十字头相关资料

4.5十字头
4.5.1十字头组
十字头组是船用十字头低速柴油机特有的部件。

它的作用是：连接活塞和连杆、承受侧推力并给活塞在气缸中的运动导向。

十字头组包括：十字头本体，十字头滑块和十字头轴承（即连杆上端轴承）等。

图4-10为十字头组的装配图。

图4-10 十字头组装配图
十字头组的工作条件是比较差的。

十字头本体和轴承要承受周期性的气体爆发压力；十字头滑块则承受侧推力（大小和方向都周期地变化）的作用。

与此同时，各零件的尺寸则由于结构上的原因往往受到限制，因此，受力比较严重。

特别是十字头轴承，工作条件更差。

随着柴油机增压度和最高爆发压力的不断增加容易发生故障，成为船用低速柴油机可靠性的一个薄弱环节。

因此，在管理和维护上应予以足够的重视。

4.5.2十字头本体
十字头销一般用优质碳钢（40、45号钢）锻造，有时也采用合金钢。

在设计中除保证有足够的强度外，目前的趋势是增加其刚度。

十字头销一般都做得粗而短（有较大的d/l）不但提高了刚度，而且可增加销表面相对运动的线速度，有利于轴承油膜的形成。

十字头销的表面往往采用滚压或镀铬等方法来提高其耐磨性；对其表面粗糙度的要求也很高，以保证工作可靠性。

十字头销和活塞杆的连接方式有两种[17]。

一是活塞杆穿过十字头销上的孔并用螺帽（海底螺帽）固定。

另一则是用活塞杆下部的凸缘用螺栓和十字头销相接。

后一种连
接方式可将整个十字头销的下半部作为十字头轴承的承压面（全支承式），从而使轴承的比压降低，工作条件得到改善。

为了提高可靠性和便于维修，采用前一种连接方式的柴油机把十字头本体设计成对称的，当十字头销表面受到某些损伤时，可将本体销旋转180°继续使用。

4.5.3十字头滑块
十字头滑块的结构形式有两种，即双滑块（双导板）结构和单滑块（单导板）结构。

双滑块结构。

双滑块结构（图4-11）是十字头销的两端套上滑块，并用压板将其定位。

每一滑块的两侧工作面上都浇有减磨合金，并开设油槽。

润滑用的滑油来自十字头销。

滑块沿着装在机架上的相应导板滑行，并把侧推力传给它们。

导板3承受着正车膨胀行程（倒车压缩行程）的侧推力，称正车导板，导板6承受着倒车膨胀行程（正车压缩行程）的侧推力，称倒车导板。

每个导板都由螺栓4把紧在机架横隔板5上。

滑块在十字头销上的轴向位置由止动盖压板7限定，在导板上的位置又由轴向限位小导板限定。

滑块和导板接触的工作平面、和十字头销滑动配合的内孔表面以及与小导板相接触的工作面上都铸有白合金，止动盖板7上有一突舌（图中未示出），突舌和滑块间有一很小间隙，因此滑块在十字头销上可在间隙限定的很小范围内转动，以补偿活塞沿气缸运动和滑块沿导板运动之间的运动偏差。

双滑块结构的特点是：无论是正转或反转，滑块的承压面都是一样的；工作比较可靠；同时，由于滑块布置在十字头的两侧，导板设在机架的横隔板上，曲柄箱中的连杆运动平面上没有什么障碍，由机器的两侧进行检修工作比较方便。

