中财网脸颊两侧痒发红:柴油机
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/04/28 08:15:33
课题二 柴油机主要机件
第一节 柴油机主要机件及其工作条件
一、主要机件
1．燃烧室组件
燃烧室组件包括气缸套，气缸盖和活塞组件。它们共同构成密闭的气缸工作空间，是柴油机工质更换、燃气形成和膨胀作功的空间。它们都承受高温、高压和腐蚀性燃气的直接、反复作用。
2．曲柄连杆机构
曲柄连杆机构包括连杆组件和曲轴组件。它们将活塞往复运动转变为曲轴回转运动，将作用于活塞的燃气压力转为转矩并由曲轴向外输出。工作中，曲柄连杆机构的机件主要承受气体力及运动惯力所形成的机械负荷。
3．支承联接组件
支承联接组件主要有机座、主轴承、机体等。它们形成柴油机的骨架、支承和安装运动机件、燃烧室组件以及柴油机各种系统设备。
柴油机的主要机件也可以按工作时运动状态不同分为固定部件和运动部件两大类。
固定部件包括气缸盖、机体、机座和主轴承等不动的主要机件和它们的联接紧固件。在气体作用力、运动惯性力及联接紧固力等机械负荷作用下不变形、保证正确的支承与导程作用，它们应有足够刚度和强度。但又必须尺寸小，质量轻以及便于操作管理与维修。
运动部件有活塞组件，连杆组件和曲轴组件等。工作中，运动部件转换运动形式，并将气体对活塞所作的往复功变为转矩输出。要求它们有足够的抗疲劳强度和一定耐磨性。管理中应力争减轻机械负荷的冲击性和保证摩擦表面的良好润滑。
二、主要机件的工作条件
1．主要机件的机械负荷
1）气体作用力
工作循环中，活塞顶面（或缸盖底）所受的气体总压力Fg等于气体压力Pg与活塞面积F的乘积。Pg的最大值称为最高爆发压力Pmax。
气体压力Pg和气体总压力Fg在工作循环中呈周期变化，其变化的频率正比于转速、最大幅值是出现最高爆发压力Pmax时。循环变化的气体力对机件产生脉动应力，会引起柴油机的振动呈现为高频应力，并会使其材料疲劳。通常将最高爆发压力Pmax作为柴油机机械负荷的主要标志。
2）运动惯性力
活塞组件及连杆小端在变速往复运动时会产生往复惯性力。连杆大端及曲柄销和曲柄绕曲轴中心回转时会产生离心惯性力。这两种运动惯性力随运动质量和转速的平方增大而增大。它们亦呈周期变化，同样会引起机件疲劳，不平衡的运动惯性力和力矩还会引起柴油机振动。
3）联接紧固预紧力
联接紧固件对被联接件施加的预紧力使机件材料产生的应力称为安装应力。其一般呈为静应力。
2．主要机件的热负荷
柴油机工作循环中，气缸内高温燃气通过辐射、对流等形式反复对机件加热，使机件温度升高。高温使机件材料机械性能下降，同时使机件各处温度不均而产生热应力。此外高温还会改变机件间的配合性质，使机件相对运动表面的润滑条件恶化。
1）与最高允许温度比较
将受热机件的工作温度，与其材料和润滑油允许的最高温度进行比较。机件的实际工作温度越接近允许的最高温度，则机件的热负荷越高。
2）排气温度
工作中柴油机的排气温度可以直接测量并用仪表显示。它是轮机管理中监视柴油机热负荷的有效方法。排气温度能反映气缸内燃油燃烧的数量和燃烧的完善程度以及燃烧的及时性，也能反映高温燃气对燃烧室组成诸机件加热时间长短和程度轻重。
3）热应力
热应力是机件中各部份热胀冷缩互相牵制而在材料内部产生的应力。
现以气缸壁为例说明热应力的形成与作用。
工作中，气缸套内壁与燃气接触，称为触火面。外壁与冷却水接触。内壁热量沿缸壁径向传递。缸内壁温度最高，外壁最低。内壁热膨胀受到外壁的限制，故呈现受压应力。内壁膨胀大于外壁，欲带动外壁膨胀，故外壁呈现受拉应力。内外壁热胀冷缩相互牵制，而在高温侧产生压应力，低温侧产生拉应力。这种应力值随着两侧的温度差异增大而加剧，故又把热应力称为温差应力。当机件各部分金属质量分布不均，也会在金属多处呈现压应力，金属少处呈现拉应力。
在柴油机工况稳定时，热应力呈现为静应力。在柴油机工况变化时，热应力大小也随之变化。其变化频率与柴油机起动、停车频率相同，呈现为低频应力。
当缸壁内外温差足够大时，热应力会使材料产生塑性变形。如高温的内壁在较大挤压热应力下金属会产生挤压塑变（称为蠕变），蠕变使挤压热应力减小甚至为零。但是当柴油机停车，机件温度下降时，原产生挤压堆积的金属部分不能恢复到原来的形状和尺寸。这样这些部位就呈现拉应力，又称残余应力。这种残余应力只在柴油机起动工作，机件工作温度又升高的时候减缓下来，故残余应力亦呈为低频应力。如果柴油机繁频重复地起动、停车，热应力会呈为高频应力。如热应力增大或变化太快；会使材料疲劳破坏。这种破坏称为热疲劳。
3．主要机件的其它工作条件
主要机件在工作中还会受到燃气中腐蚀成份的腐蚀，冷却液的腐蚀以及相互摩擦表面产生磨损等危害，从而加速机件的损伤。
第二节 气缸盖和气缸套
一、气缸盖的功用、工况及要求
1．功用
1）封闭气缸套顶部，与活塞、缸套共同组成密闭的气缸工作空间。
2）将气缸套压紧于机体正确位置上，使活塞运动正常。
3）安装柴油机各种附件，如喷油器、进、排气阀装置、气缸起动阀、示功阀、安全阀以及气阀摇臂装置等等。
4）布置进、排气道，冷却水道等。在小型高速机的气缸盖中还布置涡流室或预燃室等。因此气缸盖中孔腔、通道繁多，使其结构形状比较复杂。
2．气缸盖的工况
1）热应力
气缸盖触火底面的工作温度随着柴油机的负荷增大和冷却条件变差而会升高。工作温度在喷油器孔与气阀座孔之间的鼻梁区最高。缸盖底的触火面与触水面之间以及缸盖中央与四周之间都存在着很大温差。据测量某柴油机在运行时排气阀座孔处温度达430℃，最大温差超过200℃。又由于各部分厚度不均、形状复杂以及螺栓紧固的束缚，使热胀冷缩受牵制严重而造成很大的热应力。热应力往往是缸盖裂纹的主要原因，以 σT表示。
2）气体压力
燃气向上对缸盖的总作用力的中心在气缸盖中央。缸盖螺栓从四周压紧缸盖，故使缸盖中央上拱弯曲。对缸盖底面板壁来讲，上拱变形使触火面受压、而触水面受拉。其作用效应与热应力一样。气体产生的应力以σc表示。
3）安装应力
缸盖螺栓施于气缸盖的预紧力约为缸盖底面气体最高爆发力的数倍，以确保紧固密封可靠。在预紧力及支承力作用下缸盖也有中央上拱弯曲的趋势，也使缸盖底壁触火侧受压应力，而冷却水侧受拉应力。预紧应力与预紧力大小成正比，为静应力，以σj表示。在安装不正确时将会出现很大数值。
4）腐蚀
冷却气缸盖等的冷却水通常是含有SO4--和CI-等酸根离子的电解质溶液。而缸盖冷却面由于各种原因存在电位差。这样这些部位的金属会受电化学腐蚀，在静应力下，腐蚀使材料失落处呈现麻点，安装防蚀锌块能有效地减轻电化学腐蚀。而在脉动机械应力下，麻点即成为应力集中处，成为疲劳裂纹源。在脉动应力和电化学腐蚀共同作用时，使处于晶格滑移带受腐蚀，引起金属材料的抗疲劳强度显著下降，这种现象称为腐蚀疲劳。高温燃气对气缸盖底面也有较强的化学腐蚀作用。
3．气缸盖的要求
有足够的强度、良好的耐热性；同时材料还应具有良好的浇铸工艺性。
气缸盖的结构应有足够的刚性。触火面形状应符合图纸要求。有足够圆弧过度且光洁完整。受压面和各种道腔应分别符合规定的压力试验要求，各安装座孔尺寸、形状都应符合精度要求。尤其是各个阀座孔与阀锥面应保持良好的密封状态。气缸直径在400mm以下的气缸盖材料多用 HT400之类的灰铸铁；400mm以上者多用球墨铸铁，如 QT60-2等。不少大型低速柴油机采用铸钢缸盖或者采用铸铁──铸钢组合式缸盖。
二、气缸套的功用、工作条件和要求
1．气缸套的功用
1）与缸盖、活塞共同构成气缸工作空间。
2）筒形活塞柴油机的气缸套承受活塞侧推力，成为活塞往复运动的导程。
3）将活塞组件及本身的热量传给冷却水，使之工作温度适当。
4）二冲程柴油机的气缸套布置有气口，由活塞启闭，实现配气。
2．气缸套的工作条件
气缸套内表受高温高压燃气直接作用，并始终与活塞环及活塞裙部发生高速滑动摩擦。外表与冷却水接触，在较大温差下产生严重热应力，受冷却水腐蚀。活塞对缸套的侧推力不仅加剧其内表摩擦，并使其产生弯曲。侧推力改变方向时，活塞还撞击缸套。此外还受到较大的安装预紧力。
气体压力使气缸壁产生切向拉应力和径向压应力，并且在内表面最大，这种应力都是高频脉动应力。
因缸壁内外温差产生极大的热应力，一般温度下使内表面产生压应力而冷却面存在拉应力。但在特高气温下，近内表面金属蠕变塑性变形，而冷却后即在内表面形成残余拉应力，这种随起动、停车变化引起的低频应力会使材料疲劳。
安装预紧力P对缸套支承凸肩的作用可用图2-1表示。
图2-1 缸套安装力
缸套内表面与活塞裙、环的摩擦磨损十分严重。这是因为：①⑤⑥相对运动速度较高，平均速度6m/s～9m/s左右。②存在摩擦正压力──活塞裙施于的侧推力和活塞环圆周张力。③摩擦面工作温度较高，加之润滑油供应不易，故润滑条件很差。④工作中还极易出现异常磨损：如随空气进入缸内的坚硬微粒，或燃烧不良形成的坚硬结碳颗粒，在摩擦面起到磨料作用会加剧磨损，即形成“磨粒磨损”；若燃气中的二氧化硫等与凝水结合，生成硫酸等，会严重腐蚀表面金属，加重摩擦表面的磨损量，即形成“腐蚀磨损”；若由于各种原因，摩擦面局部出现干摩擦，继而出现局部高温、金属熔着、撕裂的过程，即会出现拉缸形成“粘着磨损”；若再恶化发展，熔着面积扩大，造成活塞缸套相互咬死，即会出现咬缸恶性事故。
气缸套冷却水侧受到电化学腐蚀以外，还易发生穴蚀。穴蚀的特征是缸套外表被侵蚀成蜂窝状光亮小孔群。严重时，小孔会穿透缸壁。穴蚀一般多见于缸套的横向，即侧推力作用方向，特别是侧推力大的一侧。穴蚀发生原因空泡腐蚀。空泡腐蚀：在活塞对缸套作用的侧推力方向改变时，缸套受撞击而振动，振动频率正比于转速；当振动能量足够大或冷却水流速某处变化大时，会使冷却面冷却水局部压力严重波动；当某瞬时局部水压低于当时温度汽化压力时，即将出现气泡，当压力变高时，汽泡受压而破裂；汽泡破裂产生瞬时极大爆破力可对缸壁冲击破坏，汽泡的反复形成与破裂，会使金属疲劳损伤，使金属质点逐渐被穴蚀脱落。减小缸套振动和提高缸壁材质及冷却水的消震能力都可减缓穴蚀破坏。
3．对气缸套的要求
气缸套应有足够的强度、刚度和耐热性能，还应具有较好的耐磨性能。工作中应有良好润滑和冷却。
缸套一般采用含磷或含硼的耐磨合金铸铁作材料，如HT25-47、HP-CuCrMo等。缸套的内表有时还进行镀铬（松孔镀铬、贮油网点镀铬）, 氮化或磷化等处理，以提高耐磨性能。缸套内表硬度通常要求大于HB200，且与活塞环硬度有良好匹配。内表面还应有适当的粗糙度，使其具有一定贮油能力和磨合性能。内表面应有足够的圆度和圆柱度精度，安装支承面对内孔中心应有较高的位置精度。
三、气缸盖的结构
图2-2 6300ZC柴油机气缸盖 图2-3 气缸盖钻孔水道结构
气缸盖的结构形式随柴油机的形式而不同。小型柴油机有用整体式或块状式结构，具有结构紧凑，可增强机体刚性的特点。中、大型柴油机则大多采用单体式气缸盖，这样，可以单独拆装和修换，系列通用化程度高，密封性能好。
图2-2是四冲程6300ZC型柴油机的气缸盖。它是用铸铁铸造的单体式气缸盖，用四根气缸盖螺栓紧固在气缸体上。图中孔1是喷油器安装孔，2、3分别是排气和进气通道，孔4是装起动阀孔，孔5接示功器、安全阀。
为了加强对气缸盖底板的冷却，采用了双层底式结构，即在气缸盖的内部铸出水平中隔板，将冷却水腔分隔成上、下两部分。全部的冷却水从排气道下方水孔引入气缸盖的下层冷却水腔，由于下层冷却水腔的容积和水流通道面积较小，使冷却水的流速较高，加强了气缸盖底板的冷却。冷却水由排气侧以较高的流速涌向中央，对最热的两个排气伐和排气伐孔与喷油器孔周围进行冷却然后在经过两个排气伐孔之间的通道向四周，最后从中隔板上的两个出水孔（在排气道侧）流到上层冷却水腔，对上部进行冷却。
