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1、1第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件 运运动动机机件件主主要要是是指指曲曲柄柄连连杆杆机机构构，它它由由活活塞塞组组，连连杆杆组组和和曲曲轴轴等等部部件件组组成成。曲曲柄柄连连杆杆机机构构的的功功能能是是将将热热能能转转变为机械功。变为机械功。第1页/共32页2第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件分解分解S为为T，K切向力切向力T对曲轴中心的力矩：对曲轴中心的力矩：M=T R法向力法向力K引起曲轴弯曲引起曲轴弯曲主要受力有：主要受力有：1）气缸内的气体压力）气缸内的气体压力P2）运动机件的惯性力）运动机件的惯性力P将合力分解得：将合力分
2、解得：垂直于气缸中心线的侧推力垂直于气缸中心线的侧推力N作用：侧推力作用：侧推力N产生摩擦产生摩擦沿连杆中心线的连杆力沿连杆中心线的连杆力S作用：连杆力作用：连杆力S使连杆压缩或拉伸使连杆压缩或拉伸根据牛顿第三定律，侧推力根据牛顿第三定律，侧推力N对曲轴中心的力距等对曲轴中心的力距等于旋转力矩于旋转力矩M,作用在机体上，与作用在机体上，与M相反。并且企相反。并且企图使柴油机倾倒，图使柴油机倾倒，所以称为倾覆力矩。所以称为倾覆力矩。P=P+P第2页/共32页3第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件活塞组由活塞、活塞销、活塞环、活塞组由活塞、活塞销、活塞环、衬套和活塞销盖
3、。衬套和活塞销盖。一活塞组的组成一活塞组的组成二活塞组的作用二活塞组的作用1.1.与气缸，气缸盖共同构成发动机的密闭的与气缸，气缸盖共同构成发动机的密闭的工作空间防止燃气漏入曲轴箱，阻止过多的工作空间防止燃气漏入曲轴箱，阻止过多的润滑油窜入气缸内。润滑油窜入气缸内。2.2.承受燃气压力，并将其传给连杆和曲轴。承受燃气压力，并将其传给连杆和曲轴。3.3.承受侧推力，起到了导向作用。承受侧推力，起到了导向作用。4.4.二冲程发动机中还有控制气口的作用。二冲程发动机中还有控制气口的作用。第3页/共32页4第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件要求要求：活塞的活塞的质量质量要
4、要小小，可以减小惯性力；，可以减小惯性力；热膨胀系数热膨胀系数要要小小，减小受热时的变形；减小受热时的变形；导热性好导热性好，防止活塞过热，发生损坏；，防止活塞过热，发生损坏；耐磨耐磨性好性好，防止在往复运动中大量磨损。，防止在往复运动中大量磨损。一一、活塞活塞4第4页/共32页5活塞的结构形式活塞的结构形式 从有无冷却的角度可分为：从有无冷却的角度可分为：非冷却活塞非冷却活塞和和冷却式活塞冷却式活塞整体铝活塞整体铝活塞，整体油冷活塞整体油冷活塞，组合式油冷塞组合式油冷塞，组合式水冷活塞组合式水冷活塞。第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件5第5页/共32页6第二章第
5、二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件1 1、整体铝活塞整体铝活塞(1)活塞的基本结构包括：顶部、环槽、活塞销活塞的基本结构包括：顶部、环槽、活塞销座和裙部。活塞顶部、气缸盖和气缸壁组成燃座和裙部。活塞顶部、气缸盖和气缸壁组成燃烧室。烧室。(2)活塞头部：从活塞顶至活塞销座以上最末一道活塞头部：从活塞顶至活塞销座以上最末一道环槽之间的部分称为活塞头部。开有数道环槽，环槽之间的部分称为活塞头部。开有数道环槽，2-3道气环槽，道气环槽，1-2道油环槽。高速机较少道油环槽。高速机较少，低速，低速机较多机较多。6第6页/共32页7第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机
