柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)及主要部件

1、第二章 柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)及主要部件第一節(jié) 柴油機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 固定件 運(yùn)動(dòng)件 換氣系統(tǒng) 燃油系統(tǒng) 潤(rùn)滑系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng) 起動(dòng)和控制系統(tǒng)一、燃燒室部件承受的負(fù)荷及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第二節(jié) 燃燒室部件燃燒室：當(dāng)活塞處在上止點(diǎn)時(shí)，由氣缸蓋底面、氣缸套內(nèi)表面及活塞頂共同組成的燃料與空氣混合和燃燒的空間 1、機(jī)械負(fù)荷2、熱負(fù)荷3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、機(jī)械負(fù)荷 機(jī)械負(fù)荷指柴油機(jī)部件承受最高燃燒壓力、慣性力、振動(dòng)沖擊等的強(qiáng)烈程度。 (1)安裝預(yù)緊力引起的負(fù)荷(2)氣體力引起的機(jī)械應(yīng)力(1)安裝預(yù)緊力引起的負(fù)荷螺栓的預(yù)緊力p=(.)R1氣缸蓋上表面安裝應(yīng)力為拉應(yīng)力 下表面為壓應(yīng)力 大小與螺栓預(yù)緊力成正比 與氣缸蓋的高度成反比氣缸套 安

2、裝應(yīng)力主要存在于其上部的凸肩部位 應(yīng)力的大小與螺栓預(yù)緊力成正比， 與其凸肩的高度成反比Pz(2)氣體力引起的機(jī)械應(yīng)力氣缸蓋 水冷面為拉應(yīng)力 觸火面為壓應(yīng)力zupR22 彎曲應(yīng)力與缸蓋底板半徑的平方成正比， 與底板厚度的平方成反比oPzrtr氣缸套 切向應(yīng)力內(nèi)表面最大，外表面最小 徑向應(yīng)力內(nèi)表面最大，外表面為0活塞 活塞頂板在最高燃燒壓力作用下 產(chǎn)生很大的彎矩和彎曲應(yīng)力 水冷面為拉應(yīng)力 觸火面為壓應(yīng)力燃燒室部件中由氣體壓力而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力都和最高爆發(fā)壓力成正比，與部件壁厚成反比2、熱負(fù)荷 熱負(fù)荷是指柴油機(jī)的燃燒室部件承受溫度、熱流量及熱應(yīng)力的強(qiáng)烈程度。熱負(fù)荷的表示方法: 熱應(yīng)力：由溫差作用形成的

3、應(yīng)力稱熱應(yīng)力 熱流密度q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位面積的熱流量 q=Q/F溫度場(chǎng)：受熱部件中溫度分布圖，準(zhǔn)確表示受熱 部件的熱負(fù)荷排氣溫度：簡(jiǎn)單、實(shí)用由溫差作用形成的應(yīng)力稱熱應(yīng)力qtt21壓應(yīng)力 火側(cè) t1 拉應(yīng)力 水側(cè) t2活塞頂板（）212)(21212121qEqtt-板厚 -膨脹系數(shù)q-熱流密度 -導(dǎo)熱系數(shù)-泊松比 E-彈性模數(shù) 熱應(yīng)力火側(cè)為壓應(yīng)力，水側(cè)為拉應(yīng)力與熱流密度成正比，與壁厚成正比塑變后尺寸 原尺寸壓應(yīng)力 火側(cè) t1 拉應(yīng)力 水側(cè) t2活塞頂板停車(chē)?yán)瓚?yīng)力停車(chē)壓應(yīng)力熱疲勞 熱疲勞產(chǎn)生的裂紋多數(shù)在觸火面上形成和發(fā)展，以致造成損壞，因?yàn)檫@里受到較大的殘余拉應(yīng)力和較大的熱應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力合成的壓

4、應(yīng)力的交變作用。燃燒室部件在交變的熱應(yīng)力作用下出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象稱熱疲勞。熱疲勞與柴油機(jī)的累計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)并無(wú)多大關(guān)系，主要取決于機(jī)器 的起動(dòng)運(yùn)行停車(chē)的循環(huán)次數(shù)，故亦稱低頻應(yīng)力。3、燃燒室部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 為了降低活塞頂板的機(jī)械應(yīng)力，應(yīng)增加活塞頂?shù)暮穸?活塞頂板厚度的增加又會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力的增加鉆孔冷卻 冷卻水孔實(shí)際上將壁分為冷熱兩部分， 熱區(qū)很薄薄壁，減少了熱應(yīng)力； 冷區(qū)很厚強(qiáng)背，減少了機(jī)械應(yīng)力。薄壁強(qiáng)背結(jié)構(gòu)：薄壁就是燃燒室部件的受熱壁 要薄，以減少熱應(yīng)力；強(qiáng)背就是在薄壁的背面 設(shè)置強(qiáng)有力的支承，以降低機(jī)械應(yīng)力。二、活塞第二節(jié) 燃燒室部件1、活塞的構(gòu)造2、活塞銷3、活塞的冷卻4、活塞環(huán)和承磨環(huán)5、活塞桿填料函

