1、2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu1復習回顧n柴油機的增壓n船舶柴油機的分類 n船舶柴油機的總體結構 n船舶柴油機的主要技術指標n作業簡評 2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu2本課次主要內容本課次主要內容n主要運動機件（曲柄連桿機構）簡介 n活塞組概述 n筒狀活塞組的結構特點 2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu3曲柄連桿機構（主要運動件 ）主要固定件 燃油系統 主要運動件 配氣機構及換氣系統 潤滑系統 冷卻系統 起動及控制系統 柴油機基本組成2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機

2、主動力推進裝置lectu4主要運動件n主要運動件連桿組成曲軸十字頭組件活塞中小型柴油機中小型柴油機大型低速柴油機大型低速柴油機作用：將往復運動變為曲軸的回轉運動，使燃氣推動活塞的動力通過曲軸以回轉的方式向外輸出。2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu5曲柄連桿機構簡圖2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu6曲柄連桿簡圖2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu7活塞組概述n活塞的分類n活塞組的基本構成n活塞組的功用n活塞的工作條件n常用活塞材料2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置

3、lectu8 活塞的分類n筒狀活塞 按散熱方式分類：非冷卻式 /冷卻式 按結構分類：整體式/組合式 按材料分類：n十字頭式活塞冷卻式和組合式 按散熱方式分類：水冷/油冷 2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu9活塞組的基本構成2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu10活塞組件的功用活塞組件的功用n安裝的活塞環，與缸套、氣缸蓋共同組成密閉安裝的活塞環，與缸套、氣缸蓋共同組成密閉的氣缸工作空間；的氣缸工作空間；n活塞承受缸內氣體向力，經連桿傳遞給曲軸；活塞承受缸內氣體向力，經連桿傳遞給曲軸；n在筒狀活塞式柴油機中，承受側推力，起往復在

4、筒狀活塞式柴油機中，承受側推力，起往復運動的導向作用；運動的導向作用；n二沖程柴油機中，開啟、關閉氣口，控制換氣。二沖程柴油機中，開啟、關閉氣口，控制換氣。2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu11活塞組的工作條件n 受氣體力、往復慣性力以及側推力的周期性作用；n 高溫燃氣體周期加熱，使活塞材料的強度降低，同時觸火面產生熱變形和很大的熱應力；n 和氣缸之間不可能建立液體動力潤滑。筒狀活塞式柴油機的側推力使活塞不斷撞擊氣缸套，引起活塞變形和氣缸套振動。在中、高速柴油機中往復慣性力，使得振動加劇。2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu

5、12活塞組件的要求活塞組件的要求n活塞強度高剛度大，盡可能減輕重量n氣密可靠n冷卻效果好n摩擦損失小n耐磨損，較少的潤滑油消耗量n良好的潤滑、較小的磨損2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu13活塞本體材料合金鑄鐵（鑄鋼）：較高的機械強度、較小的熱膨脹系數以及良好的耐磨和耐腐蝕性能，價格低廉，工藝性好，但密度大，吸熱性和密度大，吸熱性和導熱性差導熱性差鋁合金：密度小，但熱強度較差，熱膨脹系熱強度較差，熱膨脹系數較大數較大球墨鑄鐵和耐熱合金：在強載柴油機中，常用這種材料制成薄壁式的活塞結構，以增加其承受熱負荷的綜合能力。耐熱合金鋼一般用作組合式活塞的頭部材料。20

6、21-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu14活塞的常用材料分類構成名稱常用材料大型低速柴油機活塞組合式活塞頭耐熱合金鋼活塞裙耐磨（合金）鑄鐵中型強載柴油機組合式活塞頭鑄鋼活塞裙球墨鑄鐵強化度小及小型柴油機一體活塞本體鋁合金2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu15筒狀活塞n活塞的熱負荷n活塞的冷卻方式n組合式活塞的“薄壁強背”結構 （熱負荷/機械負荷）n活塞裙部型面和活塞變形 （熱變形）n活塞銷 n活塞環2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu16筒狀活塞組的結構n組成活塞、活塞銷、活塞環、襯套和活塞銷蓋

7、活塞的熱負荷2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu17活塞的熱負荷n活塞的熱負荷概念和熱負荷故障n活塞熱負荷的表達 溫度和溫度場 熱變形 熱應力n活塞熱負荷和機械負荷2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu18活塞的冷卻n按其散熱方式分：冷卻式和非冷卻式熱量通過活塞環向氣缸套及其外側的冷卻水帶走頭部結構要便于散熱頭部結構要便于散熱熱量主要由冷卻介質帶走。(軸向散熱) 活塞組件活塞組件1-活塞本體；2-氣環；3-油環；4-活塞銷2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu19筒狀活塞冷卻自由噴射冷卻循環冷卻振

8、蕩冷卻2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu20組合式活塞n頭部：球墨鑄鐵或耐熱合金鋼材料n裙部：鋁合金或球墨鑄鐵材料2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu21活塞的改善措施n改善措施：圓弧過渡：非冷卻整體鋁活塞隔熱槽：整體鋁活塞 耐磨鑲座：第一環槽 2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu22耐磨鑲座 2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu23活塞運行過程的變形n活塞受熱膨脹（圖2-6活塞頂部變大）n活塞裙部的橢圓變形2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動

9、力推進裝置lectu242021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu25活塞運行過程的變形變形的原因1）氣體力作用；2）側推力作用；3）裙部金屬堆積（活塞銷座）2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu26筒形活塞裙部形狀變形情況：設計方法 (1)短軸在活塞銷中心線上 (2)銷座周圍的裙部表面內凹2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu272.2.2 活塞組活塞組n活塞組的工作條件n活塞本體的常用材料n筒狀活塞組筒狀活塞組n十字頭式柴油機活塞組結構活塞銷活塞銷活塞環2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機

