第三節(jié)曲柄連桿機構

1、 曲柄連桿機構是柴油機的主要運動件，主要包括曲軸和連桿對于十字頭式柴油機還包括十字頭組件。曲柄連桿機構的主要作用是將活塞的往復運動轉換成回轉運動，并輸出動力。一、十字頭一、十字頭(crosshead)(crosshead)組件組件1.1.作用：作用：連接活塞與連桿連接活塞與連桿傳遞氣體力與慣性力傳遞氣體力與慣性力承受側推力承受側推力導向導向2.2.結構：見圖結構：見圖十字頭本體、十字頭軸承十字頭本體、十字頭軸承( (連桿小端軸承連桿小端軸承) )十字頭銷、十字頭滑塊、導板十字頭銷、十字頭滑塊、導板3.3.十字頭組件的工作條件：十字頭組件的工作條件：十字頭本體和軸承要承受周期性的氣體爆發(fā)壓十字頭

2、本體和軸承要承受周期性的氣體爆發(fā)壓力；十字頭滑塊要承受側椎力的作用。特別力；十字頭滑塊要承受側椎力的作用。特別是十字頭軸承由于單向受力及連桿只作擺是十字頭軸承由于單向受力及連桿只作擺動，不易形成良好的潤滑，工作條件更為惡動，不易形成良好的潤滑，工作條件更為惡劣。劣。4.4.十字頭的結構十字頭的結構單滑塊結構、圓筒形滑塊結構和雙滑塊結構。單滑塊結構、圓筒形滑塊結構和雙滑塊結構。5.5.十字頭與活塞桿的連接方式十字頭與活塞桿的連接方式兩種：一種是活塞桿穿過十字頭上的孔用兩種：一種是活塞桿穿過十字頭上的孔用螺帽固定，另一種利用活塞桿下部凸緣螺帽固定，另一種利用活塞桿下部凸緣和螺栓與十字頭連接。第一種

3、形式由于和螺栓與十字頭連接。第一種形式由于活塞桿穿過十字頭，連桿小端采用分岔活塞桿穿過十字頭，連桿小端采用分岔形式，使十字頭軸承工作可靠性降低，形式，使十字頭軸承工作可靠性降低，現(xiàn)在已基本不用。而第二種形式由于連現(xiàn)在已基本不用。而第二種形式由于連桿小端采用全支撐式結構，擴大了軸承桿小端采用全支撐式結構，擴大了軸承的承載面積，改善了軸承的受力狀況，的承載面積，改善了軸承的受力狀況，使十字頭軸承的工作可靠性大大提高使十字頭軸承的工作可靠性大大提高。123456圖圖2-24 2-24 十字十字頭的構造頭的構造1-1-活塞桿；活塞桿；2-2-連桿小端軸連桿小端軸承蓋；承蓋；3-3-十字頭銷；十字頭銷；

4、4-4-滑塊；滑塊；5-5-連桿小端軸連桿小端軸承座；承座；6-6-連桿桿身連桿桿身 （2 2）L-MC/MCEL-MC/MCE機型機型導板與橫隔板制為一體，提高剛度（導板與橫隔板制為一體，提高剛度（RTARTA機上使用螺栓機上使用螺栓boltbolt把在一起）。把在一起）。向十字頭輸送滑油的是十字頭銷上托架向十字頭輸送滑油的是十字頭銷上托架帶動的套管，而非鉸鏈。帶動的套管，而非鉸鏈。活塞桿使用小螺栓把在活塞銷上，而非活塞桿使用小螺栓把在活塞銷上，而非貫穿孔。貫穿孔?；瑝K上有導軌，而非小導板?；瑝K上有導軌，而非小導板?；瓦M入十字頭后，分三路：滑油進入十字頭后，分三路：l一路去一路去導板與滑塊

5、導板與滑塊。l一路去活塞孔上行一路去活塞孔上行冷卻活塞頂冷卻活塞頂再從活再從活塞桿流出（環(huán)行通道）。塞桿流出（環(huán)行通道）。l一路一路潤滑連桿小端軸承后潤滑連桿小端軸承后，從連桿內，從連桿內下行下行潤滑曲柄銷軸承潤滑曲柄銷軸承。l他們均他們均流回曲柄箱流回曲柄箱。3 3）十字頭軸承工作分析和提高可靠性措施）十字頭軸承工作分析和提高可靠性措施工作特點：工作特點：軸承比壓大，力大，尺寸受限。軸承比壓大，力大，尺寸受限。難以形成足夠的潤滑油膜。擺動角速度難以形成足夠的潤滑油膜。擺動角速度時大時小，且不斷改變方向，使之處于時大時小，且不斷改變方向，使之處于邊界潤滑狀態(tài)。邊界潤滑狀態(tài)。單向受力。二沖程機十

6、字頭銷始終壓在單向受力。二沖程機十字頭銷始終壓在軸承下瓦上。軸承下瓦上。受力不均。部件變形、局部受力嚴重，受力不均。部件變形、局部受力嚴重，一般內側受力較大，易發(fā)生故障。一般內側受力較大，易發(fā)生故障。提高可靠性措施：提高可靠性措施：（1 1）降低軸承比壓）降低軸承比壓限制限制p pz.z.加大軸頸直徑，比壓下降剛度提高，利于潤滑加大軸頸直徑，比壓下降剛度提高，利于潤滑油膜形成。油膜形成。采用全支承軸承。在軸頸全長上都設軸承承壓采用全支承軸承。在軸頸全長上都設軸承承壓面，擴大承壓面積。面，擴大承壓面積。（2 2）使軸承負荷分布均勻）使軸承負荷分布均勻采用彈性結構。采用彈性結構。 采用剛性結構。采

7、用剛性結構。 反變形反變形法。法。 增大軸承面的貼合面積。對于分岔式增大軸承面的貼合面積。對于分岔式軸承軸承（3 3）保證良好的潤滑和冷卻）保證良好的潤滑和冷卻保證油壓。鉸鏈機構或套管機構，專設滑油升保證油壓。鉸鏈機構或套管機構，專設滑油升壓泵（對薄壁鋁錫合金軸瓦）。壓泵（對薄壁鋁錫合金軸瓦）。RTARTA十字頭軸承滑油壓力十字頭軸承滑油壓力1.01.01.2Mp1.2Mpa.a.合理開設布油槽和輸油槽。槽太多，承壓面削合理開設布油槽和輸油槽。槽太多，承壓面削弱；槽太少，布油不均勻。軸向橫槽不能開到弱；槽太少，布油不均勻。軸向橫槽不能開到邊緣，但也不能封閉滑油。邊緣，但也不能封閉滑油。在軸承油