图2-4 L-MC/MCE柴油机气缸盖 1-排气阀孔；2、3、4、5、6-冷却水孔；7-冷却水腔；8-喷油器孔；9-缸盖螺栓孔；10-安全阀和示功阀孔；11-圆环；12-泄放通道；13-排气阀螺栓孔；14-启动阀孔；15-启动空气通道
图2-4所示为 L-MC／MCE型柴油机气缸盖，它为圆形，由锻钢制造。在气缸盖中央设有排气阀孔1，排气阀用四只双头螺栓固紧在气缸盖上。另外气缸盖上还设有气缸启动伐孔14，安全阀与示功阀孔10以及两只喷油器孔 8。在气缸盖中钻有许多径向冷却水孔2，在气缸盖底部焊有圆环11，它与气缸盖底部构成冷却水腔7。排气阀装入气缸盖孔1后，排气阀的插入气缸盖部分与孔内壁之间也构成一个冷却水腔。这两个冷却水腔通过钻出的冷却水孔2、3相沟通。冷却完气缸套的水，首先进入均匀分布在气缸盖底部的四个垂直钻孔6，再经水平钻孔（图中的虚线孔）、垂直钻孔5进入冷却腔7。由水腔7进入钻孔2冷却气缸盖底面后，再经过孔3进入阀孔与阀壳间的冷却水腔，以冷却排气阀和阀座，最后由三个垂直孔4流入排气阀壳的上部冷却腔，冷却排气通道后排至冷却水出口管。
由图可见，这种气缸盖高度较大，但冷却水孔离燃烧室却很近，充分体现了“薄壁强背”的设计思想，使热负荷和机械负荷都保持在比较低的水平上，提高了可靠性。气缸盖底面是燃烧室壁面的一部分。上述气缸盖底面为倒锥形，这种倒锥形燃烧室有利于换气和燃烧。两只喷油器对称布置，有利于油雾形状和燃烧室形状的配合，确保了油、气有良好的混合性能。气缸盖底最下部的圆柱形壁面，使缸盖和缸套的接合面下移，以便接合处不受火焰的直接冲击，对接合面起到保护作用。冷却水由接合面的外部进入气缸盖，消除了冷却水通过接合面漏入气缸内部的可能性。并且冷却完气缸套的水是过沿周向均布的四个通道进入缸盖，确保了燃烧室部位的冷却较均匀。
图2-5 气缸盖螺栓的液压紧固装置 1-放气旋塞；2-油道；3-快速接头；4-气缸盖螺栓；5-内螺母；6-外螺母；7-球面垫片；8-液压活塞；9-钢环；10、11-密封圈；12-吊环螺栓；13-气缸盖本体
气缸盖和气缸套之间必须设法保证可靠的密封。气缸盖和气缸套之间的密封是一种高温、高压的密封，是技术上较难密封的位置之一。由于结构上的原因，气缸盖和气缸体在气缸盖螺栓之间的刚度并非均匀一致，同时，柴油机工作时各机件的不同部位的热膨胀也并不相同，使密封面发生不均匀变形。缸内周期变化的气体压力，也将引起密封机件发生动态运动，导致密封面间的密封压力不均。尤其是随着柴油机强化程度的提高，密封将更加困难。一般是采用合适的密封垫片，足够而均匀的接触压力来保证密封的。
在采用单体式气缸盖的结构中，通常是在气缸套顶面上车制出不同形状的环槽，并在气缸盖底面制出凸缘，在两者之间安装环形密封垫片，以足够的接触压力来保证可靠的密封效果，如图2-6中a）～d）所示。
图e)是小型柴油机采用整体式气缸盖时，各缸采用一块密封垫片的情况，为保证其密封面间具有足够而均匀的接触压力，气缸套凸缘在气缸体上的凸出量必须具有较高的尺寸精度。图a）、c）的密封垫片暴露在高温气体之中，将受到燃气的冲刷加热和腐蚀。图a）～c）的气缸套凸缘要受到较大的弯曲力矩和剪切应力，而图d）所示结构可以使气缸套凸缘免受弯曲和剪切作用。
密封垫片的材料应耐热、耐腐蚀和抗压，并且还应有足够高的塑性与弹性，如图2-7所示。在小型柴油机中广泛采用复合材料的密封垫片。图a）是由两层铜（或钢）皮包敷橡胶─—石棉板；图b）是合成橡胶-石棉内嵌钢质爪形骨架密封垫片；图c）是密封孔口用钢丝环或卷边加强，使密封孔口具有较高的比压，保证密封可靠。在采用单体式气缸盖的结构中，多采用紫铜或镀铜低碳钢环形密封垫片，如图 d）～f）所示。
图2-7 密封垫片的截面形状 图2-6 缸盖密封形式
四、气缸套的结构
柴油机的气缸套有湿式、干式和带冷却水套等三种形式，如图2-8所示。
图a）湿式气缸套的外表面直接与冷却水接触。冷却效果良好，制造也方便；但其壁厚较大，而且必须有可靠的冷却水密封措施，是应用最广泛的一种形式。
图2-8 气缸套的形式 a)湿式气缸套；b)干式气缸套；c)带冷却水套式气缸套
图c)带冷却水套式气缸套，可以直接在气缸套上铸出冷却水腔，亦可在气缸套外部镶套形成。应用这种形式的气缸套可以避免气缸体受到冷却水的腐蚀，并使冷却水腔得到合理的布置。常用于焊接式气缸体的柴油机中，以防焊缝遭受冷却水腐蚀。
二冲程柴油机的湿式气缸套，由于其中部设有气口，因此，为了保证气口部分的强度以及使气口具有一定的厚度，以便对气流进行引导，气口部分的壁厚一般都加厚，如图2-9所示。
图2-9 钻孔冷却式气缸套 1、2、3-冷却水孔；4-气口 图2-10 RTA型柴油机气缸套组装图 1、3、6-O型密封圈；2-气缸套；4-导水环；5-闷头或传感器；7-气缸体；8-布油槽；9-冷却水导套；D、D1-放泄孔；L-进水孔；KB、KB1-检漏孔；KW-冷却水腔；LR-空腔；TB-冷却水孔；SS-扫气口；ZS-注油孔；A-填料函座孔；B-扫气通道；C-人孔
湿式气缸套上部与气缸体之间的水密，是靠气缸套凸缘与气缸体支承凸缘肩的精确加工或在上述两接合面之间加紫铜垫围来保证。湿式气缸套的下部配合部分，既要保证水密，又要能让气缸套受热后自由伸长，因此，普遍采用2～3道“O”型密封圈或扁圆形截面的耐油耐热橡胶或丁字橡胶圈进行密封。
一般筒状活塞式柴油机的气缸套是利用飞溅到气缸壁上的润滑油来润滑。燃用含硫量高 的劣质燃油的柴油机以及十字头式柴油机的气缸套，是采用专门的注油泵，通过止回阀向气缸套内表面注油进行润滑。此时，气缸套上开有注油孔，安装有注油嘴接头，并在注油孔的两侧开有人字形的布油槽。二冲程柴油机的注油孔常开设在气口的上方，即直流扫气的常设在相应于活塞处于上止点前70°～105°曲轴转角，弯流扫气的常设在相应于活塞处于上止点前45°～55°曲轴转角时头两道气环之间的位置。在此位置按气缸尺寸的大小，沿圆周均布2～10个注油孔。
图2-10所示为Sulzer RTA型柴油机的气缸套与气缸体的组装图。气缸体为每缸一个的单体式，用铸铁制造。气缸体下部有隔板将气缸和曲轴箱隔开。底板上的孔A中装活塞杆填料函。气缸体在左右方向上设有通道B和C。通道C平时由盖板盖住，在检修时打开，供轮机人员检修。通道B和扫气箱相连，在活塞打开扫气口S时进行气缸换气。
气缸套和气缸体之间设有导水环4，冷却水由W处进入气缸体，经导水环下部的冷却水分配孔L进入冷却水腔KW，再由下向上进入气缸套凸肩上的钻孔TB，最后汇集于冷却水导套9并由此进入气缸盖。为了防止冷却水的漏泄，设有O型密封圈3，3a和6。3和3a用于密封KW空间的冷却水，正常情况下LR空间因此不会有水。密封圈6用来阻止冷却水沿缸套和缸体的间隙漏入活塞下部空间，同时也阻止扫气进入冷却水空间。为了监视这些密封圈工作状态，设有检查孔道KB 和KB1。若KB1处漏水，说明O型密封圈3或3a损坏应及时换新。若KB处漏水，说明密封圈6的上面一道密封圈失效。若KB处漏出气，则说明密封圈6的下面一道密封圈失效。
图2-11示出MC型柴油机气缸套。它的凸肩部位的上半部用钻孔冷却，凸肩的下半部外侧装有钢套6，它们之间形成冷却水腔5，见b）图。冷却水由外部引至由气缸体和气缸套中间部位形成的冷却腔，经气缸体8的钻孔和水管7进入冷却腔5和气缸套上的钻孔内。冷却气缸套凸肩部位后经水管4进入气缸盖，整个凸肩部位结构均匀，受热合理，特别是缸口部位变形小，有利于密封和提高强度。气缸套的支承环带上均布着安装注油接头的钻孔，见a）图。这些孔不穿过冷却水腔，避免了冷却水由此进入气缸套内部。
由图可见，这种气缸套的凸肩很高，坐落在气缸体上。可大大降低气缸体的高度，简化气缸体结构，减轻了重量，便于加工制造，对超长行程柴油机十分有利。另外气缸套的下部不用水冷却，使气缸套中、下部有较高的温度，对气缸套工况及消除该区域腐蚀磨损有利。
图2-11 MC型柴油机气缸套 1-进气口；2-气缸套；3-气缸盖；4、7-水管； 5-冷却腔；6-钢套；8-气缸体
第三节 活塞组件
增加介绍：活塞组件与连杆和十字头连杆连接运动邦肋认识活塞组件。
筒形活塞组件通常是由活塞本体、活塞销以及活塞环等零件组成；十字头式活塞无活塞销，有与活塞紧固的活塞杆。
功用：与气缸、气缸盖等组成封闭的燃烧室空间；承受气缸内气体的压力，并将其传递给连杆；在筒状活塞式柴油机中，还要承受连杆倾斜时所产生的侧推力，并维持直线运动；在二冲程柴油机中，还要起开启、关闭气口的“滑阀”作用。
一、活塞组的工作条件和活塞本体的常用材料
1．工作条件
1）活塞组受气缸内气体作用力 P、高速往复运动质量所产生的往复惯性力 Pj，以及连杆倾斜时所产生的侧推力PH的周期性作用。
2）活塞组受到高温燃烧气体的周期加热，长时间在高温状态下工作，不仅使活塞材料的强度降低，同时，活塞组靠近燃烧室的部分也将产生热变形和很大的热应力。
3）活塞组在侧推力作用和润滑不良的条件下进行高速往复运动，使活塞组产生较大的摩擦损失和磨损。同时，周期性改变方向的侧推力也必将使活塞不断撞击气缸套，引起活塞变形和气缸套振动。
要求：在保证强度和刚度足够的前提下，尽可能减轻质量；尽量减少活塞顶从燃烧气体吸收热量，又能尽快地将所吸收的热量散走，防止活塞过热；既要保证燃烧室良好的气密性，又应尽可能减少活塞组的摩擦损失；具有良好的润滑、较小的磨损以及较少的润滑油消耗量。
2．活塞本体的常用材料
目前常用的材料有合金铸铁、铝合金、球墨铸铁和耐热合金钢。
合金铸铁材料具有较高的机械强度、较小的热膨胀系数以及良好的耐磨和耐腐蚀性能，价格低廉，工艺性好；但其缺点是密度大，吸热性和导热性比铝合金差。
图2-12 活塞组件 1-活塞本体；2-气环；3-油环；4-活塞销
铸铁活塞与气缸套的热膨胀系数非常接近，因此，无论是在冷态或是在热态状态下，活塞与气缸套的配合间隙几乎保持相同的数量值；而铝合金活塞由于其热膨胀系数较大，与气缸套的冷态配合间隙要比铸铁的大一倍左右，这在冷车启动和低负荷运转时，将加剧活塞对气缸套的撞击。
球墨铸铁和耐热合金材料具有更高的机械强度。在强载柴油机中，常用这种材料制成薄壁式的活塞结构，以增加其承受热负荷的综合能力。耐热合金钢一般用作组合式活塞的头部材料。
二、活塞本体
工作条件：活塞本体的顶面直接受到高温高压燃气的反复作用，故高频气体脉动应力及低频热疲劳应力十分严重。四冲程机活塞裙部与缸壁在侧推力下高速滑动摩擦，润滑条件差，磨损严重。
要求：有较高的热强度和良好的耐磨性。管理中应力求降低热负荷。
顶部──接受气体作用及装活塞环；活塞顶面是燃烧室底面，船用主机活塞顶形状一般为简单曲面，周边往往有避阀坑，头部直径在冷态下呈上小下大的微锥形或阶梯形。
裙部──主要传递侧推力或启闭气口；由于活塞销座金属较多，故活塞销轴线方向热膨胀量较另一方向大，加之气体压力使本体产生的变形在活塞销轴线方向较大，被制成短轴在活塞销方向的椭圆形，或将销座侧的裙部加工出凹陷区域。
活塞本体结构型式可分为整体式和组合式；按有无专门冷却介质冷却可分为冷却式活塞和非冷却式活塞。
中小型柴油机多用筒形非冷却式整体活塞，如图2-12所示。
特点：①顶板与圆周壁有较大的过度圆弧，且有较厚尺寸，使热流有较大的传递截面。这种活塞对活塞环的传热可靠性要求较高；②多用铝合金（如ZL109等）制造，它导热好，活塞温度分布较均匀，热应力小，质量小，往复运动惯性力也小；③为防止高温时头部与缸壁大面积接触和低温时因间隙过大而漏气太大，往往在头部制有螺纹外圆等结构。
图2-13 活塞冷却形式和热负荷 图2-14 十字头活塞 1-活塞头；2-活塞环；3-活塞裙；4-活塞杆； 5-冷却机构；6-连接螺栓；7-承摩环
随着功率及最高爆发压力的提高，活塞的热负荷越来越大，特别在大型低速机中，一般都采用冷却式活塞，且较多采用铸铁薄壁结构或铸钢—铸铁组合活塞。
