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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,1,优质荟萃,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,2,优质荟萃,曲柄连杆机构（主要运动件 ）,3,优质荟萃,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。,4,优质荟萃,曲柄连杆机构简图,5,优质荟萃,曲柄连杆简图,6,优质荟萃,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,7,优质
2、荟萃,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,8,优质荟萃,活塞组的基本构成,9,优质荟萃,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。,10,优质荟萃,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
3、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。,11,优质荟萃,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,12,优质荟萃,活塞本体材料,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 铝合金：密度小，但热强度较差，热膨胀系数较大 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
4、综合能力。耐热合金钢一般用作组合式活塞的头部材料。,13,优质荟萃,活塞的常用材料,14,优质荟萃,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,15,优质荟萃,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,16,优质荟萃,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,17,优质荟萃,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
5、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,18,优质荟萃,筒状活塞冷却,自由喷射冷却,循环冷却,振荡冷却,19,优质荟萃,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,20,优质荟萃,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,21,优质荟萃,耐磨镶座,22,优质荟萃,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,23,优质荟萃,24,优质荟萃,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
6、）,25,优质荟萃,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,26,优质荟萃,2.2.2 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,27,优质荟萃,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),28,优
7、质荟萃,2.2.2 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,29,优质荟萃,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。（？）,30,优质荟萃,活塞环,31,优质荟萃,活塞环,活塞环的材料：硬度比气
8、缸套硬一些 (常用显微镜组织细密的珠光体基体),32,优质荟萃,活塞环材料性能参数,33,优质荟萃,活塞环镀层比较,34,优质荟萃,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,35,优质荟萃,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 ：,36,优质荟萃,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，
9、引起滑油耗量的增加。,37,优质荟萃,活塞环不同截面特点（2）,2、锥面环 优点： 上行布油 下行刮油 缩短初磨合时间 缺点： 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。 一般不能作第一道环，不能装反,38,优质荟萃,活塞环不同截面特点（3）,3、梯形环 优点： 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 侧隙中的气体产生径向分力加强了密封作用 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）,39,优质荟萃,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
10、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,40,优质荟萃,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,41,优质荟萃,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。,42,优质荟萃,活塞环,活塞环搭口： 安装时搭口要求：不在同一直线上，
11、斜口错开,a直切口 b搭切口 c斜切口,43,优质荟萃,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,44,优质荟萃,活塞环的泵油作用,45,优质荟萃,油环,油环（活塞下部12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,46,优质荟萃,2.2.2 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,47,优质荟萃,课后作业：,比较增压/非增压柴油机 大型低速柴油机的特点,48,优质荟萃,二冲程弯流式与直流式比较,49,优质荟萃,