8、槽端部開設小泄油槽保證冷卻；油槽邊在軸承油槽端部開設小泄油槽保證冷卻；油槽邊緣楔形斜面，且有適當角度和長度（防刮油及緣楔形斜面，且有適當角度和長度（防刮油及油膜厚度）。油膜厚度）。合適的軸承間隙。間隙太大油壓不易建立；間合適的軸承間隙。間隙太大油壓不易建立；間隙太小易抱軸。隙太小易抱軸。（4 4）采用薄壁軸瓦。在鋼背上澆注白合金）采用薄壁軸瓦。在鋼背上澆注白合金（高鋁錫合金）。如（高鋁錫合金）。如LMC/MCELMC/MCE合金厚度合金厚度1.0-1.5mm.1.0-1.5mm.軸瓦加工精度高，不需拂刮，軸瓦加工精度高，不需拂刮，互換性好、拆裝方便?；Q性好、拆裝方便。（5 5）提高十字頭銷頸

9、表面光滑程度。）提高十字頭銷頸表面光滑程度。二、連桿二、連桿connecting rodconnecting rod1.1.連桿的工作條件和要求連桿的工作條件和要求作用：傳遞氣體力和慣性力；連接活塞（十字頭）與作用：傳遞氣體力和慣性力；連接活塞（十字頭）與曲軸；轉變運動（往復曲軸；轉變運動（往復回轉）?；剞D）。受力：氣體力（具有沖擊性）；慣性力；與受力：氣體力（具有沖擊性）；慣性力；與piston piston pin/crosshead pin/crank pinpin/crosshead pin/crank pin產生摩擦。產生摩擦。要求：要求：耐疲勞、抗沖擊，具有足夠剛度和強度；耐疲勞、

10、抗沖擊，具有足夠剛度和強度；長度短、重量輕，加工容易，拆裝方便；連桿軸承工作長度短、重量輕，加工容易，拆裝方便；連桿軸承工作可靠，壽命長?？煽?，壽命長。選材：十字頭機多用中碳鋼，筒形機采用優(yōu)質碳鋼或選材：十字頭機多用中碳鋼，筒形機采用優(yōu)質碳鋼或合金鋼。合金鋼。二沖程機中，連桿始終受壓（大小方向周期變化）；二沖程機中，連桿始終受壓（大小方向周期變化）；四沖程機中，連桿有時受壓，有時受拉。四沖程機中，連桿有時受壓，有時受拉。為一臺二沖程柴油機的氣體力為一臺二沖程柴油機的氣體力FgFg、往復、往復慣性力慣性力FjFj以及其合力以及其合力F F隨曲軸轉角的隨曲軸轉角的變化曲線。從中可以看出：活塞在上變

11、化曲線。從中可以看出：活塞在上止點（曲軸轉角為止點（曲軸轉角為0 0）附近時，由）附近時，由于慣性力的方向和氣體力方向相反，于慣性力的方向和氣體力方向相反，合力小于氣體力，但仍是正值，即力合力小于氣體力，但仍是正值，即力的方向向下，使連桿受壓；活塞在下的方向向下，使連桿受壓；活塞在下止點止點( (曲軸轉角為曲軸轉角為180 180 ) )附近時，因附近時，因為慣性力具有正值且較大，盡管氣體為慣性力具有正值且較大，盡管氣體力較小，其合力仍比較大，使連桿受力較小，其合力仍比較大，使連桿受壓。當活塞在曲軸轉角壓。當活塞在曲軸轉角300300附近時，附近時，由于慣性力具有負值且大于氣體力，由于慣性力具

12、有負值且大于氣體力，使合力出現(xiàn)負值，即力的方向向上，使合力出現(xiàn)負值，即力的方向向上，使連桿受到拉伸，但拉力較小。在低使連桿受到拉伸，但拉力較小。在低逮、增壓柴油機中，由于慣性力較小逮、增壓柴油機中，由于慣性力較小而氣體力較大，一般合力都是正值，而氣體力較大，一般合力都是正值，使連桿始終受到壓力的作用。對于四使連桿始終受到壓力的作用。對于四沖程中、高速柴油機，在換氣上止點沖程中、高速柴油機，在換氣上止點附近，由于氣體力較小而慣性力較大，附近，由于氣體力較小而慣性力較大，一般合力都是負值，使連桿受到拉伸一般合力都是負值，使連桿受到拉伸的作用。的作用。2.2.連桿的構造連桿的構造1 1）十字頭式連桿

13、（）十字頭式連桿（RTARTA型）型）小端小端：十字頭端。由軸承蓋、軸承座、：十字頭端。由軸承蓋、軸承座、薄壁軸瓦薄壁軸瓦和螺和螺栓組成。薄壁軸瓦提高耐磨性。栓組成。薄壁軸瓦提高耐磨性。桿身：由鍛鋼制造。桿身與大端剖分（稱桿身：由鍛鋼制造。桿身與大端剖分（稱船用大端船用大端），），剖分面上裝有壓縮比調整墊片。剖分面上裝有壓縮比調整墊片。大端大端: :曲柄銷軸承曲柄銷軸承. .由軸承蓋、軸承座、墊片及螺栓桿由軸承蓋、軸承座、墊片及螺栓桿組成。組成。沒有軸瓦沒有軸瓦，白合金直接澆鑄白合金直接澆鑄在軸承蓋及座上在軸承蓋及座上（可增大軸頸，利于散熱），在澆鑄白合金處開有燕（可增大軸頸，利于散熱），在澆

14、鑄白合金處開有燕尾槽（使其結合牢固）。尾槽（使其結合牢固）。螺栓：桿身上設定位環(huán)（減少擰緊力對螺栓的彎曲作螺栓：桿身上設定位環(huán)（減少擰緊力對螺栓的彎曲作用）；為柔性螺栓（耐疲勞）；用專用工具（液壓拉用）；為柔性螺栓（耐疲勞）；用專用工具（液壓拉伸器）安裝；伸器）安裝；外螺紋用外罩保護（安裝工具并防松）。外螺紋用外罩保護（安裝工具并防松）。圖圖2-27 RTA-T-B2-27 RTA-T-B型柴油機連桿的型柴油機連桿的構造構造1 1、6-6-連桿螺栓螺連桿螺栓螺母母; ;2 2、7-7-連桿螺栓連桿螺栓; ;3-3-小端軸承蓋小端軸承蓋; ;4 4、8-8-薄壁軸瓦；薄壁軸瓦；5-5-連桿桿身連