5、1活塞的構(gòu)造作用： 在保證密封的情況下，完成壓縮和膨脹過(guò)程 組成運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將力經(jīng)連桿傳遞給曲軸； 筒型機(jī)中承受側(cè)推力，起滑塊作用 在二沖程機(jī)中，啟閉氣口,起滑塊作用。工作條件： 受燃?xì)飧邷?、高壓、腐蝕、燒蝕作用 熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷很高，容易發(fā)生裂紋和變形 磨擦與撞擊，潤(rùn)滑困難，磨損嚴(yán)重 具有較大的慣性力，柴油機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)/ 強(qiáng)度高、剛度大;密封可靠;散熱性好、冷卻效果好;摩擦損失小、耐磨損;中、高速柴油機(jī)還要求活塞重量輕。要求：十字頭式柴油機(jī)活塞-活塞頭：耐熱合金鋼-活塞裙：耐磨鑄鐵-頭和裙組裝于活塞桿上-活塞桿由段鋼制造-有四道活塞環(huán)-活塞內(nèi)有冷卻腔，振蕩冷卻-活塞桿內(nèi)有插管-短裙S-MC-C活

6、塞筒形活塞式柴油機(jī)活塞 Wrtsil32-由活塞頭、活塞裙、活塞環(huán) 和活塞銷組成（小機(jī)器頭、裙一體制造）-頭部用鑄鋼，裙部用球墨鑄鐵-頭部有冷卻腔-有兩道壓縮環(huán)和一道刮油環(huán)-裙部造得堅(jiān)韌以承受側(cè)推力-銷孔兩端切槽以適應(yīng)變形2、活塞銷 作用：筒形活塞中連接活塞和連桿小端 傳遞氣體力和慣性力 工作條件：尺寸小、潤(rùn)滑條件也較差、受摩擦 和磨損 要求：足夠的耐疲勞強(qiáng)度、抗沖擊，耐磨損和 重量輕 材料：優(yōu)質(zhì)碳鋼或低碳合金鋼，表面滲碳淬火 結(jié)構(gòu)形式：浮動(dòng)式、固定式和半浮動(dòng)式。3、活塞的冷卻 冷卻液的輸送方式：筒形機(jī)在曲軸連桿機(jī)構(gòu)中開(kāi)通道 十字頭機(jī)有套管式和鉸鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)非冷卻式活塞(徑向散熱型)熱量主要通過(guò)活

7、塞環(huán)傳自氣缸套并通過(guò)冷卻水帶走冷卻式活塞(軸向散熱型)使用冷卻介質(zhì)(如淡水、滑油)對(duì)活塞頂內(nèi)腔進(jìn)行強(qiáng)制冷卻冷卻方式 ： 自由噴射冷卻 循環(huán)冷卻 振蕩冷卻 噴射振蕩冷卻 套管式機(jī)構(gòu)鉸鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)4、活塞環(huán)和承磨環(huán)壓縮環(huán)(氣環(huán))、 刮油環(huán)活塞環(huán)的工作條件和要求 活塞環(huán)的工作條件：受到高溫高壓燃?xì)獾淖饔檬謴?fù)雜的運(yùn)動(dòng)嚴(yán)重的摩擦和磨損潤(rùn)滑條件較差可能產(chǎn)生裂紋或折斷 要求:良好的密封性能，耐磨，特別是抗熔著磨損的性能要高；要有適當(dāng)?shù)膹椥裕銐虻膹?qiáng)度和熱穩(wěn)定性。 作用： 密封、傳熱氣環(huán) 斷面形式：a為矩形環(huán) b為梯形環(huán)c為倒角環(huán) d 扭曲環(huán) 搭口形式直搭口 斜搭口 重疊搭口密封原理： 本身彈性和氣體壓力高速柴

