第三节 曲柄连杆机构幻灯片.ppt

1、第三节曲柄连杆机构是柴油机的主要运动部件，主要包括曲轴和连杆，以及十字头柴油机的十字头总成。曲柄连杆机构的主要功能是将活塞的往复运动转化为旋转运动并输出动力。1.十字头组件1。功能：连接活塞和连杆，将气动力和惯性力传递给轴承侧止推导轨2。结构：见图十字头体、十字头轴承(连杆小头轴承)、十字头销、十字头滑块和导板3。十字头组件的工作条件：十字头本体和轴承应承受周期性的气体爆炸压力；十字头滑块应承受横向脊椎力。特别是十字头轴承受单向力，连杆只摆动，很难形成良好的润滑，工作条件更差。4.十字头的结构有单滑块结构、圆柱滑块结构和双滑块结构。十字头与活塞杆的连接有两种方式：一种是活塞杆穿过十字头上的孔并

2、用螺母固定，另一种是用活塞杆的下法兰和螺栓与十字头连接。在第一种形式中，由于活塞杆穿过十字头并且连杆的小端分叉，十字头轴承的工作可靠性降低，这种情况现在基本上没有使用。第二种形式，由于连杆的小端采用全支撑结构，扩大了轴承的承载面积，改善了轴承的受力状况，大大提高了十字头轴承的工作可靠性。图2-24十字头1-活塞杆的结构；2-连杆小端轴承盖；3-十字头销；4-滑块；5-连杆小端轴承座；6连杆轴，(2)L-MC/MCE型导向板和隔膜板制成一体，以提高刚性(在RTA机器上用螺栓将它们固定在一起)。将油输送到十字头的是由十字头销上的支架驱动的套筒，而不是铰链。活塞杆用小螺栓而不是通孔固定在活塞销上。滑

3、块上有导轨而不是小导板。进入十字头后，润滑油分为三路：一路流向导板和滑块。一直到活塞孔冷却活塞顶，然后从活塞杆(圆形通道)流出。润滑完连杆的小端轴承后，从连杆内侧润滑曲柄销轴承。它们都流回曲轴箱。3)十字头轴承分析和提高可靠性的措施。特点：高比压、高作用力和有限尺寸的轴承。很难形成足够的润滑油膜。摆动的角速度不时变化，并且方向不断变化，因此它处于边界润滑状态。单向力。二冲程机器的十字头销总是压在下轴承座上。不均匀的压力。零件变形，局部应力严重。一般来说，内侧压力很大，容易发生故障。提高可靠性的措施：(1)降低轴承比压极限pz。增加轴颈直径，增加比压降刚度，这有利于润滑油膜的形成。采用完全支撑的

4、轴承。轴承支承面设置在轴颈的整个长度上，以扩大轴承面积。(2)采用弹性结构，使轴承载荷分布均匀。采用刚性结构。逆变形法增加轴承表面的接合面积。对于分叉轴承，(3)确保良好的润滑和冷却，以确保油压。铰链机构或外壳机构，专门配有机油增压泵(用于薄壁铝锡合金轴瓦)。RTA十字头轴承润滑油压为1 . 01 . 2兆帕，配油和输油槽设置合理。过多的凹槽会削弱轴承表面；凹槽太少，机油分布不均匀。轴向横向槽不能向边缘打开，但不能密封油。轴承油槽末端设有小放油槽，保证冷却；油槽边缘呈楔形倾斜，角度和长度合适(防刮油和油膜厚度)。适当的轴承间隙。如果间隙太大，油压很难确定；间隙太小，不容易握住轴。(4)使用薄壁

5、轴瓦。白色合金(高铝锡合金)浇在不锈钢上要求：抗疲劳、抗冲击、足够的刚度和强度；长度短、重量轻、加工容易、拆装方便；连杆轴承工作可靠，使用寿命长。选材：十字头机采用中碳钢，圆筒机采用优质碳钢或合金钢。在二冲程机器中，连杆总是处于压力下(尺寸方向周期性地变化)；在四冲程机器中，连杆有时受压，有时受拉。是二冲程柴油机气动力Fg、往复惯性力Fj和合力f随曲轴转角的变化曲线。可以看出，当活塞接近上止点(曲轴转角为0)时，由于惯性力的方向与气动力的方向相反，合力虽小于气动力，但仍然是正的，即力的方向是向下的，这使得连杆受到压缩；当活塞接近下止点(曲轴转角为180)时，由于惯性力是正的且很大，虽然气动力很

