現代工程機械發動機活塞連桿組簡介

工程機械    時間:2014-03-12 19:28:23
現代工程機械發動機活塞連桿組簡介簡介
活塞連桿組主要由活塞、活塞環、活塞銷、連桿和軸瓦等組成(圖2-11)。 ……
現代工程機械發動機活塞連桿組簡介正文

活塞連桿組主要由活塞、活塞環、活塞銷、連桿和軸瓦等組成(圖2-11)。

活塞連桿組的功用是活塞與氣缸套、氣缸蓋一起組成燃燒室;承受燃氣壓力,並把它傳遞給連桿,由活塞環密封氣缸,防止缸內氣體泄漏入曲軸箱和曲軸箱內機油竄入燃燒室;傳遞熱量,將活塞頂部接受的熱量通過氣缸壁傳給介質,連桿用來連接活塞和曲軸,傳遞動力,把活塞的直線往複運動轉變為曲軸的旋轉運動。

一、活塞

(一)活塞材料

目前,工程機械用中高速柴油機的活塞材料都使用鋁合金。這是因為鋁合金活塞有下列主要優點:

(1)可減小慣性力;

(2)可減輕熱負荷。

鋁合金的缺點是:隨溫度升高,其強度和硬度下降較快,尤其當溫度超過200°C時,膨脹係數大,熱變形大,要求較大的缸壁間隙和製造成本高等。

目前國內、外採用的幾種活塞材料的性能如表2-5所列,下面僅作扼要說明:

鋁—銅系合金中最著名的是Y合金,導熱性和高溫強度好;即可鑄造也可鍛造;加工容易,但密度稍大。最大的缺點是熱膨脹係數大且比較貴,故現已很少採用。

2.鋁—硅系合金

鋁—硅系合金中以含硅2%左右的共晶鋁硅合金最著名,稱之為Low-Ex合金。這種合金雖然強度和導熱性能稍差,但耐磨性和耐熱性好。由於密度和熱膨脹係數都比較小,因此是目前國內外應用最廣泛的一種活塞材料。含硅9%左右的亞共晶鋁合金,雖膨脹係數稍大一些,但其鑄造性能得到改善,適用於大量生產的工藝要求,所以應用也很廣泛。過共晶鋁硅合金是一種含硅量16%~26%的鋁—硅系合金,它是在共晶鋁硅合金基礎上發展起來的。由於這種合金具有高的耐熱性和較小的線膨脹係數,所以可以滿足強化后柴油機對活塞材質所提出的要求。這種合金的缺點是延伸率比較小,不適於鍛造,且鑄造時易產生偏折和加工困難等。

(二)活塞結構

如圖2-12所示,一般柴油機活塞的結構是由頂部1、頭部2和裙部5等3部分組成。現分述如下:

1.活塞頂部

活塞頂部是燃燒室的組成部分,其結構形狀和燃燒室的要求密切相關,分為平頂、凸頂和凹頂三種,柴油機多用凹頂活塞,即頂面有各種形狀凹坑,如125系列有w型凹坑,130系列有圓柱深盆型凹坑,120系列有球型凹坑,NH-220-CL型柴油機有淺w型凹坑等。有些活塞頂部還設有氣門避碰坑11,防止活塞到達上止點時與氣門相碰,活塞頂面加工力求光潔,有的柴油機活塞頂部還進行陽極氧化處理或鍍鉻,以提高耐熱、耐腐蝕性能,並減少吸熱。

2.活塞頭部

活塞頭部(又稱防漏部)切有環槽,安裝活塞環,通過活塞環實現密封和傳熱。環槽分為氣環槽和油環槽8,氣環槽一般有2~3道,油杯槽有1~2道,位於氣環槽下面,且在槽底面鑽有許多小通孔9,使油環從缸壁上刮下的多餘機油流回曲軸箱。

從活塞頂部到頭部的內表面有較大的過度圓弧,有利於頂部熱量迅速分散於側面傳出,消除應力集中,提高承載能力。

3.活塞裙部

活塞裙部(又稱導向部)起導向作用並承受側壓力。活塞銷座孔3位於裙部,在銷座孔兩端加工有卡環槽10,安裝卡環,防止活塞銷軸向竄動。為保證銷座孔處的足夠強度和剛度,不僅加厚金屬層,且在活塞內腔中設有加強筋。裙部表面多進行鍍錫、噴塗或電泳二硫化鉬及塗石墨等表面處理,以提高減摩性和磨合性。

