第三节曲柄连杆机构.docx

1、第三节 曲柄连杆机构第三节 曲柄连杆机构 一、连杆组 1、连杆的作用、工作条件和要求1）作用：把活塞或十字头与曲轴连杆连接起来，将活塞的往复运动变成曲轴的回转运动，并将活塞上所受的气体力和惯性力传递给曲轴。是运动形式变换和力传递的枢纽。2）工作条件（1）运动复杂：小端-往复运动，大端-回转运动，杆身-摆动；（2）受力复杂：受周期性变化气体力和活塞连杆惯性力作用，而且气体力具有冲击性，二冲程连杆始终受压，四冲程有时受压有时受拉（换气上止点前后）；杆身受到弯矩而弯曲变形；（3）大小端与活塞销或十字头销、曲柄销产生摩擦和磨损，尤其是小端润滑条件差，易发生故障。3）要求：足够的刚、强度和韧性-耐疲劳、

2、抗冲击；轴承工作可靠，寿命长；连杆重量轻，长度不易过长（降低发动机高度），加工容易，拆装修理方便。4）材料：十字头式：优质碳素中碳钢35#、40#、45#中高速筒状：合金结构钢40Cr、优质高强度合金钢35CrMo、42CrMo、18Cr2Ni4WA;连杆螺栓:碳钢、合金钢，要求柔性好;低速机:40#、40Cr；中高速机：40Cr、35CrMoA、18Cr2Ni4WA；碳钢表面镀铜（非强载机）二、连杆结构1、连杆杆身（1）圆柱形截面：用于大中型柴油机，其质量大、材料利用不合理。（2）工字形截面提高摆动平面的抗弯能力：摆动平面内有较大的截面惯性矩，使其压杆的稳定性与其垂直平面相同，质量小，材料利

3、用合理，适用于中高速柴油机。 2、连杆小端 小端是活塞销或十字头销的轴承，轴承座孔内压入锡青铜衬套（四冲程）或浇有轴承合金（二冲程）。圆柱形、球形、阶梯形或锥形 。3、连杆大端和轴瓦 1）结构形式 （1）按轴承组与杆身连接方式： A、船用大端 B、车用大端 船用大端式设有压缩比调整垫片，可调整连杆长度，从而调整压缩比。（2）按轴承座与轴承盖结合面剖面形式：A、平切口B、斜切口（仅用于车用大端）斜切口：增压度提高要求曲柄销和大端尺寸增大。曲轴轴颈增粗可提高刚性，大端轴承承压面积增加以提高轴承工作能力，若使用平切口则横向跨距大。减少连杆螺栓承受的惯性拉伸负荷。连杆螺栓承受剪切作用，为此采用锯齿形结

4、构、凹凸面结构。2）轴瓦 （1）厚壁轴瓦：低碳钢瓦背浇白合金，厚度0.75-2mm，加工精度较低；但易产生疲劳损坏，需刮配轴瓦上的轴承合金以确保与轴颈的接触面积，设置调隙垫片以达到合适的配合间隙。（2）薄壁轴瓦：合金层厚度0.7-0.8mm，趋向0.2-0.4mm。具有制造精度高，互换性好；合金层厚度薄，疲劳强度高，承载能力强，寿命长等优点 。装配时不允许刮削，也没有调整垫片。配合间隙磨损超差后只能更换轴瓦。轴瓦薄且富有弹性 ，自由状态下瓦口有一定的弹张量；弹张量过小时，瓦口与轴承座露出间隙，用软质铜（铅、木）棒敲击瓦顶背面；弹张量过大时，瓦顶与轴承座露出间隙，敲击瓦口背面。轴瓦周长有一定过盈

5、量，装配后使瓦背紧贴于座孔表面，以保证良好的导热性能和防止相对移动 。3）轴承合金：常用白合金、高锡铝合金和铜铅合金 。（1）表面性能：抗咬合性：白合金、高锡铝合金好，铜铅合金 、低锡铝合金差。顺应性：白合金、铝基合金好，铜基合金差。磨合性：白合金好、铝基合金其次，铜基合金差。嵌藏性：白合金好、铝基合金其次，铜基合金差。耐腐蚀性：锡基白合金、铝基合金好，铜铅合金差损伤敏感性：白合金好、铝基合金其次，铜基合金差。（2）机械性能：抗拉强度、疲劳强度和耐热性能。高锡铝合金最好，白合金最差。强化柴油机采用“三层金属轴瓦”：为使轴瓦既具有承载能力强、疲劳强度高，又有较好的表面性能，常在轴承合表面上再镀一

