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目录 1

第五篇 船用柴油机主要零部件 1

第一章 气缸盖 1

第一节 概述 1

（一）基本要求 1

（二）设计步骤 1

第二节 气缸盖本体的设计要求和结构 3

（一）影响气缸盖本体结构设计的一些外部因素 3

（二）气缸盖本体的强度和刚度 9

（三）组织良好的冷却水道 13

（四）进、排气流道的设计 15

（五）气缸盖本体的材料选择 17

（六）阀座的结构和材料 18

第三节 气缸盖的基本试验 19

（一）温度测量 19

（二）应力测量 20

（三）水道模型试验 20

（四）气道模拟静态流通特性试验 21

（五）短时间等价耐久试验梗概 23

第四节 气缸盖本体的强度计算 24

（一）计算内容 24

（二）确定计算条件 25

（三）计算举例 29

第五节 常见损坏和改善措施 34

（一）损坏原因和主要特征 34

（二）损坏实例和改善措施 35

（三）设计改进基本要点 40

第六节 气缸盖螺栓 42

（一）螺栓的结构 42

（二）螺栓受力分析 43

（三）螺栓的计算步骤 44

第七节 附件 47

（一）罩壳 47

（二）安全阀和示功阀 48

参考资料 50

（一）机体与机座的组成 51

（二）机体与机座受力分析 51

第一节 概述 51

第二章 机体与机座 51

（三）设计要求 53

（四）设计步骤 53

第二节 机体与机座的结构分类、选型及材料 54

（一）结构分类与选型 54

（二）常用材料 58

第三节 机体的设计 60

（一）机体的初步设计 60

（二）机体的强度和刚度 62

（三）气缸体的设计 62

（四）曲轴箱（机架）的设计 67

（五）机体壁厚的确定 72

（六）贯穿螺栓的布置 74

（八）填料函 75

（七）凸轮轴承座的布置 75

（九）机体的密封和防蚀 79

（十）机体设计的工艺性 80

第四节 机座和油底壳的设计 81

（一）机座 81

（二）油底壳 86

第五节 主轴承盖的设计 87

（一）主轴承盖的结构型式 87

（二）主轴承盖的尺寸选择 89

（三）主轴承盖螺栓的布置 90

（四）主轴承盖的定位方式 90

第六节 贯穿螺栓和主轴承螺栓的设计 92

（一）贯穿螺栓的设计 92

（五）主轴承盖和座的配合公差 92

（二）主轴承螺栓的设计 95

（三）横向螺栓的设计 97

（四）液压拉伸器的设计 98

第七节 曲轴箱的通风 100

（一）透气装置 100

（二）防爆门 101

第八节 机体结构试验 103

第九节 机体与机座的工艺技术要求 106

参考资料 108

第三章 气缸套 109

第一节 概述 109

（一）结构分析及基本尺寸的选择 110

第二节 结构与材料 110

（二）常用气缸套的材料 126

（三）工艺技术要求 127

第三节 气缸套强度估算 128

（一）缸壁强度估算 128

（二）气缸套支承凸肩的强度验算 130

（三）缸套振动验算 131

第四节 应用有限元素法求解气缸套的温度场和应力 134

（一）边界条件的确定 134

（二）计算结果的评价及某些机型的统计值 136

（三）计算实例 137

（二）模拟试验 140

（一）缸套材料的耐磨性试验 140

第五节 基础试验 140

（三）温度和应力测量 141

（四）变形的测量 141

第六节 常见的损坏及其改善方法 142

（一）异常磨损与拉缸 142

（二）穴蚀 146

（三）裂纹损伤 149

第七节 设计图纸示例 151

参考资料 160

第四章 气阀配气机构 161

第一节 概述 161

（一）气阀配气机构组成及设计要求 161

（二）气阀配气机构型式 162

（三）润滑方式、摇臂比、间隙、配气正时 166

第二节 凸轮及凸轮轴 168

（一）凸轮轮廓曲线的设计 168

（二）凸轮轴结构 185

第三节 气阀组 192

（一）设计要求 192

（二）气阀 193

（三）气阀导套 208

（四）阀箱 210

（五）气阀弹簧 212

（六）旋阀器 213

（七）气阀组常见故障及其改进措施 216

（一）摇臂 217

第四节 传动件设计 217

（二）推杆 219

（三）挺柱 220

（四）液压缓冲机构 221

第五节 配气机构动力学计算 224

（一）计算步骤 224

（二）确定原始数据的方法 228

（三）单质量系统计算实例 232

参考资料 233

第五章 活塞组 234

第一节 概述 234

（一）活塞组的工作条件 234

