柴油机的结构及主要部件页PPT文档
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柴油机的结构及主要部件
R1
(2)气体力引起的机械应力
气缸盖 水冷面为拉应力
触火面为压应力
u
R2
弯曲应力与缸盖底板半径的平方成正比， 与底板厚度的平方成反比
2
pz
Pz
σ
活塞 活塞顶板在最高燃烧压力作用下 气缸套
产生很大的弯矩和弯曲应力 水冷面为拉应力 触火面为压应力
Pz o
σt σr
r
切向应力σｔ内表面最大，外表面最小 径向应力σｒ内表面最大，外表面为0
柴油机的结构及主要部件
第一节 柴油机的总体结构 固定件 运动件 换气系统 燃油系统 润滑系统 冷却系统 起动和控制系统
第二节 燃烧室部件
一、燃烧室部件承受的负荷及结构特点 燃烧室：
当活塞处在上止点时，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 和燃烧的空间
1、机械负荷 2、热负荷 3、结构特点
第二节 燃烧室部件
四、气缸盖 作用、工作条件 气缸盖的材料和构造 •材料: 铸铁、铸钢和锻钢 • 气缸盖的构造 –大型低速柴油机气缸盖 –中速柴油机气缸盖
第二节 燃烧室部件
五、燃烧室部件的管理 1燃烧室部件的常见损伤形式 1) 裂纹 2）活塞顶烧损 3）活塞环的异常磨损、粘着和折断 4）气缸套过度磨损 2燃烧室部件的管理要点
燃烧室部件中由气体压力而产生的机械应力 都和最高爆发压力成正比，与部件壁厚成反比
3
2、热负荷
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。
热负荷的表示方法: •热流密度q：单位时间内单位面积的热流量 q=Q/F •温度场：受热部件中温度分布图，准确表示受热 部件的热负荷 • 热应力：由温差作用形成的应力称热应力 排气温度：简单、实用
模块二柴油机的结构和主要零部件2ppt课件(共74张PPT)
（5〕预防连杆螺栓断裂的措施
①按说明书规定的预紧力上紧。
②按工艺要求装配轴承间隙。
③不得扭伤、碰伤螺纹和螺栓。
④注意防松。
7．十字头轴承工作条件分析和提高可靠性措施
a)6ESCZ76/160型柴油机的十字头 1-十字头销；2-十字头滑块；3-十字头端盖 板；4-固定块；5-活塞杆螺母；6-十字头轴
连杆螺栓的固紧：一般用专用工具上紧，并在柴油机说明 书中明确规定了紧固时的预紧度〔一般用螺栓的伸长量、 液压拉伸器的油压、扭力扳手的扭矩或螺帽的旋转角度来 衡量，这些方法也用于其它重要螺栓预紧力的控制）。
（4〕连杆螺栓断裂的原因 ①没按照工艺要求装配，预紧力过大或过小。 ②螺纹配合过紧或过松。 ③轴承配合间隙过大产生很大的冲击载荷。 ④材料不符合要求或有缺陷。 ⑤拆装时扭伤螺纹。 连杆螺栓的断裂多发生在四冲程高速机中，主要是往复惯性 力使连杆螺栓产生了很大的交变拉应力引起的。
图 MAN B&W L-MC系列柴油机焊接式曲轴
1-自由端法兰；2-轴向减振器；3-单位曲柄；4-推力环；5-功率输出端法兰
（2〕曲轴的构造
曲轴主要由若干个单位曲柄和自由端、功率输出端，以及平衡重块 等组成。单位曲柄是曲轴的基本组成部分，由主轴颈，曲柄销和曲 柄臂组成。曲柄臂上装有平衡重块用以平衡离心惯性力。推力环用 以传递轴向推力。自由端法兰安装扭振减振器。输出端法兰用以连 接中间轴。 普通圆角：将引起轴颈有效长度的缩短。 车入式圆角：不但可增大过渡圆角半径，而且轴颈的有效工作长度 也不用缩短。
②爆炸压力影响：爆炸压力使臂距差朝正值方向变化。 4．要防“三漏”，各结合面、检修道门要密封性好。
连杆小端轴承
连0〕杆δ螺栓4．的断光裂多滑发生：在四铰冲程链高速机机构中，来主要的是往滑复惯油性力使连十杆螺字栓产头生了销很大的交变活拉应塞力引起的。曲柄箱
①按说明书规定的预紧力上紧。
②按工艺要求装配轴承间隙。
③不得扭伤、碰伤螺纹和螺栓。
④注意防松。
7．十字头轴承工作条件分析和提高可靠性措施
a)6ESCZ76/160型柴油机的十字头 1-十字头销；2-十字头滑块；3-十字头端盖 板；4-固定块；5-活塞杆螺母；6-十字头轴
