当前课程知识点:柴油机构造与使用 > 第二章 柴油机主体机件 > 2.2曲柄连杆机构 > 2.2.1活塞连杆组
同学们好
上次课我们学习了
柴油机主体机件中机体
气缸盖和气缸套
等固定件的功用和结构型式
柴油机主体机件的
运动部件
曲柄连杆机构
又具有怎样的特征呢
曲柄连杆机构通常可分为
做往复运动的活塞连杆组
和做旋转运动的曲轴飞轮组
它们共同完成活塞上下往复运动
和曲轴旋转运动
二者之间的运动转换
对外输出机械功
本节课我们重点关注
活塞连杆组
活塞连杆组通常由活塞
活塞环
连杆
用于连接活塞和连杆的活塞销
使连杆和曲轴连接在一起的
连杆大头盖和连杆螺栓
以及为了减小磨损
便于润滑的连杆衬套
与连杆轴瓦等部件组成
接下来我们将对活塞连杆组的
主要部件
活塞
活塞环和连杆进行深入的学习
首先我们来看一下活塞
活塞起什么作用呢
从前面讲述的
柴油机工作原理中我们知道
活塞顶部与气缸套
和气缸盖共同组成燃烧室
和柴油机的工作空间
因此活塞的功用之一
就是组成气缸的工作容积和燃烧室
活塞的功用之二则是承受燃气压力
并通过连杆传递给曲轴
对外输出动力
此外
为了保证柴油机进气
压缩
做功和排气各个工作过程的正常进行
必须要求活塞与气缸套之间
具有可靠的密封
因此活塞的第三个作用
就是密封气缸并传递热量
为了使活塞实现以上
三个方面的功能
活塞在结构上可分为活塞顶部
环槽部
裙部和销座四部分
活塞顶部是燃烧室的组成部分
用来承受燃气压力
活塞顶部有多种形状
如平顶
凸顶
球形凹坑和ω形凹坑等
135系列柴油机和康明斯柴油机
均采用ω形凹坑
使得活塞顶部能适应油束形状
更有利于可燃混合气的形成和燃烧
此外
为了满足柴油机换气过程的要求
和避免在进排气上止点处
早开晚闭的气门
与上行的活塞顶部相碰撞
活塞顶部沿圆周方向
与进排气门的对应位置
加工有进排气门凹坑
活塞环槽部用来安装活塞环
通常包括2至3道气环槽
和1至2道油环槽
一般情况下
油环槽位于最下边
环槽的底面钻有回油孔
可将油环从气缸套
刮除的多余机油通过这些小孔
泄回油底壳
活塞裙部为桶形
用来承受活塞受到的侧向压力
和保持活塞正确的运动方向
销座是活塞与活塞销的连接部分
位于活塞裙部的上方
用来安装并支撑活塞销
从总体上来看
活塞呈上小下大的形状
为什么要做成这个形状呢
我们知道
活塞顶部
直接与高温高压燃气相接触
因此
活塞顶部比裙部温度高
加上活塞头部较厚
使得活塞上部的膨胀量
大于活塞下部
故常将活塞制成上小下大的形状
从而使高温下工作的活塞
近似为圆柱形
与气缸套间隙近似均匀
防止活塞因受热膨胀而卡死
或冷启动时不因间隙过大漏气
而影响启动
接下来我们再来分析活塞环
通常情况下
为了确保活塞的运动顺畅
必须使活塞在柴油机最大设计
热负荷条件下膨胀之后的外径
小于气缸套的内径
否则活塞就会卡死在气缸套内
也就是说
活塞和气缸套之间必须留有间隙
但是这样一来
活塞与气缸套之间的间隙
就会导致漏气
此外
活塞在气缸套内高速运动
还必须得到可靠的润滑
否则会导致活塞
和气缸套之间的磨损加剧
从而使柴油机的功率下降
油耗增加
那么怎样来解决气缸套的密封
和活塞的润滑问题呢
解决的办法
就是在活塞的环槽部安装活塞环
根据作用的不同
活塞环可分为两种
一种是气环
一种是油环
它们的外径
会略大于气缸套的内径
内径会小于活塞的外径
因此随活塞安装到气缸套内时
在自身的弹力作用下
活塞环会贴紧在气缸套上
并随活塞一起上下运动
其中气环的主要作用是密封气缸
防止气缸内新鲜空气和燃气
漏入曲轴箱
这对保证柴油机的启动性能
延长机油更换期具有重要意义
同时气环还用于传递热量
把活塞吸收的热量传递给气缸套
再由气缸套传递给冷却水
考虑到安装和受热膨胀方面的因素
自由状态下
气环是一个不呈正圆的切口环
这个切口的大小一方面应能保证气环
受热后有膨胀的余地
不致因膨胀而使活塞环卡死或折断
另一方面又不能过大
否则会使窜气量增加
容易漏机油
常见的气环切口形状有直切口
斜切口和搭切口三种
那么气环是如何实现
其密封功能的呢
我们知道气环外径
大于气缸套内径
因此
气环在自身弹力作用下
会紧贴在气缸套上
起到阻止气体泄漏的作用
这种密封通常称为第一次密封
此外
在压缩和做功冲程
气缸内的高压气体
经过活塞头部与气缸套之间的间隙