（二）材料牌号及应用情况 235

（一）对材料的要求 235

（二）活塞组的设计要求 235

第二节 活塞材料的选择 235

第三节 活塞的结构分类及选型 239

（一）活塞的结构分类 239

（二）选型的基本原则 243

第四节 活塞基本尺寸的决定 245

（一）压缩高度H1 248

（二）裙部长度H2 250

（三）活塞总长 253

第五节 活塞的结构设计 253

（一）头部设计 253

（二）裙部设计 258

（三）活塞销座设计 262

（四）低速柴油机活塞杆的设计 265

第六节 组合活塞、薄壁结构铸铁活塞设计特点 268

（一）组合式活塞设计特点 268

（二）薄壁结构铸铁活塞设计特点 271

第七节 活塞及活塞杆的工艺技术要求 273

（一）活塞工艺技术要求 273

（二）活塞杆工艺技术要求 273

第八节 活塞销 276

（一）材料选择和结构选型 276

（二）主要尺寸的确定 279

（三）强度计算 279

（四）工艺技术要求 281

第九节 活塞环 283

（一）作用及要求 283

（二）结构选型 296

（三）主要尺寸和间隙 306

（四）计算 307

（五）材料选择 310

（六）表面处理 313

（七）工艺技术要求 315

第十节 活塞冷却 317

（一）冷却液的选择 317

（二）流量的决定 317

（三）冷却方式 319

（四）冷却液的输送方式 325

第十一节 活塞温度计算方法 333

（一）活塞温度场的意义 333

（二）活塞温度计算方法 333

（三）边界条件的确定 335

（四）活塞温度场及热流分析 342

第十二节 活塞应力分析及其应用 343

（一）应力分析的意义及其内容 343

（二）应力测试计算方法 344

（三）应力边界条件 345

（四）应力分析 345

第十三节 活塞组的事故及改进措施 348

（一）柴油机的漏气和滑油消耗过大 348

（二）活塞组常见事故及改进措施 350

参考资料 355

第六章 十字头组 357

第一节 概述 357

（一）十字头组的作用 357

（二）十字头组的构成 357

（三）十字头组的工作条件 358

（四）十字头组的常见故障 358

（五）十字头组的设计原则 359

第二节 十字头组的结构选型 360

（一）十字头滑块－导板副型式的选择 360

（二）挠性设计与刚性设计 361

（三）轴承支承方式的选择 362

（四）轴承型式的选择 363

（五）加强油膜的措施 365

（六）润滑油供油方式的选择 368

（七）轴承油槽的设计 371

（八）十字头轴承工作面的修正 376

（九）十字头销的结构选型 376

第三节 主要尺寸的确定 378

（一）十字头销直径、十字头轴承直径与宽度的确定 378

（二）十字头滑块尺寸的确定 379

（三）主要间隙的确定 383

第四节 材料、工艺及技术条件 386

（一）十字头轴承 386

（二）十字头销 387

（二）6ESDZ75/160B型柴油机的十字头组 389

（一）6ESDZ76/160型柴油机的十字头组 389

第五节 十字头组的典型结构 389

（三）ESDZ58/100型柴油机的十字头组 392

（四）国外典型柴油机的十字头组图例 392

第六节 十字头组的试验研究 398

（一）光弹性应力测量法研究十字头销和轴承间的应力分布 398

（二）用激光全息干涉法测量十字头组零件的形变 399

（三）十字头组的模拟试验 400

参考资料 401

第七章 连杆 402

第一节 概述 402

第二节 连杆结构与选型 402

（一）连杆结构 402

（二）杆身截面的形状 404

（三）连杆大端的结构选型 405

（四）连杆小端的结构选型 412

第三节 连杆材料及工艺 415

（一）连杆材料及毛坯 415

（二）连杆的强化工艺 415

第四节 连杆主要尺寸选定 416

（一）连杆长度L 416

（二）杆身、大端、小端尺寸 416

第五节 连杆强度计算 419

（一）连杆计算工况的选择 419

（二）直列式柴油机连杆杆身应力计算 420

（三）主副连杆机构主连杆杆身的应力计算 422

（四）连杆大小端应力计算 423

（五）疲劳强度安全系数的确定 429

（六）大小端直径减小量 429

（七）用有限元法计算连杆应力 430

第六节 连杆螺栓 431

（一）连杆螺栓数目、结构型式 431

（二）连杆螺栓的主要尺寸 432

（三）提高连杆螺栓强度的措施 433

（四）连杆螺栓防松措施 433

（五）连杆螺栓计算 434