连杆螺栓的固紧：一般用专用工具上紧，并在柴油机说明 书中明确规定了紧固时的预紧度〔一般用螺栓的伸长量、 液压拉伸器的油压、扭力扳手的扭矩或螺帽的旋转角度来 衡量，这些方法也用于其它重要螺栓预紧力的控制）。
（4〕连杆螺栓断裂的原因 ①没按照工艺要求装配，预紧力过大或过小。 ②螺纹配合过紧或过松。 ③轴承配合间隙过大产生很大的冲击载荷。 ④材料不符合要求或有缺陷。 ⑤拆装时扭伤螺纹。 连杆螺栓的断裂多发生在四冲程高速机中，主要是往复惯性 力使连杆螺栓产生了很大的交变拉应力引起的。
图 MAN B&W L-MC系列柴油机焊接式曲轴
1-自由端法兰；2-轴向减振器；3-单位曲柄；4-推力环；5-功率输出端法兰
（2〕曲轴的构造
曲轴主要由若干个单位曲柄和自由端、功率输出端，以及平衡重块 等组成。单位曲柄是曲轴的基本组成部分，由主轴颈，曲柄销和曲 柄臂组成。曲柄臂上装有平衡重块用以平衡离心惯性力。推力环用 以传递轴向推力。自由端法兰安装扭振减振器。输出端法兰用以连 接中间轴。 普通圆角：将引起轴颈有效长度的缩短。 车入式圆角：不但可增大过渡圆角半径，而且轴颈的有效工作长度 也不用缩短。
②爆炸压力影响：爆炸压力使臂距差朝正值方向变化。 4．要防“三漏”，各结合面、检修道门要密封性好。
连杆小端轴承
连0〕杆δ螺栓4．的断光裂多滑发生：在四铰冲程链高速机机构中，来主要的是往滑复惯油性力使连十杆螺字栓产头生了销很大的交变活拉应塞力引起的。曲柄箱
柴油机的结构和主要零部件分解课件
03
燃烧室的设计需要综合考虑燃料喷射、混合气形成、燃烧速度和排放等多个因 素，以达到最佳的性能表现。
柴油机的维护与保
04
养
定期检查与保养项目
燃油系统检查
冷却系检查
确保燃油系统清洁，无堵塞和泄漏，定期 更换燃油滤清器。
检查冷却液是否清洁，冷却系统无泄漏， 定期更换冷却液。
润滑系统检查
空气滤清器检查
凸轮轴
通过与气门挺杆的配合，控制气门的开启和 关闭时间。
排气门
控制排气通道的开启和关闭，保证废气排出 。
空气滤清器
过滤进入气缸的空气中的杂质和灰尘，保证 空气质量。
燃油系统
燃油箱
储存燃油。
燃油滤清器
过滤燃油中的杂质和水分，保 证燃油质量。
喷油器
将燃油喷入燃烧室，与空气混 合后燃烧。
输油泵
将燃油从燃油箱输送到喷油器 ，保证燃油供应。
检查机油是否清洁，油位是否正常，定期 更换机油和机油滤清器。
定期清洁或更换空气滤清器，确保进气系 统畅通。
主要零部件的更换周期
01
燃油滤清器
每行驶10000-20000公里更换一次 。
机油滤清器
每行驶5000-10000公里更换一次。
03
02
空气滤清器
每行驶5000-10000公里清洁或更换 一次。
柴油机的结构和主要零 部件分解课件
目录
• 柴油机概述 • 柴油机的主要零部件 • 柴油机的结构特点 • 柴油机的维护与保养
柴油机概述
01
柴油机的定义与特点
总结词
柴油机是一种以柴油为燃料的内燃机， 具有高效率、大功率和低油耗等特点。
VS
详细描述
柴油发动机简介 ppt课件
柴油机的工作原理简述
●排气行程
活塞从下止点往上运动， 这时，进气门关闭，排气门打 开，燃烧废气在活塞的推动下 排出燃烧室外，完成一个工作 行程，这时曲轴转动两周。
当柴油机完成排气行程后， 在曲轴飞轮总成的惯性力作用 下，又重复上述工作循环过程， 使柴油机连续运转对外输出功 率。
柴油发动机简介
汽油机
气缸盖
气缸垫
气缸体
油道和水道 曲轴箱
气缸
油底壳
柴油发动机简介
• 气缸体 – 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，一般用灰铸铁铸成， 气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱， 其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，挺柱腔、 冷却水套和润滑油道、水道等。
柴油发动机简介
• 根据柴油机的不同功率，选用不同结构材质的活塞 • 活塞顶部上有着活塞的种类和安装标记
