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1、第二章 柴油机结构、结构分析及主要部件,第一节 燃烧室部件 第二节 曲柄连杆机构 第三节 机架、机座和贯穿螺栓,第一节 燃烧室部件,一、工作条件和承受的负荷 二、燃烧室部件的构造 三、燃烧室部件的管理,一、燃烧室部件的工作条件和承受的负荷,燃烧室部件的工作条件 气缸盖 气缸 活塞 燃烧室部件承受的负荷 机械负荷 安装预紧力引起的负荷 气体力引起的机械应力 热负荷 热负荷的表示方法 热应力 热疲劳 强化程度高的柴油机燃烧室部件的理想结构,燃烧室及燃烧室表面的温度,燃烧室：当活塞处于上止点时，由气缸盖底面、气缸套内表面及活塞顶共同组成的燃料与空气混合和燃烧的这一空间，称为燃烧室。,气缸盖的作用、工
2、作条件、要求、材料,气缸盖附件： 喷油器、气缸启动阀、安全示功阀、排气阀、进气阀（四冲程机上） 布置进、排气道气阀摇臂机构（对于安置进排气阀的气缸盖） 工作条件： 承受机械应力和热应力（螺栓预紧力、缸套支反力、燃气的高压、高温） 冷却水腔的腐蚀作用 温差引起的附加应力（在“鼻梁区”工作条件更为恶劣） 要求： 足够的强度和刚度； 力求各部位温度分布合适且均匀（良好的冷却温度） 拆装维护方便、水垢易清洁 材料：铸铁、铸钢、锻钢（增压度较高的大型二冲程机） 气缸盖与气缸套之间的气密通常可通过采用紫铜垫床或两接触面精加工来保证。,气缸的作用、工作条件、要求、材料,作用： 是燃烧室部件中的主体； 外部安
3、装扫气箱、排气管、凸轮箱和增压器； 筒形活塞式柴油机中起导承作用，承受活塞的侧推力； 二冲程机的要开气口，布置气道（有的还把下部作为扫气泵的空间） 工作条件： 上部：气缸盖安装预紧力； 内壁：高温、高压和冷腐蚀；活塞的摩擦、敲击和侧推力作用 外壁：腐蚀和穴蚀（冷却水空间） 承受压力（贯穿螺栓）、承受拉力（非贯穿螺栓） 要求： 足够的强度和刚度； 良好的耐磨性和抗腐蚀性； 良好的润滑和冷却； 可靠的气封（紫铜垫圈或精加工）和水封（橡胶密封圈） 材料：灰口铸铁（气缸体）、耐磨合金铸铁或球墨铸铁,作用： 与连杆、曲轴等部件组成运动机构，将气体力经连杆传给曲轴； 在筒形活塞式柴油机中，承受侧推力，起滑
4、块的作用； 在二冲程柴油机中，启闭气口，控制换气。 工作条件： 燃气高温、高压、烧蚀、腐蚀 摩擦、撞击 特别是：热应力、热变形及机械变形、振动（筒形活塞式柴油机气缸套外表面的穴蚀的主要原因） 要求：强度高、刚度大、密封可靠、散热性好、冷却效果好、摩擦损失小、耐磨性好，重量轻 材料： 合金铸铁：机械强度高、热膨胀系数小、耐磨、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，热强度较差，热膨胀系数大 球墨铸铁：热膨胀系数与气缸套接近，配合性能好，机械强度较高，用于组合式活塞头部的材料 耐热合金钢：承受热负荷和机械负荷较高，组合式活塞的头部,活塞的作用、工作条件、要求、材料
5、,机械负荷,是指柴油机部件承受最高燃烧压力、惯性力、振动冲击（产生附加应力）等的强烈程度。 气缸盖和气缸套主要是气体压力和安装预紧力 活塞主要是气体压力和往复惯性力。 机械负荷的特点：周期交变；具有冲击性,安装预紧力引起的负荷,气缸盖 上表面：拉应力；下表面：压应力 气缸盖受力简图 气缸套 凸肩部位：拉应力、剪应力以及弯曲应力（在危险断面处） 凸肩部位受力图 气缸盖、气缸套承受的应力： 与螺栓预紧力成正比 与气缸盖（缸套凸肩）的高度成反比。 安装气缸盖时预紧力pd不可过大与过小。 安装预紧力： pd(1.252)R12pz（R1密封环带平均半径），以保证柴油机在运转中的任何工况下，气缸盖不与气
6、缸套脱开。,气体力引起的机械应力,气体力是周期变化的，最大值为pz，频率与转速n有关，亦称为高频应力，由此产生的疲劳称为脉动应力疲劳。比安装应力大，都和最高爆发压力成正比，与部件壁厚成反比。 气缸盖 水冷面（上表面）拉应力 触火面（下表面）压应力 气缸套（按厚壁圆筒计算结果） 触火面：最大切向拉应力；最大径向压应力 水冷面：最小切向拉应力；径向应力为零 气缸套机械应力分布图 活塞 触火面（上表面）压应力 水冷面（下表面）拉应力,热负荷,是指柴油机的燃烧室部件承受温度、热流量及热应力的强烈程度。 热负荷过高对燃烧室部件所造成的危害： 使材料的机械性能下降，承载能力下降； 使受热部件膨胀、变形，改
7、变原来的正常工作间隙； 使润滑表面滑油迅速变质、结焦、蒸发甚至烧掉； 使有些部件（如活塞顶）受热面烧蚀； 使受热部件承受的热应力过大，产生疲劳破坏等。 为此，机械负荷和热负荷是限制柴油机提高强化度的主要原因（特别是热负荷）。,热负荷的表示方法,热流密度q =Q（tA） ：单位时间t内，通过单位散热面积A的散热量Q，有时不够准确。 温度场：受热部件中的温度分布图，以受热部件中的等温度曲线表示。可以准确地表示和评定热负荷。 热应力：由温差作用形成的应力。后述 排气温度：简单而实用。柴油机说明书上给出的排气温度的最高值，作为限制热负荷大小的标准。（一般不高于550） 比活塞功率：单位活塞面积上的有效
8、功率。,热应力,由温差作用形成的应力，称为热应力 一个假设：受热部件有一个所谓在平均温度下的中性层不变形，上下表面相对中性层产生变形 活塞、气缸盖的热应力 触火面：压应力 水冷面：拉应力 气缸套的热应力（按薄壁筒计算） 触火面：切向压应力 水冷面：切向拉应力 内外表面径向应力为零 柴油机稳定工作状态时温差不变，热应力与柴油机累计转数有关，又称为高频应力，即为定常应力。,热疲劳,燃烧室部件在交变的热应力作用下出现的破坏现象，称为热疲劳（破坏是从出现裂纹始，裂纹的逐扩最终使部件产生疲劳破裂） 原因分析：主要是在高温下发生蠕变，在低频应力（或综合的应力）作用下裂纹（多数在触火面）发展损坏 低频热应力： 柴油机的起动运行停车的这种次数较少的（低频）循环 变负荷的低频应力（应力的幅值较小）。 整机超负荷或个别缸超负荷。 试比较： （高频）机械应力：高频应力是指与转速有关的，如气体力和惯性力）； 内应力：如铸造缺陷 安装应力,燃烧室部件的理想结构,采用“薄壁强背”是兼顾机械负荷和热负荷的有效方法。 薄壁：以减少热应力 强背：降低机械应力 现有的各种结构中，钻孔冷却是一种最理想的形式 钻孔冷却结构形式,小结,
