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1、模块二 柴油机的结构和主要零部件重点：柴油机各主要部件的作用、工作条件、工作原理及结构特点，各部件的常见故障及原因，管理注意事项。 难点：燃烧室部件承受的机械负荷、热负荷及分析，缸套、活塞、连杆、十字头、曲轴、活塞杆填料涵及活塞冷却机构的结构，曲柄排列与发火顺序。主要内容第一节 柴油机的结构特点 第二节 活塞 第三节 气缸 第四节 气缸盖 第五节 燃烧室部件承受的载荷 第六节 燃烧室部件的故障及其管理 第七节 连杆 第八节 曲轴和主轴承 第九节 曲柄连杆机构的故障与管理 第十节 推力轴承的工作原理及调整 第十一节 十字头组 第十二节 机架、机座和贯穿螺栓第一节 柴油机的结构特点一、现代柴油机的
2、结构特点1气缸尺寸采用长行程或超长行程 2燃烧室部件普遍采用钻孔冷却3采用旋转式排气阀及液压式气阀传动机构 4采用VIT机构5采用薄壁轴承： 广泛采用高锡铝薄壁轴承6采用独立的气缸润滑系统：采用注油量随负荷自动调整的自动控制系统7曲轴上增设轴向减振器：一般安装在自由端 。8 焊接曲轴二、筒形活塞柴油机的结构特点1、筒形活塞柴油机的结构及优缺点（1）结构特点：活塞1高度大，运动时起导向作用；活塞与连杆2相连，与气缸壁间产生侧推力；底部与曲轴箱沟通，气缸多采用飞溅润滑，气缸壁上流下的润滑油直接流入曲轴箱。（2）优点：结构简单、紧凑、轻便，发动机高度较小。（3）缺点：运动时有侧推力，活塞与气缸壁间的
3、磨损较大。（4）应用：高速及中速柴油机筒形活塞油机主要运动部件 1、2-活塞气环；3-活塞油环；4-活塞销挡圈； 5-活塞；6-连杆衬套；7-连杆；8-连杆轴承； 9-连杆轴承盖；10-连杆螺栓；11-开口销； 12-连杆螺母；13-活塞销；14-键；15-曲轴； 16-飞轮固定螺钉；17-飞轮2、WARTSILA VASA R46柴油机 的结构三、十字头式活塞柴油机的结构特点1、十字头式活塞柴油机的结构及优缺点（1）结构特点：活塞1高度较小，与活塞杆2相连，活塞杆2与十字头3相连，十字头3与连杆4相连，十字头滑块5在导板6之间滑动。 （2）优点：活塞运动时不起导向作用，与气缸壁间无侧推力；活
4、塞底部与曲轴箱隔开，防止脏油、烟灰盒燃气流入曲轴箱。（3）缺点：柴油机高度和重量增大，结构复杂。（4）应用：大型低速二冲程柴油机十字头式柴油机主要运动部件 1.活塞头；2-活塞裙；3-活塞环； 4-活塞杆；5-十字头；6-滑块（滑板）； 7-连杆组件；8-曲轴2、MAN-B&W S 26 MCE柴油机的结构第二节 活塞一、活塞的功用和工作条件二、活塞的要求和材料三、活塞的构造四、活塞环五、活塞销六、活塞杆填料函主要内容一、活塞的功用和工作条件1活塞的功用： （1）组成燃烧室； （2）将气体力传给曲柄连杆机构实现能量转换 。 （3）筒状活塞承受侧推力，起往复运动的导向作用； （4）十字头式活塞控
5、制扫、排气口的启闭。 2活塞的工作条件： （1）承受周期性变化的气体力作用； （2）承受热负荷作用； （3）承受燃气的腐蚀和冷却水的腐蚀作用； （4）承受机械磨擦作用； （5）承受往复惯性力的作用。二、活塞的要求和材料1、要求：强度高刚度大，气密可靠、散热性好、冷却效果好、摩擦损失小 、耐磨损，尽可能减轻重量2、材料：大型机：活塞头用耐热铸钢、耐磨合金钢，裙部用铸铁或合金铸铁。中、高速机：铸铁、铝合金、铸钢。合金铸铁：具有高的机械强度、较小的热膨胀系数和良好的耐磨耐腐蚀性能，但重量大，散热性较差。铝合金：重量轻，但热强度差，热膨胀系数大。球墨铸铁和耐热合金钢：机械强度高，其它与合金铸铁相近。