内冷油道活塞截面图
润滑油沿环形油道围绕燃烧室流 动，可很好的冷却活塞。
回 油 口
进 油 口
内冷油道活塞，对应大流量冷却喷嘴，降低热负荷，提高可靠性。
活塞冷却喷钩
柴油发动机简介
YC4108 、 YC4110 、YC4F： 平切连杆大头、 止口定位
柴油发动机简介
柴油发动机简介
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的 主要运动零件。它由活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。 在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动， 通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动 力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把 曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。
– 柴油机：传统的为燃油喷射系统，又称为泵→管→嘴 系统。
• 柴油机的燃油喷射系统结构较汽油机复杂，高压油泵需要一套 驱动机构来驱动，并要带一套调速机构。
柴油机的总体结构及主要零部课件
第二节 燃烧室部件
活塞杆填料函
作用 防止扫气空气和污油、污物漏入曲轴箱，以免加热和污染曲轴箱滑油，腐蚀曲轴与连杆等部件。 防止曲轴箱中的滑油进到扫气箱中，污染扫气空气
柴油机的总体结构及主要零部课件
第二节 燃烧室部件
活塞销
作用：筒形活塞中连接活塞和连杆小端 传递气体力和惯性力 工作条件：尺寸小、润滑条件也较差、受摩擦 和磨损 要求：足够的耐疲劳强度、抗冲击，耐磨损和 重量轻 材料：优质碳钢或低碳合金钢，表面渗碳淬火 结构形式：浮动式、固定式和半浮动式。
气缸 (Cylinder)
活塞 (Piston)
往复回转
活塞 (Piston)
连杆 (Connecting rod)
曲轴 (Crankshaft)
动力和辅助系统
起动系统 (Starting sys.)
燃油系统 (F.O sys)
润滑系统 (L.O sys)
冷却系统 (Cooling sys.)
操纵和控制系统
工作条件：受燃气高温、高压、腐蚀、烧蚀作用 热负荷和机械负荷很高，容易发生裂纹和变形 磨擦与撞击，润滑困难，磨损严重 具有较大的惯性力，柴油机产生振动
柴油机的总体结构及主要零部课件
第二节 燃烧室部件
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、耐磨损; 中、高速柴油机还要求活塞重量轻。
柴油机的总体结构及主要零部课件
第二节 燃烧室部件
活塞的构造
作用：
在保证密封的情况下，完成压缩和膨胀过程 组成运动机构，将力经连杆传递给曲轴； 筒型机中承受侧推力，起滑块作用 在二冲程机中，启闭气口,起滑块作用。
工作条件：
受燃气高温、高压、腐蚀、烧蚀作用 热负荷和机械负荷很高，容易发生裂纹和变形 磨擦与撞击，润滑困难，磨损严重 具有较大的惯性力，柴油机产生振动/
活塞杆填料函
作用 防止扫气空气和污油、污物漏入曲轴箱，以免加热和污染曲轴箱滑油，腐蚀曲轴与连杆等部件。 防止曲轴箱中的滑油进到扫气箱中，污染扫气空气
柴油机的总体结构及主要零部课件
第二节 燃烧室部件
活塞销
作用：筒形活塞中连接活塞和连杆小端 传递气体力和惯性力 工作条件：尺寸小、润滑条件也较差、受摩擦 和磨损 要求：足够的耐疲劳强度、抗冲击，耐磨损和 重量轻 材料：优质碳钢或低碳合金钢，表面渗碳淬火 结构形式：浮动式、固定式和半浮动式。
气缸 (Cylinder)
活塞 (Piston)
往复回转
活塞 (Piston)
连杆 (Connecting rod)
曲轴 (Crankshaft)
动力和辅助系统
起动系统 (Starting sys.)
燃油系统 (F.O sys)
润滑系统 (L.O sys)
冷却系统 (Cooling sys.)
