(武汉理工,轮机工程,船舶柴油机,主动力推进装置)lecture 3优秀课件

主要固定件 主要运动件 配气机构及换气系统 燃油系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统
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主要运动件
主要运动件
中小型柴油机
活塞 连杆组成
曲轴
作用：将往复运动变为曲轴 的回转运动，使燃气推动活 塞的动力通过曲轴以回转的
方式向外输出。
大型低速柴油机
十字头组件
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曲柄连杆机构简图
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筒状活塞组的结构
组成 活塞、活塞销、活塞环、衬套和活塞销盖
活塞的热负荷
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活塞的热负荷
活塞的热负荷概念和热负荷故障 活塞热负荷的表达
温度和温度场 热变形 热应力
活塞热负荷和机械负荷
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活塞的冷却
按其散热方式分：冷却式和非冷却式
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活塞组的基本构成
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活塞组件的功用
安装的活塞环，与缸套、气缸盖共同组成密闭 的气缸工作空间；
活塞承受缸内气体向力，经连杆传递给曲轴；
在筒状活塞式柴油机中，承受侧推力，起往复 运动的导向作用；
二冲程柴油机中，开启、关闭气口，控制换气。
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活塞组件
1-活塞本体；2-气环；3-油环；4-活塞销
热量主要由冷却介质带走。 (轴向散热)
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热量通过活塞环向气缸套 及其外侧的冷却水带走
头部结构要便于散热
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筒状活塞冷却
自由喷射冷却
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循环冷却
振荡冷却
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组合式活塞
头部：球墨铸铁或耐热 合金钢材料
裙部：铝合金或球墨铸 铁材料
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活塞环
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活塞环
活塞环的材料：硬度比气缸套硬一些 (常用显微镜组织细密的珠光体基体)
材料
使用机型
普通灰铸铁
强裁度不高的中、小功率柴油机
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
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活塞组的工作条件
受气体力、往复惯性力以及侧推力的周期性作用；
高温燃气体周期加热，使活塞材料的强度降低， 同时触火面产生热变形和很大的热应力；
和气缸之间不可能建立液体动力润滑。筒状活塞 式柴油机的侧推力使活塞不断撞击气缸套，引起 活塞变形和气缸套振动。在中、高速柴油机中往 复惯性力，使得振动加剧。
构成 组合式 组合式
一体
名称 活塞头 活塞裙 活塞头 活塞裙
常用材料 耐热合金钢 耐磨（合金）铸铁
铸钢 球墨铸铁
活塞本体
铝合金
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筒状活塞
活塞的热负荷 活塞的冷却方式 组合式活塞的“薄壁强背”结构 （热负荷/机械负
荷）
活塞裙部型面和活塞变形 （热变形） 活塞销 活塞环
1)高温高压燃气体力、往复惯性力、摩擦力、横向 振动、气口挂碰等使得运动复杂； 2)缸套失圆、锥度使得交变的张合运动； 3)润滑条件差，产生摩擦和摩损 4)振动挂碰张合产生裂纹和折断,粘着后窜气而失效
气环的数量：高2-3，中3-4，低5-6 ，油环一般是
1-2道。目前的趋向是减少环数，强化第一道环。 （？）
2. 铝合金：密度小，但热强度较差，热膨胀系 数较大
3. 球墨铸铁和耐热合金：在强载柴油机中，常 用这种材料制成薄壁式的活塞结构，以增加 其承受热负荷的综合能力。耐热合金钢一般 用作组合式活塞的头部材料。
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活塞的常用材料
分类
大型低速柴 油机活塞
中型强载柴 油机
强化度小及 小型柴油机
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曲柄连杆简图
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活塞组概述
活塞的分类 活塞组的基本构成 活塞组的功用 活塞的工作条件 常用活塞材料
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活塞的分类
筒状活塞
按散热方式分类：非冷却式 /冷却式 按结构分类：整体式/组合式 按材料分类：
十字头式活塞
冷却式和组合式 按散热方式分类：水冷/油冷
(表面足够硬度，内部较高韧性)
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源自文库 2.2.2 活塞组
活塞组的工作条件 活塞本体的常用材料 筒状活塞组 十字头式柴油机活塞组
结构 活塞销
活塞环
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活塞环
活塞环的分类：气环（密封环）和油环
活塞环的作用：密封,散热,调节滑油,支承 活塞环的工作条件：
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活塞的改善措施
改善措施： 圆弧过渡：非冷却整体铝活塞 隔热槽：整体铝活塞 耐磨镶座：第一环槽
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耐磨镶座
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活塞运行过程的变形
活塞受热膨胀（图2-6活塞顶部变大） 活塞裙部的椭圆变形
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活塞运行过程的变形
变形的原因 1）气体力作用； 2）侧推力作用； 3）裙部金属堆积（活塞销座）
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筒形活塞裙部形状
变形情况： 设计方法 (1)短轴在活塞销中心线上
(2)销座周围的裙部表面内凹
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2.2.2 活塞组
活塞组的工作条件 活塞本体的常用材料 筒状活塞组 十字头式柴油机活塞组
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活塞组件的要求
活塞组件的要求 活塞强度高刚度大，尽可能减轻重量 气密可靠 冷却效果好 摩擦损失小 耐磨损，较少的润滑油消耗量 良好的润滑、较小的磨损
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活塞本体材料
1. 合金铸铁（铸钢）：较高的机械强度、较小 的热膨胀系数以及良好的耐磨和耐腐蚀性能， 价格低廉，工艺性好，但密度大，吸热性和 导热性差
复习回顾
柴油机的增压 船舶柴油机的分类 船舶柴油机的总体结构 船舶柴油机的主要技术指标 作业简评
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本课次主要内容
主要运动机件（曲柄连杆机构）简介 活塞组概述 筒状活塞组的结构特点
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曲柄连杆机构（主要运动件 ）
柴油机基本组成
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结构
活塞销
活塞环
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活塞销
1.功用 连接活塞与连杆，将活塞承受的力传给连杆。 2.工作条件 (1)承受燃烧压力产生的交变冲击力。 (2)与活塞销座及连杆的配合面承压面积不能大，相对运
动速度低，不易形成油膜，润滑条件差，很容易磨损。 3.要求 足够的疲劳强度、刚度、表面硬度和抗冲击韧性 4.材料：低碳优质钢或合金钢+外表面渗碳、淬火处理