筒形活塞利用润滑油冷却的型式有图2-13所示几种。图中B是从连杆小端向活塞顶壁内侧喷出压力润滑油。图中C是从设置在曲轴箱的压力油管对活塞喷油冷却。图中D(a)是活塞长裙壁中钻油孔将压力油引入活塞冷却腔，图D(b)是活塞头部埋设（铸设）冷却盘管。图中E（a）、(b)是从连杆经活塞销上油孔至活塞顶部冷却腔，由于冷却油不充满油腔，故在活塞作变速往复运动时，油腔中润滑油产生振荡，对活塞振荡冷却。
图2-14为十字头式采用润滑油冷却活塞实例。其结构由活塞头1、活塞裙3用柔性螺栓6紧固于活塞杆4而形成。用固定在活塞上的油管将曲轴箱压力润滑油引入活塞顶内膛腔，振荡冷却后由较高的出油管泄入曲轴箱。
结构特点：①顶较薄，内外温差应力较小，顶板下有8根径向加强筋，这样形成薄壁强背结构型式，使冷却效果提高。②活塞顶壁与圆周壁面过度圆角厚度也小，热量由顶壁传向圆周壁较少，使活塞环温度不高。③活塞头部装有五道气封活塞环，活塞裙部装有四道青铜承磨环，用以改善裙部与气缸套磨合性能。④活塞裙较长，保证活塞在上止点时遮闭进排气口。⑤组合式结构，顶部用耐热合金钢，裙部用耐磨合金铸铁制造，这样使材质合理使用，制造简化。⑥活塞顶与裙部用柔性螺栓从裙部倒拧入活塞顶，细长螺栓采用球面垫圈，使螺栓抗疲劳强度提高，防止因对中误差造成的螺栓附加弯曲力矩。⑦活塞顶与裙部安装支承面必须精密加工并拂刮，使接触面积大于85％；活塞顶外圆圈与裙部接合部位轴向间隙将影响到工作后活塞顶的变形及应力分布，故有明确规定。
图2-15 新型整体铸铁活塞
在强载程度更高的柴油机中，采用将热负荷和机械负荷分开来处理的办法，以提高活塞的工作可靠性。活塞头部采用机械强度高的球墨铸铁或耐热合金钢材料，以较薄的活塞顶厚度，足够大的冷却腔容积和散热表面积，采用振荡冷却方式，有效地减小了活塞顶的温度梯度和热应力，提高了活塞承受热负荷的能力；用较小跨距的内支撑来增加活塞顶的刚性，提高了承受机械负荷的能力。活塞裙部仍用铝合金或铸铁材料。
图2-16所示为PC2-5大功率中速柴油机的活塞是组合式活塞的典型结构。活塞头部用耐热合金钢制造，活塞裙1则用铝合金制成，两者用柔性螺栓10连接起来。活塞顶的壁较薄，并采用内支承的结构，构成了薄壁强背的活塞头。活塞采用滑油冷却，滑油从连杆、活塞销和活塞裙中的通道先送至环形冷却腔A，再由此流入中央冷却腔C，最后从冷却腔的中央孔泄至 图2-16 组合式活塞 1-活塞裙；2-卡簧；3-活塞销；4-衬管；5-刮油环；6、7、8-压缩环；9-活塞头；10-柔性螺栓；11、15-密封圈；12-垫块；13-螺母；14-衬管端盖；A、C-冷却腔；B-避让坑
环带部分有活塞环槽，其内安装有活塞环。由于活塞环在环槽内不断运动而撞击环槽，尤其是燃用劣质燃油时所生成的硬质炭粒，将加速环槽的磨损。为此，在铝合金活塞中常采用奥氏体铸铁耐磨镶圈；在钢顶组合式活塞中，对环槽上下表面进行镀铬、淬火或氮化等表面处理，以提高环槽的耐磨性。
在十字头式柴油机中，很多采用冷却水作为活塞冷却液。利用专门安装在活塞或十字头中的冷却液输送机构完成。这种输送机构有套管式和铰链式两种。图2-l7为 Sulzer RND柴油机活塞的套管式冷却机构。它由装在活塞上的两根随活塞上下的动管1（进水管）、2（出水管）和固定于水箱7底部的不动立管5（进水管）、6（出水管）以及装于气缸体底板上的上下密封函3、4等组成。在不动的立管上端都装有导套8和喷管式抽吸器9。喷管式抽吸器可把动管和不动管间隙中的泄漏水液和空气吸入管道中，以减少泄漏和因套管容积变化所引起的水击。导套引导动管沿不动管中心运动。冷却水流由冷却箱中的进水管引入进水不动管5和动管1进入活塞冷却腔。冷却活塞后由动管2和不动管6经水箱出水管引出。密封函3主要用以密封增压空气和污物；密封函4用以密封活塞冷却导管从下而上运动时抽上来的水。这种冷却机构的水管都在水箱7中，水箱上方有透气管10与大气相通。水管的泄漏水都由水箱下部的回水管引出，不会漏入曲轴箱。
图2-17 套管式冷却机构
上下密封函的结构如图2-18所示。①每组密封函均有四道优质耐磨的塑料刮环，每道塑料刮环都由三块孤段组成用钢丝弹簧箍贴于动管外壁。②塑料刮环要有正常的轴向间隙，以及三孤块间的搭口间隙。③中隔板将密封函座分为上、下空间。上密封函组刮下的污油流至污油柜，下密封函组刮下的污水经漏水检查计后流回循环水柜。④整个密封函其上、下分别有金属导筒，它们与动管10、11外圆配合间隙极小，有节流密封作用，在它的配合滑动内孔面浇铸有lmm左右的巴氏合金。
图2-18 活塞冷却套管密封函 1-上密封组函；2-下密封函；3-刮环；4-上压盖；5-上壳体；6-中隔板；7-下壳体；8-下隔板；9-底座； 10-进水动管；11-出水动管；12、13-金属导筒
三、活塞环
图2-21 气环密封原理 p0-环妆始弹力；pK-径向不平衡力；pA-轴向不平衡力
1．密封环（气环）
功用：阻止气缸中气体泄漏，并将活塞的部份热量传给气缸套。
密封环的工作原理可用图2-21说明。密封环对缸壁的圆周弹力pO使环外圆周与缸壁紧贴。从活塞头部与缸套间隙中下压气体无法从圆周面通过。环的外圆面与缸壁形成第一密封面。气压PA从上方将环的下端面与环槽下端面贴紧，也阻止气体通过，形成第二密封面。窜入活塞环内圆的气力PR则加强第一密封面，其值超过活塞环本身圆周弹力PO。活塞的热量也通过这两个密封面向缸套传递。
为了加强密封作用，都装有多道密封环。高速机装3～5道，低速机装5～7道。多道密封环，对下窜气体可形成曲和戏式（迷宫式）密封，使切口处漏泄气体的下窜量大大下降。安装时各环的切口应在圆周方向互相错开。
密封环的截面形状有图2-22所示几种。其中：矩形环a）加工容易，应用最广泛，但磨合性差，对活塞晃动适应性也差。故大功率机的矩形环常嵌入易磨合材料，形成图2-22 k）、l）所示的喷钼环和嵌铜环，锥面环b）接触面小，比压大，磨合性能好，上行时能对气缸壁布油。但锥面在气压下有内缩分力，故不能作第一道密封环。c）、d）、e）f）等各种扭曲环，都是利用材料截面不对称性，径向弹力上下不一致，让环产生扭曲，使环与环槽和缸壁接触面减小，增加比压，使气密和刮油性能加强。梯形环g）、楔形环h）与槽配合时的间隙在伸缩运动时不断改变，能挤破积碳和胶质，防止环熔着和结焦。桶面环i）磨合性、密封性和对活塞晃动适应性均好，在短活塞薄缸套的结构中尤其有效。
一个活塞的密封环常由各种截面形状活塞环组合而成。往往第一道密封环采用镀铬环，能使这一道环的密封性能、磨合性能、耐用性有明显提高。
图2-22 密封环截面形状
图2-23 活塞环切口 a)直切口；b)斜切口；c)接搭切口
图2-24 活塞环切口校正
图2-25 活塞泵油原理
在筒形活塞柴油机中，缸套与活塞裙及活塞环相互摩擦面间是靠飞溅润滑方式供油的。运动中的曲柄连杆将润滑油甩溅到缸套内表下方，然后利用活塞环的泵油作用，将润滑油布到整个摩擦面。但是泵油作用不能太甚，否则润滑油会进入燃烧室。这不仅增加了润滑油消耗量，而且燃烧不良的润滑油还会污染燃烧室相关的零件、阀件和气道，恶化工作性能。因此除了限制活塞环的泵油作用，还用刮油环来刮除缸壁内表多余的润滑油。
图2-26 刮油环刮油原理
刮油环的刮油作用可用图2-26表示。刮油环本身有棱边还有泄油槽。刮油环所在活塞环槽亦有泄油孔通活塞内腔。刮油环被活塞带动上下运动时，其外缘棱边刮积的润滑油将经泄油孔泄漏到活塞内腔，滴回曲轴箱。
图2-27 刮油环截面形状
3．承磨环
在十字头式活塞裙嵌有承磨环，是专门为活塞与气缸的磨合而设置。它由3～4段青铜环嵌入燕尾形的活塞环槽而形成。其外圆直径比裙部直径大。从承磨环的磨损情况，可以分析活塞与缸套的磨损情况是否正常。实践证明承磨环是改善活塞与缸套磨合性能的有效措施。
图2-28 弹簧胀圈刮油环 a)波形胀圈环；b)螺旋胀圈环
归纳：活塞环随活塞上、下运动，随缸径变化作径向运动，此外还因活塞晃动，气体力的波动等原因存在扭曲，振动和回转。再加上工作，温度润滑不可靠。因此要求活塞环必须具备良好的耐磨性、足够的机械强度和一定硬度，并具有耐熔防腐性能。其外表摩擦面还应有贮油性能及磨合性能。活塞环一般用灰铸铁或合金铸铁制成，有时表面采用镀铬、镀钼等处理 它的弹力、形状、误差和粗糙度等应合符规范，装配中应保证各间隙正确并将各环的切口位置及斜切口的方向错开。
四、活塞销
功用：活塞所受气体力和活塞组的往复惯性力经活塞销座传给活塞销，再传给连杆小端。活塞组的往复惯性力也同样传递。
工作条件：受高频冲击疲劳应力，尺寸限制，活塞销疲劳应力值及表面比压都很大。销与销座及连杆小端在很大比压下摆动摩擦。温度高，携油速度低，其润滑条件很差，表面磨损会严重。
要求：具有较高抗冲击韧性，又具有足够的表面耐磨性。一般都用优质低碳钢或合金钢制造并进行表面渗碳，淬硬等热处理。也有用中碳合金钢制造再经表面氮化处理以适应强载要求。
活塞销一般为中孔圆销。为适应应力分布，中孔有阶梯孔或双向锥孔。有些油冷却式活塞的活塞销还开有加衬管的轴向油道和径向油孔，使润滑油流通。
活塞销与活塞销座孔和连杆小端孔配合有浮动式和固定式两类。①浮动式：工作时活塞销与活塞销座孔及连杆小端均有间隙。由于两个配合面均可相对转动，故磨损小且均匀。但配合间隙要求控制严格。铝活塞若采用浮动式活塞销，在工作时，温度升高，活塞销与活塞销座孔出现正常配合间隙。因活塞热胀冷缩比活塞销大，故冷却后或常温下，活塞销与活塞销座孔呈过盈配合，在拆装活塞销时需将铝活塞加热到一定温度，才能活动地取出活塞销。浮动式销两端有防上轴向窜动的限位装置，如卡簧或与活塞座孔过度配合的铝合金盖等结构，这样不会擦伤缸套。②固定式：活塞销固定于销座孔或固定在连杆小端上。因有一处固定，转动配合处的尺寸可以大些，使轴颈负荷比压减小。固定式活塞销多用在大型二冲程机活塞上。
五、活塞杆与填料函
十字头式柴油机的活塞通过活塞杆、十字头与连杆小端相连。活塞杆与活塞及十字头均为固接，用来传递压力，具有较强抗压能力和良好的压杆稳定性，
图2-31 活塞杆
十字头式柴油机为防止气缸中向下窜涌的燃烧产物污染曲轴箱中的曲轴、连杆等机件和曲轴箱中润滑油。故在气缸与曲轴箱之间设置横隔板（又称气缸底板）。活塞杆穿过横隔板作往复运动。为此在横隔板上开孔并装设密封用的活塞杆填料函。
活塞杆填料函结构基本组成可用图2-32示。填料函分为上、下两组组装在横隔板中央的填料函座中。上组用于密封扫气空气和刮掉活塞杆上的油污。其内有两道密封环6和两道刮油环4。刮下的污油经上、下组分隔板上的油孔和填料函座上的孔道引至污油柜。下组用于密封曲轴箱润滑油。其内有三道刮油环5。每道密封环和刮油环都是由三段圆弧组合而成的铜环或钢环。三圆弧段外国用捆扎弹簧（简称捆簧）7收紧，使环的内孔紧贴活塞杆外圆表面。三圆弧段之间在捆紧后仍应有间隙，同时各环端面之间亦应有规定间隙。下组刮油环5刮积的润滑油又回流到曲轴箱。
图2-32 活塞杆填料函 1-填料函座；2-填料箱；3-压盖；4、5-刮油环；6-密封环；7-捆簧
图2-33 十字头导板 1-连杆小端轴承；2-十字头销；3-小导板；4-贯穿螺栓；5-正车导板；6-滑块；8-机架；9-导板固定螺钉；10-倒车导板；11-连杆小端轴瓦；12-活塞杆
一、十字头组件的功用及工况
功用：将固定于活塞上的活塞杆下端通过十字头销与连杆小端轴承联接起来，并将活塞所受的动力传给连杆，曲轴连杆机构工作过程中产生的侧推力则由十字头销两侧的滑块传递给固定于机架两侧的导板，改善了活塞与气缸套的工作条件，保证了活塞中心与气缸中心保持良好同轴度。某些柴油机还利用十字头组作上、下往复运动带动往复扫气泵等辅助机构。导板从柴油机左右方向承受十字头组传递的连杆小端侧推力，并传给机架。