但由于有四个滑动面，工作时应保证四个面都和气缸中心线平行，对制造、安装和校中的要求较高，滑块和十字头组的总重量也较大。

新型低速机均采用双滑块结构。

单滑块结构。

如图4-12所示,MAN B&W低速机采用这种结构。

它只有一块滑块3，用螺栓紧固在十字头本体2上。

滑块的正面与机架上的正转导板4相配，背面有两条面积较小的反转工作面与反转导板5相配。

因此，所有的滑块和导板均布置在同一侧。

这种结构的特点是：布置较紧凑，受力也较合理（正转时受力大，有较大的承压面；反转时工作时间短，承压面可小些）。

但由于导板和滑块布置在连杆运动平面上，曲轴箱空间较小，因此，维修和拆装不如双滑块结构方便。

十字头滑块一般用铸钢制造。

图4-11十字头双滑块结构图4-12单滑块十字头
4.5.4十字头轴承
随着柴油机增压度和最高爆发压力的不断增加，十字头轴承曾经最容易发生故障，成为船用低速柴油机可靠性的最薄弱环节。

近年来结构、材料不断改善，再加上轮机人员的重视，十字头轴承可靠性有较大的提高。

由于它的工作条件比较差，在管理和维护上仍应予以足够的重视。

十字头轴承的工作特点：
1）润滑条件很差，难以形成良好的润滑油膜。

（1）单向受力。

十字头柴油机都是低速二冲程机，气体压力总是大于往复运动机件向上的惯性力，合力总是向下，十字头销始终压在轴承下瓦上，不利于滑油的供应，难以获得较厚的润滑油膜。

同时，摩擦产生的热不易被滑油带走，油膜更薄了，摩擦面冷却较困难。

（2）连杆小端轴承相对于十字头销的运动是摆动，摆动角速度周期性变化且不断地改变方向，当曲柄销在左右水平位置时，摆动角速度为零。

再加上十字头式柴油机都是低速机，连杆的摆动角速度很小。

因此十字头轴承难以建立液体动力润滑，容易处于边界润滑状态。

2）轴承的负荷很重。

（1）轴承的比压大。

随着新型柴油机增压度和最高爆发压力的不断增加，气体压力越来越高，尽管十字头结构不断改进，比压仍然很大。

（2）十字头轴承承受着周期性变化的冲击性的气体力。

新型柴油机最高爆发压力的不断增加，更具冲击性。

（3）轴向受力不均。

由于十字头和轴承承受很大的气体力，使十字头销和轴承变形，使轴承负荷沿销的轴线分布不均匀，局部比压更大了。

一般在轴承内侧受力更大。

十字头组最常见的故障就是十字头轴承合金出现疲劳裂纹、脱壳、熔塌（铺铅）等事故。

因此，十字头组的工作可靠性主要取决于轴承的可靠性。

提高十字头轴承可靠性的措施：
为了提高十字头轴承的工作可靠性，各柴油机公司和制造厂家多年来做了不少努力，采取了一系列的措施，这些措施归纳起来主要围绕着以下几个方面。

1）降低轴承比压。

降低轴承比压的措施主要有：
（1）对运行中的柴油机限制柴油机最高爆发压力使之不要过高。

柴油机的最高爆发压力和柴油机的经济性密切相关，最高爆发压力低燃油耗油率就高，因此应将最高爆发压力调整在标定值（设计值）。

（2）增大承压面积
①加大轴颈直径。

将十字头销轴径加大，轴承承压面积增加，因此比压下降。

增大轴径还可提高刚度，增加十字头销表面的线速度，有利于润滑油膜的形成。

新型柴油机十字头销直径已增加到气缸直径的112%；
②采用全支承式轴承。

在轴颈的全长上都设轴承承压面，扩大了承压面积；
③增大承压面间的贴合面积。

老式柴油机为了增大承压面间的贴合面积，可通过拂刮或精密加工方法，使轴承和销间的贴合包角在90°～130°之间，避免局部比压过高。

（3）使轴承轴向负荷分布均匀。

以避免局部比压过高现象。

1）新型柴油机采用刚性结构。

将十字头销与轴承座的刚性提高，尽量减少它们工作时的变形，来达到轴向负荷均匀分布的目的。

Sulzer新型柴油机杆身的小端仍采用台式结构，而将轴承的支承加强，十字头销也向短而粗方向发展。

2）采用反变形法。

老式柴油机在拂刮十字头轴承时，在轴承座与连杆杆身凸缘结合面内侧加一定厚度的垫片，刮好轴承后将加的垫片去掉，使轴承内侧降低，当十字头销在受力发生塌腰变形时，销与轴承工作面内侧就不会发生过大的接触压力，避免了局部压力过高；拆检后的十字头轴承必须经过跑合。