操纵和控制系统
工作条件：受燃气高温、高压、腐蚀、烧蚀作用 热负荷和机械负荷很高，容易发生裂纹和变形 磨擦与撞击，润滑困难，磨损严重 具有较大的惯性力，柴油机产生振动
柴油机的总体结构及主要零部课件
第二节 燃烧室部件
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、耐磨损; 中、高速柴油机还要求活塞重量轻。
柴油机的总体结构及主要零部课件
第二节 燃烧室部件
活塞的构造
作用：
在保证密封的情况下，完成压缩和膨胀过程 组成运动机构，将力经连杆传递给曲轴； 筒型机中承受侧推力，起滑块作用 在二冲程机中，启闭气口,起滑块作用。
工作条件：
受燃气高温、高压、腐蚀、烧蚀作用 热负荷和机械负荷很高，容易发生裂纹和变形 磨擦与撞击，润滑困难，磨损严重 具有较大的惯性力，柴油机产生振动/
柴油机基础知识(共65张PPT)精选全文
气缸总容积与燃烧室容积之比值，称几何压缩比或名义压缩比，用ε 表示。
ε＝Ｖa／Ｖc＝（Ｖc＋Ｖh）／Ｖc ＝1＋Ｖh／Ｖc
ε表示工质在缸内被压缩的程度，对运转可靠性和经济性有较大影响。 一般为ε＝12～22，机车用ε＝12～14.5。 （七）工作循环
（八）四冲程和二冲程
第15页，共65页。
二、柴油机的工作原理
（一）四冲程柴油机的工作原理 １、进气过程：
活塞从上止点移动到下止点，进气门开，排气门关。
进气过程开始时，活塞位于上止点位置，气缸内残留着上次循 环未排净的残余废气，它的压力稍高于大气压力，约为110～ 120KPa。
当曲轴旋转时，通过连杆带动活塞向下移动，同时进气门 打开，随着活塞下移，气缸内部容积增大，压力随之减少，当 压力低于大气压力时，外部新鲜空气开始被吸入气缸，直到活 塞移动到下止点位置，气缸内充满了新鲜空气。
第2页，共65页。
第一章 内燃机车柴油机的基本知识
第一节 柴油机的主要特点 第二节 柴油机的基本知识 第三节 柴油机的分类、型号及转向
第3页，共65页。
第4页，共65页。
返回
‹#3›
第5页，共65页。
船用中速柴油机
低速柴油机
第6页，共65页。
第一节 柴油机的主要特点
一、概述
发动机：将一种能量转变为机械能的机器。 根据能量转变方式不同，分为：风力机、水力机、热机等。
实现热能转化为机械能，工作行程。 Ｐz＝10000～14000KPa Ｔ＝1700～2100K
第19页，共65页。
４、排气过程
过程开始气缸内充满了燃料燃烧并膨胀作功的废气， 排气门打开后，废气随着活塞上移，被排出气缸之外。
排气门早开晚关。 排气提前角θe，排气滞后角θe′。
ε＝Ｖa／Ｖc＝（Ｖc＋Ｖh）／Ｖc ＝1＋Ｖh／Ｖc
ε表示工质在缸内被压缩的程度，对运转可靠性和经济性有较大影响。 一般为ε＝12～22，机车用ε＝12～14.5。 （七）工作循环
（八）四冲程和二冲程
第15页，共65页。
二、柴油机的工作原理
（一）四冲程柴油机的工作原理 １、进气过程：
活塞从上止点移动到下止点，进气门开，排气门关。
进气过程开始时，活塞位于上止点位置，气缸内残留着上次循 环未排净的残余废气，它的压力稍高于大气压力，约为110～ 120KPa。
当曲轴旋转时，通过连杆带动活塞向下移动，同时进气门 打开，随着活塞下移，气缸内部容积增大，压力随之减少，当 压力低于大气压力时，外部新鲜空气开始被吸入气缸，直到活 塞移动到下止点位置，气缸内充满了新鲜空气。
第2页，共65页。
第一章 内燃机车柴油机的基本知识
第一节 柴油机的主要特点 第二节 柴油机的基本知识 第三节 柴油机的分类、型号及转向
第3页，共65页。
第4页，共65页。
返回
‹#3›
第5页，共65页。
船用中速柴油机
低速柴油机
第6页，共65页。
第一节 柴油机的主要特点
一、概述
发动机：将一种能量转变为机械能的机器。 根据能量转变方式不同，分为：风力机、水力机、热机等。
实现热能转化为机械能，工作行程。 Ｐz＝10000～14000KPa Ｔ＝1700～2100K
第19页，共65页。
４、排气过程
过程开始气缸内充满了燃料燃烧并膨胀作功的废气， 排气门打开后，废气随着活塞上移，被排出气缸之外。
排气门早开晚关。 排气提前角θe，排气滞后角θe′。
柴油机工作原理简单版 PPT
⑩热负荷
低
高
11自吸能力
有
无
12机械负荷
高
低
13噪音
大
小
36
四、 二冲程柴油机得换气形式
弯流 横流
(loop)
回流
半回流
直流 排气阀—
(uniflow)
排气口—扫气口式
37
横流扫气
扫气口与排气口布置在气缸
下部圆周得两侧,排气口高于
扫气口。 特点:扫气口与排气口水平 与垂直方向均有倾斜角控制 气流方向。
12－22
汽油机 汽油 混合气(油+气) 气缸外混合(雾化器) 电火花塞点燃 0、15－0、40 无喷油器 6－10
12
14
二、柴油机得基本结构参数
❖ 1 气缸直径(Bore):汽缸内径,简称缸径D。 ❖ 2 曲柄半径(Crank Radius) ❖ 3 上止点(TDC):活塞在气缸中运动到最上端,即离曲轴中心线最
45期 1、关于活塞行程得错误认识就是_______、
A、活塞在上下止点间得运行距离
B、等于曲柄半径得两倍
C√ 、等于主轴颈中心线到曲柄销中心线距离得两倍 D、等于主轴颈中心线到曲柄销中心线间距离
18
喷油器
气缸盖 气缸套 活塞 活塞杆
十字头 导板 曲轴箱
排气管 排气阀 废气涡轮 增压器 扫气箱 机体
6
7
燃气轮机工作原理
❖ gas turbine engine
8
蒸汽轮机工作原理
❖ Steam turbine engine
9
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
柴油机得定义
(pression ignition)
柴油发电机PPT课件
到转子励磁绕组上（指旋转磁极式）
.