10、主動力推進裝置lectu28活塞銷1.功用連接活塞與連桿，將活塞承受的力傳給連桿。2.工作條件 (1)承受燃燒壓力產生的交變沖擊力。(2)與活塞銷座及連桿的配合面承壓面積不能大，相對運動速度低，不易形成油膜，潤滑條件差，很容易磨損。3.要求足夠的疲勞強度、剛度、表面硬度和抗沖擊韌性4.材料：低碳優質鋼或合金鋼+外表面滲碳、淬火處理(表面足夠硬度，內部較高韌性)2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu292.2.2 活塞組活塞組n活塞組的工作條件n活塞本體的常用材料n筒狀活塞組筒狀活塞組n十字頭式柴油機活塞組結構活塞銷活塞環活塞環2021-10-17武漢理工輪機工程

11、船舶柴油機主動力推進裝置lectu30活塞環n活塞環的分類：氣環（密封環）和油環n活塞環的作用：密封密封,散熱散熱,調節滑油調節滑油,支承支承n活塞環的工作條件： 1)高溫高壓燃氣體力、往復慣性力、摩擦力、橫向高溫高壓燃氣體力、往復慣性力、摩擦力、橫向振動、氣口掛碰等使得運動復雜；振動、氣口掛碰等使得運動復雜； 2)缸套失圓、錐度使得交變的張合運動；缸套失圓、錐度使得交變的張合運動； 3)潤滑條件差，產生摩擦和摩損潤滑條件差，產生摩擦和摩損 4)振動掛碰張合產生裂紋和折斷振動掛碰張合產生裂紋和折斷,粘著后竄氣而失效粘著后竄氣而失效n氣環的數量：高2-3，中3-4，低5-6 ，油環一般是1-2道

12、。目前的趨向是減少環數，強化第一道環。（？） 2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu31活塞環2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu32活塞環n活塞環的材料：硬度比氣缸套硬一些硬度比氣缸套硬一些(常用顯微鏡組織細密的珠光體基體)材料使用機型普通灰鑄鐵強裁度不高的中、小功率柴油機合金鑄鐵強載度提高后的大、中功率柴油機球墨鑄鐵可鍛鑄鐵高速高強載柴油機的活塞環可采用2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu33活塞環材料性能參數2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu34活塞環鍍

13、層比較2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu35活塞環要求：n密封、耐磨、抗熔著磨損、彈性、滑油調節材料工作表面的處理：n提高耐磨性：鍍鉻、氮化n改善初期磨合性能：鍍銅、磷化、滲硫n以防粘著磨損：噴鉬2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu36活塞環n活塞環截面：要求：密封+有利于磨合+控制調節作用。形狀 ：2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu37活塞環不同截面特點（1）1、矩形環n優點：結構簡單，加工方便n缺點：（1）與氣缸壁的單位面積壓力小，密封和刮油效果都較差；（2）運行時往往因活塞的熱膨脹和

14、活塞頭的搖擺等原因，使環與缸壁失去正常的接觸，引起滑油耗量的增加。2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu38活塞環不同截面特點（2）2、錐面環 n優點：n上行布油n下行刮油n縮短初磨合時間 n缺點：n外圓面上也受到氣體壓力作用，降低了密封作用，錐面角越大超為嚴重。一般不能作第一道環，不能裝反5 . 15 . 0：錐角2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu39活塞環不同截面特點（3）3、梯形環n優點：n環的相對運動側面間隙不斷變化，把環槽中的積碳壓碎并擠壓出去n側隙中的氣體產生徑向分力加強了密封作用n單側楔形環，有扭曲環的特點。n缺

15、點：環的制造比較麻煩，其斷面強度較低。（耐高溫性好，常用于熱負荷較高柴油機的第一道氣環耐高溫性好，常用于熱負荷較高柴油機的第一道氣環）2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu40活塞環不同截面特點（4）(4)扭曲環優點：扭曲兼有錐面環優點，良好的氣密和刮油作用。缺點：不能裝反，增大了環與環槽側面的磨損內切槽環切槽朝上，外切槽環切槽朝下內切槽環切槽朝上，外切槽環切槽朝下 2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu41活塞環不同截面特點（5）(5)桶面環優點：接觸面積小密封性好，磨損減少。缺點：加工困難，其刮油作用并不強烈。常用作強化柴油機

16、的第一道環。常用作強化柴油機的第一道環。(6)開槽環優點：有利于潤滑和建立油膜 ，提高了表面接觸比壓2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu42活塞環不同截面特點（6）(6)開槽環(槽面環)優點：有利于潤滑和建立油膜 ，提高了表面接觸比壓缺點：容易引起漏氣適用于潤滑條件差、強載度高的柴油機。適用于潤滑條件差、強載度高的柴油機。作第一道活塞環時，槽數不能太多。作第一道活塞環時，槽數不能太多。2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu43活塞環n活塞環搭口：n安裝時搭口要求：不在同一直線上，斜口錯開a直切口 b搭切口 c斜切口2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu44活塞環的開口形狀n密封性： 搭切口斜切口直切口n加工性： 直切口斜切口搭切口n開口間隙：大了漏氣，小了卡死折斷。n端面間隙：過小易卡死而失去密封性，過大則泵油現象嚴重。 a直切口 b搭切口 c斜切口2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu45活塞環的泵油作用2021-10-17武漢理工輪機工程船舶柴油機主動力推進裝置lectu46油環n油環（活塞下