十字头组件与导板的相互关系如图2-33示。十字头销因结构限制，尺寸不大。活塞顶所受的周期变化爆发压力使十字头材料极易疲劳和变形。十字头组件中的轴承是柴油机轴承中负荷较高的一种。因其比压很大，销与轴承相对摆动速度低，加之压力方向不变，故较难形成油膜。此外当十字头销与轴承变形不一致时，轴承负荷沿轴线方向不均匀分布，使轴承内侧边缘极易损坏。尤其是正车侧的滑块。
二、十字头组件结构及导板
十字头组件的结构组成可用图2-34示。活塞杆下端螺杆从垂直方向插入十字头孔，末端用螺母5紧固。活塞杆大圆柱凸销端面与十字头端面定位，并用立销圆周定位。连杆8的小端平台面紧固着两个小端轴承，它由轴承座6、盖7和内孔轴瓦及轴承螺栓等组成。十字头销左右两大圆柱与此两轴承滑配、两块十字头滑块 2分别滑套于十字头销两端的小圆柱上。轴向用端盖板3限止滑块移动，周向用固定块4限制滑块相对十字头销转动。图示结构为双侧导板式十字头，其滑块为两块，故相对应的机架两侧均有导板。
图2-34 十字头组件结构 a)6ESCZ76/160型柴油机的十字头 1-十字头销；2-十字头滑块；3-十字头端盖板；4-固定块；5-活塞杆螺母；6-十字头轴承座；7-十字头轴承盖 b)L-MC/MCE型柴油机十字头 1- 连杆小端轴承盖；2-连杆小端轴瓦；3-滑块；4-导轨；5-耳轴；6-十字头销本体；7-调整垫片；8-连杆螺栓； 9-连杆小端下瓦；10-连杆小端轴承座；11-杆身
三、十字头本体
十字头本体一般用优质碳钢（40、45号钢）锻造，有时也采用合金钢。在设计中除保证有足够的强度外，目前的趋势是增加其刚度。十字头销一般都做得粗而短（有较大的d／L），不但提高了刚度，而且可增加销表面的线速度，有利于轴承油膜的形成。十字头销的表面往往采用滚压或镀铬（镀层厚度 0.25～0.50mm）等方法来提高其耐磨性；对其表面粗糙度的要求也很高，以保证工作可靠性。十字头和 图2-35 十字头与活塞杆连接方法和结构
四、十字头滑块
十字头滑块有三种结构形式：双滑块、单滑块和圆筒形滑块，如图2-36所示。
图2-36 三种十字头滑块结构示意图
单滑块结构（图b）只有一块滑块，用螺钉紧固在十字头本体上，滑块的正面与机架上的正转导板相配，背面有两条面积较小的反转工作面与反转导板相配，因此，所有的滑块和导板均布置在同一侧。特点：①布置较紧凑，受力也较合理（正转时受力大，有较大的承压面；反转时受力小，而且工作时间短，承压面可小些）；②但由于导板和滑块布置在连杆运动平面上，曲轴箱空间较小，因此，维修和拆装不如双滑块结构方便；滑块的布置和柴油机的转向有关，如不更改设计，就不能同时适应左右机的要求。
双滑块结构(图c)是十字头销的两端套上滑块，并用压板将其定位。每一滑板的两侧工作面上都浇有减磨合金，并开设油槽，润滑用的滑油来自十字头。滑块沿着装在机架上的相应导板滑行，并把侧推力传给它们。特点：①无论是正转或反转、膨胀行程或压缩行程，滑块的承压面都是一样工作比较平稳可靠；②由于滑块布置在十字头的两侧,有较大的空间便于维修和拆装；③由于有四个滑动面，工作时应保证四个面都和气缸中心线平行，对制造、安装和校中的要求较高；⑤滑块和十字头的总重量也较大。
图2-37 单侧导板十字头 1-滑块；2-十字头销；3-螺钉；4-导板材；5-活塞杆；6-倒车导板
图2-37示为单侧导板十字头。活塞杆5用螺母紧固于十字头，滑块1用螺钉3紧固于十字头销一侧。导板的内外侧均为浇铸有减磨合金的工作面。正、倒车导板固定后从两侧包容滑块，从而承受两个方向的侧推力。单侧导板使滑块导板结构简化，但使连杆摆动平面空间显得紧凑窄小，拆装不如双侧导板形式方便。
在RTA型机两侧导板结构中见图2-33小导板3及正、倒车导板的安装端面均有调整垫片，用以调整导板滑块间隙和活塞对中。
十字头组件轴承及导板的润滑油供应方法，目前大多数是用专用油泵将高压润滑油由铰链机构输入十字头组件。也有的是由连杆大端上行至小端的压力润滑油，先润滑轴承再润滑滑块导板摩擦面。
十字头销轴承图2-34所示的两种结构型式。图a)所示为分开支承式，图b）为全宽连续支承式。后者十字头销直径大，轴承承压面积大，十字头销变形小，工作可靠，采用日益广泛。轴瓦结构有厚壁瓦和薄壁瓦两种。在分开支承式的十字头轴承中，采用自整位轴承较多。自整位轴承原理示意如图2-38所示, 图2-38a)表示连杆小端采用分开支承轴承座时，在气体爆发压力下，十字头销的变形与连杆小端轴承座变形不一致。使得两轴承内侧边缘出现局部负荷峰值而极易破坏，图2-38b)自整位轴承示意。两轴承座均为不对称的工字形，其轴承座面的中心线M与腹板中心S向内侧偏离一个距离e。在气体爆发压力下，工字形轴承座能自动适应连杆小端及十字头销的变形，使轴承支承面的负荷能均匀分布。在检修时应对图a）示轴承内侧稍多佛刮些，即可减轻变形后的负荷不均的程度。
第五节 连杆组件
一、连杆组件的功用、工作条件及要求（图2-39）
图2-39 连杆组件 1-小端轴套；2-连杆螺栓；3-大端上轴瓦；4-大端下轴瓦；5-小端；6-杆身；7-大端轴承座；8-大端轴承盖
功用：①连杆小端轴承与活塞销（或十字头销）滑动配合，大端轴承与曲轴的曲柄销颈配合，形成曲柄连杆机构，将活塞的直线运动转换为曲轴的回转运动；②工作中活塞顶面所受气体压力由连杆传给曲轴，将往复机械功变为曲轴转动转矩。③连杆运动形式十分复杂：小端作直线运动，大端作回转运动，杆身作平面运动，其杆身中心不断相对气缸中心左右摆动。
工作条件：①承受、传递气体爆发力和活塞连杆小端等往复运动惯性力；②这些力周期性变化循环冲击载荷，对连杆形成疲劳损害，二冲程连杆始终受压应力作用，四冲程机连杆在排气冲程上死点附近受拉应力作用，而其它时刻则受压应力作用；③连杆大小端轴承与活塞销（或十字头销）及曲柄销产生摩擦磨损；④受压缩载荷时连杆会产生纵向弯曲。在连杆摆动平面内的弯曲比另一方向的弯曲要大些，由于连杆左右摆动角速度周期变化以及产生的摆动惯性力矩都增加连杆纵向弯曲的程度。
要求：①具备足够的刚度和抗冲击疲劳强度；②尽可能质量轻，惯性小；③连杆轴承应耐磨可靠；④连杆螺栓应有较高疲劳强度和联接可靠。⑤都用优质钢材模锻后加工制造，材料有35、45、35CrMn、40Cr等，并采用正火或调质等热处理。
二、连杆组件的结构
1．筒状活塞式柴油机的连杆
一般连杆都是采用中碳钢或合金钢，用自由锻造或模锻毛坯制造。
1）连杆杆身（图2-40）
图2-40 连杆杆身截面形状
由自由锻造毛坯制成的圆柱形截面杆身（图a）bcdef，主要用于中型或小批量生产的柴油机中，具有质量大和材料利用不合理的缺点。矩形截面（图b）比上述者稍好。工字形截面（图c）在其摆动的平面内有较大的截面惯性矩，质量小，材料利用合理，通常采用模锻毛坯，适用于大批量生产的中、高速柴油机。
为使应力分布均匀，连杆杆身应当从小端到大端逐渐加粗，如图2-41所示。为了避免应力集中，杆身与大、小端的过渡处应当尽量平缓。连杆杆身中常钻有油孔，作为把润滑油从大端输送到小端、润滑连杆小端轴承和冷却活塞的通道。
图2-41 柴油机连杆 图2-42 连杆小端的结构形式
连杆小端是活塞销的轴承，小端孔内压人锡青铜衬套或浇有轴承合金的卷制衬套。圆柱形连杆小端（图a））用于工字形杆身由模锻而成，球形连杆小端（图b））用于圆形杆身由自由锻造毛坯车削加工成型。
在二冲程柴油机中，由于连杆所受气体压力与往复惯性力的合力的方向保持不变，轴承连杆小端是活塞销的轴承，小端孔内压入锡青铜衬套或浇有轴承合金的卷制衬套。圆柱形连杆小端（图a））用于工字形杆身由模锻而成；球形连杆小端（图b））用于圆形杆身由自由锻造毛坯车削加工成型；由于四冲程柴油机的连杆小端上部要承受往复惯性力的拉伸作用，因此，用偏心圆弧（图c））来增加顶部中央截面抗弯能力的结构；图d）、e）是采用锥形或阶梯形活塞销座时相适应的连杆小端结构形式，其连杆小端下部主要承压面被增大。连杆小端衬套内表面制有许多布油槽（图f）），以保证轴承内有充裕的润滑油。二冲程柴油机也有采用如图2-43所示小端为一个凸缘，用螺钉与活塞销连接的形式。
3）连杆大端和轴瓦
连杆大端是曲柄销的轴承，根据拆装条件，通常都是制成上、下两半的剖分式结构，用螺栓连接而成。连杆大端的结构形式有以下几种：
（1）船用连杆大端（图2-44a））：连杆大端与杆身分开，由凸肩定位,用连杆螺栓紧固于连杆杆身下端凸缘上。这种结构可以通过改变杆身与大端之间的垫片厚度δ1调节连杆长度（大、小端中心距），以保证各缸压缩比相同。在大端轴承采用厚壁轴瓦或将轴承合金直接浇铸在大端孔内的情况下，大端轴承分界面间也装有垫片，调整垫片的厚度δ2，可在一定范围内调整垂直方向的轴承间隙。因其尺寸与重量大，多用于中、大型柴油机中。
图2-44 船用式和平切口式连杆大端 图2-43 活塞销与连杆小端固定连接
图2-45 斜切口连杆大端
筒状活塞式柴油机通常是连杆与活塞预先组装后一起通过气缸装入柴油机内，因此，连杆大端的宽度就必须小于气缸直径。但是，随着柴油机强化程度的不断提高，为了保证曲轴的刚度、强度和连杆大端轴承承压面积足够，就必须增大曲柄销直径与缸径的尺寸比例，必然引起连杆大端宽度增大。在保证平切口连杆大端宽度小于气缸直径的前提下，如图 2-44b）所示，用增加连杆螺栓数目，缩小螺栓直径来增大曲柄销直径的相对尺寸也是有限度的。
（3）斜切口连杆大端（图2-45)和图 2-45 a）所示，采用斜切口连杆大端即使将曲柄销直径增大到气缸直径的0.85倍，仍然可以保证活塞连杆组通过气缸进行装拆。但沿剖分面的切向力却要使连杆螺栓受到剪切。为了使连杆螺栓不受剪切，连杆大端必须采用能够承受切向力的定位方式。图a)为止口定位，简单但可靠性差；图b)为135等机采用的销套，钢质销套与连杆盖过盈配合，其结构简单，承受剪力有限；图c)为锯齿定位是目前应用最多的一种定位方式，它有较多的抗剪切断面，抗剪切能力强，其定位可靠，尺寸紧凑，但必须保证有足够高的齿形精度和贴合度。加工精度高，应用较为广泛；图d)为舌榫定位，舌榫具有较大的抗剪切能力，但它要求接合面有较高的贴合度。这种定位方式多用于中小型柴油机中。
连杆大端轴承常用薄壁轴瓦，个别的也有厚壁轴瓦或将轴承合金直接浇铸在船用式连杆大端的内表面。
厚壁轴瓦由低碳钢或青铜制成瓦背，在其内表面上浇轴承合金，轴瓦厚度t较厚，与轴承直径D的比值t/D在0.065以上，轴承合金层厚度常在0.75～2mm。由于瓦背厚度大刚性好，轴瓦本身可以保证轴承孔的尺寸和几何精度，对大端孔的加工精度要求较低；轴瓦与轴颈的配合间隙须经常单件刮配保证，适用于小批量或单件生产，目前仅在个别大型低速柴油机中应用。当轴瓦磨损使轴承间隙过大时，可以把装在轴承瓦口平面间的调隙垫片抽去一些，再刮配轴瓦达到合适的配合间隙。为了防止轴瓦在大端孔内移动，可用销钉定位。
薄壁轴瓦通常由浇铸或轧制轴承合金的钢带制成，其t/D仅在0.02～0.065之间，合金层厚度为0.2～0.7mm。轴瓦薄且富有弹性，轴瓦与轴颈以及大端孔的配合精度由轴颈和大端孔的加工精度以及轴瓦壁厚精度保证。因此，具有制造精度高，互换性好；合金层厚度薄，轴瓦疲劳强度高，承载能力强，寿命长等优点。广泛应用于各种类型柴油机中。薄壁轴瓦常用定位唇（在尺寸较大的轴瓦中也有用定位销）定位、以较大的过盈量压入连杆大端孔内，以过盈配合来保证散热和防止相对移动。
常用的轴承合金有白合金、锡铝合金和铜铅合金。白合金具有较好的表面性能（抗咬合性、嵌藏性和顺应性等）、耐腐蚀和耐磨性能，而疲劳强度较低；锡铝合金具有良好的机械性能、耐腐蚀和耐磨性能，但表面性能较差；铜铅合金也具有良好的机械性能和耐磨性能，但表面性能和耐腐蚀性较差。