12
交流无刷同步发电机
❖ 组成： ⑴ 主发电机：旋转磁极式，为电网供电
⑵ 交流励磁机：旋转电枢式，为主发励磁
⑶ 旋转整流器：将励磁机的AC→DC
⑷ 永磁发电机（PMG）：旋转磁极式，为交
流励磁机励磁
❖ 电气结构示意图：
.
13
三级交流无刷同步发电机：电气图
.
14
无刷交流发电机结构图（二级）
.
15
励磁调节系统及控制屏
1. 发电机控制系统：两大部分 — 调速系统：控制发电机转速→频率 — 励磁系统：控制发电机励磁电流→电压
.
16
励磁调节系统：组成
❖ 主要由三部分组成： ⑴ 测量比较环节：测量发电机输出电压，与
基准值比较，输出差值信号 ⑵ 综合放大环节：△U与其他信号综合，放大
后作为SCR的控制信号 ⑶ 可控硅移相触发单元：形成同步脉冲，控制
SCR的触发角，以调节直流励磁电压的大小
.
17
励磁调节器组成
❖ 种类： — 大功率：可控硅式（柴油发电机组） — 小功率：振动式、晶体管式（机载发电机） ❖ 功用：调节励磁，使发电机输出电压稳定；
改善动态性能
.
18
同步发电机励磁系统：分类
❖ 根据励磁电源的来源和种类，可分为两大类：
⑴ 采用变压器的静止励磁系统（自励）
10
交流同步发电机：两种结构示意图
• 同步发电机类型：旋转磁极式 — 中、大容量发电机 旋转电枢式 — 小容量发电机
旋转磁极式 .
旋转电枢式
11
交流同步发电机：组成
❖ 定子：铁心 + 机座 + 电枢绕组 ❖ 转子：转轴 + 磁极 + 励磁绕组 + 集电环
.
12
交流无刷同步发电机
❖ 组成： ⑴ 主发电机：旋转磁极式，为电网供电
⑵ 交流励磁机：旋转电枢式，为主发励磁
⑶ 旋转整流器：将励磁机的AC→DC
⑷ 永磁发电机（PMG）：旋转磁极式，为交
流励磁机励磁
❖ 电气结构示意图：
.
13
三级交流无刷同步发电机：电气图
.
14
无刷交流发电机结构图（二级）
.
15
励磁调节系统及控制屏
1. 发电机控制系统：两大部分 — 调速系统：控制发电机转速→频率 — 励磁系统：控制发电机励磁电流→电压
.
16
励磁调节系统：组成
❖ 主要由三部分组成： ⑴ 测量比较环节：测量发电机输出电压，与
基准值比较，输出差值信号 ⑵ 综合放大环节：△U与其他信号综合，放大
后作为SCR的控制信号 ⑶ 可控硅移相触发单元：形成同步脉冲，控制
SCR的触发角，以调节直流励磁电压的大小
.
17
励磁调节器组成
❖ 种类： — 大功率：可控硅式（柴油发电机组） — 小功率：振动式、晶体管式（机载发电机） ❖ 功用：调节励磁，使发电机输出电压稳定；
改善动态性能
.
18
同步发电机励磁系统：分类
❖ 根据励磁电源的来源和种类，可分为两大类：
⑴ 采用变压器的静止励磁系统（自励）
10
交流同步发电机：两种结构示意图
• 同步发电机类型：旋转磁极式 — 中、大容量发电机 旋转电枢式 — 小容量发电机
旋转磁极式 .