15、桿桿身; ;9-9-大端軸承蓋大端軸承蓋 L-MC/MCEL-MC/MCE型型特點：特點：桿身與大小端合為一體。桿身與大小端合為一體。桿身與大端不分開，稱桿身與大端不分開，稱車用大端車用大端。連桿小端剛性大，十字頭銷端短而粗，連桿小端剛性大，十字頭銷端短而粗，采用全支撐（稱剛性十字頭軸承），承采用全支撐（稱剛性十字頭軸承），承載能力和可靠性增加。載能力和可靠性增加。2 2）筒形活塞式連桿）筒形活塞式連桿（1 1）平切口式連桿：大端剖分面與連桿軸）平切口式連桿：大端剖分面與連桿軸線垂直。線垂直。 由桿身、大端軸承蓋、小端軸承襯套、由桿身、大端軸承蓋、小端軸承襯套、大端軸瓦大端軸瓦、連桿螺栓組成。

16、、連桿螺栓組成。 小端一般與桿身鍛在一起。頂部加厚，小端一般與桿身鍛在一起。頂部加厚，提高抗彎能力，減小變形。保證潤滑間提高抗彎能力，減小變形。保證潤滑間隙，提高工作可靠性。小端孔中壓入青隙，提高工作可靠性。小端孔中壓入青銅襯套。銅襯套。 小大端與桿身連接處采用大圓弧過度，小大端與桿身連接處采用大圓弧過度，提高剛性減小應力集中。提高剛性減小應力集中。 桿身斷面成工字型，提高在擺動平面內桿身斷面成工字型，提高在擺動平面內的抗彎強度。的抗彎強度。 桿身內鉆孔油冷（曲軸鉆孔桿身內鉆孔油冷（曲軸鉆孔大端大端小小端）冷卻小端軸承和活塞。端）冷卻小端軸承和活塞。 車用大端車用大端（在中高速機中廣泛應用）的

17、（在中高速機中廣泛應用）的軸瓦為薄壁瓦軸瓦為薄壁瓦，分三層：剛背上澆銅鉛，分三層：剛背上澆銅鉛合金，再鍍薄鉛錫合金。合金，再鍍薄鉛錫合金。（2 2）斜切口式連桿（大端做成斜切口）斜切口式連桿（大端做成斜切口）目的：滿足柴油機增壓度提高后，能從氣目的：滿足柴油機增壓度提高后，能從氣缸中吊出連桿與活塞。缸中吊出連桿與活塞。切口平面與連桿軸線夾角切口平面與連桿軸線夾角切口角為切口角為40400 0軸線軸徑增粗，剛性提高；大端軸承承軸線軸徑增粗，剛性提高；大端軸承承壓面積增加，提高了軸承工作能力，減壓面積增加，提高了軸承工作能力，減少了連桿螺栓的慣性拉伸負荷。少了連桿螺栓的慣性拉伸負荷。連桿螺栓受剪切

18、作用，結合面采用鋸齒連桿螺栓受剪切作用，結合面采用鋸齒形結構，防滑動。形結構，防滑動。連桿只鉆一個供油孔，冷卻油只上不下連桿只鉆一個供油孔，冷卻油只上不下（直接泄回曲軸箱）。（直接泄回曲軸箱）。連桿本體和大端軸承蓋用鉻鉬鋼鍛造制連桿本體和大端軸承蓋用鉻鉬鋼鍛造制成。成。小端軸承熱壓入孔中，鋼背上澆注銅鉛小端軸承熱壓入孔中，鋼背上澆注銅鉛合金，再鍍錫。錫層厚合金，再鍍錫。錫層厚0.002-0.004mm.0.002-0.004mm.大端上下瓦都為薄壁瓦大端上下瓦都為薄壁瓦（即在鋼背上澆（即在鋼背上澆銅鉛合金后，再鍍錫鉛合金），裝配前銅鉛合金后，再鍍錫鉛合金），裝配前不需調整，其上設周向、軸向定位

19、凸舌。不需調整，其上設周向、軸向定位凸舌。錫鉛合金厚錫鉛合金厚0.04-0.05mm.0.04-0.05mm.滑油經曲柄銷徑向鉆孔滑油經曲柄銷徑向鉆孔下瓦的輸油槽、下瓦的輸油槽、輸油孔輸油孔軸承蓋的輸油孔軸承蓋的輸油孔桿身中的油桿身中的油道道小端。小端。（3 3）主副連桿式連桿：）主副連桿式連桿：V V型機中型機中連桿形式：并列連桿、叉型連桿、主副連連桿形式：并列連桿、叉型連桿、主副連桿（關節(jié)式連桿）。桿（關節(jié)式連桿）。并列連桿：兩連桿完全一樣，并列裝在并列連桿：兩連桿完全一樣，并列裝在一個曲柄銷上，兩氣缸中心線不在一個一個曲柄銷上，兩氣缸中心線不在一個平面上。平面上。叉型連桿：結構復雜，潤滑

20、差、應用少、叉型連桿：結構復雜，潤滑差、應用少、不介紹。不介紹。主副連桿：主副連桿：MAN VV40/45 MAN VV40/45 型，由主連桿、型，由主連桿、曲柄銷，副連桿、副連桿銷組成。曲柄銷，副連桿、副連桿銷組成。主副連桿的特點：主副連桿的特點：大端軸瓦為薄壁鉛青銅軸瓦大端軸瓦為薄壁鉛青銅軸瓦，上有薄磨，上有薄磨合層。合層。在拆檢活塞時可以不拆大端軸承，或拆在拆檢活塞時可以不拆大端軸承，或拆大端軸承與副連桿銷軸承時不拆活塞。大端軸承與副連桿銷軸承時不拆活塞。缺點：結構復雜、制造困難，副連桿銷缺點：結構復雜、制造困難，副連桿銷的連桿螺栓底部易發(fā)生裂紋。的連桿螺栓底部易發(fā)生裂紋。4 4）連桿

