曲柄连杆机构.pptx

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1、曲柄连杆机构曲柄连杆机构3.3.十字头组件的工作条件：十字头组件的工作条件：十字头本体和轴承要承受周期性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，作摆动，不易形成良好的润滑，工作条件更为恶劣。工作条件更为恶劣。4.4.十字头的结构十字头的结构单滑块结构、圆筒形滑块结构和单滑块结构、圆筒形滑块结构和双滑块结构。双滑块结构。第1页/共70页5.5.十字头与活塞杆的连接方式十字头与活塞杆的连接方式两种：一种是活塞杆穿过十字两

2、种：一种是活塞杆穿过十字头上的孔用螺帽固定，另一种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。第一种形式由于十字头连接。第一种形式由于活塞杆穿过十字头，连杆小端活塞杆穿过十字头，连杆小端采用分岔形式，使十字头轴承采用分岔形式，使十字头轴承工作可靠性降低，现在已基本工作可靠性降低，现在已基本不用。而第二种形式由于连杆不用。而第二种形式由于连杆小端采用全支撑式结构，扩大小端采用全支撑式结构，扩大了轴承的承载面积，改善了轴了轴承的承载面积，改善了轴承的受力状况，使十字头轴承承的受力状况，使十字头轴承的工作可靠性大大提高的工作可靠性大大提高。第2页/共70

3、页第3页/共70页123456图2-24 十字头的构造1-活塞杆；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-连杆杆身 第4页/共70页（2 2）L-MC/MCEL-MC/MCE机型机型导板与横隔板制为一体，提导板与横隔板制为一体，提高刚度（高刚度（RTARTA机上使用螺栓机上使用螺栓boltbolt把在一起）。把在一起）。向十字头输送滑油的是十字向十字头输送滑油的是十字头销上托架带动的套管，而非头销上托架带动的套管，而非铰链。铰链。活塞杆使用小螺栓把在活塞活塞杆使用小螺栓把在活塞销上，而非贯穿孔。销上，而非贯穿孔。滑块上有导轨，而非小导板。滑块上有导轨，而非小导板。滑

4、油进入十字头后，分三路：滑油进入十字头后，分三路：第5页/共70页一路去一路去导板与滑块导板与滑块。一路去活塞孔上行一路去活塞孔上行冷却活塞冷却活塞顶顶再从活塞杆流出（环行通道）再从活塞杆流出（环行通道）。一路一路润滑连杆小端轴承后润滑连杆小端轴承后，从连杆内下行从连杆内下行润滑曲柄销轴承润滑曲柄销轴承。他们均他们均流回曲柄箱流回曲柄箱。第6页/共70页第7页/共70页第8页/共70页3 3）十字头轴承工作分析和提高）十字头轴承工作分析和提高可靠性措施可靠性措施工作特点：工作特点：轴承比压大，力大，尺寸受限。轴承比压大，力大，尺寸受限。难以形成足够的润滑油膜。摆难以形成足够的润滑油膜。摆动角速

5、度时大时小，且不断改动角速度时大时小，且不断改变方向，使之处于边界润滑状变方向，使之处于边界润滑状态。态。单向受力。二冲程机十字头销单向受力。二冲程机十字头销始终压在轴承下瓦上。始终压在轴承下瓦上。受力不均。部件变形、局部受受力不均。部件变形、局部受力严重，一般内侧受力较大，力严重，一般内侧受力较大，易发生故障。易发生故障。第9页/共70页提高可靠性措施：提高可靠性措施：提高可靠性措施：提高可靠性措施：（1 1 1 1）降低轴承比压）降低轴承比压）降低轴承比压）降低轴承比压限制限制限制限制p p p pz.z.z.z.加大轴颈直径，比压下降刚度提高，利于润滑加大轴颈直径，比压下降刚度提高，利于

6、润滑加大轴颈直径，比压下降刚度提高，利于润滑加大轴颈直径，比压下降刚度提高，利于润滑油膜形成。油膜形成。油膜形成。油膜形成。采用全支承轴承。在轴颈全长上都设轴承承压采用全支承轴承。在轴颈全长上都设轴承承压采用全支承轴承。在轴颈全长上都设轴承承压采用全支承轴承。在轴颈全长上都设轴承承压面，扩大承压面积。面，扩大承压面积。面，扩大承压面积。面，扩大承压面积。（2 2 2 2）使轴承负荷分布均匀）使轴承负荷分布均匀）使轴承负荷分布均匀）使轴承负荷分布均匀采用弹性结构。采用弹性结构。采用弹性结构。采用弹性结构。采用刚性结构。采用刚性结构。采用刚性结构。采用刚性结构。反变形反变形反变形反变形法。法。法。

7、法。增大轴承面的贴合面积。对于分岔式增大轴承面的贴合面积。对于分岔式增大轴承面的贴合面积。对于分岔式增大轴承面的贴合面积。对于分岔式轴承轴承轴承轴承第10页/共70页（3 3 3 3）保证良好的润滑和冷却）保证良好的润滑和冷却）保证良好的润滑和冷却）保证良好的润滑和冷却保证油压。铰链机构或套管机构，专设滑油升保证油压。铰链机构或套管机构，专设滑油升保证油压。铰链机构或套管机构，专设滑油升保证油压。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）。压泵（对薄壁铝锡合金轴瓦）。压泵（对薄壁铝锡合金轴瓦）。压泵（对薄壁铝锡合金轴瓦）。RTARTARTARTA十字头轴承滑油压力十字头轴承滑油压