6、分类构成名称常用材料大型低速柴 油机活塞组合式活塞头耐热合金钢活塞裙耐磨（合金）铸铁中型强载柴 油机组合式活塞头铸钢活塞裙球墨铸铁 强化度小及 小型柴油机一体活塞本 体铝合金三、活塞的构造1、筒状活塞2、十字头式活塞3、活塞的冷却（1）筒状活塞冷却方式（2）十字头活塞的冷却三、活塞的构造1、筒状活塞（1）活塞头部有落阀坑，防进、排气阀重叠开启时与活塞相撞。 （2）活塞顶部较厚，保证有足够强度。 （3）头部有3-4道环槽，保证密封。 （4）顶部内壁与裙部用大圆弧过渡连接，可减少应力集中 。 （5）裙部较长，可减轻侧推力比压。 （6）裙部设有1-2道刮油环，用于刮掉缸壁多余的滑油。 （7）头部直径
7、小于裙部直径，工作时使头部和裙部的热膨胀量趋于一致。 （8）活塞销附近的裙部制成椭圆形，以消除热膨胀后出现的失圆。长轴在垂直于活塞销轴线方向上，短轴位于活塞销轴线方向上。原因： 筒形活塞在侧推力作用下将使活塞裙沿销轴方向变长， 气体力作用在活塞上，会使活塞产生弯曲变形使裙部直径沿销轴方向变长， 裙部在销座方向的金属堆积较多，受热后将销轴方向产生较大的热膨胀变形，使裙部沿销座中心线方向增大。活塞变形演示十字头式柴油机活塞组件 1-冷却液拉管；2-螺柱；3-活塞杆；4-密封头； 5-活塞头；6-活塞环；7-定中块；8-防转螺钉； 9-青铜环；10-活塞裙；11-进水（油）环形空间； 12-出水（油
8、）管；13-螺栓2、十字头式活塞（1）活塞尺寸大，单位容积的散热面积小，采用强制冷却 。 （2）头部和裙部分开制造，头部承受高温高压燃气作用，用耐热合金钢制造；裙部与缸套接触，产生摩擦，采用耐磨铸铁制成，两者用柔性螺栓连接。 （3）顶部制成凹形：有利于扫气，有利于自由膨胀，有利于燃油与空气的混合。 （4）采用钻孔冷却，构成薄壁强背结构。活塞加速和减速作用产生“鸡尾振荡”效应，提高传热效果。 （5）头部有五道活塞环槽，用于密封。 （6）裙部设有青铜承磨环，用于改善磨合性能； （7）头部直径小于裙部直径。 （8）裙部不受侧推力，故做得较薄。薄壁强背结构顶部 3、活塞的冷却：（1）筒状活塞冷却方式（
9、都采用油冷式）： 飞溅冷却依靠曲柄销轴承甩上来的滑油对活塞和气缸套进行润滑和冷却； 循环冷却采用强制方式，使冷却液在冷却腔内不断循环带走热量； 振荡冷却采用强制方式，使冷却液在冷却腔内不断循环并产生振荡带走热量；123组合式筒状活塞环形冷却油腔活塞（振荡冷却）蛇形管冷却活塞（循环冷却）油冷活塞（2）十字头活塞的冷却： 冷却液：滑油、水、蒸馏水 活塞冷却机构：冷却液的输送机构铰链式冷却机构：仅适用于油冷活塞，其缺点是密封困难，采用油冷后，不怕漏泄，但冷却效果不如水冷。套管式冷却机构：适用于水、油冷，对密封性要求高，水的热容量大，冷却效果好。 十字头油冷活塞套管式冷却机构组成： 由动管、不动管及上
10、下密封装置组成。动管滑套在不动管内，不动管装有导套和喷 管式抽吸器。导套起导向和密封作用，抽吸器把动静管间隙中的漏水和空气吸入管 道中，以减少水的漏泄和缓冲因容积变化所引起的水击。上密封阻止增压空气和污 物下漏，下密封阻止水和污物上窜。而密封装置可在不吊出活塞时进行检查和拆卸 。铰链式冷却机构 上、下铰链管可随着 十字头上下运动，绕 着三个空心轴摆动。 冷却液由支座4的中孔 导入，经下铰链管、 上铰链管和十字头的 中间通孔由活塞杆9的 中间管导入活塞冷却 空间。冷却后的冷却 液从活塞杆中间管外 的环形空间流回，经 固定在活塞杆上的回 流管5流至导向管6和 排出管7。1-上铰链管；2-下铰链管；
11、3-铰链管轴；4-支座； 5-回油管；6-导程管；7-出油管；四、活塞环：十字头 注油润滑 压缩环、承磨环。 筒型活塞 飞溅润滑 压缩环、刮油环。1、活塞环概述2、压缩环（1）作用 （2）密封机理（3）压缩环的断面形状a、矩形环b、倒角环c、梯形环d、扭曲环e、开槽环(槽面环)（4）环的搭口形式（5）材料（6）配合间隙（7）气环的泵油作用3、刮油环4、承磨环（1）作用：密封、散热、支承、布油、刮油 （2）工作条件：受到高温高压燃气的作用往复惯性力作用缸套摩擦力作用 （3）环在环槽中的运动分析轴向运动径向运动回转运动扭曲运动 （4）要求：良好的密封性、耐磨性，足够的强度 、热稳定性及弹性，表面硬
