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性能特點(diǎn)和作用說明 |
柴油發(fā)電機(jī)連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工藝精度 |
摘要：連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿在工作中要承受活塞銷傳來的氣體作用力、活塞連桿組往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力和連桿大頭繞曲軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力的作用。上述這些作用力都是交變載荷，而連桿本身又是一個(gè)較長的桿件，因此要求連桿要有足夠的強(qiáng)度和剛度，質(zhì)量要盡量小。
一、連桿的分類
12v型柴油發(fā)電機(jī)左右兩側(cè)相對應(yīng)的兩個(gè)汽缸的連桿，通常都裝在同一個(gè)曲柄銷上，連桿活塞組總成如圖1所示。按照兩個(gè)連桿連接方式的不同，可分為下列三種形式，如圖2所示。
1、并列連桿
相對應(yīng)的左右兩缸的連桿，一前一后地裝在同一曲柄銷上。由于連桿的結(jié)構(gòu)形式相同，因此可以通用，而且兩側(cè)汽缸的活塞連桿組的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同。其缺點(diǎn)是兩側(cè)汽缸的中心線沿曲軸軸向要錯(cuò)開一段距離，因而曲軸的長度增加，使曲軸剛度降低。
2、主副連桿
主副連桿又稱關(guān)節(jié)式連桿，一列汽缸的連桿裝在連桿軸頸上，稱為主連桿；另一列汽缸的連桿，通過一圓柱銷與主連桿的耳銷孔相連接，稱為副連桿。左右兩列對應(yīng)汽缸的主副連桿及其中心線位于同一平面內(nèi)。
3、叉片式連桿
左右兩列汽缸相對應(yīng)的兩個(gè)連桿中，一個(gè)連桿的大頭做成叉形，另一個(gè)連桿的大頭插在叉形連桿的開擋內(nèi)，稱為叉片式連桿。
在缸徑較大，缸數(shù)較多的v型柴油發(fā)電機(jī)上，多采用主副連桿和叉片式連桿，而一般v型柴油發(fā)電機(jī)則多采用并列式連桿。
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圖1 活塞連桿組模型圖 |
圖2 連桿分類型式圖 |
二、連桿的結(jié)構(gòu)和工作過程
連桿是柴油發(fā)電機(jī)中的主要傳動(dòng)部件之一，他在柴油機(jī)中，把作用活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動(dòng)而帶動(dòng)活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著著急劇變化的動(dòng)載荷。連桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質(zhì)的底，底的內(nèi)表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。在連桿體大頭和連桿蓋之間有一組墊片，可以用來補(bǔ)償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞的磨損，同時(shí)便于在磨損后進(jìn)行修理和更換。
在柴油發(fā)電機(jī)工作過程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度外，還應(yīng)盡量減小連桿自身的質(zhì)量，以減小慣性力的作用。連桿桿身一般都采用從大頭到小頭逐步變小的工字型截面形狀。為了保證柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)均衡，同一發(fā)動(dòng)機(jī)中各連桿的質(zhì)量不能相差太大，因此，在連桿部件的大，小頭兩端設(shè)置了去不平衡的質(zhì)量的凸塊，以便于在稱重后切除不平衡質(zhì)量，連桿大，小頭兩端對稱分布在連桿中截面的兩側(cè)?？紤]到裝夾、安放、搬運(yùn)等要求，連桿大小頭的厚度相等（基本尺寸相同）。在連桿小頭的頂端設(shè)有油孔（或油槽），柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，依靠曲軸的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤滑連桿小頭襯套與活塞之間的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。
三、連桿的加工工藝和精度
發(fā)動(dòng)機(jī)在高速和高負(fù)荷狀態(tài)下工作時(shí)，連桿內(nèi)部所承受的摩擦力和壓力巨大，容易產(chǎn)生高溫。當(dāng)機(jī)油不足或不及時(shí)更換，就導(dǎo)致散熱不良，使連桿變形或軸瓦磨損（連桿組故障現(xiàn)象如圖3所示）。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機(jī)的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。