8、力十字头轴承滑油压力十字头轴承滑油压力1.01.01.01.01.2Mp1.2Mp1.2Mp1.2Mpa.a.a.a.合理开设布油槽和输油槽。槽太多，承压面削合理开设布油槽和输油槽。槽太多，承压面削合理开设布油槽和输油槽。槽太多，承压面削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。轴向横槽不能开弱；槽太少，布油不均匀。轴向横槽不能开弱；槽太少，布油不均匀。轴向横槽不能开弱；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。到边缘，但也不能封闭滑油。到边缘，但也不能封闭滑油。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；油槽边在轴承油槽端部开设小泄油

9、槽保证冷却；油槽边在轴承油槽端部开设小泄油槽保证冷却；油槽边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（防刮油缘楔形斜面，且有适当角度和长度（防刮油缘楔形斜面，且有适当角度和长度（防刮油缘楔形斜面，且有适当角度和长度（防刮油及油膜厚度）。及油膜厚度）。及油膜厚度）。及油膜厚度）。合适的轴承间隙。间隙太大油压不易建立；间合适的轴承间隙。间隙太大油压不易建立；间合适的轴承间隙。间隙太大油压不易建立；间合适的轴承间隙。间隙太大油压不易建立；间隙太小易抱轴。隙太小易抱轴。隙太小易抱轴。隙太小易抱轴。第11页/共70页（4 4）采用薄壁轴瓦。在钢背上）采用薄壁轴瓦。在钢背上

10、浇注白合金（高铝锡合金）。浇注白合金（高铝锡合金）。如如LMC/MCELMC/MCE合金厚度合金厚度1.0-1.0-1.5mm.1.5mm.轴瓦加工精度高，不需轴瓦加工精度高，不需拂刮，互换性好、拆装方便。拂刮，互换性好、拆装方便。（5 5）提高十字头销颈表面光滑）提高十字头销颈表面光滑程度。程度。第12页/共70页二、连杆二、连杆connecting rodconnecting rod1.1.1.1.连杆的工作条件和要求连杆的工作条件和要求连杆的工作条件和要求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）与作用：传递气体力和惯性力；连接活塞（十字头）与作用：传递气体力和惯性

11、力；连接活塞（十字头）与作用：传递气体力和惯性力；连接活塞（十字头）与曲轴；转变运动（往复曲轴；转变运动（往复曲轴；转变运动（往复曲轴；转变运动（往复回转）。回转）。回转）。回转）。受力：气体力（具有冲击性）；惯性力；与受力：气体力（具有冲击性）；惯性力；与受力：气体力（具有冲击性）；惯性力；与受力：气体力（具有冲击性）；惯性力；与piston piston piston piston pin/crosshead pin/crank pinpin/crosshead pin/crank pinpin/crosshead pin/crank pinpin/crosshead pin/crank

12、pin产生摩擦。产生摩擦。产生摩擦。产生摩擦。要求：要求：要求：要求：耐疲劳、抗冲击，具有足够刚度和强度；耐疲劳、抗冲击，具有足够刚度和强度；耐疲劳、抗冲击，具有足够刚度和强度；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；连杆轴承工作长度短、重量轻，加工容易，拆装方便；连杆轴承工作长度短、重量轻，加工容易，拆装方便；连杆轴承工作长度短、重量轻，加工容易，拆装方便；连杆轴承工作可靠，寿命长。可靠，寿命长。可靠，寿命长。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选材：十字头机多用中碳钢，筒形机采用优质碳钢或选材：十字头机多用中碳钢，筒形机采用优质碳钢或

13、选材：十字头机多用中碳钢，筒形机采用优质碳钢或合金钢。合金钢。合金钢。合金钢。二冲程机中，连杆始终受压（大小方向周期变化）；二冲程机中，连杆始终受压（大小方向周期变化）；二冲程机中，连杆始终受压（大小方向周期变化）；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。四冲程机中，连杆有时受压，有时受拉。四冲程机中，连杆有时受压，有时受拉。四冲程机中，连杆有时受压，有时受拉。第13页/共70页为一台二冲程柴油机的气体力为一台二冲程柴油机的气体力为一台二冲程柴油机的气体力为一台二冲程柴油机的气体力FgFgFgFg、往复、往复、往复、往复惯性力惯性力惯性力惯性力FjFj

14、FjFj以及其合力以及其合力以及其合力以及其合力F F F F随曲轴转角的随曲轴转角的随曲轴转角的随曲轴转角的变化曲线。从中可以看出：活塞在变化曲线。从中可以看出：活塞在变化曲线。从中可以看出：活塞在变化曲线。从中可以看出：活塞在上止点（曲轴转角为上止点（曲轴转角为上止点（曲轴转角为上止点（曲轴转角为0000）附近时，）附近时，）附近时，）附近时，由于惯性力的方向和气体力方向相由于惯性力的方向和气体力方向相由于惯性力的方向和气体力方向相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，反，合力小于气体力，但仍是正值，反，合力小于气体力，但仍是正值，反，合力小于气体力，但仍是正值，即