6、件运动机件2、整体油冷活塞、整体油冷活塞 为了适应柴油机的热负荷和机械负荷不断增加的需要，保证活塞为了适应柴油机的热负荷和机械负荷不断增加的需要，保证活塞顶的足够强度又使第一道环的温度不至太高，在中、高速柴油机中普遍顶的足够强度又使第一道环的温度不至太高，在中、高速柴油机中普遍采用了整体油冷活塞即在整体活塞顶部及环槽部开有冷却液流道或冷却采用了整体油冷活塞即在整体活塞顶部及环槽部开有冷却液流道或冷却腔，用润滑系统中冷却油作为冷却介质，对活塞顶部及环槽区进行强制腔，用润滑系统中冷却油作为冷却介质，对活塞顶部及环槽区进行强制冷却。冷却。主要可分为：蛇形油管冷却活塞，冷却油腔活塞主要可分为：蛇形油管
7、冷却活塞，冷却油腔活塞7第7页/共32页8第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件蛇形油管冷却活塞蛇形油管冷却活塞蛇形油管冷却活塞：采用螺旋形铜管或钢管蛇形油管冷却活塞：采用螺旋形铜管或钢管铸入活塞本体，使冷却油流经蛇型管，在润滑油铸入活塞本体，使冷却油流经蛇型管，在润滑油压力作用下进行循环冷却。为了增强冷却效果，压力作用下进行循环冷却。为了增强冷却效果，也有铸成后再用酸蚀掉铜管。也有铸成后再用酸蚀掉铜管。冷却油腔活塞：活塞头内部设置冷却油腔，冷却冷却油腔活塞：活塞头内部设置冷却油腔，冷却油不充满整个油腔，一般只充油不充满整个油腔，一般只充30-50%30-50%，由于
8、活塞往，由于活塞往复运动的惯性，冷却油在油腔中震荡冲刷，冷却油复运动的惯性，冷却油在油腔中震荡冲刷，冷却油与油腔面相对运动速度较大，容易形成紊流，冷却与油腔面相对运动速度较大，容易形成紊流，冷却效果较好。效果较好。冷却油腔活塞冷却油腔活塞8第8页/共32页9第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件采用组合式的原因采用组合式的原因a.强化强度提高，活塞头部的强化强度提高，活塞头部的热负荷增加。一般的铝合金不能热负荷增加。一般的铝合金不能满足要求。满足要求。b.出于减小往复惯性力的考虑，出于减小往复惯性力的考虑，减轻重量。减轻重量。3、组合式油冷活塞、组合式油冷活塞9第9页
9、/共32页10第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件采用十字头式活塞的原因：采用十字头式活塞的原因：这种形式没有活塞销座和活塞销，这种形式没有活塞销座和活塞销，连杆的侧推力由十字头来承担。由于连杆的侧推力由十字头来承担。由于船用大型低速柴油机气缸直径大，侧船用大型低速柴油机气缸直径大，侧推力大，不能靠活塞裙来承担，因此推力大，不能靠活塞裙来承担，因此一般都采用一般都采用十字头式活塞，十字头式活塞，十字头式活塞十字头式活塞10第10页/共32页11第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件二二、活塞环活塞环1、活塞环分为气环和油环两种活塞环分为气环
10、和油环两种a.气环气环一般高速机有一般高速机有2-3道气环，中速机有道气环，中速机有3-4道气环，低速机有道气环，低速机有5-6道气环。目前道气环。目前的趋向是减少环数，强化第一道环。的趋向是减少环数，强化第一道环。柴油机所消耗的摩擦功中约有柴油机所消耗的摩擦功中约有50%是是活塞环和活塞裙与缸套间的摩擦引起活塞环和活塞裙与缸套间的摩擦引起的。的。b.油环油环油环一般是油环一般是1-2道。道。2、活塞环的功用：活塞环的功用：密封气缸，防止燃气漏入曲轴箱，防止滑油漏密封气缸，防止燃气漏入曲轴箱，防止滑油漏入气缸；入气缸；导热，燃烧的热量经环传到气缸壁；导热，燃烧的热量经环传到气缸壁；调节润滑油量
11、，刮油和布油由油环承担；调节润滑油量，刮油和布油由油环承担；支承活塞活塞销。支承活塞活塞销。11第11页/共32页12第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件应保证较高的密封性，便于磨合，耐磨损，对润滑有调节作用。应保证较高的密封性，便于磨合，耐磨损，对润滑有调节作用。3、气环的结构、气环的结构e桶形环桶形环a矩形环矩形环 b锥面环锥面环 c内倒角扭曲环内倒角扭曲环d梯形环梯形环12第12页/共32页13第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件(3)斜切口，性能介斜切口，性能介于上述两者之间。于上述两者之间。4.活塞环的开口形状活塞环的开口形状(