6、小，但其合力仍然相对较大，这使得连杆受到压力。当活塞接近曲柄角300时，惯性力具有负值，并且大于气体力，因此合力具有负值，即力的方向是向上的，并且连杆被拉伸，但是拉力很小。在低捕获和增压柴油机中，由于惯性力小而气体力大，总合力为正，因此连杆总是处于压力下。对于四冲程中高速柴油机，在通风的上止点附近，由于气动力小，惯性力大，合力一般为负，导致连杆拉伸。2.连杆结构1)十字头连杆小端(RTA型):十字头端。它由轴承盖、轴承座、薄壁轴瓦和螺栓组成。薄壁轴瓦提高了耐磨性。轴：由锻钢制成。轴和大端是分开的(称为船用大端)，压缩比调节垫片安装在分开的表面上。大端：曲柄销轴承由轴承盖、轴承座、垫片和螺栓杆组

7、成。在没有轴瓦的情况下，白合金直接铸造在轴承盖和轴承座上(可以扩大轴颈，便于散热)，在铸造白合金的地方开燕尾槽(使其结合牢固)。螺栓：在杆体上设置定位环(减少拧紧力对螺栓的弯曲影响)；柔性螺栓(抗疲劳性)；用专用工具(螺栓张紧器)安装。外螺纹由盖子保护(安装工具并防止松动)。图2-27 RTA-t-b型柴油机1、6连杆螺栓螺母结构图；2，7-连杆螺栓；3-小端轴承盖；4，8-薄壁轴瓦；5-连杆轴；9-大端轴承盖，L-MC/MCE特点：轴与大端和小端集成在一起。轴与大端密不可分，大端被称为车辆的大端。连杆的小端是刚性的，十字头的销端又短又厚。它采用全支撑(称为刚性十字头轴承)，增加了承载能力和可

8、靠性。2)圆柱形活塞连杆(1)平切连杆：大端剖切面垂直于连杆轴线。它由轴、大端轴承盖、小端轴承衬套、大端轴承衬套和连杆螺栓组成。小端通常用轴锻造。加厚顶部，提高抗弯能力，减少变形。确保润滑间隙，提高工作可靠性。将青铜衬套压入小端孔。小端与轴的连接处采用大圆弧过渡，以提高刚度，降低应力集中。轴的截面为工字形，提高了摆动平面的弯曲强度。油冷却(曲轴钻孔的大端和小端)用于冷却小端轴承和活塞。汽车大端轴瓦(广泛用于中高速机械)是一种薄壁轴瓦，分为三层：背面铸造铜铅合金，然后镀薄铅锡合金。(2)斜切连杆(大端斜切)用途：满足柴油机增压程度提高后，连杆和活塞能提出气缸的要求。我锡铅合金厚度为0.04-0.

9、05毫米，输油孔的轴承盖的输油孔轴中的油道小端由曲柄销径向钻出。(3)主副连杆：V型机中的连杆形式：平行连杆、叉形连杆、主副连杆(铰接连杆)。平行连杆：两个连杆完全相同，平行安装在曲柄销上，两个气缸的中心线不在同一平面上。叉形连杆：结构复杂，润滑不良，应用少，无介绍。主副连杆：MAN VV40/45型，由主连杆、曲柄销、副连杆和副连杆销组成。主、副连杆的特点是大端轴瓦为薄壁铅青铜轴瓦，磨合层薄。在拆卸和检查活塞时，不得拆卸大端轴承，或者不得拆卸大端轴承和辅助连杆销轴承。缺点：结构复杂，制造困难，辅助连杆销的连杆螺栓底部容易出现裂纹。4)连杆螺栓二冲程机的连杆螺栓只承受预紧力，而四冲程机则承受预

10、紧力、惯性力和附加弯曲应力。一般来说，它由高质量的碳钢或合金钢制成，具有良好的韧性和高强度。设计采用抗疲劳柔性结构(增加长度，减小杆径)；采用精加工螺纹；大圆角过度降低应力集中；螺栓垂直于支撑面，以减少额外的弯曲应力。安装方法如下：螺母连接/无螺母连接。安装注意事项：预紧力、预紧方法、预紧顺序等。都严格按照说明进行。正确的紧固和锁定是避免骨折的有效措施。曲轴的工作条件和要求曲轴的主要功能是通过连杆将活塞的往复运动转化为旋转运动；每个气缸所做的功被收集起来输出并驱动柴油机的辅助设备。(2)曲轴的工作条件(1)曲轴受到每个气缸的交变气体力、惯性力和离心力以及它们产生的弯矩和扭矩的作用。这些力不仅随

11、曲柄角度变化，也随负载变化。在这些力的作用下，曲轴产生弯曲和扭转变形，并产生非常复杂的交变应力。2)应力集中严重的曲轴由112个曲柄组成，曲柄按一定角度交错排列，动力输出端和自由端。每个曲柄分为三部分：主轴颈、曲柄销和曲柄臂，止推环直接锻造在现代大型低速柴油机的曲轴上。其中，曲柄臂和曲柄销之间的过渡圆角是最危险的。3)附加应力很大。曲轴是一个弹性体，在径向力、切向力和扭矩的作用下，会产生扭转振动、横向振动和纵向振动。可能发生共振，扭转振动会引起传动齿轮的噪音和疲劳，横向振动会因曲轴过度弯曲而加剧轴颈和轴承的磨损，甚至使其无法正常工作。4)轴颈磨损，特别是在润滑不良、发动机底座或壳体变形、轴承间