1、反映連桿精度的參數(shù)
（1）連桿大端中心面和小端中心面相對連桿桿身中心面的對稱度；
（2）連桿大、小頭孔中心距尺寸精度；
（3）連桿大、小頭孔平行度；
（4）連桿大。小頭孔尺寸精度、形狀精度；
（5）連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。
（6）活塞連桿組的重量規(guī)定
柴油發(fā)電機(jī)的型號(hào)不同，要求也不一樣，各柴油發(fā)電機(jī)說明書均有具體規(guī)定，例如，康明斯6B系列柴油發(fā)電機(jī)，新機(jī)時(shí)，在同一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)中各活塞質(zhì)量差不得大于5g，在同一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)中各連桿組（包括連桿體、連桿蓋、大小頭軸承、連桿螦釘）質(zhì)量差不得大于30g。一般修理時(shí)要求略低一些，例如鑄鐵活塞直徑在150mm左右的，各缸質(zhì)量差不能超過15g，連桿不能超過30、40g，活塞連桿組不超過60~80g，汽缸直徑在100mm左右的鋁活塞各缸質(zhì)量差不超過10g，連桿不能超過25~30g，活塞連桿組不能超過40~50g。
2、裂解工藝
連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)上的關(guān)鍵零件，在高頻率疲勞載荷下作，對強(qiáng)度有較高的要求。連桿屬于較難鍛造與加工的一種零件，對其制造方法及技術(shù)，國內(nèi)外都給予了極大的關(guān)注，連桿裂解（也稱連桿脹斷、撐斷）加工新工藝是20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來的一種連桿加工新技術(shù)，該種新工藝與裝備從根本上改變了傳統(tǒng)的連桿加工方法，是對傳統(tǒng)連桿加工的一次重大變革。連桿裂解技術(shù)的原理是根據(jù)材料斷裂理論，首先將整體鍛造的連桿毛坯大頭孔人為加工，形成初始斷裂源，然后用特定方法控制裂痕擴(kuò)展，達(dá)到連桿本體與連桿蓋分離的目的。其裂解加工過程見圖3。
3、切削加工
連桿的制造過程中，需要進(jìn)行多道切削加工，包括車削、銑削、鉆孔、磨削等。這些加工工藝需要高精度的機(jī)床和刀具，以確保加工精度和表面質(zhì)量。在切削加工中，需要注意刀具的選擇、切削參數(shù)的調(diào)整、冷卻液的使用等因素。
4、熱處理
連桿的熱處理是制造過程中非常重要的一步，它能夠改善材料的機(jī)械性能和耐磨性。常用的熱處理方法包括淬火、回火、正火、等溫淬火等。在熱處理過程中，需要控制溫度、時(shí)間和冷卻速度等因素，以確保材料的性能達(dá)到要求。
5、精密加工
連桿的精密加工是制造過程中的最后一步，它包括磨削、拋光、平衡等工藝。這些工藝需要高精度的設(shè)備和技術(shù)，以確保連桿的尺寸精度和表面質(zhì)量。在精密加工中，需要注意加工工藝的順序、加工參數(shù)的調(diào)整、設(shè)備的維護(hù)等因素。
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圖3 連桿常見磨損和損壞部位 |
圖4 連桿裂解加工過程 |
四、連桿活塞組的裝配和檢測
柴油發(fā)電機(jī)的活塞與活塞銷、活塞銷與連桿襯套、連桿等分別修配好后，還要進(jìn)行裝配與檢驗(yàn)。有分開式連桿蓋的連桿，大頭的孔是在連桿軸承蓋、桿身和連桿螺栓裝配好了才進(jìn)行加工的。在蓋和身分開面的一外側(cè)刻有同一個(gè)號(hào)碼，例如6，兩個(gè)“6”字應(yīng)裝在同一側(cè)，如果裝錯(cuò)了，孔可能變成錐形，或者蓋和桿身的分開面會(huì)錯(cuò)開。一般情況下，連桿上刻有號(hào)碼的一邊朝向凸輪軸，修刮連桿軸瓦和裝配時(shí)不要弄錯(cuò)。與此同時(shí)，某些凸輪軸機(jī)構(gòu)是依靠通過連桿大端的噴油孔噴出的潤滑油來潤滑的，所以油孔應(yīng)朝向凸輪軸方向。
1、活塞的標(biāo)記
將活塞上所標(biāo)記的裝配方向認(rèn)定并準(zhǔn)確識(shí)別，如圖5所示。
（1）有膨脹槽的活塞，應(yīng)朝向連桿噴油孔的相對面。
（2）活塞頂上的箭頭：指向排氣管。
（3）活塞頂上的凹槽：按相關(guān)位置裝配。
（4）活塞平頂無記號(hào)：任意裝配（但不能裝錯(cuò)缸）。
2、活塞、活塞銷及連桿小頭的裝配
將鋁制活塞（全浮式）活塞，放入水中加熱到75~85℃，取出活塞后迅速擦凈銷孔，將活塞銷推入孔的一端，立即在襯套內(nèi)涂以少許機(jī)油，把連桿伸入活塞內(nèi)與活塞銷對正（注意方向：一般大頭上有油匙的一邊應(yīng)朝向工作時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向）。繼續(xù)用手的腕力將活塞銷推入另一銷孔（或用木錘敲進(jìn)）。尤其用木錘往里敲時(shí)，活塞銷一定要裝正，否則對銷孔內(nèi)表面有損傷。裝好后繼續(xù)放入水中加溫，當(dāng)溫度達(dá)到90℃左右時(shí)，再從水中取出，當(dāng)活塞銷處于垂直地面位置時(shí)，活塞銷在孔中應(yīng)不能自動(dòng)下移，如果下移就證明配合松；另外應(yīng)搖動(dòng)連桿，看活塞銷是否在孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，如能轉(zhuǎn)動(dòng)，證明配合正常。如活塞銷在孔中不轉(zhuǎn)動(dòng)，則證明配合過緊，此時(shí)應(yīng)把銷子打出來，適當(dāng)修刮。