一般凡属机械性能好的轴承合金，其表面性能就较差。因此，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，常在轴承合金表面上再镀一层极薄（0.015～0.025mm）的由铅、锡、姻、铱等组成的表面涂层材料，构成所谓“三层金属轴瓦”。三层金属轴瓦已在各种类型的强化柴油机中广泛应用。
在大多数中小型柴油机中，连杆中润滑油都是由曲柄销油孔出来，润滑大端轴承后沿连杆中心孔9或另附设油管到达连小端的。连杆大端上轴承的出油孔都偏离垂直中心线方向，甚至开在水平两侧，以保证主轴承的承压面完整。
2．十宇头式柴油机连杆
十字头式柴油机的连杆小端是十字头轴承，常制成叉形剖分式结构。杆身和大端，由于其尺寸和质量大，为便于制造，杆身多为圆形截面，连杆大端是船用式和平切口式两种都有应用。图2-46是Sulzer RTA系列柴油机的连杆结构。其连杆小端用薄壁下轴瓦，小端盖内表面直接浇铸轴承合金；连杆大端为船用式大端，用薄壁轴瓦，只有RTA38型柴油机是将白合金直接浇 图2-47 L-MC/MCE柴油机连杆 1-连杆小端轴承盖；2-连杆小端上瓦；3-滑块；4-导轨；5-耳轴；6-十字头销；7-调整垫片；8、14-连杆螺栓；9-连杆小端下瓦；10-连杆小端轴承座；11-杆身；12-连杆大端轴承座；13、15-连杆大端轴瓦；16-连杆大端轴承盖 图2-46 RTA柴油机连杆 1-小端轴承盖；2-小端轴承座；3-薄壁轴瓦；4、10-连杆螺栓；5-杆身；6-垫片；7-大端轴承座；8-大端轴承盖；9-锁紧装置；9-定位环带；12-固定螺栓；13-输油槽
铸在大端孔内。
图2-47所示为 L－MC／MCE柴油机的连杆立体分解图，图中也示出了该机的十字头。连杆的杆身与连杆大、小端轴承座合为一体，整个连杆结构紧凑，长度很短，可减少整机高度。连杆大端为平切口式，大端上半部和杆身连成一体。这种形式的连杆小端刚性大，十字头销短 图2-48 主副连杆式连杆 1、4、8-螺栓；2-定位销；3-大端轴承体；5-主连杆；6、10-套筒；7-副连杆；9-副连杆销；11-大端轴瓦；12-大端轴承盖
3．V型柴油机连杆
1）并列式连杆
V型柴油机的并列式连杆的结构与普通单列式柴油机的连杆基本相同。每一排气缸的两根相同的连杆，并列地安装在同一个曲柄销上。
2）主副连杆（图2-48）
主连杆直接安装在曲柄销上，副连杆则利用连接销（称副连杆销）旁接于主连杆上。主、副连杆的结构完全不同，副连杆的下端中心线也不与曲柄销同心。
3．叉骑式连杆（图2-49）
中央连杆2的大端插在叉形连杆1的中央。叉形连杆大端采用特殊的厚壁轴瓦3，内表面浇铸有铜铅合金，外表面中部镀铬硬化，充当中央连杆的“轴颈”，中央连杆大端内采用普通的薄壁轴瓦。也有在叉形连杆大端厚壁轴瓦的内、外表面都浇铸轴承合金，中央连杆大端内不再另装轴瓦。
图2-49 叉骑式连杆
四、连杆螺栓
连杆螺栓是连接连杆大端和连杆盖的承载较高的重要连接螺栓。
连杆螺栓要受到装配时预紧力的作用。预紧力应保证各剖分面之间紧密贴合，使它们在最大往复惯性力等的拉伸作用下也不致分离，因此，预紧力要远远超过最大往复惯性力。四冲程柴油机的连杆螺栓还要受到往复惯性力的拉伸载荷。
连杆螺栓通常是采用优质合金钢材料，只是在低速柴油机中才用优质碳钢材料。
图2-50 连杆螺栓的结构形式
在上紧螺母时为防止螺栓转动，应有防止螺栓转动的结构措施；螺栓旋紧后，还应有锁紧措施。
连杆螺栓的预紧力过大，或各螺栓的预紧力不均，都可能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，都必须及时更换。
第六节 曲轴组件
图2-51 曲轴组件
曲轴总体构造由中间的若干单位曲柄（曲拐）和自由端及飞轮端组成。单位曲柄是组成曲轴的基本部份，它由主轴颈1、曲柄臂2和曲柄销3所组成，有的还在曲柄臂上装有平衡重块，它是每一气缸所对应的曲轴部份。自由端通常设有驱动柴油机各种辅助设备的驱动齿轮。飞轮端设有联接法兰与飞轮及功率输出轴相联并经其输出功率。
图2-52 曲轴应力集中
1．功用
①把活塞的往复运动通过连杆变成回转运动；②把各缸所作的功汇集起来向外输出；③带动柴油机的附属设备。
2．工作条件
曲轴的工作条件是比较苛刻的，这主要表现在以下几个方面：①受力复杂；②应力集中严重；③附加应力很大；④轴颈遭受磨损。
它既受变化的空间力系作用，又受到高速滑动摩擦危害。气体作用力、往复运动惯性力及连杆大端回转惯性力直接作用于曲柄销，经曲柄传给主轴颈。它们使各单位曲柄在空间不同方向受到弯曲与扭曲，各曲柄间也存在相互扭转。诸力的作用，使曲柄销和主轴颈均受到弯、扭的联合作用；使曲柄臂受拉、压、弯、扭的复合载荷。由于诸力和力矩均随曲柄转角变化，均为重复脉动载荷，对曲轴产生疲劳损伤。
受力特征：①由形状复杂，沿轴线方向截面变化急骤，应力集中现象十分严重。曲柄销与曲柄臂过度圆角处应力值往往是曲柄销中央截面的2～3倍。如图2-52所示，这种应力集中在主轴颈与曲横臂过度处，油口边缘处也严重存在。这种应力集中往往是疲劳裂纹源。 ②由于曲轴细长刚性较差。在轴线长度方向，会因各档主轴承不同心而产生曲轴中心线挠曲。在曲轴旋转时，挠曲的曲轴在曲柄销与曲柄臂过度处就会出现时拉时压的附加弯曲应力。这往往是曲轴裂纹的主要原因。同样，扭转中还存在各段轴颈间的扭转振动，其附加扭曲应力也会影响曲轴寿命。③曲轴各轴颈与轴承间的摩擦很严重。摩擦表面的比压大，相对摩擦速度高，加上轴颈负荷周期变化的冲击性，故不容易形成良好的液体摩擦条件。
3．对曲轴的技术要求
曲轴是柴油机中最长最重的部件，直接影响整台柴油机的尺寸和重量。曲轴形状复杂，加工质量要求很高，制造工艺难度大，因此也是柴油机中造价最高的部件。曲轴的工作好坏对整台柴油机有直接影响。对曲轴的主要要求是：疲劳强度高，工作安全可靠；有足够的刚性，工作时变形小，使轴承负荷均匀；有足够的轴颈承压面积，以保证较低的轴承比压；曲轴的轴颈要有良好的耐磨性能，并允许多次车削修复；曲柄的布置要兼顾动力均匀、主轴承负荷低、平衡性好、扭转振动小、有利于增压系统的布置。以上这些要求是互相关联的，有些又是相互矛盾的，要权衡利弊妥善解决。
二、曲轴结构
柴油机曲轴按其结构特点有以下几种形式：
1）整体式曲轴：整根曲轴由整体锻造或铸造而成，在中、小型柴油机中广泛应用。由于大型锻造设备的出现，大型低速柴油机也有采用整体式曲轴。
图2-53 套合式曲轴
3）焊接式曲轴（图2-54）：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。这种焊接工艺是近代曲轴制造工艺中一个重要成就。它不仅消除了大件锻造的困难，而且还能使曲轴的重量较套合式有大幅度降低。此外，对超长行程十字头式柴油机，焊接式曲轴由于其曲柄臂底部能与主轴颈外圆接近齐平，能使连杆长度得以缩短，发动机高度大为减低。
图2-54 L-MC柴油机焊接式曲轴 1-自由端法兰；2-主动链轮固定法兰；3-推力环；4-飞轮固定法兰；5-功率输出端；6-焊接接缝；7-曲柄销；8-主轴颈
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。尤其是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。
轴颈与曲柄臂相连接的过渡圆角处截面急剧变化，成为应力集中最严重、曲轴强度最薄弱的部位。因此，过渡圆角处应采用足够大的过渡圆弧半径和较小的表面粗糙度值，也有的采用对过渡圆角处进行滚压等强化处理。
常用的曲柄臂形状如图2-53、图2-56和图2-57所示。图2-53是套合式曲轴常用的曲柄臂形状。图2-56a）、d）的多角形和圆形曲柄臂易于加工。对曲柄臂肩部斜削也可减小曲轴的质量和离心力。曲柄臂在弯曲时，其抗弯截面模数W=1/6 bh2，所以增加曲柄臂厚度h比增大曲臂宽度b对保证曲柄臂抗弯强度更为有效。从增加曲轴强度、刚度和减轻曲轴重量的角度看，图2-56b）、c)所示的椭圆形曲柄臂形状比圆形曲柄臂更为合理。当主轴颈和曲柄销在曲柄上发生重叠时，可使截面变化得到缓和，有利于缓和应力集中和增强曲轴的刚性。平衡重块与曲柄臂的连接方式较多，图 2-53 b）是将平衡重块与曲柄臂浇铸成一体，图2-57是将平衡重块
单独加工，再与曲柄臂连接的几种方式，图中a）的连接螺栓要承受平衡重块的离心力的拉伸作用；图b）、图c）由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。
图2-55 圆盘式曲轴 图2-56 曲柄臂的形状
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。曲轴内油道的形式如图2-58所示。图a）、c）是直角多线油孔，两轴颈上的径向油孔几乎垂直于曲柄平面，处于曲轴在最大燃烧压力作用下弯曲的中性平面；此处也是曲柄销名义扭转剪切应力的最小处，因此，对提高曲轴的疲劳强度有利。图b)是倾斜单线油孔，加工方便，但斜孔在轴承颈表面上形成椭圆孔口，将削弱曲轴的疲劳强度，而且混入润滑油中的杂质会流入曲柄销轴承引起偏磨。图c）利用曲轴内空腔作为润滑油通道，空腔的两端必须进行密封。
图2-57 平衡块与曲柄臂的连接方式
图2-58 曲轴内的油道
图2-59 离心净化的油孔形式
油孔在轴颈表面孔口处也是应力集中较严重的部位，应对孔口进行修圆并抛光。
三、曲轴的排列
多缸柴油机曲轴中各曲柄的排列，与柴油机的冲程数、气缸数和发火顺序有关。曲柄排列应考虑以下几点：
图2-60 曲柄的排列
以5缸和6缸柴油机为例，四冲程柴油机发火间隔角应为720°/5=144°。和720°/6=120°而二冲程柴油机发火间隔角为360°/5=72°和360°/6=60°如图2-60所示。
由此可以看出，四冲程偶数缸数的单列式柴油机的曲轴，必然出现两个曲柄处于同一方向的情形。而四冲程奇数缸数的和二冲程的单列式柴油机曲轴的每个曲柄则都处在不同的方向上。
2）为了减轻主轴承的负荷，改善曲轴的受力状态，应尽量避免相邻气缸连续发火。例如发火顺序为1—5—3—6—2—4，其相邻各缸都避免了连续发火。
3）柴油机的平衡性好，或者最容易采取平衡措施予以平衡。此外，还应考虑发火顺序对曲轴扭转振动的影响，以及有利于排气系统的布置和制造加工等要求。
在中、小型柴油机中，曲轴的自由端通常装有驱动冷却水泵、润滑油泵等辅助设备的传动齿轮。曲轴飞轮端常装有驱动凸轮轴的“定时”齿轮，以及连接飞轮的法兰或锥形轴段。在中、大型船用主机中，曲轴飞轮端通常还设有推力盘。
为了适应船舶海上运输安全的需要，保证船舶具备安全航行的技术条件，而曲轴又是船舶柴油机中最重要和最昂贵的部件，因此，我国船级社制定的《钢质海船入级与建造规范》（1989年），从强度的观点，对曲轴的材料、尺寸、扭转振动做了一系列规定。船舶柴油机的建造必须遵守这些规定。
四、飞轮
飞轮的主要功用是使柴油机回转角速度趋于均匀，协助柴油机起动，保证柴油机空车运转的稳定性。
柴油机的飞轮通常用铸铁、铸钢或锻钢制成轮缘形结构，使其大部分质量集中在轮缘处，以较小的质量获得尽可能大的转动惯量。根据柴油机的起动和盘车的不同方式，飞轮轮缘上有的装有飞轮齿圈（电动机起动用）或涡轮（电动盘车机用）或制出盘车杠杆孔。飞轮轮缘上还刻有各缸上止点等定时标记，作为定时调整的基准。
第七节 机体、机座、轴承与贯穿螺栓
柴油机主要固定机件包括气缸套、气缸体、机架、机座和主轴承等。它们构成柴油机的工作循环空间和曲轴箱空间，并支承柴油机的所有其它机件和附属设备。
气缸体、机架及机座构成柴油机运动部件的支承和导承；形成各种运动部件和传动部件的运动空间；布置冷却水、润滑油及扫气空气等工质的空间与流道；外部安装高压油泵、调速器、增压器等各种设备和附件；柴油机还要通过机座（或机体）的下支承面安装到船舶船体的基座上。