2）保证良好的润滑和冷却。

（1）改变供油路线。

现均已采用先直接把滑油送至十字头销和轴承，再由连杆杆身中的钻孔流到连杆大端润滑大端轴承。

这比滑油由主轴承经曲轴中钻孔流到曲柄销轴承，再由连杆杆身中的钻孔流到十字头轴承的输送方式好。

后者由于流动路线长和中间分流，使十字头轴承的滑油压力低，流量不足。

（2）提高滑油供油压力。

为了保证在十字头轴承中形成良好的油膜，往往采用提高十字头轴承的滑油供油压力的措施。

有些柴油机在滑油系统中加设升压油泵。

Sulzer的低速机，当采用薄壁锡铝合金轴瓦（从RND-M到RTA）后，为了弥补它在嵌入性、顺应性等方面的欠缺，由增设的滑油升压泵，将送至十字头轴承的滑油压力大大提高，达到1.6MPa。

图4-11所示为曾在MAN低速机十字头轴承采用的升压油泵，在MC机上可根据船东的要求加装。

该升压油泵装在连杆上并利用连杆的摆动来带动油泵工作。

加压后的滑油压力一般为1.6～2.3MPa。

试验表明，提高滑油压力可使轴承在工作时的最大间隙增大近两倍，油隙的最低油压也显著提高。

图4-10 弹性十字头轴承图4-11十字头轴承的增压油泵
（3）合理开设油槽。

轴承油槽的布置和形状，对于润滑油膜的形成和轴承承载能力有很大的影响。

槽数太多，将使承压面减少太多，承载能力下降。

槽数太少，则布油不均匀。

轴向油槽不能开到边缘，以防滑油流失，难以建立油压。

但也不能把滑油封闭在轴承中或使滑油从轴承中流出的数量不足。

为此，某些老式柴油机轴承油槽的端部有小直径泄油槽保证良好冷却。

在油槽的边缘应开有楔形斜面，以防锐利的棱边刮去滑动表面上的润滑油。

为了获得最佳油膜厚度，楔形斜面必须具有适当的角度和长度。

（4）保证合适的轴承间隙。

间隙太大，油压不易建立，油膜不易形成。

间隙太小，轴颈不易浮起，热量不易带走，轴承合金容易产生疲劳裂纹，甚至抱轴。

因此，保证合适的轴承间隙很重要。

3）提高轴承合金的承载能力。

（1）采用高锡铝合金。

白合金疲劳强度低，而且随着温度升高，疲劳强度急剧下降。

高锡铝合金能承受的轴承表面压力可高达白合金的2.6倍。

但必须提高油压，采用更细的精滤器。

（2）采用薄壁轴瓦。

近年来由于轴承负荷的不断提高，在十字头轴承中愈来愈多地采用薄壁轴瓦。

薄壁轴瓦是在钢背上浇铸一层较薄的白合金（或轧压粘结高锡铝合金）。

如
L-MC型机十字头轴承的白合金厚度为1.0mm～1.5mm，使白合金与钢背的贴合力强，疲劳强度高。

另外，薄壁轴瓦加工精度高，不需拂刮，互换性好，拆装与更换方便。

4）确保十字头销颈表面光滑程度。

由于十字头轴承润滑条件差，油膜很薄，为了防止十字头销颈擦伤轴承，十字头销必须非常光滑。

管理上要注意：定期检查滑油品质，防止腐蚀。

长期停机时，每天开动润滑油泵，盘车半小时，使十字头销经常覆盖着一层油，并排除油槽中的凝水。

备件存储时要仔细防锈。