武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu

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1、2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 1 復(fù) 習(xí) 回 顧n 柴 油 機 的 增 壓n 船 舶 柴 油 機 的 分 類 n 船 舶 柴 油 機 的 總 體 結(jié) 構(gòu) n 船 舶 柴 油 機 的 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo)n 作 業(yè) 簡 評 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 2 本 課 次 主 要 內(nèi) 容n 主 要 運 動 機 件 （ 曲 柄 連 桿 機 構(gòu) ） 簡 介 n 活 塞 組 概 述 n 筒 狀 活 塞 組 的 結(jié) 構(gòu) 特 點 2021年 4月 26日 4時 26分

2、第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 3 曲 柄 連 桿 機 構(gòu) （ 主 要 運 動 件 ）主 要 固 定 件 燃 油 系 統(tǒng) 主 要 運 動 件 配 氣 機 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 基 本 組 成 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 4 主 要 運 動 件n 主 要 運 動 件 連 桿 組 成曲 軸 十 字 頭 組 件活 塞中 小 型 柴 油 機 大 型 低 速 柴 油 機作 用 ： 將 往 復(fù) 運 動 變 為 曲 軸的 回 轉(zhuǎn) 運 動

3、 ， 使 燃 氣 推 動 活塞 的 動 力 通 過 曲 軸 以 回 轉(zhuǎn) 的方 式 向 外 輸 出 。 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 5 曲 柄 連 桿 機 構(gòu) 簡 圖 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 6 曲 柄 連 桿 簡 圖 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 7 活 塞 組 概 述n 活 塞 的 分 類n 活 塞 組 的 基 本 構(gòu) 成n 活 塞 組 的 功 用n 活 塞 的 工 作 條 件

4、n 常 用 活 塞 材 料 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 8 活 塞 的 分 類n 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 ：n 十 字 頭 式 活 塞冷 卻 式 和 組 合 式 按 散 熱 方 式 分 類 ： 水 冷 /油 冷 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 9 活 塞 組 的 基 本 構(gòu) 成 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主

5、要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 10 活 塞 組 件 的 功 用n 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 ；n 活 塞 承 受 缸 內(nèi) 氣 體 向 力 ， 經(jīng) 連 桿 傳 遞 給 曲 軸 ；n 在 筒 狀 活 塞 式 柴 油 機 中 ， 承 受 側(cè) 推 力 ， 起 往 復(fù)運 動 的 導(dǎo) 向 作 用 ；n 二 沖 程 柴 油 機 中 ， 開 啟 、 關(guān) 閉 氣 口 ， 控 制 換 氣 。 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 11 活 塞 組 的 工 作

6、條 件n 受 氣 體 力 、 往 復(fù) 慣 性 力 以 及 側(cè) 推 力 的 周 期 性 作 用 ；n 高 溫 燃 氣 體 周 期 加 熱 ， 使 活 塞 材 料 的 強 度 降 低 ，同 時 觸 火 面 產(chǎn) 生 熱 變 形 和 很 大 的 熱 應(yīng) 力 ；n 和 氣 缸 之 間 不 可 能 建 立 液 體 動 力 潤 滑 。 筒 狀 活 塞式 柴 油 機 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 中 往復(fù) 慣 性 力 ， 使 得 振 動 加 劇 。 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章

7、 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 12 活 塞 組 件 的 要 求活 塞 組 件 的 要 求n 活 塞 強 度 高 剛 度 大 ， 盡 可 能 減 輕 重 量n 氣 密 可 靠n 冷 卻 效 果 好n 摩 擦 損 失 小n 耐 磨 損 ， 較 少 的 潤 滑 油 消 耗 量 n 良 好 的 潤 滑 、 較 小 的 磨 損 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 13 活 塞 本 體 材 料1. 合 金 鑄 鐵 （ 鑄 鋼 ） ： 較 高 的 機 械 強 度 、 較 小的 熱 膨 脹 系 數(shù) 以 及 良 好 的 耐 磨

8、和 耐 腐 蝕 性 能 ，價 格 低 廉 ， 工 藝 性 好 ， 但 密 度 大 ， 吸 熱 性 和導(dǎo) 熱 性 差2. 鋁 合 金 ： 密 度 小 ， 但 熱 強 度 較 差 ， 熱 膨 脹 系數(shù) 較 大3. 球 墨 鑄 鐵 和 耐 熱 合 金 ： 在 強 載 柴 油 機 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 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 。 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 14 活 塞 的