為保證活塞與缸壁間均勻而合理的配合間隙,常溫下通常將活塞裙部加工成橢圓形,長軸垂直於活塞銷軸線方向(圖2-13d);活塞側表面加工成上小下大的截錐形或階梯形(圖2-14)。這樣活塞在工作中變形后,裙部可近似恢復成正圓形,側表面可近似恢復成正圓柱形,使合理的配合間隙得到保證。

如果常溫下裙部加工成圓形,則工作中由於裙部在側壓力作用下,使直徑沿活塞銷軸線方向上變長(圖2-13a)。在頂部氣體壓力作用下,同樣使裙部沿銷軸線方向變長(圖2-13b);活塞銷座孔處金屬堆集及銷與座孔摩擦而引起的溫升,又進一步使裙部沿銷軸線方向的膨脹變形量增大(圖2-13c)。這三方面原因作用結果,將導致裙部變成橢圓形,破壞合理的配合間隙。同樣如果常溫下活塞側表面加工成圓柱形,則工作中由於活塞頂部溫度高,裙部溫度低,再加上頂部和頭部金屬厚,因此導致活塞上部變形量大於下部,產生錐度,也會破壞合理的配合間隙。

(三)鋁合金活塞在結構上的其他措施

1.在平行於活塞銷軸線方向的裙部下端對稱銑掉兩塊。這樣不僅減輕了活塞質量,同時增大了活塞裙部的彈性,從面可減小裙部與氣缸的配合間隙。

2.還有在活塞銷座孔處的裙部外表面上鑄出0.5~1mm的凹陷面,從而防止該方向上因變形過大而出現拉毛。

3.有的活塞頂部連接有用耐熱材料製成的耐熱塞,以防止頂部的燒蝕,活塞環槽部是另外鑲入的鑄鐵,以提高環槽的耐磨性,如圖2-15所示。

4.少數發動機活塞在銷座孔處鑲平鋼片或在裙部鑲筒形鋼片。因鋼片熱膨脹量小,可有效地控制銷座處或整個裙部的膨脹變形量,如圖2-16所示。

5.有的汽油機活塞,在它作功行程時不承受側壓力的一側裙部切制T形或且形槽。其中橫向槽切在最下一道油環槽底,起隔熱作用;縱向槽使裙部具有一定彈性,補償熱膨脹變形量,減小配合間隙。但是這種結構降低了活塞強度,故不適合柴油機及強化汽油機。

6.某些發動機的活塞,為減輕第一道環及環槽的熱負荷,在此道環槽上面車一條狹而深的隔熱槽,使部分熱量分散到其他環上傳出,避免第一道換因熱,積炭而卡死在環槽中。如圖2-17所示。

7.有的活塞在第一環槽上部車制很多淺而細的溝槽,由於溝槽積炭而吸附潤滑油,改善了磨合性能,防止活塞與與氣缸發生咬合而產生拉缸,因此可減小活塞頭部與氣缸的配合間隙。

二、活塞環

活塞環是具有一定彈性的金屬開口圓環,自由狀態下它的外徑大於氣缸直徑,裝入氣缸后其外圓面緊貼氣缸壁。按功用活塞環分為:氣環和油環兩種。

氣環的功用是密封和傳熱。即防止氣缸內氣體泄漏於曲軸箱,並將活塞頂部接受的多餘熱量傳給氣缸壁,由冷卻介質帶走。油杯的功用是刮油和布油。即將氣缸壁上多餘的機油刮掉,防止上竄燃燒室,並使機油均勻分佈,形成油膜,改善活塞與缸壁的潤滑條件。

由於活塞環是在高溫下作高速運動,潤滑條件差,尤其是第一道環的工作條件更為惡劣,故磨損嚴重,而且摩擦功率損失大。因此要求活塞環具有足夠的強度和彈性,良好的耐熱,耐磨性以及較好的耐腐蝕性、貯油性、磨合性和抗膠結性能。

