第三节曲柄连杆机构解读.ppt

第三节 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构是柴油机的主要运动件，主要包括曲轴和连杆．对于十字头式柴油机还包括十字头组件。曲柄连杆机构的主要作用是将活塞的往复运动转换成回转运动，并输出动力。 一、十字头(crosshead)组件 1.作用： ?连接活塞与连杆 ?传递气体力与惯性力 ?承受侧推力 ?导向 2.结构：见图 十字头本体、十字头轴承(连杆小端轴承)十字头销、十字头滑块、导板 3.十字头组件的工作条件： 十字头本体和轴承要承受周期性的气体爆发压力；十字头滑块要承受侧椎力的作用。特别是十字头轴承．由于单向受力及连杆只作摆动，不易形成良好的润滑，工作条件更为恶劣。 4.十字头的结构 单滑块结构、圆筒形滑块结构和双滑块结构。 5.十字头与活塞杆的连接方式 两种：一种是活塞杆穿过十字头上的孔用螺帽固定，另一种利用活塞杆下部凸缘和螺栓与十字头连接。第一种形式由于活塞杆穿过十字头，连杆小端采用分岔形式，使十字头轴承工作可靠性降低，现在已基本不用。而第二种形式由于连杆小端采用全支撑式结构，扩大了轴承的承载面积，改善了轴承的受力状况，使十字头轴承的工作可靠性大大提高。 （2）L-MC/MCE机型 ?导板与横隔板制为一体，提高刚度（RTA机上使用螺栓bolt把在一起）。 ?向十字头输送滑油的是十字头销上托架带动的套管，而非铰链。 ?活塞杆使用小螺栓把在活塞销上，而非贯穿孔。 ?滑块上有导轨，而非小导板。 ?滑油进入十字头后，分三路： ?一路去导板与滑块。 ?一路去活塞孔上行冷却活塞顶再从活塞杆流出（环行通道）。 ?一路润滑连杆小端轴承后，从连杆内下行润滑曲柄销轴承。 他们均流回曲柄箱。 3）十字头轴承工作分析和提高可靠性措施 工作特点： ?轴承比压大，力大，尺寸受限。 ?难以形成足够的润滑油膜。摆动角速度时大时小，且不断改变方向，使之处于边界润滑状态。 ?单向受力。二冲程机十字头销始终压在轴承下瓦上。 ?受力不均。部件变形、局部受力严重，一般内侧受力较大，易发生故障。 提高可靠性措施： （1）降低轴承比压 ?限制pz. ?加大轴颈直径，比压下降刚度提高，利于润滑油膜形成。 ?采用全支承轴承。在轴颈全长上都设轴承承压面，扩大承压面积。 （2）使轴承负荷分布均匀 ?采用弹性结构。 ?采用刚性结构。 ?反变形法。 ?增大轴承面的贴合面积。对于分岔式轴承 （3）保证良好的润滑和冷却 ?保证油压。铰链机构或套管机构，专设滑油升压泵（对薄壁铝锡合金轴瓦）。 RTA十字头轴承滑油压力1.0～1.2Mpa. ?合理开设布油槽和输油槽。槽太多，承压面削弱；槽太少，布油不均匀。轴向横槽不能开到边缘，但也不能封闭滑油。 在轴承油槽端部开设小泄油槽保证冷却；油槽边缘楔形斜面，且有适当角度和长度（防刮油及油膜厚度）。 ?合适的轴承间隙。间隙太大油压不易建立；间隙太小易抱轴。 （4）采用薄壁轴瓦。在钢背上浇注白合金（高铝锡合金）。如LMC/MCE合金厚度1.0-1.5mm.轴瓦加工精度高，不需拂刮，互换性好、拆装方便。 （5）提高十字头销颈表面光滑程度。 二、连杆connecting rod 1.连杆的工作条件和要求 ?作用：传递气体力和惯性力；连接活塞（十字头）与曲轴；转变运动（往复?回转）。 ?受力：气体力（具有冲击性）；惯性力；与piston pin/crosshead pin/crank pin产生摩擦。 ?要求： 耐疲劳、抗冲击，具有足够刚度和强度； 长度短、重量轻，加工容易，拆装方便；连杆轴承工作可靠，寿命长。 ?选材：十字头机多用中碳钢，筒形机采用优质碳钢或合金钢。 二冲程机中，连杆始终受压（大小方向周期变化）； 四冲程机中，连杆有时受压，有时受拉。 为一台二冲程柴油机的气体力Fg、往复惯性力Fj以及其合力F随曲轴转角的变化曲线。从中可以看出：活塞在上止点（曲轴转角为0°）附近时，由于惯性力的方向和气体力方向相反，合力小于气体力，但仍是正值，即力的方向向下，使连杆受压；活塞在下止点(曲轴转角为180 °)附近时，因为惯性力具有正值且较大，尽管气体力较小，其合力仍比较大，使连杆受压。当活塞在曲轴转角300附近时，由于惯性力具有负值且大于气体力，使合力出现负值，即力的方向向上，使连杆受到拉伸，但拉力较小。在低逮、增压柴油机中，由于惯性力较小而气体力较大，一般合力都是正值，使连杆始终受到压力的作用。对于四冲程中、高速柴油机，在换气上止点附近，由于气体力较小而惯性力较大，一般合力都是负值，使连杆受到拉伸的作用。 2.连杆的构造 1）十字头式连杆（RTA型） ?小端：十字头端。由轴承盖、轴承座、薄壁轴瓦和螺栓组成。薄壁轴瓦提高耐磨性。 ?杆身：由锻钢制造。杆身与大端剖分（称船用大端），剖分面上装有压缩比调整垫片。 ?大端:曲柄销轴承.由轴承盖、轴承座