21、螺栓）連桿螺栓 二沖程機連桿螺栓只受預緊力作用，二沖程機連桿螺栓只受預緊力作用，四沖程機受預緊力、慣性力及附加彎曲四沖程機受預緊力、慣性力及附加彎曲應力。應力。 一般選用韌性好、強度高的優(yōu)質碳鋼一般選用韌性好、強度高的優(yōu)質碳鋼或合金鋼制造。設計上采用耐疲勞的柔或合金鋼制造。設計上采用耐疲勞的柔性結構（增加長度，減小桿部直徑）；性結構（增加長度，減小桿部直徑）；采用精加工螺紋；大圓角過度減小應力采用精加工螺紋；大圓角過度減小應力集中；螺栓與支撐面垂直，減小附加彎集中；螺栓與支撐面垂直，減小附加彎曲應力。曲應力。 安裝方式分：螺帽連接的安裝方式分：螺帽連接的/ /不用螺帽連不用螺帽連接的。接的。

22、安裝時注意：預緊力大小、預緊方法、安裝時注意：預緊力大小、預緊方法、預緊次序等嚴格按說明書要求。預緊次序等嚴格按說明書要求。 正確的緊固與鎖緊是避免發(fā)生斷裂的正確的緊固與鎖緊是避免發(fā)生斷裂的有效措施。有效措施。1 1、曲軸的工作條件和要求、曲軸的工作條件和要求(1)(1)曲軸的作用曲軸的作用 曲軸的主要作用是：把活塞的往復運動通過曲軸的主要作用是：把活塞的往復運動通過連桿變成回轉運動；把各缸所做的功匯集起連桿變成回轉運動；把各缸所做的功匯集起來輸出和帶動柴油機的附屬設備。來輸出和帶動柴油機的附屬設備。（2 2）曲軸的工作條件）曲軸的工作條件1 1）受力復雜）受力復雜 曲軸在工作中承受著各缸交變

23、的曲軸在工作中承受著各缸交變的氣體力、任復慣性力和離心力，以及它們所產氣體力、任復慣性力和離心力，以及它們所產生的彎矩和扭矩。這些力不僅隨著曲柄的轉角生的彎矩和扭矩。這些力不僅隨著曲柄的轉角變化，還隨著負荷變化。曲軸在這些力的作用變化，還隨著負荷變化。曲軸在這些力的作用產生彎曲和扭轉變形，并產生非常復雜的交變產生彎曲和扭轉變形，并產生非常復雜的交變應力。應力。2 2）應力集中嚴重）應力集中嚴重 一根曲軸是由一根曲軸是由1 11212個彼此間個彼此間錯開一定角度的曲柄以及功率輸出端和自由端錯開一定角度的曲柄以及功率輸出端和自由端構成。每個曲柄分成主軸頸、曲柄銷和曲柄臂構成。每個曲柄分成主軸頸、曲

24、柄銷和曲柄臂三部分，現(xiàn)代大型低速柴油機曲軸上還直接鍛三部分，現(xiàn)代大型低速柴油機曲軸上還直接鍛出推力環(huán)。其中以曲柄臂與曲柄銷的過渡圓角出推力環(huán)。其中以曲柄臂與曲柄銷的過渡圓角處最為危險處最為危險. .3)3)附加應力很大附加應力很大 曲軸是一個彈性體它在徑向力、曲軸是一個彈性體它在徑向力、切向力和扭矩的作用下會產生扭轉振動、橫向振切向力和扭矩的作用下會產生扭轉振動、橫向振動和縱向振動?？赡艹霈F(xiàn)共振現(xiàn)象，扭振將引起動和縱向振動?？赡艹霈F(xiàn)共振現(xiàn)象，扭振將引起傳動齒輪的噪聲和疲勞，橫向振動會因曲軸彎曲傳動齒輪的噪聲和疲勞，橫向振動會因曲軸彎曲過大使軸頸和軸承磨損加劇甚至不能正常工作。過大使軸頸和軸承磨

25、損加劇甚至不能正常工作。4)4)軸頸磨損軸頸磨損 特別是在潤滑不良、機座或船體變形、特別是在潤滑不良、機座或船體變形、軸承間隙不合適、超負荷運轉經常起停發(fā)動機時，軸承間隙不合適、超負荷運轉經常起停發(fā)動機時，軸頸的磨損會明顯加劇。長期運行后，主軸頸磨軸頸的磨損會明顯加劇。長期運行后，主軸頸磨成橢圓及錐形，曲柄銷更嚴重，四沖程曲柄銷內成橢圓及錐形，曲柄銷更嚴重，四沖程曲柄銷內側比外側嚴重，二沖程相反側比外側嚴重，二沖程相反. .(3)(3)對曲軸的要求及材料對曲軸的要求及材料 曲軸是柴油機中最長最重的部件，直接影響捶臺柴曲軸是柴油機中最長最重的部件，直接影響捶臺柴油機的尺寸和重量。曲軸形狀復雜，工

26、質量要求油機的尺寸和重量。曲軸形狀復雜，工質量要求很高，制造工藝難度大，因此是柴油機中造價最很高，制造工藝難度大，因此是柴油機中造價最高的部件。高的部件。要求：要求：A.A.疲勞強度高，工作安全可靠；疲勞強度高，工作安全可靠；B.B.有足夠剛性，工作時變形小，使軸承負荷均勻：有足夠剛性，工作時變形小，使軸承負荷均勻：C.C.有足夠的軸頸承壓面積，保證較低的軸承比壓；有足夠的軸頸承壓面積，保證較低的軸承比壓；D.D.曲軸的軸頸要有良好的耐磨性能，并允許多次車曲軸的軸頸要有良好的耐磨性能，并允許多次車削修復；削修復；F.F.曲柄的布置兼顧動力均勻、主軸承負曲柄的布置兼顧動力均勻、主軸承負荷低、平衡

27、性好、扭轉振動小、有利于增壓系統(tǒng)荷低、平衡性好、扭轉振動小、有利于增壓系統(tǒng)布量。布量。曲軸的常用材料有優(yōu)質碳鋼、合金鋼和球曲軸的常用材料有優(yōu)質碳鋼、合金鋼和球墨鑄鐵。墨鑄鐵。一般柴油機的曲軸常用優(yōu)質碳鋼制造一般柴油機的曲軸常用優(yōu)質碳鋼制造中、高速強載柴袖機的曲軸采用合金鋼制中、高速強載柴袖機的曲軸采用合金鋼制造造球墨鑄鐵一般用于強化程度不太高的中高球墨鑄鐵一般用于強化程度不太高的中高速柴油機上。速柴油機上。(1)(1)曲軸的類型曲軸的類型分為整體式、組合式和分段式三種類型。分為整體式、組合式和分段式三種類型。 1)1)整體式曲軸整體式曲軸 是整根曲軸一體鍛造或鑄造出來的。是整根曲軸一體鍛造或鑄