活塞環的材料目前廣泛採用合金鑄鐵,也有使用優質灰鑄鐵、球墨鑄鐵及鋼等,通常進行表面處理,為提高耐磨性和使用壽命,主要採用鍍鉻處理,其次是噴鉬;為改善磨合性,採用鍍錫和磷化處理。其中第一道多採用多孔性鍍鉻,即提高耐磨性,又可貯油,改善潤滑條件。

為防止活塞環工作中因受膨脹而卡死在環槽和氣缸中,裝配后在環的切口處、環與環槽端面之間及環的內側與環槽底面之間都留有適當間隙,分別稱為開口間隙、側隙及背隙。其中開口間隙值為0.3~0.8mm;側隙值為0.04~0.05mm;背隙值為0.5~1mm。

(一)氣環

1.氣環的封氣原理和漏氣

氣環的封氣原理和漏氣

氣環的氣密作用:氣環在自由狀態時不是整圓,且大於缸徑,所以裝入缸孔后,環以一定的彈力Po與缸壁壓緊,形成所謂第一密封面(圖2-18)。在此條件下,被密封氣體不能通過環周與缸壁之間,而竄入環與環槽之間的空間,一方面把環向下壓緊於環槽側面上,形成第二密封面,同時又將環向外壓緊於缸壁上,加強了第一密封面。這裡值得提出兩個問題;其一,背壓加強和線密封面的前提是必須建立一定的Po值,更重要的是環周面與氣缸內表面必須密合,不得漏光,否則背壓不易加強第一密封面的作用。其二,在環向下運動時,由缸壁與環周面間有一定厚度的潤滑油。從液體潤滑理論得知,這種油膜會產生壓力,使二者隔開,內外徑合力相等,但油膜壓力峰值大於環的氣體壓力。因此,在此情況下,氣體不會從該處間縫中漏出。當發動機在正常狀態下進行工作時,氣體只可能由環切口處漏出,其漏氣通路如圖2-19所示。氣體從頂岸與缸壁間進入側隙和背隙,再從切口處漏出。

2.氣環的泵油作用及害處

對於氣環及環槽由於側隙和背隙的存在將引起氣環的泵油。氣環的泵油作用如圖2-20所示。

當活塞下行時,由於環與缸壁之間的摩擦阻力以及環本身的慣性,環將緊壓在環槽的上端面,缸壁上的潤滑油就被刮著進入下側隙與背隙內。當活塞上行時,環又緊壓在環槽的下端面,於是原在下邊隙與背隙內的潤滑油就被向上擠壓。如此往複進行,就像油泵的泵油作用,將缸壁上的潤滑油最後壓入燃燒室。這種現象稱為氣環的泵油作用。潤滑油竄入燃燒室后形成積炭,會引起可燃混合氣早燃,使活塞環卡死在環槽內,失去彈性,破壞了對氣缸的密封性,加速發動機的磨損。且對於汽油機,竄入燃燒室的機油可能使火花塞不跳火。

為了避免有害的泵油作用,除在氣環下面裝有油環外,廣泛採用非矩形斷面的扭曲環。

3.氣環的斷面形狀

近年來,隨著柴油機性能的不斷提高,簡單矩形斷面環已不能滿足要求。為了改善氣環的密封性、磨合性、刮油性的抗熔著性,以及減少活塞環與缸套間摩擦損失等,現代對矩形斷面環作了許多改進,並採取了其他型式的環,如桶形和梯形環等。在活塞環中凡斷面是對稱的,可認為無扭曲環,而非對稱斷面環,裝入氣缸后都有不同程度的扭曲現象存在。氣環的各種斷面形狀見圖2-21.