机体机座承受安装支承于它们所有机件的重力；在工作中承受气体作用力、运动机件惯性力和倾覆力矩；紧固螺栓使其承受安装应力；因各处温度不同使其产生热应力。
机体机座应有足够大的刚度，使各运动机件的支承和导承变形小，以保证良好的配合和相互位置精度；应有足够的强度，避免运行中产生裂纹和损坏；因机体机座的轮廓尺寸决定整个柴油机外形尺寸，同时重量占整个柴油机重量的25％～40％，所以机体机座要尺寸小，质量小；此外机体机座各贴合面应有良好密封。
对固定机件，首先要求具有足够的刚度。一般来说，如果其刚度能满足要求，强度也就不成问题了。同时，固定机件的重量和尺度又对柴油机的重量和尺度起主要作用，因而，在刚度和强度足够的前提下，减少其重量和尺度是很重要的。
由于柴油机结构类型的不同，机体、机座的结构也相应地会有较大的差别，形式繁多。
一、机体机座
柴油机的固定部件中机体与机座构成了柴油机的骨架与箱体。
图2-61为中小型柴油机机体与机座的结构示意图。图中机座1中央圆孔为主轴承座孔，机体2的上部圆孔用以安装气缸套，称为气缸体部分。机体下部内腔与机座共同形成曲轴连杆回转空间，称为曲轴箱部分。机体与机座以平面贴合，并用短螺栓及贯穿螺栓联接紧固。柴油机以机座安装到船体的基座上。
图2-62为大型低速柴油机机体与机座的结构示意图。图中机座1中央是主轴承座孔。机体中，气缸体3与曲轴箱（机架）2分别制造，从气缸体顶面到机座之间用较长贯穿螺栓联接紧固。气缸体顶面安装气缸盖4，一侧安装扫气箱5。
中小型柴油机采用机体与机座为整体的结构型式或采用倒置主轴承而无机座的结构型式。
图2-62 大型低速柴油机机体机座示意图 1-机座；2-机架；3-气缸体；4-气缸盖；5-扫气箱 图2-61 中小型柴油机机体与机座示意图 1-机座；2-机体；3-气缸盖
机体由安装缸套的气缸体和形成曲轴箱上半部的机架两部分组成。机体顶面安装气缸盖，机架内部安装导板、凸轮轴等，外侧还装有扫气箱和高压油泵等机件设备。
图2-63为中型柴油机机体机座结构实例。该机体为整体铸造的箱形结构，上部6个圆孔为缸套安装空间，顶面置有缸盖螺栓10，其右下方为凸轮轴箱，圆孔中安装凸轮轴承，轴箱板顶板面安装高压油泵，箱体外侧有检修道门。在机体左下方有6个防爆道门5，当曲轴箱内油气压力升高超过规定时小盖板4自动打开，释放油气后又迅速关闭，防止曲轴箱爆炸，并告示轮机人员柴油机运行有异常。弹簧3一端被防爆门5中心环板限制，另一端压在薄钢片上，并通过固置于薄钢片螺母中的螺钉将弹力传给小盖板4，使小盖板盖住防爆门与外界的通口。旋紧螺钉时小盖板压紧力变大，此压紧力应符合规定──保证曲轴箱内压力不大于0.02MPa。机体下平面与机座上平面精密贴合，并垫有密封垫片。机体与机座除用短螺栓联接外，更依靠贯穿螺栓6紧固。在机体上侧面设有进水口O，并设有检查冷却水腔结垢情况的盖板 12，盖板内侧还设有保护机体，即缸套的防蚀锌板。
图2-62所示，大型低速柴油机机体中的气缸体3和机架部分2是分开制造的。图2-64为Sulzer RND机的气缸结构图。图中2为单铸式的气缸体，各缸气缸体之间通过连结螺栓孔4和15用螺栓联接紧固成一体.与机架、机座之通过孔23的贯穿螺栓联结紧固。气缸套l插入气缸体中央孔中，由气缸上面的凸肩支承。缸体与缸套之间有上冷却空间3和下冷却空间10，在缸套的排气侧的壁中钻有沟通上下空间的通孔18，用来加强排气侧的冷却。每个冷却空间的上下方向，缸套上都有水封装置，并且可通过孔5和9检查上冷却腔的下方和下冷却腔的上方密封情况。在气缸体左侧安排有排气道21和进气道19，它们分别与排气管和扫气箱相联通。气缸体底部中央有活塞杆密封函座孔12和活塞冷却套管密封函座孔板14。座孔板分上下两层，气缸空间与曲轴箱空间完全隔开。侧边孔13平时用盖板封死。孔7和8为缸套和缸体上的检查孔外部也用盖板封死，打开盖板，可以分别检查活塞表面、缸套内表面、活塞杆与填料函和气口情况。座孔22用来安装气缸套润滑油滑油接头。
图2-63 中型柴油机机体机座实例 1-连接螺栓；2-薄钢片；3-弹簧；4-小盖板；5-防爆道门；6-贯穿螺栓；7-螺母；8、9、10-缸盖螺柱、垫圈、螺母； 11-锌板；12-盖板；13-凸轮轴箱；14-主轴承盖；15-机座；16-定位销；17-主轴承螺栓；18-贯穿螺栓垫床；D-挺杆孔；O-进水孔；P-气缸体
大型低速柴油机的机架有A字型机架和箱形机架两种主要型式。图6-65所示为双导板焊接结构A字型机架，每片机架均由钢板焊接而成横跨于主轴承之上，每两片 A字型机架之间用横挡板及两侧纵向加强板5联接紧固成刚性足够的A字型机架。机架左右两侧设有大尺寸道门，供轮机人员进入曲轴箱检修用。打开检查孔盖，可以观察柴油机内部情况。排气侧道门上设有防爆道门8和保护罩9。当曲柄箱内油气压力达表压0.005MPa时防爆门自动打开，释放高压油气，防止曲轴箱爆炸。空心的铸铁导板固定在机架内侧，垫片 11、12用以调整十字头滑块与导板的正面和侧面间隙。
图2-66为箱形机架。它由上面板1、底板9、横向隔板5及左右侧板8焊接而成，在隔板上设有导板2，在侧板上设有检修道门7。由于箱形机架是刚性整体，故安装方便，找正定位容易，结合面少，曲轴箱密封较好。但其结构复杂，制造加工困难。
图2-64 RND气缸 1-气缸套；2-气缸体；3-上冷却空间；4-连接螺栓孔；5-孔；6-检漏槽道；7、8-检查孔；9-孔；10-下冷却空间；11-孔；12-活塞杆填料函座孔；13-侧边孔；14-座孔；15-连接螺栓孔；16-气缸下部空间；17-扫气口；18-钻孔；19-进气道；20-排气口；21-排气道；22-座孔；23-贯穿螺栓孔；24-螺栓孔
图2-65 A字型机架 1-上横梁；2-倾斜支板；3-下横梁；4-面板；5-加强板；6-道门；7-检查孔盖；8-防爆门；9-防护罩；10-十字头；11、12-垫片；13-导板；14-二氧化碳接头；15-侧面导板
机座位于柴油机的下部，是所有机件安装的基础，柴油机也靠它安装到船体的基座上。它是主轴承及曲轴安装的依据，又是曲轴箱下半空间及润滑油回流汇集空间。
机座除承受机件重力、气体力及惯性力作用外，还直接受到风浪等因素使船体变形所带来拉伸、弯曲及扭曲等额外应力作用。为此机座必须具有足够刚性及强度，以免机座变形造成曲轴挠曲变形以及活塞、曲柄连杆机构与气缸的位置精度变坏而发生机件异常等事故。
机座的结构有图2-62所示的凹形底机座和图2-67所示的平底机座两种结构型式。 凹形底机座在中小型柴油机中，多为整体铸造的箱体；大型柴油机常采用焊接结构。这种机座的底板呈凹形作为盛油容器。机座两侧是呈I型截面的纵梁：其上平面是机体安装平面，其下平面是机座与船体基座安装平面，上、下面板之间有斜筋支撑以提高其刚度。机座两侧壁间用（i＋1）个横隔板相连（i为缸数），将机座内腔分隔为i个空间，成为曲轴箱下部空间。每个横隔板中央半圆孔为主轴承座孔，机座中全部座孔都是在一次走刀中加工而成。具有较好的同轴度，并且与上、下面板平行。为增加轴承座刚性，横隔板上都有由座孔向外辐射状筋肋。横隔板下方都开有圆孔，以使润滑油在机座纵向能向尾部流通汇集。
图2-67为平底式机座。它是由上座板1和下座板3以及两侧纵向侧板2所焊的方形箱体。上座面装机架，下座面安装在船舶双层底舱板上。两侧板之间亦由（i＋1）个横隔板分为i个曲轴箱下部空间。主轴承座孔4在横隔板中央。为增加刚性，两侧内间还衬有中间侧板11以及贯穿螺栓孔板6。在底板的上方设有滤网12，使回流润滑油进行滤清。
为保证柴油机曲轴与船舶轴系或其它驱动、装置转轴的同轴度要求，在安装时要求能调整柴油机轴线位置；也为了能在使用中消除机座因某些原因引起的变形，保证机座应有的技术精度；在机座与船体基座（或舱板接触面）间都设有机座垫块，如图2-68所示。
机座的下座板3经两块垫块2与船体基座上面板接触，并用螺栓4紧固。两垫块都制成倾斜度为10O:1（或更小）的楔形体可以通过垫块的不同楔入深度调整轴线高低。一般将下垫块外倾安装并与基座焊固，改变上垫块楔入深度，即能调整该处轴心高度，达到要求后，再加工出螺栓孔装配螺栓。垫块可用铸铁或铸钢来加工，但每块厚度都有规定，以保证刚度和强度。垫块之间以及垫块与机座或基座之间接触必须十分紧密，因此各接触面必须经创铲、拂刮、研磨等精密加工，使相互接触面积在60％以上，并且接触斑点均匀。要求垫块装入后，地脚螺栓紧固前接触面间插不进0.05mm的塞尺。
图2-66 箱形机架 1-上面板；2-导板；3-活塞冷却油管插入孔；4-贯穿螺栓；5-横向隔板；6-链条箱（输出端）；7-检修道门；8-侧板；9-底板
图2-68 机座垫铁 1-基座；2-垫铁；3-机座；4-螺栓 图2-67 平底式机座 1-上座板；2-纵向侧板；3-下座板；4-主轴承座；5-内横隔板；6-贯穿螺栓孔板；7-底板；8-贯穿螺栓；9-螺帽；10-孔；11-中间侧板；12-滤网
二、贯穿螺栓
大多数中低速柴油机的机体与机座都用上、下贯穿的长螺栓来紧固成刚体，这种长螺栓叫 图2-69 贯穿螺栓 1-贯穿螺栓；2-螺帽；3-螺帽；4-防振夹套；5-气缸体；6-机架；7-机座
大型低速柴油机贯穿螺栓及安装图可用图2-69表示。贯穿螺栓两头都车有螺纹，配有专用螺帽。其顶部还制有供液压拉伸器使用的附加螺纹头。为防止柴油机运转时细长的贯穿螺栓发生横向振动，在贯穿螺栓中部装有防振夹套4，在水平方向还有两个螺钉，它们在贯穿螺栓装配完毕后再上紧，将防振夹套4牢固地顶靠在气缸体上。
贯穿螺栓安装紧固质量影响机体、机座的位置精度和形状精度，故必须按规范进行。贯穿螺栓紧固的顺序应从中央向柴油机两端左右交替进行，一般应分两阶段上紧螺帽。每阶段都应遵守说明书规定的螺栓伸长量或液压拉伸器的泵油压力。螺帽上紧后，应检查螺帽、垫圈与支承面的贴紧程度，要求0.05mm塞尺插不进。贯穿螺栓紧固后还应检查运动件各处间隙以及曲轴臂距差变动情况，若不合要求应重新安装贯穿螺栓。贯穿螺栓不起定位作用，所以机体机座间各贴合面处仍须有紧配螺栓或定位销来保证各面之间的相对位置精度。
三、柴油机轴承
1．功用、工况和要求
柴油机中相对转动的机件之间都设有轴承。其中主要有主轴承，连杆大、小端轴承和十字头轴承、凸轮轴轴承等。无论是轴瓦结构、圆形衬套，还是滚动轴承，都使相对转动的机件表面改善摩擦状态、减轻磨损、延长机件寿命，使相互运动的机件能保持正确的相互位置关系和良好的技术状态。
柴油机的主轴承和连杆轴承等都是在交变的负荷下工作，故轴承内较难保持均匀恒定的 承载油膜；轴承的负荷很大，轴颈与轴瓦之间相对运动速度又高，加上润滑油中杂质以及滑油变质等腐蚀破坏，使轴承容易损伤。柴油机使用工况复杂，起动、停车频繁，低速工况较多，故轴承极易出现半干摩擦，此外机件变形还会引起轴承表面产生局部负荷集中。
图2-70 正置式主轴承 1- 主轴承座；2-主轴承盖；3-上轴瓦；4-下轴瓦； 5-减磨合金；6-垫片；7-螺栓；8-滑油管
2．滑动轴承
图2-73 撑杆式主轴螺栓 1-液压油缸；2-放气阀；3-螺塞；4-液压活塞；5-螺栓；6-螺母；7-轴承盖；8-撑杆螺栓；9-垫片；10-下轴瓦；11-机座；12-上轴瓦；13-输出油槽；14-滑油管；15-机架
图2-71 止推主轴承 a):1-轴承盖；2-上轴瓦；3-下轴瓦；4-轴承座（机座） b):1-上止推片；2-平轴瓦；3-下止推片；4-定位销
135系列柴油机采用滚动主轴承结构，其主轴承内圈与曲轴主轴颈为过盈配合。装配时应将轴承内圈放立滑油中加热至100℃～120℃，然后热套到主轴颈上。而滚动轴承外圈与机架座孔为过度配合，两端有锁簧限制轴向移动。滚动轴承摩擦小得多，但装配要求高。
图2-72 倒挂式主轴承 1-倒挂螺栓；2-横向螺栓；3-机架；4-轴承盖；5-气缸盖；6-机座；7-油底壳