旋转电枢式
11
交流同步发电机：组成
❖ 定子：铁心 + 机座 + 电枢绕组 ❖ 转子：转轴 + 磁极 + 励磁绕组 + 集电环
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• 工作条件：尺寸小、润滑条件也较差、受摩擦 和磨损
• 要求：足够的耐疲劳强度、抗冲击，耐磨损和 重量轻
• 材料：优质碳钢或低碳合金钢，表面渗碳淬火 • 结构形式：浮动式、固定式和半浮动式。
3、活塞的冷却
•非冷却式活塞(径向散热型) 热量主要通过活塞环传自气缸套并通过冷却水带走
•冷却式活塞(轴向散热型)
做回转运动的曲柄销轴承 把润滑油甩到气缸壁上。
•气环的泵油作用 • 油环的结构、原理
单刃油环、双刃刮油环
q=Q/F
•温度场：受热部件中温度分布图，准确表示受热 部件的热负荷
• 热应力：由温差作用形成的应力称热应力
排气温度：简单、实用
由温差作用形成的应力称热应力
t1
t2
q
（℃）
1
2
12(t1
t2)
q 2
1
2
E 1
q 2
δ-板厚 q-热流密度 μ-泊松比
因为这里受到较大的残余拉应力和较大的热应力与机械应力合 成的压应力的交变作用。
塑变后尺寸 原尺寸
停车拉应力 压应力 火侧 t1
拉应力 水侧 t2 停车压应力
活塞顶板
3
3、燃烧室部件的结构特点 • 为了降低活塞顶板的机械应力，应增加活塞顶
的厚度 • 活塞顶板厚度的增加又会导致热应力的增加
•薄壁强背结构：薄壁就是燃烧室部件的受热壁 要薄，以减少热应力；强背就是在薄壁的背面 设置强有力的支承，以降低机械应力。
气缸套 安装应力主要存在于其上部的凸肩部位 应力的大小与螺栓预紧力ｐｄ成正比， 与其凸肩的高度成反比
(2)气体力引起的机械应力
气缸盖 水冷面为拉应力
触火面为压应力
u
R2
2
pz
弯曲应力与缸盖底板半径的平方成正比，
Pz
与底板厚度的平方成反比
σ
活塞 活塞顶板在最高燃烧压力作用下
产生很大的弯矩和弯曲应力
水冷面为拉应力
触火面为压应力
气缸套
切向应力σｔ内表面最大，外表面最小
Pz o
径向应力σｒ内表面最大，外表面为0
燃烧室部件中由气体压力而产生的机械应力
都和最高爆发压力成正比，与部件壁厚成反比
3
σt
r σr
2 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。 热负荷的表示方法: •热流密度q：单位时间内单位面积的热流量
使用冷却介质(如淡水、滑油)对活塞顶内腔进行强
制冷却
•冷却方式 ： 自由喷射冷却 循环冷却
振荡冷却
喷射—振荡冷却
• 冷却液的输送方式：筒形机在曲轴连杆机构中开通道 十字头机有套管式和铰链式机构
11
套管式机构
铰链式机构
4、活塞环和承磨环 压缩环(气环)、 刮油环
活塞环的工作条件和要求
• 活塞环的工作条件： –受到高温高压燃气的 作用 –十分复杂的运动 –严重的摩擦和磨损 –润滑条件较差 –可能产生裂纹或折断
活塞环材料要求及制造工艺
• 材料要求：
–弹性较好，摩擦系数小，耐磨、耐高温；有良好的
初期磨合性、贮油性和耐酸腐蚀。
–一般采用合金铸铁(加硼、高硅)、可锻铸铁、球墨
铸铁
• 制造工艺：
–表面镀铬；
内表面刻纹以提高弹性；
–松孔镀铬；
ห้องสมุดไป่ตู้
外表面开设蓄油沟槽。
–环外表面镀铜以利磨合；
–喷镀钼以防止粘着磨损等。
油环 •飞溅润滑
1、机械负荷
机械负荷指柴油机部件承受最高燃烧压 力、惯性力、振动冲击等的强烈程度。
(1)安装预紧力引起的负荷 (2)气体力引起的机械应力
(1)安装预紧力引起的负荷
螺栓的预紧力 pｄ=(１.２５～２)πＲ２１ｐｚ
R1
气缸盖上表面安装应力为拉应力 下表面为压应力 大小与螺栓预紧力成正比 与气缸盖的高度成反比
钻孔冷却 • 冷却水孔实际上将壁分为冷热两部分， • 热区很薄——薄壁，减少了热应力； • 冷区很厚——强背，减少了机械应力。
3
第二节 燃烧室部件
二、活塞 1、活塞的构造 2、活塞销 3、活塞的冷却 4、活塞环和承磨环
5、活塞杆填料函
1活塞的构造
作用： • 在保证密封的情况下，完成压缩和膨胀过程 • 组成运动机构，将力经连杆传递给曲轴； • 筒型机中承受侧推力，起滑块作用 • 在二冲程机中，启闭气口,起滑块作用。
• 要求: –良好的密封性能， –耐磨，特别是抗熔着磨 损的性能要高； –要有适当的弹性， –足够的强度和热稳定性。