(1)錐面環

其中包括微錐面環,錐面環和倒角環[圖2-21a)、d)e)]。

微錐面環可改善環的磨合性。將其裝入氣缸后,與缸壁接觸是一條線,從而提高了比壓,加速磨合。這種環只在下行時刮油,而上行時,在油楔作用下環被浮起,因此雖然比壓大,一般也不會產生拉缸。錐面斜角,一般為30′~60′。為避免裝反,在這種環的上側面上標有記號。若裝反,會使得環向上刮油而增加機油消耗。

錐面環和倒角環的斜角角度比微錐面環的為大,因而可保留錐面到相當一段正常運轉期。由於這種環是非對稱斷面,所以也有扭曲性並有較好的密封性。

(2)鼻形環

鼻形環(圖2-21f)裝入氣缸后也產生扭曲,刮油能力強。柴油機將其作為氣環很少,多作為油環。

(3)梯形環

梯形環(圖2-21h)用於熱負荷較大的柴油機上,多作第一道環,也可作二、三道環。當活塞受側壓力作用而改度位置時,由於這種環進出環槽側隙發生變化,可將環槽中的膠狀沉積物擠出,更新側隙中機油,防止環在換槽中因結焦而沾著卡死。

(4)桶面環

這種環(圖2-21g)是近年來才出現的。其結構的確特點是外圓表面製成凸圓弧形,圓弧曲率半徑為缸徑的一半。這種環已廣泛地用在高速高負荷的柴油機上。桶形斷面形狀的出現,是由於人們對矩形環磨合,運行中自然出現凸圓弧形的觀察所得到的啟示。實踐證明,這種環具有下列優點:

桶形環與缸壁是線接觸,易於磨合;環面能很好適應活塞的擺動,可避棱緣負荷;環面對氣缸表面接觸面積小且適應性好,所以密封性能好;無論活塞向上和向下運動,環面都能構面油楔,滑油可將環浮起,保證良好潤滑,從而使磨損減少。如改進后的6135型柴油機的第一道環採用桶面環。

(5)扭曲環

扭曲環是在矩形環的內圓上邊沿(圖2-21c)或外圓下邊沿切去一部分,破壞了環的斷面對稱性,當壓縮狀態下裝入氣缸后,由於環外側拉應力的合理與內側壓應力的合力不共線,形成扭曲力矩,使環產生扭曲變形(圖2-22)。因變形后的環與環槽上下端面接觸,所以防止了環在環槽內的上下竄動,避免了泵油作用,並減小了環與環槽的磨損。另外扭曲環易於磨合,向下刮油性能好,氣密性也比較好。安裝時內切扭曲環的切口朝上,外切扭曲環的切口朝下。外切扭曲環因切口處漏氣量多,不宜作第一道環。

(二)油環

1.油環的作用原理

油環的刮油作用如圖2-23所示,無論活塞上行或下行,油環刮下的機油都能通過凹槽底的小孔或隙縫,並經過活塞環槽上的徑向回油孔流回曲軸箱,油環的工作表面都加工有倒角,形成刮片狀,刀口面起刮油作用,倒角起布油作用。

2.油環的結構形式

油環的結構形式有普通油環、背襯脹簧油和組合油等幾種(圖2-24)。

普通油環也叫開槽油環,即在環的外圓面上開有凹槽,槽底部加工有通孔或銑縫,使刮下的機油通過此處流回曲軸箱,這種環製造成本低,使用較普遍。

背襯脹簧油環是在普通油環內加裝螺旋脹簧或鋼片脹簧,提高了環的徑向壓力,使環與氣缸壁能均勻穩定貼合,並能補償環磨損后的彈性降低,因此封釉性能好,使用壽命長。

組合油環由上下3個刮油鋼片(上邊兩片,下邊一片)和徑向與軸向兩個彈性襯環組成。這種環刮油能力強。回油通道大,不易積炭,對氣缸的不均勻磨損適應性強,對環槽衝擊小,工作平穩,在小型高速機上應用較多。

三、活塞銷

(一)功用與工作條件

活塞銷用來連接活塞和連桿,並把活塞所受得力傳給連桿。

活塞銷是在承受大小和方向都不斷變化的衝擊性載荷下工作的。同時,由於是作低速擺轉運動,油膜不易建立,使潤滑條件較差。

(二)結構與材料

活塞銷的基本結構為一厚壁管狀體(圖2-25a),也有的按等強度要求做成變截面結構[圖2-25b)、c]。

活塞銷的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼,如20、20Cr、20MnV等,再經表面滲碳或氰化處理。這樣既有較高的表面硬度,耐磨性好,剛度、強度高,又有軟的芯部,耐衝擊性好。