15、力的方向向下，使连杆受压；活即力的方向向下，使连杆受压；活即力的方向向下，使连杆受压；活即力的方向向下，使连杆受压；活塞在下止点塞在下止点塞在下止点塞在下止点(曲轴转角为曲轴转角为曲轴转角为曲轴转角为180)180)180)180)附附附附近时，因为惯性力具有正值且较大，近时，因为惯性力具有正值且较大，近时，因为惯性力具有正值且较大，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，尽管气体力较小，其合力仍比较大，尽管气体力较小，其合力仍比较大，尽管气体力较小，其合力仍比较大，使连杆受压。当活塞在曲轴转角使连杆受压。当活塞在曲轴转角使连杆受压。当活塞在曲轴转角使连杆受压。当活塞在

16、曲轴转角300300300300附近时，由于惯性力具有负值且大附近时，由于惯性力具有负值且大附近时，由于惯性力具有负值且大附近时，由于惯性力具有负值且大于气体力，使合力出现负值，即力于气体力，使合力出现负值，即力于气体力，使合力出现负值，即力于气体力，使合力出现负值，即力的方向向上，使连杆受到拉伸，但的方向向上，使连杆受到拉伸，但的方向向上，使连杆受到拉伸，但的方向向上，使连杆受到拉伸，但拉力较小。在低逮、增压柴油机中，拉力较小。在低逮、增压柴油机中，拉力较小。在低逮、增压柴油机中，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，一由于惯性力较小而气体力较大，一由于惯性力较小而气体

17、力较大，一由于惯性力较小而气体力较大，一般合力都是正值，使连杆始终受到般合力都是正值，使连杆始终受到般合力都是正值，使连杆始终受到般合力都是正值，使连杆始终受到压力的作用。对于四冲程中、高速压力的作用。对于四冲程中、高速压力的作用。对于四冲程中、高速压力的作用。对于四冲程中、高速柴油机，在换气上止点附近，由于柴油机，在换气上止点附近，由于柴油机，在换气上止点附近，由于柴油机，在换气上止点附近，由于气体力较小而惯性力较大，一般合气体力较小而惯性力较大，一般合气体力较小而惯性力较大，一般合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力都是负值，使连杆受到拉伸的作力都是负值，使连杆受

18、到拉伸的作力都是负值，使连杆受到拉伸的作用。用。用。用。第14页/共70页图2-27 RTA-T-B型柴油机连杆的构造1、6-连杆螺栓螺母;2、7-连杆螺栓;3-小端轴承盖;4、8-薄壁轴瓦；5-连杆杆身;9-大端轴承盖 2.连杆的构造第15页/共70页2.2.2.2.连杆的构造连杆的构造连杆的构造连杆的构造1 1 1 1）十字头式连杆（）十字头式连杆（）十字头式连杆（）十字头式连杆（RTARTARTARTA型）型）型）型）小端小端小端小端：十字头端。由轴承盖、轴承座、：十字头端。由轴承盖、轴承座、：十字头端。由轴承盖、轴承座、：十字头端。由轴承盖、轴承座、薄壁轴瓦薄壁轴瓦薄壁轴瓦薄壁轴瓦和螺

19、和螺和螺和螺栓组成。薄壁轴瓦提高耐磨性。栓组成。薄壁轴瓦提高耐磨性。栓组成。薄壁轴瓦提高耐磨性。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（称杆身：由锻钢制造。杆身与大端剖分（称杆身：由锻钢制造。杆身与大端剖分（称杆身：由锻钢制造。杆身与大端剖分（称船用大端船用大端船用大端船用大端），），），），剖分面上装有压缩比调整垫片。剖分面上装有压缩比调整垫片。剖分面上装有压缩比调整垫片。剖分面上装有压缩比调整垫片。大端大端大端大端:曲柄销轴承曲柄销轴承曲柄销轴承曲柄销轴承.由轴承盖、轴承座、垫片及螺栓杆由轴承盖、轴承座、垫片及螺栓杆由轴承盖、轴承座、垫片及螺栓杆由轴承盖、轴承座、垫片

20、及螺栓杆组成。组成。组成。组成。没有轴瓦没有轴瓦没有轴瓦没有轴瓦，白合金直接浇铸白合金直接浇铸白合金直接浇铸白合金直接浇铸在轴承盖及座上在轴承盖及座上在轴承盖及座上在轴承盖及座上（可增大轴颈，利于散热），在浇铸白合金处开有燕（可增大轴颈，利于散热），在浇铸白合金处开有燕（可增大轴颈，利于散热），在浇铸白合金处开有燕（可增大轴颈，利于散热），在浇铸白合金处开有燕尾槽（使其结合牢固）。尾槽（使其结合牢固）。尾槽（使其结合牢固）。尾槽（使其结合牢固）。螺栓：杆身上设定位环（减少拧紧力对螺栓的弯曲作用）螺栓：杆身上设定位环（减少拧紧力对螺栓的弯曲作用）螺栓：杆身上设定位环（减少拧紧力对螺栓的弯曲作用）