28、造出來的。結構簡單、重量輕、工作可靠的優(yōu)點，在中、高速結構簡單、重量輕、工作可靠的優(yōu)點，在中、高速柴油機上得到廣泛使用，并逐漸擴大到大型低速柴柴油機上得到廣泛使用，并逐漸擴大到大型低速柴油機領域油機領域 2)2)組合式曲軸組合式曲軸 組合式曲軸普遭應用于大型低速柴油組合式曲軸普遭應用于大型低速柴油機中。采用組合式主要是為了制造方便，解決曲軸機中。采用組合式主要是為了制造方便，解決曲軸制造設備能力的限制問題。曲軸的組合方式可分為制造設備能力的限制問題。曲軸的組合方式可分為套合式和焊接式，曲軸套合方法除紅套外，還有冷套合式和焊接式，曲軸套合方法除紅套外，還有冷套方法。套方法。 3)3)分段式曲軸分

29、段式曲軸 先分成兩段制造，然后用法蘭連接成先分成兩段制造，然后用法蘭連接成整根曲軸。一般用于氣缸數(shù)較多的曲軸，如整根曲軸。一般用于氣缸數(shù)較多的曲軸，如MCMC系列系列柴抽機柴抽機9-129-12缸機采用分段式曲軸。缸機采用分段式曲軸。 (2)(2)曲軸的構造曲軸的構造 曲軸主要由若干個單位曲柄、自由端和飛輪端以及曲軸主要由若干個單位曲柄、自由端和飛輪端以及平衡塊組成，如圖所示。平衡塊組成，如圖所示。 單位曲柄是曲軸的基本組成部分，由主軸頸、曲柄單位曲柄是曲軸的基本組成部分，由主軸頸、曲柄銷和曲柄臂組成，為了平衡曲柄不平衡回轉質量產銷和曲柄臂組成，為了平衡曲柄不平衡回轉質量產生慣性力，有的還在曲

30、軸上裝有平衡重；為了減輕生慣性力，有的還在曲軸上裝有平衡重；為了減輕曲軸的重量和減小慣性力曲軸的重量和減小慣性力, ,曲柄銷和主軸頸一般都曲柄銷和主軸頸一般都采用空心結構；軸頸與曲柄臂相連接的過渡圓角處采用空心結構；軸頸與曲柄臂相連接的過渡圓角處由于截面急劇，應采用足夠大的過渡圓弧由于截面急劇，應采用足夠大的過渡圓弧. . 為了潤滑曲柄銷軸承以及活塞銷，對于筒形活塞式為了潤滑曲柄銷軸承以及活塞銷，對于筒形活塞式柴油機其曲軸上鉆有潤滑油道，把輸送到主軸承的柴油機其曲軸上鉆有潤滑油道，把輸送到主軸承的滑油引至曲柄銷軸承。由于開油孔時會增加曲軸的滑油引至曲柄銷軸承。由于開油孔時會增加曲軸的應力集中，

31、因此，對油孔的位置的合理選擇，使其應力集中，因此，對油孔的位置的合理選擇，使其對軸頸的削弱最小。為了減少應力集中，油孔應倒對軸頸的削弱最小。為了減少應力集中，油孔應倒角、拋光。角、拋光。圖圖2-33 S-MC-C2-33 S-MC-C柴油機曲軸柴油機曲軸1-1-自由端自由端;2-;2-軸向減震器活塞軸向減震器活塞;3-;3-單位曲柄單位曲柄;4-;4-推力環(huán)推力環(huán);5-;5-功率輸出端功率輸出端 (3)(3)曲柄的排列曲柄的排列曲軸的曲柄都是以氣缸的號數(shù)命名的。氣缸的排號曲軸的曲柄都是以氣缸的號數(shù)命名的。氣缸的排號有兩種方法，一種是由自由端排起，另種是由動有兩種方法，一種是由自由端排起，另種是

32、由動力端排起。我國和大部分國家都是采用自由端排力端排起。我國和大部分國家都是采用自由端排起。起。曲柄的排列是由氣缸的發(fā)火間隔角和發(fā)火順序決定曲柄的排列是由氣缸的發(fā)火間隔角和發(fā)火順序決定的，而氣缸的發(fā)火間隔角和發(fā)火順序要按照下列的，而氣缸的發(fā)火間隔角和發(fā)火順序要按照下列原則決定。原則決定。1)1)柴油機的動力輸出要均勻，即發(fā)火間隔角要相等。柴油機的動力輸出要均勻，即發(fā)火間隔角要相等。這樣，相鄰發(fā)火的兩個缸的曲柄夾角這樣，相鄰發(fā)火的兩個缸的曲柄夾角, ,二沖程柴油二沖程柴油機為機為360360i i，四沖程柴油機為，四沖程柴油機為720/i720/i。i i為柴油機為柴油機氣缸數(shù)。氣缸數(shù)。2)2)

33、要避免相鄰的兩個缸連續(xù)發(fā)火以減輕相鄰兩缸要避免相鄰的兩個缸連續(xù)發(fā)火以減輕相鄰兩缸之間的主軸承的負荷。為此，最好在柴油機首、之間的主軸承的負荷。為此，最好在柴油機首、尾兩端輪流發(fā)火。尾兩端輪流發(fā)火。l在在MAN B&WMAN B&W公司的公司的MCMC系列柴油機中，為了滿足平衡性系列柴油機中，為了滿足平衡性和減少軸系的振動，甚至出現(xiàn)了各缸發(fā)火間隔角不和減少軸系的振動，甚至出現(xiàn)了各缸發(fā)火間隔角不相同的柴油機。相同的柴油機。lKHIKHI在生產在生產10L90MC10L90MC機型時，突破了這一傳統(tǒng)理論的機型時，突破了這一傳統(tǒng)理論的束縛，對相鄰發(fā)火氣缸的曲柄夾角作了不等角的設束縛，對相鄰發(fā)火氣缸的曲