12、1)直切口，结构简直切口，结构简单，加工容易，但单，加工容易，但密封性稍差。密封性稍差。(2)搭切口，密封性搭切口，密封性好，但制造困难，好，但制造困难，多用于大型低速柴多用于大型低速柴油机中。油机中。13第13页/共32页14第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件(1)气环的泵油现象气环的泵油现象 如图如图当活塞向下运动时，环压在环当活塞向下运动时，环压在环槽的上端面被气环刮下的滑油充满槽的上端面被气环刮下的滑油充满环与环槽之间的空间。当活塞向上环与环槽之间的空间。当活塞向上运动时，环压在环槽的下端面，而运动时，环压在环槽的下端面，而滑油被挤入上部的环槽间隙中。滑油
13、被挤入上部的环槽间隙中。5油环油环 14第14页/共32页15第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件(2)采用原因采用原因由于某些气环不但没有刮油的作用，而且还能把润滑油泵吸到燃烧室中由于某些气环不但没有刮油的作用，而且还能把润滑油泵吸到燃烧室中去，所以必须在活塞上安装专门的刮去气缸上多于润滑油的刮油的环。去，所以必须在活塞上安装专门的刮去气缸上多于润滑油的刮油的环。由于泵油会增加滑油的消耗量，并引起结焦造成气环卡死，产生严重漏由于泵油会增加滑油的消耗量，并引起结焦造成气环卡死，产生严重漏气，使功率下降。气，使功率下降。(4)安装位置安装位置一般油环多部置于滑油较多的
14、活塞末道气环以下。一般油环多部置于滑油较多的活塞末道气环以下。(3)结构形式结构形式油环制成有利于刮油和布油的形状，并在环槽油环制成有利于刮油和布油的形状，并在环槽中或槽下方开油孔，将刮下的滑油引入曲轴箱。中或槽下方开油孔，将刮下的滑油引入曲轴箱。为了提高油环的径向压力和刮油效果，还采用为了提高油环的径向压力和刮油效果，还采用弹簧胀圈油环以及钢片组合油环。弹簧胀圈油环以及钢片组合油环。第15页/共32页16第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件三三、连杆组连杆组连杆组是由连杆，连杆盖，连杆螺栓，连杆轴瓦，小端衬套等部连杆组是由连杆，连杆盖，连杆螺栓，连杆轴瓦，小端衬套
15、等部分组成。分组成。16第16页/共32页17第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件4）性能要求：）性能要求：(1)足够的强度和刚度足够的强度和刚度(2)尽量减轻连杆质量。尽量减轻连杆质量。(3)大端及小端轴承可靠，耐磨性好。大端及小端轴承可靠，耐磨性好。(4)易于制造，成本低。易于制造，成本低。1）功用：连接曲轴和活塞，将作用于活塞力传给曲轴，并将活塞的往功用：连接曲轴和活塞，将作用于活塞力传给曲轴，并将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动。复直线运动变为曲轴的旋转运动。3）运动方式）运动方式(1)小端小端-往复直线运动往复直线运动 (2)大端大端-回转运动，回转运
16、动，(3)杆身杆身-复杂的平面运动复杂的平面运动2）受力情况受力情况气体压力，往复运动质量惯性力，摆动惯性力，以上各力大小和方向不气体压力，往复运动质量惯性力，摆动惯性力，以上各力大小和方向不断变化，易引起连杆疲劳破坏。断变化，易引起连杆疲劳破坏。连杆小段压入衬套，螺栓压紧，产生附加载荷。连杆小段压入衬套，螺栓压紧，产生附加载荷。1、连杆的功用及工作条件连杆的功用及工作条件17第17页/共32页18第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件(1)并列连杆并列连杆 2、在在V型柴油机中，一个曲柄销要连接两个连杆。根据两个连杆相互型柴油机中，一个曲柄销要连接两个连杆。根据两个