(三)活塞銷的連接方式

1.全浮式

全浮式連接就是發動機在正常工作溫度下,活塞銷在連桿小頭及活塞銷座內都有合適的配合間隙而能自轉動。這是目前絕大多數發動機採用的連接方式。

全浮式連接使活塞銷工作時可用緩慢的無規則轉動,故磨損較均勻,壽命較長。

由於鋁的膨脹係數大於鋼,且銷座溫度高於活塞銷。為了在工作溫度下保持正常間隙,銷與銷座孔在冷態時配合間隙極小,甚至有微量過盈(為過渡配合)。這樣高的配合精度除活塞銷本身須有很高的加工精度和低得表面粗糙度外,還應採用分組選配法與銷座孔相配合。活塞銷的尺寸分組通常用色漆標記於銷的內孔端部。由於尺寸的分組差很小,一般維修單位的量具難以測出,選配時只要銷與銷座孔的標記漆顏色相同即為同組,便符合配合要求。

由於銷與銷座孔在冷態下配合較緊,為了防止操作銷座孔,活塞銷與活塞裝配時,應將鋁活塞放在熱水或熱油中加熱,使銷座孔脹大,然後迅速將銷裝入。

全浮式活塞銷會發生軸竄,因此應有軸向限位裝置,在敘述活塞的結構時,曾提到在銷座孔內裝有卡簧,它就是全浮式活塞銷用以防止其發生軸竄的一般結構。

2.半浮式

半浮式連接就是銷與銷座孔和連桿小頭兩處,一處固定、一處浮動。其中大多數採用活塞銷與連桿小頭固定的方式。這種連接方式省去了連桿小頭襯套的修理作業,維修方便。但為了保證發動機的冷起動運轉,銷與銷座間必須有一定的裝配間隙。

四、連桿

連桿是曲柄連桿機構中傳遞動力的重要組件。通過它將活塞的往複運動轉化為曲軸的旋轉運動。在連桿高速左右擺動中,它承受著很大的燃氣壓力和複雜的慣性力。對其要求是,既要有足夠的剛度和強度,結構又要輕巧。因此必須選用高強度的材料,設計合理的結構形狀和尺寸,以保證其剛度與強度。連桿一旦斷裂,將造成嚴重事故。連桿的變形,將給曲柄連桿機構的工作帶來嚴重影響。例如,連桿桿身的彎曲和扭曲使活塞偏缸,使活塞與氣缸以及連桿軸承與軸頸產生偏磨。

(一)連桿材料

為了保證柴油機欄杆在結構輕巧的條件下,有足夠的強度和剛度,一般大都採用合金鋼(例如:採用40Cr、40CrNiMoA、18CrNiWA),也有採用球墨鑄鐵鑄造。

連桿一般是用模鍛製成的,在機械加工前應經調至處理(淬火后高溫回火),可得到良好的既強又韌的機械性能。為了提高連桿的疲勞強度,不經機械加工的表面應經過噴丸處理。

(二)連桿的結構

連桿結構分為大頭、小頭和桿身3個部分(圖2-26)

1.小頭

連桿小頭用來安裝活塞銷,以連接活塞。活塞銷為全浮式的連桿小頭孔內,壓有青銅襯套或鐵基粉末冶金襯套。後者不僅價廉,且內含石墨和潤滑油,自潤滑性好。為了襯套的潤滑,小頭上部一般銑有積存飛濺潤滑油的油槽(或油孔),並通過襯套上的槽或孔,或兩端襯套之間的空隙,與襯套內表面相通。全浮式活塞銷與襯套之間是間隙配合,配合精度較高,是在裝配前通過對襯套內孔的加工來達到的。

2.桿身

桿身通常採用工字形斷面(圖2-27),以提高結構剛度。某些發動機,在桿身還鑽有油道(圖2-27),使連桿軸承的潤滑油流向小頭進行潤滑,或從小頭噴香活塞頂,以冷卻活塞(圖2-28)。

3.大頭

連桿大頭用於連接曲軸。為便於安裝,大頭做成分開式,一半為連桿體大頭,一半為連桿蓋,二者一般用2或4隻螺栓裝合。大頭內孔粗糙度較低,以保證連桿軸承裝入后能很好地貼合傳熱。

