康明斯柴油发电机组的曲柄连杆机构

康明斯柴油发电机组的曲柄连杆机构
柴油发电机的曲柄连杆机构固定在机体之上,是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件(热能转换为机械能)。其组成可分为活塞连杆组和曲轴飞轮组。
一、活塞连杆组
活塞连杆组将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动,同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出转矩,以驱动汽车车轮转动。它是发动机的传动件,它把燃烧气体的压力传给曲轴,使曲轴旋转并输出动力。活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销、连杆及连杆轴瓦等组成。
活塞连杆组渲染图
1、活塞组
活塞组的作用是其顶部与气缸盖组成燃烧室,直接承受气缸中的燃气压力,并将此压力通过活塞销传给连杆,以推动曲轴旋转。目前常用的有锻铝合金或共品铝硅合金活塞,高增压柴油机中较多采用铸铁活塞。连杆一般采用优质中碳钢模锻或滚压形成,并经调质处理。其作用是连接活塞与曲轴,将活塞承受的燃气压力传给曲轴,使活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动。
(1)活塞
活塞主要由顶部,头部和裙部组成。活塞顶部的形状与选用燃烧室有关。活塞的主要作用是承受气缸的气体压力,并将此力通过活塞销传给连杆,以推动曲轴旋转,它把燃烧气体的压力传给曲轴,使曲轴旋转并输出动力;活塞的顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。
活塞示意图
(2)活塞销
活塞销通常用低碳钢或低碳合金钢制造,作用是连接活塞与连杆的小头,以传递动力。
(3)活塞环
活塞环在自由状态时是一个比气缸内径大的开口环,装在活塞环槽里,在压紧状态下随同活塞一起装人气缸,依靠本身的弹力使其外圆面紧贴在气缸壁上,保证燃气不能通过环与气缸的接触面。其种类有气环和油环两种,前者的作用是密封活塞与气缸之间的间隙,防止燃油室中的高温、高压燃气窜人曲轴箱,同时将活塞顶部的大部分热量传递给气缸壁及冷却介质,而后者的作用是刮除气缸壁上多余的润滑油,防止润滑油窜入燃烧室,并使其油膜沿气缸壁均匀分布,以减少活塞环与气缸壁的磨损。
2、连杆组
连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。习惯上常常把连杆体、连杆盖和连杆螺栓合起来成为连杆。
(1)连杆组的功用
是将活塞承受的力传给曲轴,并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆小头与活塞销连接,同活塞一起作往复运动;连杆大头与曲柄销连接,同曲轴一起作旋转运动,因此在发动机 工作时连杆作复杂的平面运动。连杆组主要受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。最大压缩载荷出现在作功行程上止点附斤,最大拉伸载荷出现在进气行程上止点附近。在压缩载荷和连杆组作平面运动时产生的横向惯性力的共同作用下,连杆体可能发生弯曲变形。
(2)连杆组材料
连杆体和连杆盖由优质中碳钢或中碳合金钢,如45、40cr、42crmo或40mnb等模锻或辊锻而成。连杆螺栓通常用优质合金钢40cr或35crmo制造。一般均经喷丸处理以提高连杆组零件的强度。纤维增强铝合金连杆以其质量轻、综合性能好而备受注目。在相同强度和刚度的情况下,纤维增强铝合金连杆比用传统材料制诰的连杆要轻30%。
二、曲轴飞轮组
曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮以及其他不同作用的零件和附件组成。其零件和附件的种类和数量取决于发动机的结构和性能要求。曲轴飞轮组的作用是:把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,为动力的机构输出扭矩。同时还储存能量,用以克服非做功行程的阻力,使发动机运转平稳。其中,飞轮具有较大转动惯量。由于发动机各个缸的做功是不连续的,所以发动机转速也是变化的。在作功行程中发动机传输给曲轴的能量,除对外输出外,还有部分能量被飞轮吸收,从而使曲轴的转速不会升高很多。在排气、进气和压缩三个行程中,飞轮将其储存的能量放出来补偿这三个行程所消耗的功,从而使曲轴转速不致降低太多。但现有飞轮主要起的储能的单一作用。
曲轴飞轮组
1、曲轴的作用
将连杆传递来的力转变成旋转扭矩,再经飞轮传递给离合器,同时带动水泵、凸轮轴和发电机等部件进行工作。曲轴的组成部分主要有:曲轴臂、平衡块、主轴颈、曲轴前端和后端等部件。曲轴将气体压力转变为扭矩输出,以驱动与其相连的动力装置。要求是:耐疲劳、耐冲击,有足够的强度和刚度,一般由合金钢或中碳钢制造。飞轮多采用灰铸铁制造,当轮边的圆周速度超过50m/s时,则选用强度较高的球墨铁或铸钢。其作用是存储作功冲程产生的能量,克服辅助冲程的阻力,保持曲轴旋转的均匀性,确保柴油机运转平稳。
2、飞轮的作用
主要是贮存做功行程的能量,为不做功行程提供动力,并且使曲轴运转平稳,减轻曲轴的震动。飞轮是离合器的主动盘,通过飞轮能够把发动机的动力传给传动装置。飞轮上有上止点和点火正时记号。飞轮是个转动惯量很大的圆盘,储存作功行程的能量并克服其他行程中的阻力,保证曲轴的输出扭矩和旋转角度尽可能均匀。
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