风冷柴油机运动件调研报告

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1、风冷柴油机运动件调研报告一.引言单缸柴油机，众所周知“西欧以风冷为主，日本以水冷”为主的格局几十年未变，由于其结构简单，单缸卧式水冷柴油机基本上采用凝汽冷却或蒸发冷却,手摇起动，操作方便。卧式水冷以日本久保田、洋马、富士重工最具代表性。风冷单缸柴油机基本上是立式机型，考虑其热负荷，都采用直喷燃烧室，且结构轻巧、噪声低。风冷柴油机的生产主要在欧洲，如意大利、德国和英国。日木虽然50、60年代也生产过小型风冷柴油机，但直到1983年以后才逐步推出新一代风冷柴油机，由于采用了很多新结构、新材料、新工艺，使得部份机型可以与小型通用汽油机媲美。这些新技术包括高性能直喷燃烧系统、双弹簧喷油器、超小型燃油系

2、统、回弹起动器、自动减压装置、双轴平衡、尼龙风扇、复合钢板、工程塑料以及压铸工艺。近年来，我国的风冷柴油机迅猛成长起来，其主要生产厂家有：常州柴油机厂、山东潍柴、重庆共石机械有限公司、无锡开普动力有限公司、常州大道机械有限公司等。曲轴、连杆、活塞是往复式柴油机的主要运动件，它曲轴连杆将燃料燃烧产牛的热能使塞往复运动、曲轴旋转运动而转变为机械能，对外输出动力；在其他冲程，则依靠曲轴和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。因此，设计一组好的曲轴连杆机构以及活塞将能更好的传递机械能，提高内燃机的机械效率。二.风冷柴油机运动件的工艺要求1.活塞1.1工艺要求活塞是发动机中工作

3、条件最严酷的零件。由于活塞顶直接与高温燃气接触，燃气最高温度可达2500K以上,而其散热条件又较差，致使活塞承受很高的热负荷，一般活塞顶部温度高达600〜700K,高温使活塞材料的机械强度下降，热膨胀量增大。活塞顶部在作功行程时，承受的气体压力瞬间可达5〜10MPa,高压容易引起活塞变形，磨损增加。活塞在气缸屮高速运动，平均运动速度可达8〜12m/s,高速会产生很大的惯性力。同时由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。根据上述工作条件，活寒结构及所用材料应满足下列要求：①强度高；②导热性好，吸热性差；③热膨胀系数小；④比重小；⑤有良好的减摩性,耐磨、耐蚀；⑥工艺性好；⑦成本低。1.2材料铸钢

4、活塞机械强度高，耐磨性、耐热性好，具有高的弹性模量，优良而稳定的高温性能和低的线膨胀系数等优点，但缺点是比重大，加工费事，成本高,对缸套的磨损大。为了减轻活塞质量，通常将钢制活塞的结构设计得较为复杂，活塞体断面很薄，整个活塞的质量比目前镶嵌耐热奥氏体铸铁环槽的铝合金活塞约轻30%,具有实际的应用价值。制造中，需要设计好铸造工艺，以便使得活塞体中较薄的截面都能准确铸成且成品率较高，同时变形小，铸造工艺重复性能好。由于钢制活塞铸成之后为获得较高的耐磨性必须经过热处理，为了防止活塞结构上的薄壁部位在热处理过程中产生过大变形，并使薄壁结构部分获得所需的机械性能，需要对热处理工艺过程加以严格控制。目前实

5、际生产中很少全部用铸钢做活塞,而是在一些强化稈度高的柴油机上用铸造合金钢做活塞头部,用铝合金做活塞裙部，制成钢顶铝裙的组合式活塞。1.曲轴2.1工艺要求曲轴是柴油机的重要部件之一，其造价约占一台柴油机总价的10—20%,它的使用寿命决定着柴油机的使用寿命。在工作时曲轴承受着很大的扭转力矩和大小及方向都在不断变化的弯曲力，有时还承受着扭转振动。整个发动机的可靠性，在很大程度上取决于曲轴的强度。曲轴和轴颈在很高的比压下高速运动，并且由于载荷的冲击性，使轴颈与轴承之间不易建立稳定的油膜，易引起轴颈和轴承的强烈磨损，严重的情况下甚至引起轴承的烧损，严重影响到发动机的使用寿命和工作可靠性。在制造时应使轴

6、颈具有足够的耐磨性,并且应达到曲轴各部分的尺寸、形状和位置精度以及表面粗糙度的要求。2.2材料曲轴材料有球墨铸铁曲轴和锻钢曲轴。球墨铸铁曲轴一般采用QT700-2,QT800—2,QT900—2等。锻钢曲轴一般釆用45、35CrMo、40Cr、40MnB、42CrMo和非调质钢如C38+N2、48MnV等。其中非调质钢以其性能优良，使用成木低等优点倍受青睐。其在曲轴上的应用已正式纳入标准，成为锻钢曲轴发展的趋势。非调质钢是在中碳钢的基础上加入多种微量合金元素，其力学性能取决于基体显微组织和析出相的强化。这类钢在热轧、锻造、正火状态时的力学性能接近或达到一般调质状态的力学性能水平。因此可省略调质

7、处理的工序，既缩短生产周期又节省能源。2.连杆2.1工艺要求连杆是内燃机车柴油机主要的传力构件Z—。连杆在工作时，承受三方面的作用力：气缸内的燃气压力；活塞连杆组的高速往复运动惯性力；以及连杆高速摆动吋产生的横向惯性力。这些力不仅有大小的变化，而且有方向的变化，即在每个循环中拉力和压力高频率交替2次，使连杆承受着复杂的交变载荷的作用。因此，连杆除了非正常原因造成断裂外，其主要失效形式是疲劳断裂。为