(1)切口型式   連桿大頭的切口型式有兩種:

1)平切口   如圖2-26所示,多用於汽油機。

2)斜切口   如圖2-29所示,因為某些發動機連桿大頭尺寸較大,為了拆裝時能從氣缸內通過,採用了這種型式。其接合面與桿身中心線一般成30°~60°(常用45°)夾角。另外,斜切口再配以較好的切口定位,還減輕了連桿螺栓的受力,多用於柴油機。

(2)定位方式   連桿大頭的裝合,必須嚴格定位,以保證內孔的正確形狀,常見的定位方式如下:

1)連桿螺栓定位   依靠連桿螺栓桿精加工部分定位。因精度較差,一般用於不受橫向分力的平切口連桿。

2)鋸齒形定位   如圖2-29a)所示,依靠接合面的鋸齒形定位。定位可靠,結構緊湊,應用較多,如國產品105系列柴油機。這種方式在維修時,不能用加墊片的方法調整軸承間隙。

3)套、銷定位   如圖2-29b)、c)所示,依靠套或銷與連桿體(或蓋)的孔緊配合定位。這種型式能多向定位,定位可靠。如國產135系列柴油機用定位套。

4)止口定位   如圖2-29d)所示。這種型式工藝簡單,但止口易變形,定位不可靠,且結構不緊湊,應用較少。如國產95系列柴油機用此種型式。

連接連桿大頭及大頭蓋的連桿螺栓結構型式有兩種:一種是螺釘式,即螺釘穿過蓋上孔,直接旋入桿身的螺孔里。一般用在斜切口連桿大頭的結構上。另一種是用螺栓穿過連桿身大頭和軸瓦蓋的螺栓孔,用螺母緊固。

連桿螺栓承受很大的負荷,經常承受著交變和衝擊負荷的作用,很容易引起疲勞斷裂。連桿螺栓斷裂,將給柴油機帶來極其嚴重的後果,甚至使整機報廢。所以連桿螺栓無論在結構材質加工和熱處理諸多方面都是很考究。柴油機連桿螺栓一般都用韌性較高的優質合金鋼製造。

螺釘的螺紋部分,一般要求一級精度,多採用洗牙。螺紋部分中心線與螺柱支承面必須保持垂直,以防因支承面貼合不良,裝配時產生附加應力,引起螺紋斷裂。連桿螺栓在裝配時應按一定的擰緊力矩分2~3次擰緊。雖從理論上認為這種螺栓或螺釘不需防松裝置,也不會鬆脫,但有的柴油機還是採用了防松裝置(開口銷、自鎖螺母和螺紋表面鍍銅等),以防螺栓鬆脫,發生嚴重事故。

五、連桿軸瓦(包括曲軸主支承軸瓦)

1.軸瓦的結構

連桿大頭與蓋中裝有分開式滑動軸承(一般稱軸瓦),軸瓦用1~3mm鋼帶作瓦背,其上澆有厚0.3~0.7的減磨合金,如圖2-30所示。

2.對減磨合金的要求

(1)抗疲勞性   在交變載荷下,抵抗疲勞損壞性能。要求軸承材料必須具有足夠的抗疲勞強度,以抵抗由油膜壓力所引起的脈衝載荷。軸承的疲勞強度是軸承的機械強度中最主要的方面。

(2)抗咬合性   軸頸與軸承難以發生熱咬合的性能,並與軸承合金對潤滑油的親油性有關,親油性好則易於形成油膜。當發動機起動或停車,如抗咬合性能好,一方面在金屬間直接接觸時不易咬合,另一方面油膜暫時被切斷後恢復較快。