21、螺栓：杆身上设定位环（减少拧紧力对螺栓的弯曲作用）；为柔性螺栓（耐疲劳）；用专用工具（液压拉伸器）；为柔性螺栓（耐疲劳）；用专用工具（液压拉伸器）；为柔性螺栓（耐疲劳）；用专用工具（液压拉伸器）；为柔性螺栓（耐疲劳）；用专用工具（液压拉伸器）安装；安装；安装；安装；外螺纹用外罩保护（安装工具并防松）。外螺纹用外罩保护（安装工具并防松）。外螺纹用外罩保护（安装工具并防松）。外螺纹用外罩保护（安装工具并防松）。第16页/共70页第17页/共70页L-MC/MCEL-MC/MCE型型特点：特点：杆身与大小端合为一体。杆身与大小端合为一体。杆身与大端不分开，称杆身与大端不分开，称车用大车用大端端。连杆

22、小端刚性大，十字头销端连杆小端刚性大，十字头销端短而粗，采用全支撑（称刚性短而粗，采用全支撑（称刚性十字头轴承），承载能力和可十字头轴承），承载能力和可靠性增加。靠性增加。第18页/共70页第19页/共70页2 2）筒形活塞式连杆）筒形活塞式连杆（1 1）平切口式连杆：大端剖分）平切口式连杆：大端剖分面与连杆轴线垂直。面与连杆轴线垂直。由杆身、大端轴承盖、小端轴由杆身、大端轴承盖、小端轴承衬套、承衬套、大端轴瓦大端轴瓦、连杆螺栓、连杆螺栓组成。组成。小端一般与杆身锻在一起。顶小端一般与杆身锻在一起。顶部加厚，提高抗弯能力，减小部加厚，提高抗弯能力，减小变形。保证润滑间隙，提高工变形。保证润滑间

23、隙，提高工作可靠性。小端孔中压入青铜作可靠性。小端孔中压入青铜衬套。衬套。第20页/共70页 小大端与杆身连接处采用大圆小大端与杆身连接处采用大圆弧过度，提高刚性减小应力集弧过度，提高刚性减小应力集中。中。杆身断面成工字型，提高在摆杆身断面成工字型，提高在摆动平面内的抗弯强度。动平面内的抗弯强度。杆身内钻孔油冷（曲轴钻孔杆身内钻孔油冷（曲轴钻孔大端大端小端）冷却小端轴承小端）冷却小端轴承和活塞。和活塞。车用大端车用大端（在中高速机中广泛（在中高速机中广泛应用）的应用）的轴瓦为薄壁瓦轴瓦为薄壁瓦，分三，分三层：刚背上浇铜铅合金，再镀层：刚背上浇铜铅合金，再镀薄铅锡合金。薄铅锡合金。第21页/共7

24、0页第22页/共70页（2 2）斜切口式连杆（大端做成）斜切口式连杆（大端做成斜切口）斜切口）目的：满足柴油机增压度提高目的：满足柴油机增压度提高后，能从气缸中吊出连杆与活后，能从气缸中吊出连杆与活塞。塞。切口平面与连杆轴线夹角切口平面与连杆轴线夹角切口角为切口角为40400 0轴线轴径增粗，刚性提高；大轴线轴径增粗，刚性提高；大端轴承承压面积增加，提高了端轴承承压面积增加，提高了轴承工作能力，减少了连杆螺轴承工作能力，减少了连杆螺栓的惯性拉伸负荷。栓的惯性拉伸负荷。连杆螺栓受剪切作用，结合面连杆螺栓受剪切作用，结合面采用锯齿形结构，防滑动。采用锯齿形结构，防滑动。第23页/共70页第24页/

25、共70页连杆只钻一个供油孔，冷却油连杆只钻一个供油孔，冷却油只上不下（直接泄回曲轴箱）。只上不下（直接泄回曲轴箱）。连杆本体和大端轴承盖用铬钼连杆本体和大端轴承盖用铬钼钢锻造制成。钢锻造制成。小端轴承热压入孔中，钢背上小端轴承热压入孔中，钢背上浇注铜铅合金，再镀锡。锡层浇注铜铅合金，再镀锡。锡层厚厚0.002-0.004mm.0.002-0.004mm.大端上下瓦都为薄壁瓦大端上下瓦都为薄壁瓦（即在（即在钢背上浇铜铅合金后，再镀锡钢背上浇铜铅合金后，再镀锡铅合金），装配前不需调整，铅合金），装配前不需调整，其上设周向、轴向定位凸舌。其上设周向、轴向定位凸舌。锡铅合金厚锡铅合金厚0.04-0.0

26、5mm.0.04-0.05mm.第25页/共70页滑油经曲柄销径向钻孔滑油经曲柄销径向钻孔下下瓦的输油槽、输油孔瓦的输油槽、输油孔轴承轴承盖的输油孔盖的输油孔杆身中的油道杆身中的油道小端。小端。第26页/共70页（3 3）主副连杆式连杆：）主副连杆式连杆：V V型机型机中中连杆形式：并列连杆、叉型连连杆形式：并列连杆、叉型连杆、主副连杆（关节式连杆）。杆、主副连杆（关节式连杆）。并列连杆：两连杆完全一样，并列连杆：两连杆完全一样，并列装在一个曲柄销上，两气并列装在一个曲柄销上，两气缸中心线不在一个平面上。缸中心线不在一个平面上。叉型连杆：结构复杂，润滑差、叉型连杆：结构复杂，润滑差、应用少、不