34、柄夾角作了不等角的設計計 lKHIKHI認為，這一設計，可以降低主機運行時產生的振認為，這一設計，可以降低主機運行時產生的振動，各道主軸承負荷分配趨于合理，可以改善曲軸動，各道主軸承負荷分配趨于合理，可以改善曲軸的工作條件，使主機運行時更加平穩(wěn)、可靠。根據(jù)的工作條件，使主機運行時更加平穩(wěn)、可靠。根據(jù)這一設計，主機在最低穩(wěn)定轉速至額定轉速范圍內這一設計，主機在最低穩(wěn)定轉速至額定轉速范圍內無共振轉速區(qū)。但當單缸不發(fā)火時，主機最大運行無共振轉速區(qū)。但當單缸不發(fā)火時，主機最大運行轉速為轉速為74r74rminmin；而當；而當No.9No.9缸不發(fā)火時，必須避開缸不發(fā)火時，必須避開545463r63r

35、minmin共振轉速區(qū)；當軸向減震器故障時，共振轉速區(qū)；當軸向減震器故障時，必須避開必須避開404050r50rminmin共振轉速區(qū)，且主機最大運共振轉速區(qū)，且主機最大運行轉速為行轉速為65r/min65r/min?？梢韵胂螅绻x開了計算機的。可以想象，如果離開了計算機的輔助設計，這一設計理念很難得以實現(xiàn)。輔助設計，這一設計理念很難得以實現(xiàn)。 對于對于V V形柴油機普遍采用插入式發(fā)火。插人式發(fā)火形柴油機普遍采用插入式發(fā)火。插人式發(fā)火就是兩列的發(fā)火順序及發(fā)火間隔角彼此完全相同，就是兩列的發(fā)火順序及發(fā)火間隔角彼此完全相同，而總的發(fā)火順序則為這兩列的發(fā)火順序根據(jù)氣缸而總的發(fā)火順序則為這兩列的發(fā)火

36、順序根據(jù)氣缸間的夾角關系進行穿插形成。間的夾角關系進行穿插形成。8 8缸缸V V形四沖程柴抽機每列形四沖程柴抽機每列4 4缸，每列的發(fā)火間隔缸，每列的發(fā)火間隔角都是角都是7207204=1804=180，發(fā)火順序都是，發(fā)火順序都是1-2-4-31-2-4-3。為。為了避免混亂，第了避免混亂，第1 1列用列用1 1-2-2-4-4-3-3表示，第表示，第2 2列用列用1 1-2-2-4-4-3-3表示表示. .氣缸夾角為氣缸夾角為。如果氣。如果氣缸缸1 1比比1 1落后落后角發(fā)火，其總的發(fā)火順序和曲角發(fā)火，其總的發(fā)火順序和曲柄排列如圖示。假如氣缸柄排列如圖示。假如氣缸1 1比比1 1落后落后36

37、0+360+，也就是也就是1 1發(fā)火后跟隨著的是發(fā)火后跟隨著的是1 1進氣氣缸進氣氣缸1 1比比1 1不接連著發(fā)火不接連著發(fā)火, ,對軸承負荷有利此種情況總對軸承負荷有利此種情況總的發(fā)火順序如圖所示。的發(fā)火順序如圖所示。3)3)要使柴油機有良好的平衡性。柴油機在要使柴油機有良好的平衡性。柴油機在往復慣性力與慣性力矩、離心慣性力與往復慣性力與慣性力矩、離心慣性力與離心力作用下要產生振動。曲柄合理排離心力作用下要產生振動。曲柄合理排列可使引起振動的力和力矩減至最小。列可使引起振動的力和力矩減至最小。4)4)注意發(fā)火順序對軸系扭轉振動的影響。注意發(fā)火順序對軸系扭轉振動的影響。發(fā)火順序不同，各段軸上扭

38、矩的交變情發(fā)火順序不同，各段軸上扭矩的交變情況也不同況也不同, ,對軸系扭轉振動的影響也不同。對軸系扭轉振動的影響也不同。要力求減輕扭轉振動。要力求減輕扭轉振動。5)5)脈沖增壓式柴油機中，為了防止排氣互脈沖增壓式柴油機中，為了防止排氣互相干擾，各缸舶排氣管要分組連接。相干擾，各缸舶排氣管要分組連接。 S-MC-C S-MC-C型柴油機曲軸。鍛鋼曲軸由單位曲柄、自由型柴油機曲軸。鍛鋼曲軸由單位曲柄、自由端端( (首端首端) )和功率輸出端和功率輸出端( (尾端尾端) )三部分組成。曲軸為半三部分組成。曲軸為半組合式，可以是焊接型或半套合式。在曲軸上采用焊組合式，可以是焊接型或半套合式。在曲軸上

39、采用焊接工藝連接是現(xiàn)代曲軸制造中的一個重要成就，曲柄接工藝連接是現(xiàn)代曲軸制造中的一個重要成就，曲柄臂不必因為套合工藝需要而加大尺寸，所以重量減輕臂不必因為套合工藝需要而加大尺寸，所以重量減輕, ,曲柄臂和主軸頸及曲柄銷之間的連接處是用車入式圓曲柄臂和主軸頸及曲柄銷之間的連接處是用車入式圓角過渡，圓角處經過冷滾壓加工，以提高它的疲勞強角過渡，圓角處經過冷滾壓加工，以提高它的疲勞強度。自由端法蘭度。自由端法蘭1 1用來驅動輔助設備或軸帶發(fā)電機。用來驅動輔助設備或軸帶發(fā)電機。自由端法蘭后為軸向減振器的活塞自由端法蘭后為軸向減振器的活塞2 2，推力環(huán)，推力環(huán)4 4的前后的前后兩側都裝有推力塊兩側都裝有

40、推力塊( (圖中末示出圖中末示出) )以傳遞螺旋槳的推以傳遞螺旋槳的推力和為曲軸軸向定位。推力環(huán)的外圈用來安裝主動鏈力和為曲軸軸向定位。推力環(huán)的外圈用來安裝主動鏈輪，以便通過鏈條驅動凸輪軸。這種推力軸和曲軸造輪，以便通過鏈條驅動凸輪軸。這種推力軸和曲軸造為一體，井將推力抽承和主動鹽組合在一起的形式，為一體，井將推力抽承和主動鹽組合在一起的形式，可縮短柴油機長度，使布置更為緊湊?？煽s短柴油機長度，使布置更為緊湊。 圖圖2-342-34為為wartsila46wartsila46型柴油機的曲軸。該型柴油機的曲軸。該曲軸為整體鍛造式，并經過全面的機加曲軸為整體鍛造式，并經過全面的機加工，曲軸內鉆孔，