9、 常 用 材 料分 類 構(gòu) 成 名 稱 常 用 材 料大 型 低 速 柴油 機 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 載 柴油 機 組 合 式 活 塞 頭 鑄 鋼活 塞 裙 球 墨 鑄 鐵強 化 度 小 及小 型 柴 油 機 一 體 活 塞 本 體 鋁 合 金 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 15 筒 狀 活 塞n 活 塞 的 熱 負 荷n 活 塞 的 冷 卻 方 式n 組 合 式 活 塞 的 “ 薄 壁 強 背 ” 結(jié) 構(gòu) （ 熱 負 荷 /機 械 負荷 ）n

10、 活 塞 裙 部 型 面 和 活 塞 變 形 （ 熱 變 形 ）n 活 塞 銷 n 活 塞 環(huán) 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 16 筒 狀 活 塞 組 的 結(jié) 構(gòu)n 組 成活 塞 、 活 塞 銷 、 活 塞 環(huán) 、 襯 套 和 活 塞 銷 蓋 活 塞 的 熱 負 荷 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 17 活 塞 的 熱 負 荷n 活 塞 的 熱 負 荷 概 念 和 熱 負 荷 故 障n 活 塞 熱 負 荷 的 表 達 溫 度 和 溫 度 場 熱 變 形 熱

11、應(yīng) 力n 活 塞 熱 負 荷 和 機 械 負 荷 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 18 活 塞 的 冷 卻n 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 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活

12、塞 組 19 筒 狀 活 塞 冷 卻 自 由 噴 射 冷 卻 循 環(huán) 冷 卻 振 蕩 冷 卻 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 20 組 合 式 活 塞n 頭 部 ： 球 墨 鑄 鐵 或 耐 熱合 金 鋼 材 料n 裙 部 ： 鋁 合 金 或 球 墨 鑄鐵 材 料 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 21 活 塞 的 改 善 措 施n 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

13、環(huán) 槽 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 22 耐 磨 鑲 座 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 23 活 塞 運 行 過 程 的 變 形n 活 塞 受 熱 膨 脹 （ 圖 2-6活 塞 頂 部 變 大 ）n 活 塞 裙 部 的 橢 圓 變 形 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 24 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 25 活 塞 運

14、 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 ） 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 26 筒 形 活 塞 裙 部 形 狀變 形 情 況 ：設(shè) 計 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 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 27 2.2.2 活 塞 組n 活 塞 組 的 工 作 條 件n 活 塞 本 體

15、的 常 用 材 料n 筒 狀 活 塞 組n 十 字 頭 式 柴 油 機 活 塞 組 結(jié) 構(gòu)活 塞 銷活 塞 環(huán) 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 28 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 運動 速 度 低 ， 不 易 形 成 油 膜 ， 潤 滑 條 件 差 ， 很 容 易 磨 損 。3.要 求

16、足 夠 的 疲 勞 強 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 ) 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 29 2.2.2 活 塞 組n 活 塞 組 的 工 作 條 件n 活 塞 本 體 的 常 用 材 料n 筒 狀 活 塞 組n 十 字 頭 式 柴 油 機 活 塞 組 結(jié) 構(gòu)活 塞 銷活 塞 環(huán) 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件

17、 第 一 節(jié) 活 塞 組 30 活 塞 環(huán)n 活 塞 環(huán) 的 分 類 ： 氣 環(huán) （ 密 封 環(huán) ） 和 油 環(huán)n 活 塞 環(huán) 的 作 用 ： 密 封 ,散 熱 ,調(diào) 節(jié) 滑 油 ,支 承n 活 塞 環(huán) 的 工 作 條 件 ： 1)高 溫 高 壓 燃 氣 體 力 、 往 復(fù) 慣 性 力 、 摩 擦 力 、 橫 向振 動 、 氣 口 掛 碰 等 使 得 運 動 復(fù) 雜 ； 2)缸 套 失 圓 、 錐 度 使 得 交 變 的 張 合 運 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n 氣 環(huán)

18、 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 化 第 一 道 環(huán) 。（ ？ ） 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 31 活 塞 環(huán) 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 32 活 塞 環(huán)n 活 塞 環(huán) 的 材 料 ： 硬 度 比 氣 缸 套 硬 一 些(常 用 顯 微 鏡 組 織 細 密 的 珠 光 體 基 體 )材 料 使 用 機 型普 通 灰 鑄 鐵 強 裁 度 不 高

19、 的 中 、 小 功 率 柴 油 機合 金 鑄 鐵 強 載 度 提 高 后 的 大 、 中 功 率 柴 油 機球 墨 鑄 鐵可 鍛 鑄 鐵 高 速 高 強 載 柴 油 機 的 活 塞 環(huán) 可 采 用 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 33 活 塞 環(huán) 材 料 性 能 參 數(shù) 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 34 活 塞 環(huán) 鍍 層 比 較 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 35 活 塞 環(huán)要 求