17、连杆相互连接方式，可把连接方式，可把V型柴油机连杆分为型柴油机连杆分为并列连杆并列连杆、叉型连杆叉型连杆和和主副连杆主副连杆三种形式。三种形式。(1)并列连杆并列连杆同一列左、右两气缸的连杆并排的装在同一同一列左、右两气缸的连杆并排的装在同一曲柄销上。曲柄销上。优点：左右两气缸的连杆结构完全相同，可优点：左右两气缸的连杆结构完全相同，可以通用；两个活塞连杆组运动规律完全相同，以通用；两个活塞连杆组运动规律完全相同，动力性能一样。动力性能一样。缺点：左右两排气缸中心线沿轴向错开一段缺点：左右两排气缸中心线沿轴向错开一段距离，曲轴长度增加，导致刚度受力复杂。距离，曲轴长度增加，导致刚度受力复杂。1
18、8第18页/共32页19第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件(2)叉型连杆叉型连杆 一个是一个是“叉型连杆叉型连杆”，另一个是，另一个是“片型连杆片型连杆”左右两个连杆气缸左右两个连杆气缸中心线处于同一平面内，无须轴向错开。中心线处于同一平面内，无须轴向错开。缺点：叉型连杆大端结构和制造工艺比较复杂，大端刚度不高。缺点：叉型连杆大端结构和制造工艺比较复杂，大端刚度不高。19第19页/共32页20第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件(3)主副连杆主副连杆 主连杆直接连在曲柄销上；副连杆通过圆柱销与主连杆大端凸耳相连。主连杆直接连在曲柄销上；
19、副连杆通过圆柱销与主连杆大端凸耳相连。优点：气缸中心线在同一平面内，且只有主连杆大端与曲柄销相连，故优点：气缸中心线在同一平面内，且只有主连杆大端与曲柄销相连，故 结构紧凑，轴向尺寸缩短，曲轴刚度增加。结构紧凑，轴向尺寸缩短，曲轴刚度增加。缺点：两排气缸运动规律有差别，且副连杆在主连杆上产生附加弯矩。缺点：两排气缸运动规律有差别，且副连杆在主连杆上产生附加弯矩。20第20页/共32页21第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件四四、曲轴曲轴前端（自由端）：安前端（自由端）：安装配气机构和各种辅助装配气机构和各种辅助机构的传动齿轮机构的传动齿轮 单位曲柄单位曲柄主轴颈：支
20、承在主轴承上主轴颈：支承在主轴承上曲柄销：连杆轴颈曲柄销：连杆轴颈曲柄臂：曲臂曲柄臂：曲臂后端（输出端）：带后端（输出端）：带凸缘，可安装飞轮凸缘，可安装飞轮 21第21页/共32页22第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件2、曲轴的分类曲轴的分类 根据单位曲柄的构造特点，船舶柴油机曲轴有三种构造形式：根据单位曲柄的构造特点，船舶柴油机曲轴有三种构造形式：整体式曲轴、套合式曲轴和圆盘式曲轴。整体式曲轴、套合式曲轴和圆盘式曲轴。22第22页/共32页23第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件3圆盘式曲轴圆盘式曲轴主轴颈和曲臂合成一个圆盘。圆盘外
21、面多半是同时装有短滚柱式主轴颈和曲臂合成一个圆盘。圆盘外面多半是同时装有短滚柱式主轴承，轴向尺寸紧凑，曲柄销长度可加大，刚度较大，承载能力主轴承，轴向尺寸紧凑，曲柄销长度可加大，刚度较大，承载能力强，但成本高，噪声大，重量大。强，但成本高，噪声大，重量大。1整体式曲轴整体式曲轴用于中、高速柴油机，主轴颈、曲柄销和曲柄臂一体。用于中、高速柴油机，主轴颈、曲柄销和曲柄臂一体。2套合式曲轴套合式曲轴 a全套式：曲柄销、曲臂、主轴颈都分别制造，然后套合为一体。全套式：曲柄销、曲臂、主轴颈都分别制造，然后套合为一体。b半套合式：曲柄销与曲臂为一体，。半套合式：曲柄销与曲臂为一体，。套合方法：红套或液压套