气环 • 作用： 密封、传热
•密封原理： 本身弹性和气体压力 –高速柴油机装3道～5道， –低速柴油机装4道～6道
• 断面形式： a为矩形环 b为梯形环 c为倒角环 d 扭曲环
• 搭口形式 直搭口 斜搭口 重叠搭口
S-MC-C活塞
筒形活塞式柴油机活塞
Wärtsilä32
-由活塞头、活塞裙、活塞环 和活塞销组成 （小机器头、裙一体制造） -头部用铸钢，裙部用球墨铸铁 -头部有冷却腔 -有两道压缩环和一道刮油环 -裙部造得坚韧以承受侧推力 -销孔两端切槽以适应变形
2、活塞销
• 作用：筒形活塞中连接活塞和连杆小端 传递气体力和惯性力
柴油机的结构及主要部件
第一节 柴油机的总体结构
固定件 运动件 换气系统 燃油系统 润滑系统 冷却系统 起动和控制系统
第二节 燃烧室部件
一、燃烧室部件承受的负荷及结构特点 燃烧室：
当活塞处在上止点时，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 和燃烧的空间
1、机械负荷 4
2
7
3、结构特点 10
工作条件：• 受燃气高温、高压、腐蚀、烧蚀作用 • 热负荷和机械负荷很高，容易发生裂纹和变形 • 磨擦与撞击，润滑困难，磨损严重 • 具有较大的惯性力，柴油机产生振动/
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、耐磨损;中、高速柴油机还 要求活塞重量轻。
十字头式柴油机活塞
-活塞头：耐热合金钢 -活塞裙：耐磨铸铁 -头和裙组装于活塞杆上 -活塞杆由段钢制造 -有四道活塞环 -活塞内有冷却腔，振荡冷却 -活塞杆内有插管 -短裙
α-膨胀系数 λ-导热系数
E-弹性模数
压应力
火侧 t1
热应力火侧为压应力，水侧为拉应力 拉应力 水侧 t2
与热流密度成正比，与壁厚成正比
活塞顶板
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热疲劳。 •热疲劳与柴油机的累计转数并无多大关系，主要取决于机器
的起动—运行—停车的循环次数，故亦称低频应力。 • 热疲劳产生的裂纹多数在触火面上形成和发展，以致造成损坏，
• 要求：足够的耐疲劳强度、抗冲击，耐磨损和 重量轻
• 材料：优质碳钢或低碳合金钢，表面渗碳淬火 • 结构形式：浮动式、固定式和半浮动式。
3、活塞的冷却
•非冷却式活塞(径向散热型) 热量主要通过活塞环传自气缸套并通过冷却水带走
•冷却式活塞(轴向散热型)
做回转运动的曲柄销轴承 把润滑油甩到气缸壁上。
•气环的泵油作用 • 油环的结构、原理
单刃油环、双刃刮油环
q=Q/F
•温度场：受热部件中温度分布图，准确表示受热 部件的热负荷
• 热应力：由温差作用形成的应力称热应力
排气温度：简单、实用
由温差作用形成的应力称热应力
t1
t2
q
（℃）
1
2
12(t1
t2)
q 2
1
2
E 1
q 2
δ-板厚 q-热流密度 μ-泊松比
因为这里受到较大的残余拉应力和较大的热应力与机械应力合 成的压应力的交变作用。
塑变后尺寸 原尺寸
停车拉应力 压应力 火侧 t1
拉应力 水侧 t2 停车压应力
活塞顶板
3
3、燃烧室部件的结构特点 • 为了降低活塞顶板的机械应力，应增加活塞顶
的厚度 • 活塞顶板厚度的增加又会导致热应力的增加
•薄壁强背结构：薄壁就是燃烧室部件的受热壁 要薄，以减少热应力；强背就是在薄壁的背面 设置强有力的支承，以降低机械应力。
气缸套 安装应力主要存在于其上部的凸肩部位 应力的大小与螺栓预紧力ｐｄ成正比， 与其凸肩的高度成反比
(2)气体力引起的机械应力
气缸盖 水冷面为拉应力
触火面为压应力
u
R2
2
pz
弯曲应力与缸盖底板半径的平方成正比，
Pz
与底板厚度的平方成反比
σ
活塞 活塞顶板在最高燃烧压力作用下
产生很大的弯矩和弯曲应力
水冷面为拉应力
触火面为压应力
气缸套
切向应力σｔ内表面最大，外表面最小
Pz o
径向应力σｒ内表面最大，外表面为0
燃烧室部件中由气体压力而产生的机械应力
都和最高爆发压力成正比，与部件壁厚成反比
3
σt
r σr
2 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。 热负荷的表示方法: •热流密度q：单位时间内单位面积的热流量