6、层极薄（0.0150.025mm）的由铅、锡、铟、铱等组成的表面涂层材料。4）V型机连杆叉骑式、并列式和主副式。主副式：缩短气缸间距和整机长度，减小重量和尺寸，增大曲轴刚性。MANVV40/54：主连杆5用螺栓连接到大端，副 连杆7用2只螺栓8与副连杆销9相连。大端轴瓦为薄壁铅青铜，镀有磨合层，轴承盖与轴承体有凹凸配合，以避免连杆螺栓受到剪切作用。特点：拆检活塞可不拆大端，但副连杆销连接螺栓底部易产生裂纹。4、连杆螺栓：普通螺栓和柔性螺栓1）柔性螺栓特点（1）采用耐疲劳的柔性结构（增加长度，减小直径）；（2）采用精加工细牙螺纹；（3）采用大圆弧过渡以减小应力集中。2）上紧工具：（1）扭力扳手；

7、（2）液压/气压拉伸器；要求达到规定的预紧力规定扭矩或伸长量，连杆螺栓的预紧力过大过小，或者各螺栓的预紧力不均，都会降低它的工作可靠性。因此，连杆螺栓的预紧力、紧固方法和步骤都应按制造厂的规定进行。如发现连杆螺栓有损伤、裂纹或残余伸长量超过规定值（0.2%），都必须及时更换。3）工作中受力分析二冲程增压柴油机仅受预紧力作用-气缸内气体力与往复惯性力的合力始终朝下；二冲程非增压柴油机压缩行程中（约300330）惯性力大于气体力，受到额外拉力。四冲程柴油机的进气过程前期和排气过程的后期换 气TDC ，朝上的往复惯性力将大于朝下的气体力，即连杆此时将受到拉力的作用，因此连杆在工作中将受到交变的拉压应

8、力的作用。如大端变形还受附加弯矩。二、十字头组（一）组成与作用1、组成：十字头本体，十字头滑块和十字头轴承 。2、作用：活塞与连杆之间连接件，把活塞气体力、惯性力传递给连杆，承受侧推力并给活塞在气缸中的运动导向。3、分类：单滑块-单导板；双滑块-双导板；筒形滑块-导板；4、十字头本体（十字头销）：优质碳钢（40、45号钢）或合金钢锻造；表面往往采用滚压或镀铬等方法来提高其耐磨性 。滑块-铸钢5、十字头导板RTA十字头导板3-正车导板； 6-倒车导板；5-机架横粱；4-导板固定螺栓；十字头锻钢制造中空，导板由4固定在机架横隔板5上，滑块8在十字头销上的位置由7限定，在导板上的位置侧导板限定；滑块

9、和导板接触工作面、滑块与十字头销滑动配合的内孔表面以及与侧导板接触面浇铸巴氏合金，7上有一突舌，突舌与滑块间有小间隙，使滑块可转动，以补偿活塞沿气缸运动和滑块沿导板运动偏差。LMC机十字头导板导板与机架横隔板制为一体，导板不可调整；活塞冷却油采用套管式，在滑块上装有导轨2，导轨的位置可用垫片调节。滑油由套管机构从托架8进入后分：一路去润滑导板与滑块；一路沿活塞杆中油路上行冷却活塞；一路润滑连杆小端轴承后沿连杆杆身中下行润滑曲柄轴承。（二）十字头轴承1、十字头轴承工作特点：（1）轴承比压大：受气体力和惯性力作用，负荷高；（2）润滑油膜难于形成：摆动角速度时大时小方向不断改变，处于半液膜润滑，局部

10、边界润滑，摩擦和磨损严重。（3）单向受力：难于形成楔形油膜。（4）受力不均：十字头销强度不足时易变形，引起受力不均（应力集中），轴承内侧受力较大，磨损快。2、提高十字头轴承可靠性措施：（1）降低轴承比压：限制爆压（减小喷油提前角）；增大销直径（d=96%D，可增大十字头销线速度，利于润滑）；采用全支承（最常用）。（2）使轴承负荷分布均匀：采用弹性支承（不等边支承-自整位支承，现爆压大不用）；采用刚性结构（销短而粗，大端为平台结构，当代最常用）；采用反变形拂刮轴瓦（轴承座与杆身结合面内侧加垫片拂刮后使轴承内侧降低，不用）；增大承压面的贴合面积（通过拂刮或精加工，使轴承与销间贴合包角在90120）