8、油機(jī)裝3道5道，低速柴油機(jī)裝4道6道活塞環(huán)材料要求及制造工藝 材料要求：彈性較好，摩擦系數(shù)小，耐磨、耐高溫；有良好的 初期磨合性、貯油性和耐酸腐蝕。一般采用合金鑄鐵(加硼、高硅)、可鍛鑄鐵、球墨 鑄鐵 制造工藝：表面鍍鉻； 內(nèi)表面刻紋以提高彈性； 松孔鍍鉻； 外表面開(kāi)設(shè)蓄油溝槽。環(huán)外表面鍍銅以利磨合；噴鍍鉬以防止粘著磨損等。油 環(huán) 油環(huán)的結(jié)構(gòu)、原理 單刃油環(huán)、雙刃刮油環(huán)飛濺潤(rùn)滑 做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的曲柄銷軸承 把潤(rùn)滑油甩到氣缸壁上。氣環(huán)的泵油作用承磨環(huán) 作用：專為十字頭式活塞與氣缸的磨合而設(shè)置5、活塞桿填料函 作用 防止掃氣空氣和污油、污物漏入曲軸箱，以免加熱和污染曲軸箱滑油，腐蝕曲軸與連桿等部件。防

9、止曲軸箱中的滑油進(jìn)到掃氣箱中，污染掃氣空氣第二節(jié) 燃燒室部件三、氣缸作用、工作條件氣缸的構(gòu)造氣缸套的磨損和穴蝕材料：灰鑄鐵（體） 灰鑄鐵、耐磨合金鑄鐵或球墨鑄鐵（套）氣缸的構(gòu)造氣缸套的磨損和穴蝕 氣缸套的磨損 熔著磨損 磨料磨損 腐蝕磨損防止穴蝕的措施： 降低缸套振動(dòng) 提高缸套抗穴蝕能力 冷卻水腔結(jié)構(gòu)合理，水流平順 進(jìn)行水處理以提高其消振性能等 管理中應(yīng)控制冷卻水溫水壓氣缸套的穴蝕 在氣缸套外表面冷卻壁上出現(xiàn)光亮無(wú)沉淀物的蜂窩狀小孔群損傷現(xiàn)象稱為穴蝕原理 空泡腐蝕和電化學(xué)腐蝕四、氣缸蓋氣缸蓋的材料和構(gòu)造 氣缸蓋的構(gòu)造大型低速柴油機(jī)氣缸蓋 中速柴油機(jī)氣缸蓋 材料: 鑄鐵、鑄鋼和鍛鋼第二節(jié) 燃燒室

10、部件作用、工作條件五、燃燒室部件的管理1燃燒室部件的常見(jiàn)損傷形式1) 裂紋2）活塞頂燒損3）活塞環(huán)的異常磨損、粘著和折斷4）氣缸套過(guò)度磨損2燃燒室部件的管理要點(diǎn)第二節(jié) 燃燒室部件1) 裂紋 裂紋故障中氣缸蓋的裂紋較為多見(jiàn),原因主要由熱疲勞及應(yīng)力集中現(xiàn)象引起原因：機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用2）活塞頂燒損 活塞頂燒損在直流掃氣及油冷柴油機(jī)活塞上出現(xiàn)的較多活塞頂高溫下氧化變薄 正常磨損：磨損速度0.30.5 mm/kh厚度均勻 異常磨損: 磨損速度很快 磨損后厚度極不均勻 原因：設(shè)計(jì)、材質(zhì)、熱處理等因素管理：磨合不良、運(yùn)行中超負(fù)荷、潤(rùn)滑不好、滑油品質(zhì)不合要求、 燃燒不良、冷卻不佳、摩擦表面有硬質(zhì)顆粒等(1)活塞環(huán)的異常磨損(2)活塞環(huán)的粘著 活塞環(huán)槽內(nèi)有沉積物和積炭使活塞環(huán)在環(huán)槽中不能自由運(yùn)動(dòng) 原因：活塞或氣缸過(guò)熱、滑油過(guò)多、滑油不凈、燃燒不良等（3）活塞環(huán)的折斷 原因：搭口間隙過(guò)小環(huán)槽內(nèi)積炭活塞環(huán)壓入 造成環(huán)斷的主要因素氣缸套失圓、環(huán)端掛氣口、環(huán)槽過(guò)度磨損等 影響：燃燒室的密封性，而且碎塊也容易進(jìn)入增壓器，使增壓器損傷。4）氣缸套過(guò)度磨損 原因：I. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用、加工裝配質(zhì)量 II. 管理： 氣缸或活塞過(guò)熱， 活塞環(huán)密封性不好， 刮油環(huán)裝得不對(duì)或刮油性能下降； 燃油、滑油或進(jìn)氣中含硬質(zhì)顆粒過(guò)多； 磨合不良； 氣缸油量