27、介绍。应用少、不介绍。主副连杆：主副连杆：MAN VV40/45 MAN VV40/45 型，型，由主连杆、曲柄销，副连杆、由主连杆、曲柄销，副连杆、副连杆销组成。副连杆销组成。第27页/共70页主副连杆的特点：主副连杆的特点：大端轴瓦为薄壁铅青铜轴瓦大端轴瓦为薄壁铅青铜轴瓦，上有薄磨合层。上有薄磨合层。在拆检活塞时可以不拆大端在拆检活塞时可以不拆大端轴承，或拆大端轴承与副连杆轴承，或拆大端轴承与副连杆销轴承时不拆活塞。销轴承时不拆活塞。缺点：结构复杂、制造困难，缺点：结构复杂、制造困难，副连杆销的连杆螺栓底部易发副连杆销的连杆螺栓底部易发生裂纹。生裂纹。第28页/共70页第29页/共70页4

28、 4）连杆螺栓）连杆螺栓 二冲程机连杆螺栓只受预二冲程机连杆螺栓只受预紧力作用，四冲程机受预紧力、紧力作用，四冲程机受预紧力、惯性力及附加弯曲应力。惯性力及附加弯曲应力。一般选用韧性好、强度高一般选用韧性好、强度高的优质碳钢或合金钢制造。设的优质碳钢或合金钢制造。设计上采用耐疲劳的柔性结构计上采用耐疲劳的柔性结构（增加长度，减小杆部直径）；（增加长度，减小杆部直径）；采用精加工螺纹；大圆角过度采用精加工螺纹；大圆角过度减小应力集中；螺栓与支撑面减小应力集中；螺栓与支撑面垂直，减小附加弯曲应力。垂直，减小附加弯曲应力。第30页/共70页 安装方式分：螺帽连接的安装方式分：螺帽连接的/不用螺帽连接

29、的。不用螺帽连接的。安装时注意：预紧力大小、安装时注意：预紧力大小、预紧方法、预紧次序等严格按预紧方法、预紧次序等严格按说明书要求。说明书要求。正确的紧固与锁紧是避免正确的紧固与锁紧是避免发生断裂的有效措施。发生断裂的有效措施。第31页/共70页第32页/共70页第33页/共70页三三 曲轴曲轴1 1、曲轴的工作条件和要求、曲轴的工作条件和要求(1)(1)曲轴的作用曲轴的作用 曲轴的主要作用是：把活塞的往曲轴的主要作用是：把活塞的往复运动通过连杆变成回转运动；复运动通过连杆变成回转运动；把各缸所做的功汇集起来输出和把各缸所做的功汇集起来输出和带动柴油机的附属设备。带动柴油机的附属设备。第34页

30、/共70页第35页/共70页第36页/共70页（2 2 2 2）曲轴的工作条件）曲轴的工作条件）曲轴的工作条件）曲轴的工作条件1 1 1 1）受力复杂）受力复杂）受力复杂）受力复杂 曲轴在工作中承受着各缸交变的曲轴在工作中承受着各缸交变的曲轴在工作中承受着各缸交变的曲轴在工作中承受着各缸交变的气体力、任复惯性力和离心力，以及它们所气体力、任复惯性力和离心力，以及它们所气体力、任复惯性力和离心力，以及它们所气体力、任复惯性力和离心力，以及它们所产生的弯矩和扭矩。这些力不仅随着曲柄的产生的弯矩和扭矩。这些力不仅随着曲柄的产生的弯矩和扭矩。这些力不仅随着曲柄的产生的弯矩和扭矩。这些力不仅随着曲柄的转

31、角变化，还随着负荷变化。曲轴在这些力转角变化，还随着负荷变化。曲轴在这些力转角变化，还随着负荷变化。曲轴在这些力转角变化，还随着负荷变化。曲轴在这些力的作用产生弯曲和扭转变形，并产生非常复的作用产生弯曲和扭转变形，并产生非常复的作用产生弯曲和扭转变形，并产生非常复的作用产生弯曲和扭转变形，并产生非常复杂的交变应力。杂的交变应力。杂的交变应力。杂的交变应力。2 2 2 2）应力集中严重）应力集中严重）应力集中严重）应力集中严重 一根曲轴是由一根曲轴是由一根曲轴是由一根曲轴是由1 1 1 112121212个彼此间个彼此间个彼此间个彼此间错开一定角度的曲柄以及功率输出端和自由错开一定角度的曲柄以及

32、功率输出端和自由错开一定角度的曲柄以及功率输出端和自由错开一定角度的曲柄以及功率输出端和自由端构成。每个曲柄分成主轴颈、曲柄销和曲端构成。每个曲柄分成主轴颈、曲柄销和曲端构成。每个曲柄分成主轴颈、曲柄销和曲端构成。每个曲柄分成主轴颈、曲柄销和曲柄臂三部分，现代大型低速柴油机曲轴上还柄臂三部分，现代大型低速柴油机曲轴上还柄臂三部分，现代大型低速柴油机曲轴上还柄臂三部分，现代大型低速柴油机曲轴上还直接锻出推力环。其中以曲柄臂与曲柄销的直接锻出推力环。其中以曲柄臂与曲柄销的直接锻出推力环。其中以曲柄臂与曲柄销的直接锻出推力环。其中以曲柄臂与曲柄销的过渡圆角处最为危险过渡圆角处最为危险过渡圆角处最为危