41、使滑油可以送至每一工，曲軸內鉆孔，使滑油可以送至每一個軸承。在每一個曲柄臂上都有平衡重個軸承。在每一個曲柄臂上都有平衡重4 4，使柴油機不會受到離心力和離心力矩的使柴油機不會受到離心力和離心力矩的作用，曲軸的主軸頸和曲柄銷之間有很作用，曲軸的主軸頸和曲柄銷之間有很大的重疊度；保證了曲軸有足夠的剛度大的重疊度；保證了曲軸有足夠的剛度和曲柄臂的強度。曲軸的首尾兩端都設和曲柄臂的強度。曲軸的首尾兩端都設有法蘭，可以在任何一端連接軸帶發(fā)電有法蘭，可以在任何一端連接軸帶發(fā)電機，如省必要，可以在曲軸首端安裝扭機，如省必要，可以在曲軸首端安裝扭振減振界。振減振界。 1 12 23 34 45 56 67 7

42、圖圖2-34 W2-34 Wrtsilrtsil4646柴油機曲軸柴油機曲軸1-1-動力輸出法蘭；動力輸出法蘭；2-2-主軸承；主軸承；3-3-傳動齒輪；傳動齒輪；4-4-平衡重平衡重;5-;5-曲柄銷曲柄銷;6-;6-油道油道;7-;7-首端法蘭首端法蘭1 1十字頭滑塊和導板十字頭滑塊和導板 滑塊在導板上的運動規(guī)律和活塞在氣缸中運滑塊在導板上的運動規(guī)律和活塞在氣缸中運動規(guī)律完全相同。但由于曲軸箱中溫度低、動規(guī)律完全相同。但由于曲軸箱中溫度低、滑油供應充分分使滑塊和導板的工作條件滑油供應充分分使滑塊和導板的工作條件要比活塞和氣缸套好得多，再加上將滑塊上要比活塞和氣缸套好得多，再加上將滑塊上單位

43、面積所受的力（比壓單位面積所受的力（比壓) )設計得較??；設計得較?。?因此，在一般情況下滑塊和導板壽命較長，故因此，在一般情況下滑塊和導板壽命較長，故障較少但由于滑塊在上、下止點時速度為零，障較少但由于滑塊在上、下止點時速度為零，而且在上、下止點附近存在側推力換向和正、而且在上、下止點附近存在側推力換向和正、倒車導板更替所產生的敲擊，因此也出現(xiàn)某倒車導板更替所產生的敲擊，因此也出現(xiàn)某些故障。出現(xiàn)較多的故障是滑塊上白合金偏些故障。出現(xiàn)較多的故障是滑塊上白合金偏磨和疲勞碎裂。磨和疲勞碎裂。白合金偏磨主要：由于導板或滑塊安裝不正、主白合金偏磨主要：由于導板或滑塊安裝不正、主軸承偏磨、導板與滑塊間間

44、隙不合要求、潤滑軸承偏磨、導板與滑塊間間隙不合要求、潤滑不良造成，不良造成，白合金碎裂：安裝、潤滑等因素有關外，主要是白合金碎裂：安裝、潤滑等因素有關外，主要是由于白臺金澆鑄不良、超負荷運轉及導板滑塊由于白臺金澆鑄不良、超負荷運轉及導板滑塊間間隙過大所造成的。間間隙過大所造成的。應定期檢查導板與滑塊間間隙的大小、潤滑狀態(tài)應定期檢查導板與滑塊間間隙的大小、潤滑狀態(tài)和工作表面狀況。運轉中注意傾聽曲軸箱中聲和工作表面狀況。運轉中注意傾聽曲軸箱中聲響發(fā)現(xiàn)異常及時處理。響發(fā)現(xiàn)異常及時處理。十字頭式柴油機連桿由于主要承受壓應力，柴油十字頭式柴油機連桿由于主要承受壓應力，柴油機轉速低，對連桿的重量和尺寸限制

45、不像筒型機轉速低，對連桿的重量和尺寸限制不像筒型活塞式柴油機連桿那樣嚴格，因此連桿桿身一活塞式柴油機連桿那樣嚴格，因此連桿桿身一般很少出現(xiàn)故障，只是軸承容易產生各種故障般很少出現(xiàn)故障，只是軸承容易產生各種故障和連桿螺栓有時會斷裂。和連桿螺栓有時會斷裂。筒型活塞式柴油機連桿受拉、壓交變壓力，尺寸筒型活塞式柴油機連桿受拉、壓交變壓力，尺寸要求嚴格，轉速高，除軸承外連桿桿身還易出要求嚴格，轉速高，除軸承外連桿桿身還易出現(xiàn)疲勞裂紋和彎曲。現(xiàn)疲勞裂紋和彎曲。疲勞損壞：機件在交變負荷作用下產生裂紋并逐漸擴展，疲勞損壞：機件在交變負荷作用下產生裂紋并逐漸擴展，隨著裂紋的逐漸發(fā)展，截面逐漸減小，最后因截面尺寸

46、隨著裂紋的逐漸發(fā)展，截面逐漸減小，最后因截面尺寸不足而發(fā)生突然斷裂。不足而發(fā)生突然斷裂。疲勞損壞的形式：疲勞損壞的形式：1.1.彎曲疲勞損壞，彎曲疲勞損壞，2.2.扭轉疲勞損壞扭轉疲勞損壞疲勞損壞判斷依據(jù)：斷面紋理。疲勞損壞的斷面可疲勞損壞判斷依據(jù)：斷面紋理。疲勞損壞的斷面可分為三個區(qū)域，即初始裂紋區(qū)、漸斷紋理區(qū)和突分為三個區(qū)域，即初始裂紋區(qū)、漸斷紋理區(qū)和突斷區(qū)。初始裂紋區(qū)是斷面紋理的發(fā)源地。斷區(qū)。初始裂紋區(qū)是斷面紋理的發(fā)源地。漸斷紋理由于兩斷裂面間的摩擦形成的。斷面紋理漸斷紋理由于兩斷裂面間的摩擦形成的。斷面紋理因為引起原因不同有波浪線和螺旋線之分，如圖因為引起原因不同有波浪線和螺旋線之分，