20、：n 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 ：n 提 高 耐 磨 性 ： 鍍 鉻 、 氮 化n 改 善 初 期 磨 合 性 能 ： 鍍 銅 、 磷 化 、 滲 硫n 以 防 粘 著 磨 損 ： 噴 鉬 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 36 活 塞 環(huán)n 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 ： 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 3

21、7 活 塞 環(huán) 不 同 截 面 特 點 （ 1）1、 矩 形 環(huán)n 優(yōu) 點 ： 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 加 工 方 便n 缺 點 ：（ 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 行 時 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 。 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 38 活 塞 環(huán) 不 同 截 面 特 點 （ 2）2、 錐 面 環(huán) n 優(yōu) 點 ：

22、 上 行 布 油 下 行 刮 油 縮 短 初 磨 合 時 間 n 缺 點 ： 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 5.15.0：錐 角 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 39 活 塞 環(huán) 不 同 截 面 特 點 （ 3）3、 梯 形 環(huán)n 優(yōu) 點 ： 環(huán) 的 相 對 運 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

23、 產(chǎn) 生 徑 向 分 力 加 強 了 密 封 作 用 單 側(cè) 楔 形 環(huán) ， 有 扭 曲 環(huán) 的 特 點 。 n 缺 點 ：環(huán) 的 制 造 比 較 麻 煩 ， 其 斷 面 強 度 較 低 。（ 耐 高 溫 性 好 ， 常 用 于 熱 負 荷 較 高 柴 油 機 的 第 一 道 氣 環(huán) ） 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 40 活 塞 環(huán) 不 同 截 面 特 點 （ 4）(4)扭 曲 環(huán)優(yōu) 點 ： 扭 曲 兼 有 錐 面 環(huán) 優(yōu) 點 ， 良 好 的 氣密 和 刮 油 作 用 。缺 點 ： 不 能 裝 反 ， 增 大 了 環(huán) 與

24、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 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 41 活 塞 環(huán) 不 同 截 面 特 點 （ 5）(5)桶 面 環(huán)優(yōu) 點 ： 接 觸 面 積 小 密 封 性 好 ， 磨 損 減 少 。缺 點 ： 加 工 困 難 ， 其 刮 油 作 用 并 不 強 烈 。常 用 作 強 化 柴 油 機 的 第 一 道 環(huán) 。(6)開 槽 環(huán)優(yōu) 點 ： 有 利 于 潤 滑 和 建 立 油 膜 ， 提 高 了 表 面 接觸 比 壓 2021年 4月 26日 4時 26分 第

25、 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 42 活 塞 環(huán) 不 同 截 面 特 點 （ 6）(6)開 槽 環(huán) (槽 面 環(huán) )優(yōu) 點 ： 有 利 于 潤 滑 和 建 立 油 膜 ， 提 高 了 表 面 接觸 比 壓缺 點 ： 容 易 引 起 漏 氣適 用 于 潤 滑 條 件 差 、 強 載 度 高 的 柴 油 機 。作 第 一 道 活 塞 環(huán) 時 ， 槽 數(shù) 不 能 太 多 。 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 43 活 塞 環(huán)n 活 塞 環(huán) 搭 口 ：n 安 裝 時 搭 口 要 求 ： 不 在 同 一 直 線

26、上 ， 斜 口 錯 開a直 切 口 b搭 切 口 c斜 切 口 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 44 活 塞 環(huán) 的 開 口 形 狀n 密 封 性 ： 搭 切 口 斜 切 口 直 切 口n 加 工 性 ： 直 切 口 斜 切 口 搭 切 口n 開 口 間 隙 ： 大 了 漏 氣 ， 小 了 卡 死 折 斷 。n 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 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機

27、 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 45 活 塞 環(huán) 的泵 油 作 用 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 46 油 環(huán)n 油 環(huán) （ 活 塞 下 部 12道 環(huán) ）n 油 環(huán) 結(jié) 構(gòu)n 結(jié) 構(gòu) 特 點 ： 接 觸 比 壓 大 ； 天 地 間 隙 小 ； 泄 油 孔 n 安 裝 ： 刮 刃 的 尖 端 放 在 下 方 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 47 2.2.2 活 塞 組n 活 塞 組 的 工 作 條 件n 活 塞 本 體 的 常 用 材 料n 筒 狀 活 塞 組n 十 字 頭 式 柴 油 機 活 塞 組 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 48 課 后 作 業(yè) ：n 比 較 增 壓 /非 增 壓 柴 油 機n 大 型 低 速 柴 油 機 的 特 點 2021年 4月 26日 4時 26分 第 二 章 主 要 運 動 機 件 第 一 節(jié) 活 塞 組 49 二 沖 程 彎 流 式 與 直 流 式 比 較