33、险过渡圆角处最为危险.第37页/共70页3)3)3)3)附加应力很大附加应力很大附加应力很大附加应力很大 曲轴是一个弹性体它在径向力、曲轴是一个弹性体它在径向力、曲轴是一个弹性体它在径向力、曲轴是一个弹性体它在径向力、切向力和扭矩的作用下会产生扭转振动、横向振切向力和扭矩的作用下会产生扭转振动、横向振切向力和扭矩的作用下会产生扭转振动、横向振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。可能出现共振现象，扭振将引起动和纵向振动。可能出现共振现象，扭振将引起动和纵向振动。可能出现共振现象，扭振将引起动和纵向振动。可能出现共振现象，扭振将引起传动齿轮的噪声和疲劳，横向振动会因曲轴弯曲传动

34、齿轮的噪声和疲劳，横向振动会因曲轴弯曲传动齿轮的噪声和疲劳，横向振动会因曲轴弯曲传动齿轮的噪声和疲劳，横向振动会因曲轴弯曲过大使轴颈和轴承磨损加剧甚至不能正常工作。过大使轴颈和轴承磨损加剧甚至不能正常工作。过大使轴颈和轴承磨损加剧甚至不能正常工作。过大使轴颈和轴承磨损加剧甚至不能正常工作。4)4)4)4)轴颈磨损轴颈磨损轴颈磨损轴颈磨损 特别是在润滑不良、机座或船体变形、特别是在润滑不良、机座或船体变形、特别是在润滑不良、机座或船体变形、特别是在润滑不良、机座或船体变形、轴承间隙不合适、超负荷运转经常起停发动机时，轴承间隙不合适、超负荷运转经常起停发动机时，轴承间隙不合适、超负荷运转经常起停发

35、动机时，轴承间隙不合适、超负荷运转经常起停发动机时，轴颈的磨损会明显加剧。长期运行后，主轴颈磨轴颈的磨损会明显加剧。长期运行后，主轴颈磨轴颈的磨损会明显加剧。长期运行后，主轴颈磨轴颈的磨损会明显加剧。长期运行后，主轴颈磨成椭圆及锥形，曲柄销更严重，四冲程曲柄销内成椭圆及锥形，曲柄销更严重，四冲程曲柄销内成椭圆及锥形，曲柄销更严重，四冲程曲柄销内成椭圆及锥形，曲柄销更严重，四冲程曲柄销内侧比外侧严重，二冲程相反侧比外侧严重，二冲程相反侧比外侧严重，二冲程相反侧比外侧严重，二冲程相反.第38页/共70页(3)(3)(3)(3)对曲轴的要求及材料对曲轴的要求及材料对曲轴的要求及材料对曲轴的要求及材料

36、 曲轴是柴油机中最长最重的部件，直接影响捶台柴曲轴是柴油机中最长最重的部件，直接影响捶台柴曲轴是柴油机中最长最重的部件，直接影响捶台柴曲轴是柴油机中最长最重的部件，直接影响捶台柴油机的尺寸和重量。曲轴形状复杂，工质量要求油机的尺寸和重量。曲轴形状复杂，工质量要求油机的尺寸和重量。曲轴形状复杂，工质量要求油机的尺寸和重量。曲轴形状复杂，工质量要求很高，制造工艺难度大，因此是柴油机中造价最很高，制造工艺难度大，因此是柴油机中造价最很高，制造工艺难度大，因此是柴油机中造价最很高，制造工艺难度大，因此是柴油机中造价最高的部件。高的部件。高的部件。高的部件。要求：要求：要求：要求：A.A.A.A.疲劳强

37、度高，工作安全可靠；疲劳强度高，工作安全可靠；疲劳强度高，工作安全可靠；疲劳强度高，工作安全可靠；B.B.B.B.有足够刚性，工作时变形小，使轴承负荷均匀：有足够刚性，工作时变形小，使轴承负荷均匀：有足够刚性，工作时变形小，使轴承负荷均匀：有足够刚性，工作时变形小，使轴承负荷均匀：C.C.C.C.有足够的轴颈承压面积，保证较低的轴承比压；有足够的轴颈承压面积，保证较低的轴承比压；有足够的轴颈承压面积，保证较低的轴承比压；有足够的轴颈承压面积，保证较低的轴承比压；D.D.D.D.曲轴的轴颈要有良好的耐磨性能，并允许多次车曲轴的轴颈要有良好的耐磨性能，并允许多次车曲轴的轴颈要有良好的耐磨性能，并允

38、许多次车曲轴的轴颈要有良好的耐磨性能，并允许多次车削修复；削修复；削修复；削修复；F.F.F.F.曲柄的布置兼顾动力均匀、主轴承负曲柄的布置兼顾动力均匀、主轴承负曲柄的布置兼顾动力均匀、主轴承负曲柄的布置兼顾动力均匀、主轴承负荷低、平衡性好、扭转振动小、有利于增压系统荷低、平衡性好、扭转振动小、有利于增压系统荷低、平衡性好、扭转振动小、有利于增压系统荷低、平衡性好、扭转振动小、有利于增压系统布量。布量。布量。布量。第39页/共70页曲轴的常用材料有优质碳钢、曲轴的常用材料有优质碳钢、合金钢和球墨铸铁。合金钢和球墨铸铁。一般柴油机的曲轴常用优质碳一般柴油机的曲轴常用优质碳钢制造钢制造中、高速强载