47、如圖所示，在這個區(qū)域中，有污物存在，顏色暗黑，所示，在這個區(qū)域中，有污物存在，顏色暗黑，突斷區(qū)斷開的截面具有沖擊折斷的特點，晶粒粗突斷區(qū)斷開的截面具有沖擊折斷的特點，晶粒粗糙明亮，與暗的平滑紋理斷面形成了明顯區(qū)別糙明亮，與暗的平滑紋理斷面形成了明顯區(qū)別1)1)彎曲疲勞損壞彎曲疲勞損壞 彎曲疲勞裂紋首先產生在曲柄銷圓角或主軸頸圓角處，彎曲疲勞裂紋首先產生在曲柄銷圓角或主軸頸圓角處，然后向曲柄臂發(fā)展。這是因為對于承受彎曲來說，然后向曲柄臂發(fā)展。這是因為對于承受彎曲來說，曲柄臂比主軸頸和曲柄銷弱。彎曲疲勞的斷面是與曲柄臂比主軸頸和曲柄銷弱。彎曲疲勞的斷面是與軸線垂直的，裂紋線為波浪線，如圖所示。曲軸

48、彎軸線垂直的，裂紋線為波浪線，如圖所示。曲軸彎曲疲勞破壞，通常是由于軸頸不均勻磨損所造成的曲疲勞破壞，通常是由于軸頸不均勻磨損所造成的主軸承不同軸度而引起的。特別是某個主軸承過低，主軸承不同軸度而引起的。特別是某個主軸承過低，當柴油機工作時，這段軸就會產生過大的變形和過當柴油機工作時，這段軸就會產生過大的變形和過大的交變彎曲應力。由于軸承的不均勻磨損要經大的交變彎曲應力。由于軸承的不均勻磨損要經過過定的運轉時間才會發(fā)生，因此彎曲疲勞損壞很定的運轉時間才會發(fā)生，因此彎曲疲勞損壞很少發(fā)生在未經長期使用的柴油機上。少發(fā)生在未經長期使用的柴油機上。2)2)扭轉疲勞損壞扭轉疲勞損壞 曲軸在驅動力矩作用下

49、產生交變的扭轉應力及曲軸曲軸在驅動力矩作用下產生交變的扭轉應力及曲軸的扭轉振動產生的附加扭轉應力，會引起曲軸發(fā)的扭轉振動產生的附加扭轉應力，會引起曲軸發(fā)生扭轉疲勞損壞。軸頸的疲勞裂紋多從油孔開始，生扭轉疲勞損壞。軸頸的疲勞裂紋多從油孔開始，然后向與軸線成然后向與軸線成4545角的方向發(fā)展，所以往往出現(xiàn)角的方向發(fā)展，所以往往出現(xiàn)兩條對稱裂紋。起始于過渡圓角處的扭轉疲勞裂兩條對稱裂紋。起始于過渡圓角處的扭轉疲勞裂紋，由于軸頸的抗扭截面模數(shù)比曲柄臂的弱因紋，由于軸頸的抗扭截面模數(shù)比曲柄臂的弱因此裂紋多自圓角部位向軸頸發(fā)展較少向曲柄臂此裂紋多自圓角部位向軸頸發(fā)展較少向曲柄臂上發(fā)展。圖上發(fā)展。圖(b)(

50、b)為扭轉疲勞斷面示意圖，斷面是傾為扭轉疲勞斷面示意圖，斷面是傾斜的，與軸線成斜的，與軸線成4545裂紋線近似為螺旋線。圖裂紋線近似為螺旋線。圖共共同作用結果同作用結果3 3）兩者比較）兩者比較扭轉疲勞損壞一般是出現(xiàn)在柴油機運轉初期。但現(xiàn)扭轉疲勞損壞一般是出現(xiàn)在柴油機運轉初期。但現(xiàn)在扭振的計算及測量技術比較成熟，只要扭振減在扭振的計算及測量技術比較成熟，只要扭振減振器不發(fā)生故障，不飛車，又不過于疏忽，通常振器不發(fā)生故障，不飛車，又不過于疏忽，通常不會出現(xiàn)扭轉疲勞損壞。不會出現(xiàn)扭轉疲勞損壞。彎曲應力復雜，難以精確計算，而且軸承唐損后能彎曲應力復雜，難以精確計算，而且軸承唐損后能產生很大的附加彎曲

51、應力，曲軸的彎曲疲勞損壞產生很大的附加彎曲應力，曲軸的彎曲疲勞損壞多于扭轉疲勞損壞。多于扭轉疲勞損壞。曲軸材料的缺陷：制造曲軸的材料可能有縮孔，氣曲軸材料的缺陷：制造曲軸的材料可能有縮孔，氣孔、收縮裂紋、夾渣、偏析等缺陷。當這些缺陷孔、收縮裂紋、夾渣、偏析等缺陷。當這些缺陷處在應力集中部位時，危險性就更大了。處在應力集中部位時，危險性就更大了。柴油機使用中滑油變質使圓角處腐蝕，或由于滑油柴油機使用中滑油變質使圓角處腐蝕，或由于滑油中進水及停機后軸頸表面的凝結水中進水及停機后軸頸表面的凝結水( (在潮濕空氣在潮濕空氣中易出現(xiàn)中易出現(xiàn)) )使軸頸油孔或圓角腐蝕，都有可能使使軸頸油孔或圓角腐蝕，都有可能使曲軸發(fā)生腐蝕疲勞損壞。曲軸發(fā)生腐蝕疲勞損壞。4 4）管理要點）管理要點要注意檢查曲軸軸線的狀態(tài)、軸頸與下瓦要注意檢查曲軸軸線的狀態(tài)、軸頸與下瓦的貼合情況。的貼合情況。在操車時要盡快越過轉建禁區(qū)，注意對扭在操車時要盡快越過轉建禁區(qū)，注意對扭轉振動減振器的檢查和保養(yǎng)，要注章化轉振動減振器的檢查和保養(yǎng)，要注章化驗滑油和利用分油機分離滑油。如發(fā)現(xiàn)驗滑油和利用分油機分離滑油。如發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋要查明并消除引起裂紋的原疲勞裂紋要查明并消除引起裂紋的原因，