曲轴的功用、工作条件及制造方法
曲轴的功用是将气体压力转变为扭矩输出,以驱动与其相连的动力装置。此外,它还要驱动内燃机本身的配气机构及各种附件,如喷油泵、水泵和冷却风扇等。
曲轴在工作时,由于承受---的气体力、往复惯性力、离心力及其力矩的作用,因此曲轴内部产生冲击性的交变应力(拉伸、压缩、弯曲、扭转),并易产生扭转振动,从而引起曲轴的疲劳破坏。另外由于各轴颈在---的压力下作高速转动,使轴颈与轴承磨损---,所以,对曲轴的要求是:耐疲劳、耐冲击;有足够的强度和刚度;轴颈表面的耐磨性好并经常保持---的润滑状态多静平衡与动平衡要好;在使用转速范围内不能产生扭转振动;安装固定---并加以轴向定位或---轴向位移。
曲轴毛坯制造采用铸造和锻造两种方法。锻造曲轴主要用于强化程度高的内燃机,这类曲轴一般采用强度---和屈服---较高的合金钢(如40cr、35crmo等)或中碳钢(如45号钢)制造:造曲轴广泛应用于中小功率内燃机,通常采用高强度球墨铸铁铸造,其优占:过方,成本低;能够铸出合理的结构形状;对扭转振动的阻尼作用优于钢材。
曲轴的分类
白轴按各组成部分的连接情况,可分为组合式曲轴和整体式曲轴两种。
即将曲轴分成若---分,分别制造与加工,然后组装成一个整体:其优点是加工方便,便于产品系列化。缺点是拆装不方便,组装不易---,重量大,成本高,采用滚动轴承,噪声大,kt38-ga康明斯发电机组,难以适应高转速。
整体式曲轴,即曲轴的各组成部分铸(或锻)造在一根曲轴毛坯上。其优点是结构简单紧凑、强度及刚度好、重量轻、成本低。
按照曲轴主轴颈数目,可分为全支承曲轴和非全支承曲轴。
全支承曲轴即是在任两个相邻曲拐之间都设有主轴颈的曲轴。其主轴颈总数比连杆轴数多一个。这种曲轴的优点是曲轴的刚度大,主轴承负荷轻。其缺点是内燃机轴向尺寸加长。非全支承曲轴的主轴颈总数等于或少于连杆轴颈数,其优点是尺寸小、结构简单、紧凑。缺点是刚度和强度较差,主轴承负荷较重。柴油机因负荷较重,一般多采用全支承曲轴。非全支承曲轴多用于负荷较轻的内燃机。
气门导管
气门导管的主要功用是---气门与气门座有的同心度,使气门在气门导管内作往复直线运动。此外,还担负部分传热的任务。
气门导管在250、300℃的高温及润滑---条件下工作,易磨损。气门导管一般选用灰铸铁或球墨铸铁制造;近年来,我国广泛应用铁基粉末冶金加工气门导管,它在润滑---的条件下也能---工作,磨损很小。
为了防止气门导管可能落入汽缸中,在导管露出汽缸盖部分嵌有卡环。气门与气门导管之间通常留有一定的间隙。间隙过小会影响气门的运动,在杆身受热膨胀时还可能卡死;间隙过大则气门运动时会有摆动现象,使气门座磨损不均匀。同---油也容易从间隙中漏入汽缸,造成烧机油等---后果。
气门座是与气门密封锥---配合的支承面,它与气门共同---密封性能,同时它还要把气门头部的热量传递出去。
气门座可以直接在汽缸盖或汽缸体上加工而成。为了提高气门座表面的耐磨性,有时采用耐热钢、球墨铸铁或合金铸铁制成单独的零件,然后压入相应的孔中。这个零件即称为气门座圈。铝制汽缸盖或汽缸体进、排气门座都必须采用气门座圈。对于强化内燃机,排气门热负荷高、磨损---,所以排气门座通常都采用气门座圈。有的增压内燃机,由于进气管中无真空度,所以进气门处得不到机油的润滑,而排气门处由于有废气中的油烟可起到润滑作用,所以进气门座有座圈,而排气门座则没有。
采用气门座圈的优点是提高了座面的耐磨性和寿命,更换和维修也比较方便。缺点是传热条件差,加工要求高,气门座圈如工作时松脱则会造成事故。