39、柴袖机的曲轴采中、高速强载柴袖机的曲轴采用合金钢制造用合金钢制造球墨铸铁一般用于强化程度不球墨铸铁一般用于强化程度不太高的中高速柴油机上。太高的中高速柴油机上。第40页/共70页2.2.曲轴的结构曲轴的结构(1)(1)(1)(1)曲轴的类型曲轴的类型曲轴的类型曲轴的类型分为整体式、组合式和分段式三种类型。分为整体式、组合式和分段式三种类型。分为整体式、组合式和分段式三种类型。分为整体式、组合式和分段式三种类型。1)1)1)1)整体式曲轴整体式曲轴整体式曲轴整体式曲轴 是整根曲轴一体锻造或铸造出来的。是整根曲轴一体锻造或铸造出来的。是整根曲轴一体锻造或铸造出来的。是整根曲轴一体锻造或铸造出来的。

40、结构简单、重量轻、工作可靠的优点，在中、高速结构简单、重量轻、工作可靠的优点，在中、高速结构简单、重量轻、工作可靠的优点，在中、高速结构简单、重量轻、工作可靠的优点，在中、高速柴油机上得到广泛使用，并逐渐扩大到大型低速柴柴油机上得到广泛使用，并逐渐扩大到大型低速柴柴油机上得到广泛使用，并逐渐扩大到大型低速柴柴油机上得到广泛使用，并逐渐扩大到大型低速柴油机领域油机领域油机领域油机领域 2)2)2)2)组合式曲轴组合式曲轴组合式曲轴组合式曲轴 组合式曲轴普遭应用于大型低速柴油组合式曲轴普遭应用于大型低速柴油组合式曲轴普遭应用于大型低速柴油组合式曲轴普遭应用于大型低速柴油机中。采用组合式主要是为了制

41、造方便，解决曲轴机中。采用组合式主要是为了制造方便，解决曲轴机中。采用组合式主要是为了制造方便，解决曲轴机中。采用组合式主要是为了制造方便，解决曲轴制造设备能力的限制问题。曲轴的组合方式可分为制造设备能力的限制问题。曲轴的组合方式可分为制造设备能力的限制问题。曲轴的组合方式可分为制造设备能力的限制问题。曲轴的组合方式可分为套合式和焊接式，曲轴套合方法除红套外，还有冷套合式和焊接式，曲轴套合方法除红套外，还有冷套合式和焊接式，曲轴套合方法除红套外，还有冷套合式和焊接式，曲轴套合方法除红套外，还有冷套方法。套方法。套方法。套方法。3)3)3)3)分段式曲轴分段式曲轴分段式曲轴分段式曲轴 先分成两段

42、制造，然后用法兰连接成先分成两段制造，然后用法兰连接成先分成两段制造，然后用法兰连接成先分成两段制造，然后用法兰连接成整根曲轴。一般用于气缸数较多的曲轴，如整根曲轴。一般用于气缸数较多的曲轴，如整根曲轴。一般用于气缸数较多的曲轴，如整根曲轴。一般用于气缸数较多的曲轴，如MCMCMCMC系列系列系列系列柴抽机柴抽机柴抽机柴抽机9-129-129-129-12缸机采用分段式曲轴。缸机采用分段式曲轴。缸机采用分段式曲轴。缸机采用分段式曲轴。第41页/共70页(2)(2)(2)(2)曲轴的构造曲轴的构造曲轴的构造曲轴的构造 曲轴主要由若干个单位曲柄、自由端和飞轮端以及曲轴主要由若干个单位曲柄、自由端和

43、飞轮端以及曲轴主要由若干个单位曲柄、自由端和飞轮端以及曲轴主要由若干个单位曲柄、自由端和飞轮端以及平衡块组成，如图所示。平衡块组成，如图所示。平衡块组成，如图所示。平衡块组成，如图所示。单位曲柄是曲轴的基本组成部分，由主轴颈、曲柄单位曲柄是曲轴的基本组成部分，由主轴颈、曲柄单位曲柄是曲轴的基本组成部分，由主轴颈、曲柄单位曲柄是曲轴的基本组成部分，由主轴颈、曲柄销和曲柄臂组成，为了平衡曲柄不平衡回转质量销和曲柄臂组成，为了平衡曲柄不平衡回转质量销和曲柄臂组成，为了平衡曲柄不平衡回转质量销和曲柄臂组成，为了平衡曲柄不平衡回转质量产生惯性力，有的还在曲轴上装有平衡重；为了产生惯性力，有的还在曲轴上装

44、有平衡重；为了产生惯性力，有的还在曲轴上装有平衡重；为了产生惯性力，有的还在曲轴上装有平衡重；为了减轻曲轴的重量和减小惯性力减轻曲轴的重量和减小惯性力减轻曲轴的重量和减小惯性力减轻曲轴的重量和减小惯性力,曲柄销和主轴颈一曲柄销和主轴颈一曲柄销和主轴颈一曲柄销和主轴颈一般都采用空心结构；轴颈与曲柄臂相连接的过渡般都采用空心结构；轴颈与曲柄臂相连接的过渡般都采用空心结构；轴颈与曲柄臂相连接的过渡般都采用空心结构；轴颈与曲柄臂相连接的过渡圆角处由于截面急剧，应采用足够大的过渡圆弧圆角处由于截面急剧，应采用足够大的过渡圆弧圆角处由于截面急剧，应采用足够大的过渡圆弧圆角处由于截面急剧，应采用足够大的过渡