11、。（3）保证良好润滑和冷却：保证油压（采用升压泵-RTA）；合理开设油槽；选择合适间隙；（4）采用薄壁轴瓦：高锡铝合金，提高抗疲劳强度；（5）提高销表面光洁度（6）采用短连杆：增大摆角，利于润滑；（三）十字头连杆构造1、LMC机连杆：杆身与大小端轴承座和为一体，紧凑、短，可减少整机高度，采用车用大端。小端刚性大，销短而粗，采用全支承，即刚性轴承，提高承载能力和工作可靠性。4-导轨、5-耳轴、7-垫片2、RTA机连杆：小端：自整位式（三体式），采用薄壁轴瓦以提高耐疲劳强度；大端：船用大端（三体式），无轴瓦，巴氏合金直接浇铸在轴承盖和轴承座上，可增大轴颈和有利于轴承散热。大小端都采用紧配螺栓；杆身

12、：中空圆截面，大小端处采用凸缘平台结构，以提高刚度和减少变形。三、曲轴组1、曲轴1）曲轴的工作条件和要求（1）曲轴的作用A、把活塞往复运动转变为回转运动；B、汇集各缸动力向外输出；C、带动附属设备：喷油泵、气阀凸轮；空气分配器；调速器；中小型机燃滑油泵、冷却水泵、轴带空压机等。（2）工作条件A、受力复杂：受各缸气体力、往复惯性力、离心力作用，产生弯矩和扭矩，从而产生弯矩变形和扭转变形。B、应力集中严重：形状复杂、弯头多，有的还钻孔，在臂和销、臂与颈过渡处、油孔处产生严重的应力集中。C、附加应力大：轴为弹性体，多道主轴承支承，底座、船体变形，易产生挠曲变形，存在扭振、横振和纵振，产生附加应力，可

13、能产生共振。D、轴颈遭受磨损：在润滑不良、机座或船体变形、轴承间隙不合适、超负荷或经常起停时磨损明显加剧。（3）对曲轴要求：良好的耐疲劳强度，工作可靠；足够的刚强度；良好的耐磨性；动力均匀性好；自平衡性好；负荷均匀，有足够承压面；抗扭振；脉冲增压机，还要求满足排气管分组要求。（4）常用材料：优质碳钢、合金钢和球墨铸铁。优质碳钢:低速柴油机合金钢：中、高速强载柴油机球墨铸铁：强载程度不太高的中、高速柴油机 2）曲轴的结构（1）曲轴的类型柴油机曲轴按其结构特点有以下几种形式：整体式、套合式、焊接式整体式曲轴：整根曲轴由整体锻造或铸造而成特点：它具有结构简单、重量轻、工作可靠。应用范围：中、小型柴油

14、机，由于大型锻造设备的出现，大型低速柴油机也已有采用整体式曲轴。套合式曲轴（红套、液套） ：A、半套合式：曲柄销和曲柄臂制成一体，主轴颈单独制造 。B、全套合式：主轴颈、曲柄销以及曲柄臂都是单独制造 。焊接式曲轴：MAN B&W L-MC型柴油机的焊接式曲轴。各单位曲轴柄在主轴颈中央部位通过窄缝埋弧焊，连成一整体。（2）曲轴的构造若干个单位曲柄和自由端、飞轮端，以及平衡重块等组成单位曲柄由主轴颈，曲柄销和曲柄臂组成。曲柄销与主轴颈采用空心结构，可以减轻曲轴的重量，改善应力集中情况。采用空心曲柄销还可以减小曲轴的不平衡回转质量和离心力。 过渡处：为避免应力集中采用：A、普通过渡圆角：有效轴颈缩短

15、。B、车入式圆角：可增大轴颈，且可增大过渡圆角半径，但对曲柄臂强度有一定削弱。平衡重块与曲柄臂的连接方式A、直接浇铸整体式B、分别制造分体式a）连接螺栓承受平衡重块的离心力的拉伸作用；b）c）凸肩承受平衡重块的离心力，因而连接螺栓受力小，工作可靠，但其加工比较麻烦。多数筒状活塞式柴油机用于润滑曲轴各轴承和冷却活塞的润滑油，是由润滑油总管送入主轴承，再通过曲轴内的油孔送往大端轴承和活塞组。 （3）曲柄排列气缸排号：由自由端算起。曲柄排列：由气缸的发火间隔角和发火顺序决定，并考虑：A、柴油机输出功率或转矩均匀，即各缸发火间隔角要相等。四冲程：720/i；二冲程：360/i。B、为减轻主轴承负荷，应尽可能避免相临缸连续发火。 1-2-4-5-3 ；1-5-3-6-2-4C、考虑柴油机的平衡性，以避免振动和轴系扭振。D、脉