气门座圈的外表面有制成圆锥形或圆柱形两种。锥形表面压入座圈孔时,必须按规定的冲力将其压紧。气门座圈如压入铝合金汽缸盖中时,其配合表面常制成沟槽,当气门座圈压入后,少量铝金属会挤入沟槽中,在对气门座孔扩口时也会促使铝合金挤入,以提高座圈在座孔中的紧固程度,防止松脱。
气门座紧压在汽缸盖的座孔中,磨损后可以更换。气门锥面是气门与气门座之间的配合面,气门的密封性就是依靠两个表面严密贴合来---的。为了---密封,每个气门和气门座都要配对研磨,研磨后气门不能互换。
v型连杆
v型内燃机左右两侧相对应的两个汽缸的连杆,通常都装在同一个曲柄销上。按照两个连杆连接方式的不同,可分为下列三种形式。
并列连杆相对应的左右两缸的连杆,一后地装在同一曲柄销上。由于连杆的结构形式相同,因此可以通用,而且两侧汽缸的活塞连杆组的运动规律相同。其缺点是两侧汽缸的中心线沿曲轴轴向要错开一段距离,因而曲轴的长度增加,使曲轴刚度降低。
主副连杆主副连杆又称关节式连杆,一列汽缸的连杆装在连杆轴颈上,称为主连杆;另一列汽缸的连杆,通过一圆柱销与主连杆的耳销孔相连接,称为副连杆。左右两列对应汽缸的主副连杆及其中心线位于同一平面内。
这种形式的优点是曲轴的长度不需加长,使曲轴刚度加强。缺点是连杆不能互换。副连杆对主连杆产生附加弯矩,以及左右两列汽缸的活塞连杆组运动规律不同。
叉片式连杆左右两列汽缸相对应的两个连杆中,一个连杆的大头做成叉形,另一个连杆的大头插在叉形连杆的开挡内,称为叉片式连杆。
叉形连杆杆身的工字断面的长轴位于垂直于摆动平面的平面内。其翼板伸到大头的部分就成为叉形,这使片式连杆摆动时,在叉形连杆杆身上开槽的高度可以减小,因而强度有所提高叉形连杆的优点是两列汽缸中活塞连杆组的运动规律相同,曲轴的长度不需加长。缺点是叉形连杆大头结构和制造工艺比较复杂,大头的刚度也不够高。
在缸径较大,缸数较多的v型内燃机上,多采用主副连杆和叉片式连杆,而一般v型内燃机则多采用并列式连杆。
内燃机中的轴承以滑动轴承(又称轴瓦)为多,其中受力较大且具有重要作用轴承和曲轴主轴承。它们的工作情况对内燃机的---性、使用寿命等有很大影响。它们的工作情况和材料要求大致相同,因此在此一并介绍。
轴瓦是用厚1~3mm的钢带作瓦背,其上浇有厚0.3~1.0mm的减摩合金(白合金、铜铅合金或铝基合金)的薄壁零件。由于连杆轴承在工作时受到气体压力和活塞连杆组往复惯性力的冲击作用,而且轴承工作表面和轴之间有---的相对滑动速度,由于高负荷、高速度的作用,所以轴承很容易---和磨损。这就要求减摩合金的机械强度要高,耐腐蚀,耐热性和减摩性要好。由于柴油机的轴承负荷大,所以柴油机通常采用铜铅合金或铝基合金轴瓦。它们的强度高,承载能力大,耐磨性也好,但其减摩性较差。为了---减摩合金的表面性能,通常在减摩合金上再镀一层极薄的合金(多为铅锡合金),构成“钢背一减摩合金一表层的三层金属轴瓦。我国在中小型内燃机上广泛采用了铝基合金轴瓦,其疲劳强度高,减摩性也不差,耐腐蚀性好,制造成本低。
为了使轴瓦在工作中不致转动或轴向移动,在轴瓦上冲出高出背面的定位凸键,在轴瓦装入大头孔中时,两个凸键应分别嵌入连杆杆身和连杆盖的相应凹槽中。有些轴瓦在内表面有浅槽,用以储油以利润滑。但实践证明,开油槽的轴瓦承载能力---降低,因此受力大的轴瓦,如主轴承的下轴瓦不开槽。
轴瓦的内外表面都经过精密加工,因此,不允许以任何不适当的手工方式加工(如锉连杆盖、焊补合金等)。
装配时,连杆轴瓦与曲柄销间应有适当的油膜间隙。安装轴瓦时,必须保持干净,如有任何杂物落入,将会破坏其紧密性,引起轴瓦变形、过热甚至烧坏合金。
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