45、圆弧.为了润滑曲柄销轴承以及活塞销，对于筒形活塞式为了润滑曲柄销轴承以及活塞销，对于筒形活塞式为了润滑曲柄销轴承以及活塞销，对于筒形活塞式为了润滑曲柄销轴承以及活塞销，对于筒形活塞式柴油机其曲轴上钻有润滑油道，把输送到主轴承柴油机其曲轴上钻有润滑油道，把输送到主轴承柴油机其曲轴上钻有润滑油道，把输送到主轴承柴油机其曲轴上钻有润滑油道，把输送到主轴承的滑油引至曲柄销轴承。由于开油孔时会增加曲的滑油引至曲柄销轴承。由于开油孔时会增加曲的滑油引至曲柄销轴承。由于开油孔时会增加曲的滑油引至曲柄销轴承。由于开油孔时会增加曲轴的应力集中，因此，对油孔的位置的合理选择，轴的应力集中，因此，对油孔的位置的合理

46、选择，轴的应力集中，因此，对油孔的位置的合理选择，轴的应力集中，因此，对油孔的位置的合理选择，使其对轴颈的削弱最小。为了减少应力集中，油使其对轴颈的削弱最小。为了减少应力集中，油使其对轴颈的削弱最小。为了减少应力集中，油使其对轴颈的削弱最小。为了减少应力集中，油孔应倒角、抛光。孔应倒角、抛光。孔应倒角、抛光。孔应倒角、抛光。第42页/共70页图2-33 S-MC-C柴油机曲轴1-自由端;2-轴向减震器活塞;3-单位曲柄;4-推力环;5-功率输出端 第43页/共70页(3)(3)(3)(3)曲柄的排列曲柄的排列曲柄的排列曲柄的排列曲轴的曲柄都是以气缸的号数命名的。气缸的排号曲轴的曲柄都是以气缸的

47、号数命名的。气缸的排号曲轴的曲柄都是以气缸的号数命名的。气缸的排号曲轴的曲柄都是以气缸的号数命名的。气缸的排号有两种方法，一种是由自由端排起，另种是由动有两种方法，一种是由自由端排起，另种是由动有两种方法，一种是由自由端排起，另种是由动有两种方法，一种是由自由端排起，另种是由动力端排起。我国和大部分国家都是采用自由端排力端排起。我国和大部分国家都是采用自由端排力端排起。我国和大部分国家都是采用自由端排力端排起。我国和大部分国家都是采用自由端排起。起。起。起。曲柄的排列是由气缸的发火间隔角和发火顺序决定曲柄的排列是由气缸的发火间隔角和发火顺序决定曲柄的排列是由气缸的发火间隔角和发火顺序决定曲柄的

48、排列是由气缸的发火间隔角和发火顺序决定的，而气缸的发火间隔角和发火顺序要按照下列的，而气缸的发火间隔角和发火顺序要按照下列的，而气缸的发火间隔角和发火顺序要按照下列的，而气缸的发火间隔角和发火顺序要按照下列原则决定。原则决定。原则决定。原则决定。1)1)1)1)柴油机的动力输出要均匀，即发火间隔角要相等。柴油机的动力输出要均匀，即发火间隔角要相等。柴油机的动力输出要均匀，即发火间隔角要相等。柴油机的动力输出要均匀，即发火间隔角要相等。这样，相邻发火的两个缸的曲柄夹角这样，相邻发火的两个缸的曲柄夹角这样，相邻发火的两个缸的曲柄夹角这样，相邻发火的两个缸的曲柄夹角,二冲程柴油二冲程柴油二冲程柴油二

49、冲程柴油机为机为机为机为360360360360i i i i，四冲程柴油机为，四冲程柴油机为，四冲程柴油机为，四冲程柴油机为720/i720/i720/i720/i。i i i i为柴油机为柴油机为柴油机为柴油机气缸数。气缸数。气缸数。气缸数。2)2)2)2)要避免相邻的两个缸连续发火以减轻相邻两缸要避免相邻的两个缸连续发火以减轻相邻两缸要避免相邻的两个缸连续发火以减轻相邻两缸要避免相邻的两个缸连续发火以减轻相邻两缸之间的主轴承的负荷。为此，最好在柴油机首、之间的主轴承的负荷。为此，最好在柴油机首、之间的主轴承的负荷。为此，最好在柴油机首、之间的主轴承的负荷。为此，最好在柴油机首、尾两端轮流

50、发火。尾两端轮流发火。尾两端轮流发火。尾两端轮流发火。第44页/共70页第45页/共70页在在在在MAN B&WMAN B&WMAN B&WMAN B&W公司的公司的公司的公司的MCMCMCMC系列柴油机中，为了满足平衡系列柴油机中，为了满足平衡系列柴油机中，为了满足平衡系列柴油机中，为了满足平衡性和减少轴系的振动，甚至出现了各缸发火间隔角性和减少轴系的振动，甚至出现了各缸发火间隔角性和减少轴系的振动，甚至出现了各缸发火间隔角性和减少轴系的振动，甚至出现了各缸发火间隔角不相同的柴油机。不相同的柴油机。不相同的柴油机。不相同的柴油机。KHIKHIKHIKHI在生产在生产在生产在生产10L90MC