(3)嵌藏性   潤滑油中機械雜質或金屬碎粒嵌入合金,使軸承合金表面產生微量塑性變形,面不划傷軸頸表面的性質。一般較軟金屬的嵌藏性比較好。

(4)順應性   軸承對於安裝不準確,軸孔不同心,軸變形或孔變形等因素的適應能力。比較軟的金屬具有較好的順應性。

(5)耐蝕性   抵抗潤滑中各種雜質腐蝕合金的能力。錫、鋁、銀系合金耐腐蝕性好。

(6)耐磨性   軸承合金在負荷下,不易磨損的能力。耐磨性還與軸頸的材質,表面粗糙度及潤滑是否合理有關。

(7)結合性   軸承合金與鋼背間結合的牢固程度。結合性不好會導致軸承過早疲勞破壞。

3.減磨合金的材料

為解決軸承合金的強度與減摩這一基本矛盾,可以採用下列金相組織的材料:硬基體加軟質點:銅鉛合金和高錫鋁合金等,用於柴油機。

軟基體加硬質點:白合金、鋁銻鎂合金,用於汽油機。

(1)銅鉛合金與鉛青銅

銅鉛合金的基本成份是鉛25%~35%,其餘為銅。鉛青銅的基本成份是鉛5%~25%,錫3%~10%,其餘為銅。為了改善合金性能,在上述材料中,根據需要還可加入少量其它金屬元素,其含量一般小於2%。

這些軸承合金的突出優點是承載能力大,耐疲勞性能。此外,它們的機械性能受溫度的影響不顯著,即使在250°C溫度時,仍能繼續工作,所以很適用高速大功率柴油機。

這些軸承合金的缺點是順應性差,對邊緣負荷很敏感;嵌藏性差,潤滑油要加強濾清;容易受腐蝕,要求加潤滑添加劑;銅鉛互溶度差製造時易出現偏析等。

(2)錫鋁合金中,含錫量在20%以上的稱為高錫鋁合金,含錫6%左右的稱為低錫鋁合金。高錫鋁合金較銅鉛合金有更好的耐疲勞性;高的負荷能力和耐腐蝕性;很好的減摩性能並有很好的抗咬合性和嵌藏性。所以可用作高速強化柴油曲軸的軸承合金。

配用鋁錫合金曲軸軸頸的平均磨損要比配用銅鉛合金的大些。所以在負荷極高和邊界潤滑的條件下,仍應選用銅鉛合金作為軸承材料。

目前增壓柴油機不斷增多,且增壓比在不斷地提高,使軸承工作條件更加惡劣。為此,已研製出一種可作為高功率柴油機的高強度軸承合金——鋁硅合金。這種材料有可能取代鉛青銅。

(3)表面鍍層材料

表面鍍層就是軸承合金上面再鍍一層金屬薄膜構成第三合金層,以獲得良好的表面性能,亦即提高其耐疲勞性,順應性,耐腐蝕性和改善軸承承受邊緣負荷的性能。這對銅鉛合金來說是非常重要的。電鍍層的合金多採用:鉛——10%(或加6%以上銦,防止腐蝕),鉛——10%錫——3%銅,鉛——10%錫——7%銻等。電鍍層厚度,一般為0.02mm左右。隨電鍍層厚度增加,將使疲勞強度降低,所以不宜過厚。

凡鍍有電鍍層軸瓦選配時應不進行鏜削或刮削,否則將鍍層搪掉,就完全失去原來加覆鍍層的意義了。因此在修配軸承時要特別注意。

六、V型缸柴油機連桿的結構

目前,工程機械用柴油機採用V形排列日趨廣泛,尤其是八缸以上的發動機都是V形排列,現在V6、V8、V10、V12和V16等多種。V型柴油機兩排氣缸相對應兩個氣缸的連桿,連接在曲軸的同一連桿軸頸上,按不同的連接方式,可分為三種結構形式,並列式連桿(圖-31a)、主副式連桿(圖2-31b)和叉式連桿(圖2-31c)。

在這三種型式中,我國目前工程機械用柴油機除個別柴油機(圖2-32)主副連桿式外均為並列式連桿。並列式連桿的優點是:由於對應兩個連桿並列地裝在一個連桿軸頸上,每單一連桿的結構與直列式柴油機連接構型式完全同相。因此左右排可製成一樣,能夠通用,兩列的活塞連桿組的運動規律和受力情況也完全一致。所以這種連桿結構簡單,便於生產,維修方便,因此當前在國內外得到廣泛採用。

並列式連桿存在的主要問題是一個軸頸上的兩連桿的運動不在一個平面內,兩排氣缸中心線必須錯開一定距離,這樣使得缸體和曲軸的長度相對增長,影響到二者的剛度。

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