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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
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