主轴承按主轴承盖布置的情况可分为正置式和倒置式两种。图2-70所示的正置式主轴承盖从上方装配联接。曲轴传递的负荷主要由下瓦和下轴承座承受。此种主轴承刚性较好，应用于大多数柴油机中。
图2-72为倒置式主轴承。主轴承座是机架横隔板中央圆孔。主轴承盖4从下方用倒挂螺栓l装配。主轴承盖呈倒挂形式，承受曲轴所传递的负荷。这种型式适用于不设机座的中高速柴油机中。它们的机架下方只有倒挂安装的钢板冲压的油池底壳7。这种型式使曲轴拆装方便。但曲轴负荷全由主轴承盖和主轴承螺栓承受，因此其负荷重且刚性差。专门设置的横向螺栓2将轴承盖侧面与机架紧固以增加刚性。
主轴承盖紧固的方式有两种。图2-72所示为“连接螺栓紧固”。螺栓布置在主轴承两侧，工作时呈受拉伸力。这种连接的主轴承盖及机架横向尺寸较大，致使刚性也较差。
图2-73为“撑杆式主轴承螺栓”。撑杆下端压于主轴承盖圆坑中，上端以液压油缸外端顶于机架横隔板中。液压油缸1套于撑杆上端凸台上。液压缸1在有油从螺塞3处压入活塞顶的油腔时会上升，此时螺母6与油缸1脱离接触，即可向上旋动抵到液压油缸下部，使撑杆伸长，压紧主轴承盖。采用撑杆式螺栓可提高主轴承刚度，且能减小机架两侧贯穿螺栓之间距离，使机架横向刚度也得以提高。
滑动轴承中，减磨合金层是轴承的关键组成部分。在低速柴油机的个别轴承中，是直接将减磨合金层浇铸在座孔的表面形成轴承。少数轴套式轴承则是由单一减磨合金材料制成。绝大多数轴承是由低碳钢拧制的衬背（底层）上复盖一层减磨合金的双层结构轴瓦。有时还在双层轴承的减磨层表面再复盖一层极薄的软金属层，以改善表面性能，这样形成三层结构轴瓦。
1）轴瓦的减磨合金
轴瓦的减磨合金不同，轴承的工作性能及管理要求不同。
（1）巴氏合金：在柔软基体中分布细硬质点形成减磨结构。其顺应性、嵌藏性及磨合性能很好、耐磨性能亦佳，只是软基体承载能力差，且熔点也低，工作温度不能超过100℃。
（2）铜铅合金：承受能力强，疲劳强度高，且受温度影响小，但其表面顺应性等性能差。为此常在合层表面再渡以铅锡铟等软层，并且要求高的加工精度。
（3）铝基合金：基本金属为铝，具有较好的机械强度和耐磨性能。含锡6％左右，为低锡铝合金；含锡20％以上称为高锡铝合金。随含锡量的增加，合金硬度和承载能力有所下降，但抗咬合等表面性能提高，故高锡铝合金得到较广泛应用。今后铝硅合金、铝铅合金也会渐逐广泛应用。
轴瓦中，瓦背（瓦衬）是减磨合金粘贴的基体，又是轴瓦与轴承座孔过盈配合的部分。因此，瓦背材料即要与合金层具有良好的粘合性能，又应具有足够屈服强度。实践证明，低碳钢是瓦背的理想材料。主轴瓦与连杆轴瓦用08、10、15 号钢作瓦背材料。薄壁轴瓦用铝合金为减磨材料时，用05沸08沸号钢作瓦背。厚壁轴瓦选用青铜铸铁、低碳钢作瓦背。
2）厚壁瓦与薄壁瓦
轴瓦的厚度是瓦背、减磨合金层及表面复盖层三者厚度之和。轴瓦分厚壁轴瓦和薄壁轴瓦，两者结构和使用性能不同。
厚壁轴瓦的厚度f与轴瓦内径 D的比值大于0.1，瓦背厚度在3mm～15mm，合金层厚度在2mm以上。薄壁轴瓦的厚度与轴瓦内径之比在0.02～0.065之间，瓦背厚度在1.5mm～7mm，合金属层厚度小于lmm～1.5mm。
厚壁轴瓦厚度大，刚性较好，不易变形，但对轴颈情况适应差，往往需经拂刮才能达到与轴颈良好配合。各档轴瓦不能互换，轴承与轴颈的间隙可用上、下轴瓦结合面处的垫片来调整。厚壁瓦尺寸及重量较大，多用于低速船舶柴油机。薄壁瓦厚度小，可使轴颈直径增大。薄壁瓦刚性小弹性好。其外表依一定的过盈量紧贴在轴承座孔中。安装后轴承的尺寸精度完全由座孔和轴瓦本身的壁厚精度保证，与轴颈配合面不需（许）拂刮即能满足要求。因其本身外形尺寸小质量轻，适合于高精度大批量生产，故成本亦低。由于合金层较薄，轴承抗疲劳能力大大增强，其承受能力强，使用寿命长，故广泛应用于中高速柴油机中。现在低速船用柴油机中，十字头销轴承甚至连杆轴承和主轴承也越来越多地使用薄壁轴瓦。薄壁轴瓦磨损至超过规定值后必须更换新的轴瓦。薄壁轴瓦与轴承座孔的安装过盈量需严格控制：过盈太大，会造成薄壁轴瓦本身材料屈服变形，上、下轴瓦贴合处会向内弯曲擦伤轴颈，外表也会与座孔脱离松动；若过盈太小，又会造成轴瓦本身亦转动的事故。
3．推力轴承（图2-74）
该机型的推力轴和曲轴锻为一体，推力环的外圆法兰固定传动凸轮轴的主动链轮。这种布置使柴油机轴向尺寸减小。推力轴承主要由正车推力块8、倒车推力块5、推力盘（调节圈）3、9和其它一些部件等组成。正、倒车推力块各八块，沿圆周方向排列，排成约占 2／3圆周的扇形面。柴油机正车运转时，螺旋桨的轴向推力通过尾轴和中间轴传到推力环，推力环通过正车推力块和推力盘将推力传给柴油机机座，又通过地脚螺栓传给船体，从而推动船舶前进。滑油来自主轴承润滑系统。为了防止滑油从轴颈处漏出机外，在轴颈上设有轴封。推力轴在转动中，甩油环2利用离心力把溅到轴上的滑油甩出，未甩净的油由刮油环刮下。
图2-74 推力轴承（L-MC/MCE） 1-刮油环；2-甩油环；3-倒车推力盘；4、7、11-滑油管；5-倒车推力块；6-推力环；8-正车推力块；9-正车推力盘；10-止动器
推力轴承的关键部件是推力块。推力块结构随机型的不同而所有差别，但工作原理是一样的。图2-75示出一种推力块的立体图。推力块为一个扇形块，在靠近推力环的工作面浇有白合金5，并在进油边2处制有圆角或斜面，在调节圈一侧有高、低两个面3和1。高低面相交的棱边AB为工作时的支持刃，工作时它与调节圈工作面靠在一起。推力块两个侧面上都有凸台4，起着推力块间支承和定位的作用。
图2-75 推力块 1-低位面；2-进油边；3-高位面；4-凸台；5-白合金
图2-76 推力块的工作原理 1-调节圈；2-推力块；3-推力环
推力轴承在正常情况下是在液体动力润滑下工作的。在工作中，如图2-76a）所示，推力块2绕支持刃偏转一个小角度，使推力块与推力环3的工作面间形成楔形空间，滑油被推力环带入楔形空间，产生了动力油压。推力环的推力通过动力油压传递到推力块上，再经过支持刃传递到调节圈1上。图2-76b）中的推力块由支持销支承，示出了推力块工作面上油的流动情况和压力的分布情况。推力增大时，推力块与推力环间的间隙减小，油的动压增加，传递的推力加大。转速过低时，动力油压变小，可能会因油压不足产生半液膜润滑。为了避免在这种情况下工作面间发生金属接触，工作面的粗糙度等级要很高，否则推力轴承很容易发生烧损事故。
图2-77示出一般推力轴承的简图。正、倒车推力块用压板6、7定位。当推力块互相紧靠在一起时，在压板6、7处留有间隙i1和i2间隙i1和i2。之和要符合说明书的规定，其数值可通过增减压板处的垫片进行调节。这个间隙数值保证了推力块绕支持刃摆动的灵活性。
图2-77 推力轴承简图 1-推力环；2、5-调节圈；3、4-推力块；6、7-压板（止动器）
第八节 故障与维护管理
一、气缸盖与气缸套常见缺陷
1．气缸盖常见缺陷
1）贴合面漏气
少量漏气时，冷却水中会出现气泡。由于密封垫片材料不断硬化，缸盖螺栓不断被加热伸长，泄漏会逐渐严重而引起漏气、漏水和漏油。严重时燃气吹破密封垫片、大量漏气，迫使柴油机停止工作。
造成缸盖贴合面漏气的原因通常有：①缸盖螺栓预紧力不足或严重不均；②密封垫片装反、老化或损坏；③贴合面有杂质在局部梗垫，或贴合面本身有损伤伤痕；④缸盖底面或机体支承面变形，平面度误差严重；⑤柴油机若负荷过重或工作粗暴，也易造成缸盖贴合面漏气。
2）气缸盖翘曲
气缸盖翘曲是其本身发生的塑性变形，使缸盖各表面失去正确形状。严重时缸盖底面与缸套或机体贴合面不平，造成密封失效，漏气漏水严重，柴油机无法工作。
造成缸盖翘曲的主要原因有：①缸盖螺栓预紧力过大或严重不均；②柴油机长期超负荷或最高爆发压力过大；③气缸盖制造加工残余应力严重。
3）气缸盖裂纹
气缸盖裂纹常发生在底板上，最易发生在各阀座孔与喷油器座孔之间。造成缸盖裂纹的根本原因：热应力引起的热疲劳和腐蚀疲劳加上气体压力共同作用。
表现以下几方面：①缸盖材质不合要求，抗热疲劳强度低；②制造缺陷。没有消除制造残余应力，局部结构应力集中严重等；③因结构不当或水垢严重，冷却效果差；④柴油机使用、操作不当。如突然加大喷油量，突然向冷却系统补充大量冷水或者频繁起动，停车等等。
2．气缸套常见缺陷
1）气缸套磨损
磨损量沿气缸轴线方向分布如图2-78所示。图a)为摩擦磨损正常分布。磨损量从活塞上 图2-78 缸套磨损图
二冲程柴油机易磨在排气口或扫气口的筋肋上，发生熔着磨损。
缸套的磨损量轴线方向呈现上大下小，而且在同一横截面内也是不同的。筒形活塞柴油机正常磨损，是缸套横向磨损大于纵向。其原因是活塞对缸套的侧推力在横向，即垂直曲轴轴线的方向。纵向即指曲轴轴线方向。
活塞与缸套相对摩擦磨损一般在初期较快，故应在低负荷，充分润滑下低速进行磨合，经磨合的表面光洁度和硬度都有提高，进入正常磨损阶段，磨损速度下降，这也是机体正常工作期。磨损量超过规定，或圆度、圆柱度误差超过规定极限的缸套，应更换或者镗孔修复内孔再用。
造成粘着磨损根本原因是干摩擦、磨合不良、超负荷运转、冷却不良或配合间隙不当以及燃气窜漏或操作不当等等，都可能导致拉缸和咬缸。
2）气缸套裂纹
气体脉动应力及热应力造成机械疲劳与热疲劳或者安装应力过大会使缸套产生裂纹。若缸套有裂纹，工作时高压燃气便会冲入冷却水系统，使冷却水压力波动或出现气泡；停车冷却后缸内会有冷却水漏入并积蓄。怀疑缸套裂纹时，应停止该缸供油并停车检查，一旦发现裂纹则应更换或修理。
缸套裂纹易发生在安装凸肩与外圆转角处，或在燃烧室内壁或气口间筋肋间。上部裂纹往往是安装应力和疲劳应力过大所至。燃烧室壁和气口筋肋往往因过热或拉缸、咬缸产生裂纹。因冷却水温过低，热应力过大也会产生裂纹。活塞与缸套间隙过大，撞击强烈也加速裂纹产生。如果燃烧压力过大，或燃油量过大也容易造成裂纹产生。
3）其它常见缺陷
湿式缸套外圆O型橡胶密封圈失效，使冷却水泄漏到曲轴箱或扫气箱，造成柴油机无法工作或发生事故。水封橡胶圈处泄漏对筒形活塞机一般从缸套下方观察有无下滴冷水可知，而二冲程机的气缸体与缸套水封圈相对的下方都有观察孔，水封因失效时，观察孔中会有流水。选装好新的橡胶水封圈是密封效果好的最根本的保证。
缸套冷却水面的穴蚀密集针孔会损伤缸套强度，严重时使缸套报废。若活塞与缸套装配间隙过大，冷却水压偏低或因局部流道堵窄、流速加快时，都易产生穴蚀破坏。发现缸套有穴蚀麻点时应分拆产生的原因加以根除，再根据缸套的穴蚀情况，焊补、修复或更换。
缸套冷却水腔工作长久后会堆积水垢，冷却效果将严重恶化。故应用机械的或化学的方法及时清除水垢。
二、活塞组件常见缺陷及维护管理
1．活塞本体裂纹和磨损
活塞顶部圆周裂纹和网状裂纹是因温度过高使材料氧化烧蚀，强度下降，加之气体机械应力和热应力过大而致。活塞的裂纹可用目测法、粉剂显痕法和水压试验法等方法进行检查。活塞本身出现裂纹应更换备件。应急临时修理时对钢质活塞可施行焊补，但需预热和退火；对铸铁活塞只能以小电流进行补焊处理。航行中无备件更换，只有减缸航行。
活塞本体的磨损中，筒形活塞的裙部磨损较重。在强载柴油机中活塞环槽及活塞座孔的磨损也较明显。
筒形活塞裙部在侧推力下与缸套内表存在着机械摩擦磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损，还有可能出现异常的粘着磨损。磨损情况与缸套类似。
活塞环槽因受活塞环的多种运动摩擦而磨损，不仅造成与活塞环的轴向（天地）间隙增大。还会造成内窄外宽等不规则形状，后者又加重活塞环的歪扭或断裂的可能。故应用环槽标准样板检查环槽形状，并可车削修正完好后再配以加厚的活塞环。