12、隙不当以及过载运行时发动机频繁启动和停止的情况下，会明显加剧轴颈磨损。长期运转后，主轴颈被磨成椭圆和圆锥，曲柄销更严重，四冲程曲柄销内侧比外侧更严重，第二冲程相反。(3)曲轴的要求和材料曲轴是柴油机中最长、最重的部件，它直接影响柴油机的尺寸和重量。曲轴形状复杂、质量要求高、制造工艺难度大，是柴油机中最昂贵的部件。要求：1 .疲劳强度高，工作安全可靠；b .有足够的刚度，运行时变形小，使轴承负荷均匀；c .轴颈有足够的轴承面积，以确保轴承的比压较低；曲轴轴颈应具有良好的耐磨性它具有结构简单、重量轻、运行可靠等优点，已广泛应用于中高速柴油机，并逐渐扩展到大型低速柴油机领域。2)组合曲轴组合曲轴广泛

13、应用于大型低速柴油机。组合式主要用于制造方便，解决曲轴制造设备能力有限的问题。曲轴总成可分为套筒式和焊接式。曲轴套法包括冷套法和红套法。3)分段曲轴分两段制造，然后通过法兰连接成整体曲轴。一般用于有大量气缸的曲轴，例如，MC系列柴油机泵的9-12缸采用分段曲轴。(2)曲轴结构曲轴主要由几个单元曲柄、自由端、飞轮端和配重组成，如图所示。单元曲柄是曲轴的基本部件，由主轴颈、曲柄销和曲柄臂组成。为了平衡曲柄不平衡的转动质量，产生了惯性力，其中一些在曲轴上装有配重。为了减轻曲轴的重量和惯性力，曲柄销和主轴颈一般采用空心结构；由于截面尖锐，在轴颈与曲柄臂连接的过渡圆角处应采用足够大的过渡圆弧。为了润滑曲

14、柄销轴承和活塞销，在圆柱活塞柴油机的曲轴上钻一个润滑油通道，将输送到主轴承的润滑油导向曲柄销轴承。由于开油孔会增加曲轴的应力集中，合理选择油孔位置会使轴颈的弱化最小化。为了减少应力集中，油孔应该倒角和抛光。图2-33曲轴1-s-MC-c柴油机自由端；2-轴向减震器活塞；3单元曲柄；4-止推环；5-功率输出，(3)曲轴曲柄的布置以气缸数量命名。有两种方法来排列圆柱体，一种是从自由端，另一种是从动力端。在中国和大多数国家，自由端安排被采用。曲柄的布置由气缸的点火间隔角和点火顺序决定，点火间隔角和点火顺序应根据以下原则确定。1)柴油机的功率输出应均匀，即点火间隔角应相等。这样，相邻点火的两个气缸之间

15、的曲柄角对于二冲程柴油发动机为360度，对于四冲程柴油发动机为720度。I是柴油机的气缸数。2)避免两个相邻气缸之间连续点火，以降低两个相邻气缸之间主轴承的负荷。由于这个原因，最好是轮流点燃柴油发动机的两端。MAN B5-曲柄销；6-油道；7-头端法兰；4.曲柄连杆机构的故障与管理：1.十字头滑块和导板滑块在导板上的运动规律与活塞在气缸中的运动规律完全相同。但是，由于曲轴箱温度低，润滑油供应充足，滑块和导板的工作条件比活塞和缸套的工作条件好得多，滑块上单位面积的力(比压力)设计得很小；因此，一般来说，滑块和导板的寿命更长，故障更少。但是，由于滑块的速度在上止点和下止点为零，并且由于更换上止点和

16、下止点附近的正反转导板而导致侧向推力反转和撞击，因此也会发生一些故障。最常见的故障是滑块白合金的偏心磨损和疲劳断裂。白合金偏磨主要是由于导板或滑块安装不当、主轴承偏磨、导板与滑块间隙不理想、润滑不良、白合金破碎造成的。除了安装和润滑外，主要是由于白金铸造不良、过载运行和导板与滑块间隙过大造成的。应定期检查导板与滑块之间的间隙、润滑状态和工作表面状况。运转时仔细倾听曲轴箱内的噪音，发现异常及时处理。连杆和十字头柴油机连杆主要承受压应力，柴油机转速低，所以连杆的重量和尺寸不如气缸活塞严格曲轴的疲劳损伤：在交变载荷的作用下，裂纹产生并逐渐扩展。随着裂纹的逐渐发展，截面逐渐减小，最后由于截面尺寸不足而突然断裂。疲劳损伤的形式：1 .弯曲疲劳损伤。扭转疲劳损伤和疲劳损伤的判断依据：截面纹理。疲劳断口可分为三个区域，即初始裂纹区