武漢理工輪機(jī)工程船舶柴油機(jī)主動(dòng)力推進(jìn)裝置lectu.ppt

2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,1,復(fù)習(xí)回顧,柴油機(jī)的增壓 船舶柴油機(jī)的分類 船舶柴油機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 船舶柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) 作業(yè)簡(jiǎn)評(píng),2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,2,本課次主要內(nèi)容,主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件（曲柄連桿機(jī)構(gòu)）簡(jiǎn)介 活塞組概述 筒狀活塞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,3,曲柄連桿機(jī)構(gòu)（主要運(yùn)動(dòng)件 ）,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,4,主要運(yùn)動(dòng)件,主要運(yùn)動(dòng)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(dòng)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使燃?xì)馔苿?dòng)活塞的動(dòng)力通過曲軸以回轉(zhuǎn)的方式向外輸出。,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,5,曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,6,曲柄連桿簡(jiǎn)圖,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,7,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,8,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,9,活塞組的基本構(gòu)成,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,10,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(dòng)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。,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,11,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(dòng)力潤(rùn)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(dòng)。在中、高速柴油機(jī)中往復(fù)慣性力，使得振動(dòng)加劇。,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,12,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(rùn)滑油消耗量 良好的潤(rùn)滑、較小的磨損,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,13,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。,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,14,活塞的常用材料,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,15,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),2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,16,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,17,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(chǎng) 熱變形 熱應(yīng)力 活塞熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,18,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,19,筒狀活塞冷卻,自由噴射冷卻,循環(huán)冷卻,振蕩冷卻,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,20,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,21,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,22,耐磨鑲座,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,23,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,24,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,25,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）,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,26,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,27,2.2.2 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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)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(duì)運(yùn)動(dòng)速度低，不易形成油膜，潤(rùn)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),2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,29,2.2.2 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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,30,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(dòng)、氣口掛碰等使得運(yùn)動(dòng)復(fù)雜； 2)缸套失圓、錐度使得交變的張合運(yùn)動(dòng)； 3)潤(rùn)滑條件差，產(chǎn)生摩擦和摩損 4)振動(dòng)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)。（？）,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,31,活塞環(huán),2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,32,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),2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,33,活塞環(huán)材料性能參數(shù),2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,34,活塞環(huán)鍍層比較,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,35,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,36,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 ：,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,37,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(jiǎn)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。,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,38,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,39,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(duì)運(yùn)動(dòng)側(cè)面間隙不斷變化，把環(huán)槽中的積碳?jí)核椴D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)）,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,40,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,41,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(rùn)滑和建立油膜 ，提高了表面接觸比壓,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,42,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(rùn)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(rùn)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。,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,43,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(cuò)開,a直切口 b搭切口 c斜切口,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,44,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,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,45,活塞環(huán)的 泵油作用,2019年7月13日12時(shí)20分,第二章 主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件 第一節(jié) 活塞組,46,油環(huán),油環(huán)（活塞下部12道環(huán)） 油環(huán)