活塞销座孔与活塞销在大比压、低速下摆动摩擦，磨损也较严重。与活塞销间隙增大后会加重活塞、连杆的连接处冲击疲劳。故应检查活塞销座孔直径变化量。测量应在孔口内外两端面约10mm的四个位置上进行，每个位置应测量垂直和水平方向的孔径，有活塞销座衬套的活塞在孔径增大后应更换衬套。
2．活塞环磨损、粘着和断裂
在正常工作时活塞环的径向磨损和轴向磨损是不可避免的。径向磨损使活塞环塔口间隙增大；轴向磨损使其与环槽轴向间隙增大。磨损后环的弹力会下降，且外圆周面与缸套内壁会接触不良。这些都使其密封、传热性能严重恶化，还会引起环的过热、粘着甚至断裂。所以应在缸套磨损最大的地方检查旧活塞环的搭口间隙；在工作环槽中检查其轴向（天地）间隙。同时还应进行必要的弹力检查和漏光检查。对检查后不合格的活塞环应及时更换。
活塞环粘着是由于环槽内油泥堆积物胶结，活塞受热变形把环挤夹在环槽中，活塞环失去弹性，不能自由运动造成的，这是活塞环的严重事故。它不仅使活塞环自身性能丧失，而且会导致致拉缸和咬缸恶性事故。在活塞环工作温度过高，润滑油太多，燃烧不良时粘着最容易发生。运转中停机后可从气缸检查孔，通过气口用圆棍抵压活塞环。若环在槽中不能活动说明环已粘着。
活塞环断裂在大中型机，尤其是燃用重油的时候容易发生。断环可能是因环磨损过度或高温烧伤而强度下降所致，也可能因环在环槽中局部有杂质堆积梗挤断裂，也可能是环的切口与缸套气口挂折，或者往复惯性力在活塞上止点时使活塞环与缸套上的磨损阶梯凸台撞碰断裂。如果环的塔口间隙太小，工作时没有充分膨胀的余地，会使切口的对侧发生折断。
3．活塞销产生磨损和裂纹
活塞销的摩擦是在大比压冲击、润滑油供应不稳定及较小相对摆动速度下发生，这很易处于干摩擦状态，故磨损严重。磨损在长度方向是中间较重。在圆周上长期处于气缸中心线方向磨损大于与之垂直的水平方向。测量在活塞销长度方向左、中、右位置，在每个位置的垂直、水平方向测得两个直径值。当活塞销的圆度和圆柱度误差超过规定值时即应更换。
活塞销在活塞销座孔内还可能配合失效。轻则两者配合表面拉毛；重则销在销座孔内咬死卡阻，使活塞销与连杆小端轴承摩擦恶化加重。产生卡阻的原因有：销与销座间隙过小，因气体爆发力过大使销与销座变形而局部接触，因接触比压太大而油膜破坏。
4．活塞组件的管理要点
1）防止燃气对活塞造成的热负荷和机械负荷过大，应限制柴油机的负荷，尤其避免长期超负荷运转。
2）限制燃气对活塞组件的高温破坏作用应是第一位的。
3）降低活塞组的摩擦磨损，防止发生异常磨损和粘着磨损是保证柴油机安全工作。同时还应注意以下因素：①缸套内表注油量过大或刮油环失效，使润滑油过多，易产生高温胶结和焦化结炭，使磨粒磨损加重，活塞环粘着可能增大。若润滑油被柴油稀释或酸性高，也会加快磨损。②检修装配质量差，活塞与缸套装配间隙过小，满足不了热膨胀和贮存油膜需要，会使活塞环粘着折断；装配间隙过大，燃气会下窜对活塞等加热，并吹沸、焦化润滑油，还会加重活塞对缸套的撞击，产生敲缸，加快磨损；活塞组各摩擦表面粗糙度太差，容易产生干摩擦。所以活塞装入缸套应进行校中检查修整工作。③活塞组件与缸套配合工作初期，应首先在充分润滑、低速下磨合运转一段时间，待配合表面达到良好配合状态再投入正常工作。
三、连杆组件常见缺陷
连杆组件工作中常见缺陷有杆身的弯曲塑性变形和裂纹，连杆螺栓变形断裂和轴承损伤。
在压应力及摆动附加弯矩长期作用下，连杆杆身尤如压杆会产生弯曲塑性变形。杆身弯曲变形在最高爆发压力过大或缸内积水发生液击现象时更易发生。图2-79所示连杆弯曲的三种变形形式。图a)为连杆大小端轴线平面内弯曲。它使大小端轴承孔轴线不平行，造成活塞在气缸内歪斜使轴承局部负荷过重；图c)为摆动平面的弯曲。它使连杆长度缩短，压缩比减小。连杆弯曲塑性变形用检查连杆长度和大小端轴承座孔中心线平行度来确定。可采用冷态或热态机械反变形校直法来校正。
图2-79 连杆变形
连杆螺栓发生塑性变形伸长甚至裂纹的主要原因有：预紧力严重不均或过大；螺栓定位圆与孔间隙过大，使螺栓受剪切力；螺母或头部与支承平面贴附不平，附加弯矩过大；螺栓材质差或表面受伤痕迹较重；柴油机发生拉缸或咬缸事故。使用中应首先记录其原始长度以及测量使用后的长度，用来判断连杆螺栓塑性伸长量。当塑性伸长量超过规定值或累计使用时间达到工作周期，则应报废更新。检修中应用色油法或磁力探伤认真检查连杆螺栓表面裂纹，发现有横向裂纹时一律更换，若有少于3根长度不超过5mm且与轴线交角小于30°的发纹还可使用。连杆螺栓断裂事故几乎只发生在四冲程柴油机中，这是由于往复惯性力使其拉伸脉动载荷加重的结果。
图2-80 曲轴轴颈测量
1．曲轴磨损
曲轴轴颈表面轻微磨损表现为表面擦痕，划痕变粗糙。这是润滑油含杂质、表面不清洁或轴承粗糙等原因所致。有伤痕时应用砂布，油石或修磨夹具加以去除，并应抛光，以减少造成应力集中源的可能。
图2-82 挠曲与臂距差 a)下弧线弯曲；b)上弧线弯曲 图2-81 曲轴轴线挠曲
对曲轴损伤最大的磨损是轴承对轴颈的熔着磨损。由于轴瓦装配错误，润滑油中断等原因造成轴与轴承干摩擦，轴承工作温度升高使轴承合金熔融，粘着于轴颈又撕断，若不及时处理，不断加重，结果会导致曲轴被熔着，轴瓦抱死，停止转动。这是一种曲轴事故。重者使柴油机失去动力，曲轴扭矩过大损伤。轻者也使轴颈表面拉毛过热等严重损伤。轴瓦产生熔着磨损还是轴瓦材料的性能、制造精度、滑油质量、轴颈表面状况等都有很大关系。发生曲轴熔着磨损时，会有轴承温度异常、曲轴箱冒烟、曲轴转速下降等现象，此时应该减低转速及柴油机负荷，加大润滑油供给，使轴承温度下降。熔着磨损后的曲轴表面只有经车磨修整才能恢复正确形状。在套合式曲轴中发生熔着磨损时还会产生红套滑移。
2．曲轴挠曲
曲轴弯曲指曲轴轴线离开平直状态，即各主轴颈中心连线不呈一直线。曲轴的弯曲有弹性弯曲和塑性弯曲两种。两者最大区别在于：在曲轴旋转一周中，弹性弯曲的方向不变，而塑性弯曲的方向是旋转的。
大、中型柴油机的曲轴较细长，刚性较低。安装后，自重使主轴颈座贴于主轴承下瓦表面。因此各主轴承孔的中心连线就是各主轴颈中心的连线──实际轴线。当各主轴承中心高低不一时，安装后的曲轴中心线就不是一根平直线而是呈弯曲弧线，如图2-81所示。若某曲柄的两主轴承低于相邻主轴承，则曲轴轴线在此则呈下塌挠曲状态。相反，若某曲柄两主轴承较相邻的主轴承高，则此处曲轴轴线呈上拱弯曲状态。若存在这两种挠曲，曲轴在回转一周中，两个曲柄臂之间的距离（简称臂距）就会发生变化。当轴线呈下塌挠曲时，曲柄销在上止点时臂距就会比曲柄销在下死止点时的臂距大。若曲轴轴线呈上拱挠曲，则情况相反。
我们可以通过测量曲柄销在不同位置时的曲柄臂距进行比较，即可判断该曲柄的轴线挠曲的情况，如图2-82所示。当某曲柄处曲轴轴线呈下塌挠曲（图a）时，曲柄销在上止点时曲柄臂距L1将大于曲柄销在下止点时的曲柄臂距L2。当曲柄销在上、下止点（或左、右水平）位置时，两曲柄臂之间距离的差值称为“臂距差”。一般规定垂直方向的臂距差为曲柄销在上止点时臂距L1减去曲柄销在下止点的臂距L2，并用符号Δ表示，则Δ=L1-L2。若垂直方向臂距已为正值，说明该曲柄轴线呈下塌挠曲，此曲柄状态称为下叉口，并用符号“∧”标记，说明该曲柄的两主轴承比相邻两侧的主轴承位置低。相反若Δ为负值（图b），则该曲柄轴线呈上拱挠曲，此曲柄状态称为上叉口，用“∨”符号标记，说明该曲柄两主轴承位置较高。水平方向臂距差也用类同方法计算标记。
3．曲轴塑性弯曲
如果长期因某缸爆发压力过大的作用，或因机座变形，或各主轴承颈同轴度误差较大，使曲轴受到额外的强迫弯曲力矩作用会产生塑性弯曲变形，使各主轴颈中心偏离理论轴线。曲轴 塑性变形弯曲后，会造成活塞连杆工作失常，更加剧主轴承的损坏。塑性弯曲加重发展，还会造成曲轴本身断裂。
曲轴弯曲可用检查各主轴颈同轴度来测量。将曲轴自由端没有磨损处作为曲轴在车床上安装找正基准，用百分表测量各主轴颈径向跳动量。若曲轴主轴颈的同轴度误差超过规范。应进厂校直修理，可用静力机械校直、热力校直或热力机械校直以及敲击法校直。
4．曲轴断裂
曲轴断裂是机械疲劳破坏的最终结果，其最初表现为裂纹。曲轴上常见裂纹形式和部位如 图2-89所示。弯曲疲劳裂纹多开始于曲柄臂与轴颈的过度圆角处，然后向曲柄臂发展，而扭曲疲劳裂纹则往往从圆角部位开始向曲柄销颈发展，并且与轴心线呈45°方向。图中1，2类裂纹主要是由弯曲应力引起，4，5类裂纹主要是由于扭曲应力引起的。而许多裂纹往往是两种应力复合作用破坏的结果。曲轴圆角处弯曲应力集中，所以弯曲疲劳裂纹更多见。
图2-89 曲轴裂纹
裂纹如若不及时发现、修正，则很快会发展成截面断裂，折断。因此应及时或定期对曲轴进行探伤裂纹检查，求得明确结论。对表面浅微裂纹应用磨削消除。较深裂纹者报废。
5．曲轴红套滑移
组合式曲轴的曲柄臂与轴颈红套套合处相对位置发生变化，称为红套滑移。曲轴产生红套滑移的原因，往往是由于曲轴受到过大的冲击性扭矩引起的。例如，当爆发压力过高，或发生拉缸及轴承烧熔时，曲轴的扭矩比正常工作大得多，曲轴红套处扭曲位移便容易产生。曲轴产生红套滑移后，柴油机各种定时将发生改变，工作循环将不正常，柴油机性能也不正常，所以航行中若发现曲轴红套滑移，只能降低负荷暂时维持航行，待进厂后修理。
五、柴油机轴承常见缺陷和维护
1．常见缺陷
柴油机轴承在工作中常见的缺陷主要有过度磨损，咬粘烧熔、裂纹、腐蚀和划伤等。
过度磨损是指在很短的工作时间，轴承的磨损量就已很大，甚至达到磨损极限。由于工作时间很短，故又称早期磨损。过度磨损较多地发生在连杆小端衬套式轴承中。产生过度磨损的主要原因有：柴油机起动频繁，轴颈轴承工作表面粗糙，柴油机负荷过重及润滑不良等。
咬粘烧熔，又称熔着磨损。它是轴承减磨合金严重发热时软化甚至熔化，在轴颈压力下被拖动，轴承表面被撕成不规则形状，合金熔化铺开痕迹在油孔、油槽及轴瓦边缘明显出现。产生这种恶性损伤事故的原因：①柴油机长期超负荷，轴承比压或摩擦速度过大，使摩擦温度特高；②润滑油供应不足，甚至中断；③轴承与轴颈间隙太小，润滑油在间隙中流量过小，使轴承工作温度升高异常；④润滑油粘度过低，难以在轴颈轴承之间形成液体摩擦油膜；⑤轴瓦与座孔贴合不良，甚至轴瓦在座孔中转动，不仅不能散发摩擦热量，甚至切断进油口；⑥润滑油中杂质过多，使磨粒磨损太剧烈，摩擦产生热量增大。
合金层产生裂纹甚至剥落缺陷是合金材料在脉动油膜压力下发生的疲劳破坏。疲劳裂纹若向深度发展并在合金层和瓦背结合面发展，裂纹彼此交接，则会产生合金材料片状剥落。产生裂纹或剥落缺陷，除了合金材料本身疲劳强度低以外，主要是柴油机爆发压力太高，或轴颈与轴承配合不良，局部负荷峰值过高，或者轴承轴颈间隙太大等原因造成轴承冲击负荷过重。另外轴承合金和瓦背粘结性能或工艺质量较差时，轴承合金的龟裂剥落发生会更快。
腐蚀是由于润滑油含有有机酸和强酸（烧重油时），使轴承合金产生化学腐蚀和电化学腐蚀。酸性成份与减磨合金中游离铅作用使其松脆，脱离本身。而使轴瓦表面出现麻点，划伤是轴瓦表面有沿转动方向粗细纹痕。它是由润滑油中杂质造成的。大颗粒的硬质异粒机械式刻划轴承表面，就会留下数根较深划痕。如果润滑油中有细及硬质异粒，则会在局部区域划出细密划痕、划伤，使轴承承压面积减小，引起轴承发热或烧熔。
轴瓦衬背与座孔贴合不佳，热量不能及时散出时，会在瓦背表面出现大面积发暗区，这叫做衬背烧损。如果轴瓦瓦背与座孔配合过盈不够，在工作负荷作用下，贴合面两金属间发生长期的微小的错动（振动），使瓦背表面发热、氧化，而形成大面积发暗的氧化层，这种现象叫做微动腐蚀磨损。
薄壁轴瓦使用后，钢背经过时效，内应力消除，使原有制造形状发生变化，轴瓦开口外径和轴承座孔内径相等甚至还小，这种塑性变形叫轴瓦弹张量消失。
2．维护管理
1）润滑油的供给状况应保证良好。润
2）柴油机操作中，应尽量减少停车起动的繁频程度。
3）注意检查轴承的工作状态。
4）定期检查调整轴承间隙。
5）更换轴瓦时，应保证安装质量。