沿活塞环与环槽间隙向下泄漏
径向压力差P2使气环外表面
紧压在气缸套上
轴向压力差P1使气环
紧贴在环槽端面上
从而形成第二次密封
活塞环在第一次密封
和第二次密封的作用下
填充了活塞和气缸套之间的间隙
从而起到了密封气缸的功能
在上述两次密封中
气环的本身弹力是密封的先决条件
如果气环没有弹力或弹力不足
气环就不能紧贴在气缸套上
因而也就无法形成压力差
就不会形成第二次密封
我们再来看油环
油环外测加工有凹槽
以减小接触面积
提高环与气缸套的比压
便于刮油
和使机油沿气缸分布得更均匀
凹槽底部有间断切槽
当油环随活塞向下运动时
油环外圆像两把刀口
可将气缸套上多余的机油刮下
并通过切槽和活塞上的油孔
流回曲轴箱
这就是气环和油环的功用和机理
那么安装气环和油环时
应该注意什么事项呢
为了保证气缸的密封
气环之间需形成迷宫密封
也就是说要使各气环的开口
两两之间在空间上相隔尽量远
也就是说
相互错开一定角度
同时
开口不得对准活塞销方向
如图所示为康明斯N系列柴油机的
活塞环布置示意图
从中我们可以看到
第一道环和第二道环的开口
相互错开180度
第三和第四道环的开口
也相互错开180度
而第二道环和第三道环的开口
大约是90度
最后我们来学习连杆
我们知道在曲柄连杆机构中
活塞所做的运动是上下往复运动
曲轴所做的运动则是旋转运动
那么将活塞的往复运动
转换为曲轴的旋转运动的
关键部件就是连杆
连杆通常由连杆小头
杆身
连杆大头以及连杆大头盖等组成
连杆大头和大头盖之间
使用连杆螺栓连接
从而将连杆与曲轴连接起来
连杆小头内装有一个衬套
用来支撑活塞销
连杆杆身断面呈工字形
既能减轻质量
又能保证连杆有足够的刚度和强度
好 本节课内容到此结束
谢谢大家
-1.1概述
--1.1.1小节测试
--1.1.2小节测试
--1.1.3小节测试
--1.1.4小节测试
-1.2柴油机工作原理
--1.2.1小节测试
--1.2.2小节测试
--1.2.3小节测试
--1.2.4小节测试
--曲柄连杆机构主要由哪些总成部件组成?
-第一章简答测试题
- 2.1柴油机主体机件
--2.1.1 小节测试
- 2.2曲柄连杆机构
--2.2.1小节测试
--2.2.2小节测试
-第二章简答测试题
-3.1配气机构
--3.1.1小节测试
--3.1.2小节测试
-3.2柴油机换气过程
--3.2.1小节测试
-3.3进排气系统
--3.3.1小节测试
-第三章简答测试题
-4.1柴油机混合器的形成与燃烧
--4.1.1小节测试
--4.1.2小节测试
--4.1.3小节测试
--4.1.4小节测试
-4.2机械柱塞式燃油供给系统
--4.2.1小节测试
--4.2.2小节测试
--4.2.3小节测试
-4.3PT燃油供给系统
-5.1润滑油性能指标、分类及选用
--5.1.1小节测试
-5.2润滑方式及润滑油路
--5.2.1小节测试
--5.2.2小节测试
--5.2.3小节测试
-5.3润滑系统主要组成
--5.3.1小节测试
-5.4润滑系统保养
--5.4.1小节测试
-6.1冷却系统的功用和冷却方式
--6.1.1小节测试
-6.2柴油机的风冷系统
--6.2.1小节测试
-6.3柴油机的水冷系统
--6.3.1小节测试
-7.1柴油机的增压系统
--7.1.2小节测试
-7.2增压系统的增压方式
--7.2.2小节测试
-7.3涡轮增压工作原理
--7.3.2小节测试
-7.4增压柴油机的特点
--7.4.2小节测试
-7.5增压系统的使用
--7.5.2小节测试
-8.1启动装置
-8.2典型柴油机启动电路分析
-9.1柴油机的使用
--9.1.1小节测试
--9.1.2小节测试
--9.1.3小节测试
-9.2柴油机的维护保养
--9.2.1小节测试
--9.2.2小节测试
--9.2.3小节测试
--9.2.4小节测试
-9.3柴油机的检查与调整
--9.3.1小节测试
--9.3.2小节测试
--9.3.3小节测试
--9.3.4小节测试
--9.3.5小节测试
--9.3.6小节测试
--9.3.7小节测试
-9.4柴油机的故障分析与排除
--9.4.1小节测试
--9.4.2小节测试
--9.4.3小节测试
-期末考试