使用冷却介质(如淡水、滑油)对活塞顶内腔进行强
制冷却
•冷却方式 ： 自由喷射冷却 循环冷却
振荡冷却
喷射—振荡冷却
• 冷却液的输送方式：筒形机在曲轴连杆机构中开通道 十字头机有套管式和铰链式机构
11
套管式机构
铰链式机构
4、活塞环和承磨环 压缩环(气环)、 刮油环
活塞环的工作条件和要求
• 活塞环的工作条件： –受到高温高压燃气的 作用 –十分复杂的运动 –严重的摩擦和磨损 –润滑条件较差 –可能产生裂纹或折断
活塞环材料要求及制造工艺
• 材料要求：
–弹性较好，摩擦系数小，耐磨、耐高温；有良好的
初期磨合性、贮油性和耐酸腐蚀。
–一般采用合金铸铁(加硼、高硅)、可锻铸铁、球墨
铸铁
• 制造工艺：
–表面镀铬；
内表面刻纹以提高弹性；
–松孔镀铬；
ห้องสมุดไป่ตู้
外表面开设蓄油沟槽。
–环外表面镀铜以利磨合；
–喷镀钼以防止粘着磨损等。
油环 •飞溅润滑
1、机械负荷
机械负荷指柴油机部件承受最高燃烧压 力、惯性力、振动冲击等的强烈程度。
(1)安装预紧力引起的负荷 (2)气体力引起的机械应力
(1)安装预紧力引起的负荷
螺栓的预紧力 pｄ=(１.２５～２)πＲ２１ｐｚ
R1
气缸盖上表面安装应力为拉应力 下表面为压应力 大小与螺栓预紧力成正比 与气缸盖的高度成反比
钻孔冷却 • 冷却水孔实际上将壁分为冷热两部分， • 热区很薄——薄壁，减少了热应力； • 冷区很厚——强背，减少了机械应力。
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第二节 燃烧室部件
二、活塞 1、活塞的构造 2、活塞销 3、活塞的冷却 4、活塞环和承磨环
5、活塞杆填料函
1活塞的构造
作用： • 在保证密封的情况下，完成压缩和膨胀过程 • 组成运动机构，将力经连杆传递给曲轴； • 筒型机中承受侧推力，起滑块作用 • 在二冲程机中，启闭气口,起滑块作用。
• 要求: –良好的密封性能， –耐磨，特别是抗熔着磨 损的性能要高； –要有适当的弹性， –足够的强度和热稳定性。
气环 • 作用： 密封、传热
•密封原理： 本身弹性和气体压力 –高速柴油机装3道～5道， –低速柴油机装4道～6道
• 断面形式： a为矩形环 b为梯形环 c为倒角环 d 扭曲环
• 搭口形式 直搭口 斜搭口 重叠搭口
S-MC-C活塞
筒形活塞式柴油机活塞
Wärtsilä32
-由活塞头、活塞裙、活塞环 和活塞销组成 （小机器头、裙一体制造） -头部用铸钢，裙部用球墨铸铁 -头部有冷却腔 -有两道压缩环和一道刮油环 -裙部造得坚韧以承受侧推力 -销孔两端切槽以适应变形
2、活塞销
• 作用：筒形活塞中连接活塞和连杆小端 传递气体力和惯性力
柴油机的结构及主要部件
第一节 柴油机的总体结构
固定件 运动件 换气系统 燃油系统 润滑系统 冷却系统 起动和控制系统
第二节 燃烧室部件
一、燃烧室部件承受的负荷及结构特点 燃烧室：
当活塞处在上止点时，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 和燃烧的空间
1、机械负荷 4
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3、结构特点 10
工作条件：• 受燃气高温、高压、腐蚀、烧蚀作用 • 热负荷和机械负荷很高，容易发生裂纹和变形 • 磨擦与撞击，润滑困难，磨损严重 • 具有较大的惯性力，柴油机产生振动/
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、耐磨损;中、高速柴油机还 要求活塞重量轻。
十字头式柴油机活塞
-活塞头：耐热合金钢 -活塞裙：耐磨铸铁 -头和裙组装于活塞杆上 -活塞杆由段钢制造 -有四道活塞环 -活塞内有冷却腔，振荡冷却 -活塞杆内有插管 -短裙
α-膨胀系数 λ-导热系数
E-弹性模数
压应力
火侧 t1
热应力火侧为压应力，水侧为拉应力 拉应力 水侧 t2
与热流密度成正比，与壁厚成正比
活塞顶板
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热疲劳。 •热疲劳与柴油机的累计转数并无多大关系，主要取决于机器
的起动—运行—停车的循环次数，故亦称低频应力。 • 热疲劳产生的裂纹多数在触火面上形成和发展，以致造成损坏，