3、活塞銷與連桿襯套裝配檢驗(yàn)
在常溫下，檢查活塞銷與襯套的配合情況時(shí)，可以手扶住活塞，另一手持連桿大頭部分?jǐn)[動(dòng)，如果活塞銷和襯套配合正常，擺動(dòng)時(shí)應(yīng)有一定的阻力；或用手握住活塞，使連桿大頭部分稍向上，虛線位置，若襯套與活塞銷配合正常，則連桿能借本身的重量徐徐下降。若配合松時(shí)，則下降很快；若配合緊了，則連桿不下降。若配合稍松，可用合適的工具在襯套兩邊輕輕敲擊數(shù)下，這樣可以使襯套內(nèi)徑稍變小，若緊得不多，則不必用刮刀修刮，可將活塞銷裝進(jìn)襯套，然后將活塞銷夾在虎鉗上，來回搬動(dòng)連桿，使襯套內(nèi)表面磨得光滑些即可。
4、活塞銷卡環(huán)的裝配
活塞連桿裝好后，在如圖6所示?；钊N兩端裝入卡環(huán)一定要把卡環(huán)裝在槽內(nèi)，并使開口朝向活塞的上邊（活塞頂端方向），這是因?yàn)榛钊N端部受熱膨脹的系數(shù)大，卡環(huán)長期受高溫而失去彈力，開口朝上時(shí)，卡環(huán)端部回縮，不易跑出槽外，同時(shí)，開口朝上，還可以保存潤卡環(huán)有兩種（鋼絲和鋼片）。如卡環(huán)為鋼片時(shí)，其卡環(huán)槽深度為0.6~0.7mm；卡環(huán)為鋼絲時(shí)，槽的深度為鋼絲直徑的1/2、2/3，卡環(huán)裝入槽內(nèi)與槽的四周應(yīng)接觸嚴(yán)密?？ōh(huán)與活塞銷兩端的間隙均應(yīng)不小于0.10mm。保留此間隙的目的在于使活塞銷受熱后有膨脹的余地。若沒有此間隙，活塞銷膨脹會(huì)使活塞的變形加大，甚至頂出卡環(huán)，易造成“拉缸”事故。間隙過小或沒有時(shí)，可將活塞銷磨短少許即可。
5、檢查活塞連桿組的彎扭
在連桿校驗(yàn)器上檢查整套活塞連桿組是否有彎扭現(xiàn)象（檢查時(shí)不裝活塞環(huán)），檢查方法：按要求將活塞連桿組裝在連桿校驗(yàn)器上，使活塞的底部與槽塊的頂部接觸，通過左右間隙的測量來確定活塞連桿組的扭曲，不得超過0.10mm；通過測量活塞裙部上下與平塊之間的間隙來確定活塞連桿組的彎曲，不得超過0.10mm，若超過規(guī)定就要重新對軸承、活塞銷孔、連桿襯套、連桿的彎曲與扭曲進(jìn)行校驗(yàn)。
6、連桿螺栓的安裝
● 用專用工具上緊，并在柴油機(jī)說明書中明確規(guī)定了緊固時(shí)的預(yù)緊度（一般用螺栓的伸長量、液壓拉伸器的油壓、扭力扳手的扭矩或螺帽的旋轉(zhuǎn)角度來衡量，這些方法也用于其它重要螺栓預(yù)緊力的控制）。
● 預(yù)緊度過大會(huì)引起軸承變形、螺栓受力過大甚至損傷，過小則會(huì)發(fā)生軸承松動(dòng)。
● 第一次上緊連桿螺栓或更換軸承備件時(shí)，由于各承壓部分會(huì)產(chǎn)生永久變形，使一部分預(yù)緊力喪失。在這種情況下，要在正式上緊之前把螺栓先緊一下，以便把各承壓部分壓實(shí)，然后再放松，最后按規(guī)定正式上緊。
● 正確固緊是避免連桿螺栓疲勞斷裂這類事故發(fā)生的最重要措施之一。
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圖5 柴油機(jī)活塞安裝標(biāo)記 |
圖6 活塞連桿組裝配完成后總成圖 |
總結(jié)：
連桿的制造過程中，需要進(jìn)行多道檢測和質(zhì)量控制，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。常用的檢測方法包括超聲波探傷、磁粉探傷、硬度測試、尺寸測量等。在質(zhì)量控制中，需要制定嚴(yán)格的工藝規(guī)范和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對每道工序進(jìn)行檢查和記錄，以確保產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。連桿的制造工藝過程是一個(gè)復(fù)雜而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，需要高精度的設(shè)備和技術(shù)，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。在制造過程中，需要注意材料的選擇、切削加工、熱處理、精密加工、檢測和質(zhì)量控制等因素，以確保產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。只有這樣，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的連桿產(chǎn)品，為柴油發(fā)電機(jī)組行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
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