22、。用于大型低速柴油机，消除了大件锻造套合方法：红套或液压套。用于大型低速柴油机，消除了大件锻造困难。分段式曲轴也是同样道理。困难。分段式曲轴也是同样道理。23第23页/共32页24第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.9固定机件固定机件固定机件主要包括：气缸盖，气缸套，机体（气缸体的曲轴箱）及机座。固定机件主要包括：气缸盖，气缸套，机体（气缸体的曲轴箱）及机座。作用：保证运动件相互位置，并构成燃烧室，气道，水道，作用：保证运动件相互位置，并构成燃烧室，气道，水道，油道，以保证燃烧，换气，冷却和润滑的需要。油道，以保证燃烧，换气，冷却和润滑的需要。第24页/共32页25第二章第二章 船舶
23、柴油机装置船舶柴油机装置2.9固定机件固定机件气缸盖的结构形式多种多样气缸盖的结构形式多种多样1按气缸盖的数量分类，有单体式气缸盖和整体式气缸盖。按气缸盖的数量分类，有单体式气缸盖和整体式气缸盖。2按结构形式分有组合式气缸盖，焊接结构气缸盖，双层底结构气按结构形式分有组合式气缸盖，焊接结构气缸盖，双层底结构气缸盖和钻孔冷却气缸盖等。缸盖和钻孔冷却气缸盖等。一、气缸盖一、气缸盖第25页/共32页26第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.9固定机件固定机件 二、气缸套二、气缸套1、功用功用(1)构成工作循环的空间。构成工作循环的空间。(2)作活塞的导向面，十字头的是滑块和导板。作活塞的导向
24、面，十字头的是滑块和导板。(3)向周围导热。向周围导热。(4)对于二冲程发动机中气缸套上还开有扫气口。对于二冲程发动机中气缸套上还开有扫气口。第26页/共32页27第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.9固定机件固定机件按在气缸内安装方法的不同：湿式和干式缸套按在气缸内安装方法的不同：湿式和干式缸套2 2、分类分类 干式：干式：.无腐蚀和穴蚀。无腐蚀和穴蚀。.壁薄，气缸中心距可减小，壁薄，气缸中心距可减小，结构紧凑，刚度小。结构紧凑，刚度小。.气缸套外圆须精磨，气缸气缸套外圆须精磨，气缸体上的孔须珩磨。体上的孔须珩磨。湿式：湿式：.散热条件好，散热条件好，.厚度大，制造和更换方便厚度大
25、，制造和更换方便，应用于船舶柴油机中。，应用于船舶柴油机中。.有水的腐蚀和穴蚀。有水的腐蚀和穴蚀。第27页/共32页28第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.9固定机件固定机件轴向定位轴向定位:下端不固定，受热可自由伸长。下端不固定，受热可自由伸长。径向定位：凸缘，防止横向移动。径向定位：凸缘，防止横向移动。3、气缸套定位气缸套定位4、气缸套的密封气缸套的密封（1）气密气密材质有：铝板，铜皮包石棉，软钢材质有：铝板，铜皮包石棉，软钢。与气缸盖对应，气缸垫片有整体式垫片和单体式圆环垫片。与气缸盖对应，气缸垫片有整体式垫片和单体式圆环垫片。（2）水密水密 缸套下部温度较低，可用橡皮圈密封。
26、缸套下部温度较低，可用橡皮圈密封。第28页/共32页29第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.9固定机件固定机件三、机体与机座三、机体与机座正置式主轴承的机体机座结构正置式主轴承的机体机座结构倒挂式主轴承的机体机座结构倒挂式主轴承的机体机座结构隧道式主轴承的机体机座结构隧道式主轴承的机体机座结构按主轴承结构分：按主轴承结构分：第29页/共32页30第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.10配气机构和配气相位配气机构和配气相位一、配气机构的构成一、配气机构的构成30第30页/共32页31第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.10配气机构和配气相位配气机构和配气相位二、配气相位二、配气相位：1030：4070：4060：1030 31第31页/共32页2023/3/21新型船用组合式进气滤清器性能研究32感谢您的观看。感谢您的观看。第32页/共32页