合式活塞頭部：球墨鑄鐵或耐熱合金鋼材料裙部：鋁合金或球墨鑄鐵材料2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組20活塞的改善措施改善措施：圓弧過渡：非冷卻整體鋁活塞隔熱槽：整體鋁活塞耐磨鑲座：第一環(huán)槽

2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組21耐磨鑲座

2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組22活塞運(yùn)行過程的變形活塞受熱膨脹（圖2-6活塞頂部變大）活塞裙部的橢圓變形2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組232024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組24活塞運(yùn)行過程的變形變形的原因1）氣體力作用；2）側(cè)推力作用；3）裙部金屬堆積（活塞銷座）2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組25筒形活塞裙部形狀

變形情況：設(shè)計(jì)方法

(1)短軸在活塞銷中心線上

(2)銷座周圍的裙部表面內(nèi)凹2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組262.2.2活塞組活塞組的工作條件活塞本體的常用材料筒狀活塞組十字頭式柴油機(jī)活塞組結(jié)構(gòu)活塞銷活塞環(huán)2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組27活塞銷1.功用連接活塞與連桿，將活塞承受的力傳給連桿。2.工作條件(1)承受燃燒壓力產(chǎn)生的交變沖擊力。(2)與活塞銷座及連桿的配合面承壓面積不能大，相對運(yùn)動速度低，不易形成油膜，潤滑條件差，很容易磨損。3.要求足夠的疲勞強(qiáng)度、剛度、表面硬度和抗沖擊韌性4.材料：低碳優(yōu)質(zhì)鋼或合金鋼+外表面滲碳、淬火處理(表面足夠硬度，內(nèi)部較高韌性)2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組282.2.2活塞組活塞組的工作條件活塞本體的常用材料筒狀活塞組十字頭式柴油機(jī)活塞組結(jié)構(gòu)活塞銷活塞環(huán)2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組29活塞環(huán)活塞環(huán)的分類：氣環(huán)（密封環(huán)）和油環(huán)活塞環(huán)的作用：密封,散熱,調(diào)節(jié)滑油,支承活塞環(huán)的工作條件：

1)高溫高壓燃?xì)怏w力、往復(fù)慣性力、摩擦力、橫向振動、氣口掛碰等使得運(yùn)動復(fù)雜；

2)缸套失圓、錐度使得交變的張合運(yùn)動；

3)潤滑條件差，產(chǎn)生摩擦和摩損

4)振動掛碰張合產(chǎn)生裂紋和折斷,粘著后竄氣而失效氣環(huán)的數(shù)量：高2-3，中3-4，低5-6，油環(huán)一般是1-2道。目前的趨向是減少環(huán)數(shù)，強(qiáng)化第一道環(huán)。（？）2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組30活塞環(huán)2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組31活塞環(huán)活塞環(huán)的材料：硬度比氣缸套硬一些(常用顯微鏡組織細(xì)密的珠光體基體)材料使用機(jī)型普通灰鑄鐵強(qiáng)裁度不高的中、小功率柴油機(jī)合金鑄鐵強(qiáng)載度提高后的大、中功率柴油機(jī)球墨鑄鐵可鍛鑄鐵高速高強(qiáng)載柴油機(jī)的活塞環(huán)可采用2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組32活塞環(huán)材料性能參數(shù)2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組33活塞環(huán)鍍層比較2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組34活塞環(huán)要求：密封、耐磨、抗熔著磨損、彈性、滑油調(diào)節(jié)材料工作表面的處理：提高耐磨性：鍍鉻、氮化改善初期磨合性能：鍍銅、磷化、滲硫以防粘著磨損：噴鉬2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組35活塞環(huán)活塞環(huán)截面：要求：密封+有利于磨合+控制調(diào)節(jié)作用。形狀：2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組36活塞環(huán)不同截面特點(diǎn)（1）1、矩形環(huán)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便缺點(diǎn)：（1）與氣缸壁的單位面積壓力小，密封和刮油效果都較差；（2）運(yùn)行時(shí)往往因活塞的熱膨脹和活塞頭的搖擺等原因，使環(huán)與缸壁失去正常的接觸，引起滑油耗量的增加。2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組37活塞環(huán)不同截面特點(diǎn)（2）2、錐面環(huán)優(yōu)點(diǎn)：上行布油下行刮油縮短初磨合時(shí)間缺點(diǎn)：外圓面上也受到氣體壓力作用，降低了密封作用，錐面角越大超為嚴(yán)重。一般不能作第一道環(huán)，不能裝反2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組38活塞環(huán)不同截面特點(diǎn)（3）3、梯形環(huán)優(yōu)點(diǎn)：環(huán)的相對運(yùn)動側(cè)面間隙不斷變化，把環(huán)槽中的積碳壓碎并擠壓出去側(cè)隙中的氣體產(chǎn)生徑向分力加強(qiáng)了密封作用單側(cè)楔形環(huán)，有扭曲環(huán)的特點(diǎn)。缺點(diǎn)：環(huán)的制造比較麻煩，其斷面強(qiáng)度較低。（耐高溫性好，常用于熱負(fù)荷較高柴油機(jī)的第一道氣環(huán)）2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組39活塞環(huán)不同截面特點(diǎn)（4）(4)扭曲環(huán)優(yōu)點(diǎn)：扭曲兼有錐面環(huán)優(yōu)點(diǎn)，良好的氣密和刮油作用。缺點(diǎn)：不能裝反，增大了環(huán)與環(huán)槽側(cè)面的磨損內(nèi)切槽環(huán)切槽朝上，外切槽環(huán)切槽朝下

2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組40活塞環(huán)不同截面特點(diǎn)（5）(5)桶面環(huán)優(yōu)點(diǎn)：接觸面積小密封性好，磨損減少。缺點(diǎn)：加工困難，其刮油作用并不強(qiáng)烈。常用作強(qiáng)化柴油機(jī)的第一道環(huán)。(6)開槽環(huán)優(yōu)點(diǎn)：有利于潤滑和建立油膜，提高了表面接觸比壓2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組41活塞環(huán)不同截面特點(diǎn)（6）(6)開槽環(huán)(槽面環(huán))優(yōu)點(diǎn)：有利于潤滑和建立油膜，提高了表面接觸比壓缺點(diǎn)：容易引起漏氣適用于潤滑條件差、強(qiáng)載度高的柴油機(jī)。作第一道活塞環(huán)時(shí)，槽數(shù)不能太多。2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組42活塞環(huán)活塞環(huán)搭口：安裝時(shí)搭口要求：不在同一直線上，斜口錯開a直切口b搭切口c斜切口2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組43活塞環(huán)的開口形狀密封性：搭切口〉斜切口〉直切口加工性：直切口〉斜切口〉搭切口開口間隙：大了漏氣，小了卡死折斷。端面間隙：過小易卡死而失去密封性，過大則泵油現(xiàn)象嚴(yán)重。

a直切口b搭切口c斜切口2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組44

活塞環(huán)的

泵油作用2024/11/714:21第二章主要運(yùn)動機(jī)件第一節(jié)活塞組45油