12、度稍高于缸套。1、活塞环概述高速柴油机：35道低速柴油机：4 6道2、压缩环 （1）作用：密封、散热、支承。 （2）密封机理漏气的主要途径密封机理：第一次密封是依靠环自身的弹性。第二次密封是依靠作用在环上表面和漏到环背内圆柱面的气体力，使环紧贴在环槽的下表面和缸套的内壁上。第二次密封比第一次密封更为重要（气体力比环弹力大得多），但没有第一次密封，就无法保证第二次密封。1-活塞；2-气环；3-气缸活塞环散热原理（3）压缩环的断面形状a、矩形环：优点：结构简单，加工方便缺点：与气缸壁的单位面积压力小，密封和刮油效果都较差；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，引起
13、滑油耗量的增加。b、倒角环 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，锥面角越大越为严重。 一般不能作第一、二道环，不能装反c、梯形环 优点： n 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 n 侧隙中的气体产生径向分力加强了密封作用 n 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）d、扭曲环：分内切槽环和外切槽环两 种。安装扭曲环时常将内切槽环放在 第二、第三道，目的是为下两道环切 槽处存留滑油，以利润滑。另外安装 时应注意内切槽环的切槽朝
14、上，外切 槽环的切槽朝下，防止滑油刮入燃烧 室。 优点：扭曲兼有锥面环优点，良好的气 密和刮油作用。 缺点：不能装反，增大了环与环槽侧面 的磨损e、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：容易引起漏气应用：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。（4）环的搭口形式：1）直切口加工方便，但漏气量大。2）斜切口常为45或30，漏气量小；3）重叠搭口密封性最好，但加工不便，工作中易折断，不适宜用在一、二道环。二冲程柴油机搭口要倒角，以防与气口挂碰，但不宜过 大，否则，漏气。校正环，使用时不用倒角，冷态时 搭口做成略向内弯，热态时伸直与缸壁
15、贴合。安装时注意： 搭口处应倒角，但修正环（矫正环）不用倒角，搭口应 互相错开120-180，斜搭口方向也互相错开。同时应检 查环的搭口间隙和侧面（天地）间隙应在要求范围内， 防止过大时造成漏气，过小时卡滞或咬死。为提高其寿命、磨合性能和工作可靠性，常采用如下 工艺过程，进行表面处理： 1）多孔性镀铬以提高耐磨性； 2）内表面刻纹以提高弹性； 3）环外表面开设蓄油槽以利于润滑； 4）环外表面镀铜或镶嵌青铜等材料以促进磨合； 5）喷钼或渗硫以防粘着； 6）表面氮化处理以提高机械性能； 7）搭口处内凹（称修正环）以防挂气口。（5）材料：硬度比气缸套稍硬 材料使用机型普通灰铸铁强裁度不高的中、小功率
16、柴油机合金铸铁强载度提高后的大、中功率柴油机球墨铸铁 可锻铸铁高速高强载柴油机的活塞环可采用（6）配合间隙搭口间隙：工作状态下切口的垂直距离天地间隙（平面间隙） ：环端面与环槽上或下面的垂直距离 背隙：环背间隙（7）气环的泵油作用：泵油原理：活塞开始下行时，气环压在环槽上平面上，环在运动中把缸壁上的油刮到环槽中。当活塞上行时，气环压在环槽下平面上，把环槽下方的滑油挤到环的上方（上一道环槽下方）。如此周而复始，滑油就逐渐向上窜入燃烧室内。泵油的危害：滑油的消耗量增加，燃烧后造成大量积碳，增加缸套磨损。防止泵油的措施：正确安装刮油环；适当减小天地间隙。气环的泵油作用3、刮油环：结构形式 ：图 油环的结构形式和工作原理结构特点：a.环与壁的接触面积小，增加接触压力，以提高刮油能力 。b.环与槽的天地间隙小，以降低泵油