第七节 连杆的强度试验 437

（一）静态试验 437

第八节 连杆技术条件 438

（二）动态试验 438

第九节 连杆的损坏形式及其分析 440

参考资料 441

第八章 曲轴 443

第一节 曲轴分类 443

（一）按照结构形式分类 443

（二）按照毛坯种类分类 444

（三）按有无曲臂分类 446

第二节 曲轴各部分的结构 446

（一）曲臂 446

（二）过渡圆角 448

（三）轴颈重叠度 449

（四）轴颈中孔 450

（五）油孔 451

（六）曲轴的前后端结构 453

（七）曲轴的轴向定位 454

（八）油封设计 455

（九）平衡重的设计 457

（十）飞轮的设计 458

第三节 曲轴材料的选择 462

（一）碳钢 462

（二）合金钢 463

（三）铸铁 464

第四节 曲轴主要尺寸的初步确定 464

（一）曲柄排列的选定 464

（二）主要尺寸的选定 465

（四）我国海船规范的规定 469

（三）轴承比压验算 469

（五）英国劳氏规范关于柴油机曲轴的规定 473

第五节 轴颈的疲劳强度计算 482

（一）弯曲应力的计算 482

（二）交变扭转名义应力幅τα的计算 489

（三）扭转应力与扭振附加应力的合成 490

（四）应力集中系数 491

（五）合成弯曲应力幅σ及合成弯曲应力平均值σvm 493

（六）曲拐材料疲劳强度极限与安全系数 493

（七）计算举例 494

第六节 曲轴的事故分析 500

（一）疲劳损坏 500

（二）氮化 502

（一）圆角滚压 502

（二）红套处滑移 502

第七节 利用表面处理提高曲轴疲劳强度的方法 502

（三）火焰淬火或高频感应淬火 503

第八节 工艺技术条件 503

（一）对锻坯的要求 503

（二）机械加工要求 503

（三）热处理要求 506

（四）平衡试验要求 506

第九节 红套与液压套及其计算 507

（一）红套计算 507

（二）液压套的应用 508

第十节 曲轴的试验研究方法 508

（三）疲劳试验法 509

参考资料 509

（一）光弹性试验法 509

（二）电测试验法 509

第九章 轴承 511

第一节 滑动主轴承和连杆轴承的结构设计 511

（一）结构型式 511

（二）材料 516

（三）直径、宽度与轴承间隙 530

（四）轴瓦、衬套各结构要素的确定 534

（五）轴瓦、衬套与座孔的配合 546

（六）工作图示例和有关技术条件 554

（一）坐标与图形 557

第二节 滑动主轴承和连杆轴承的负荷与润滑计算 557

（二）负荷计算 571

（三）轴心轨迹计算 578

（四）最大油膜压力计算 585

（五）润滑油流量计算 589

（六）摩擦与发热计算 591

（七）负荷与润滑计算在柴油机设计中的作用 592

（八）典型的轴承负荷与轨迹图形 596

第三节 滑动主轴承和连杆轴承的损坏型式及其分析 610

第四节 低速柴油机曲轴推力轴承设计 616

（一）结构设计 616

（二）润滑计算 618

（一）滚动主轴承的组合结构设计 621

第五节 滚动主轴承设计 621

（二）寿命计算 626

（三）静承载能力验算 629

（四）带挡边的向心短圆柱滚子轴承轴向负荷能力计算 630

参考资料 630

第十章 传动机构 631

第一节 概述 631

第二节 传动元件 638

（一）齿轮传动 638

（二）链传动 643

（三）弹性轴 648

（四）弹性齿轮 649

（五）摩擦齿轮 654

（六）液力偶合器 655

第三节 润滑问题 658

（一）齿轮和链的润滑 658

（二）轴承润滑 659

参考资料 660

第十一章 船用柴油机主要零部件间隙和磨损极限 661

第一节 活塞组 661

（一）活塞与气缸套配合间隙及极限间隙 661

（二）气缸内孔磨损极限 662

（三）活塞裙部磨损极限 664

（四）活塞环开口间隙和磨损极限 664

（五）活塞环环槽中的上、下平面间隙及其极限间隙 667

（七）活塞销与活塞销座的装配间隙（或过盈）和极限间隙 669

（六）活塞环厚度和活塞环槽平面磨损极限 669

（八）活塞销（或十字头销）轴颈的磨损极限 671

第二节 曲轴和连杆 672

（一）主轴承和曲柄销轴承的装配间隙及极限间隙 672

（二）主轴颈、曲柄销颈的磨损偏差极限 674

（三）活塞销与连杆小端衬套的装配间隙及极限间隙 675

（四）主轴承、曲柄销轴承的轴向间隙 676

第三节 十字头组 677

（一）十字头销轴颈与轴承的装配间隙和极限间隙 677

（二）十字头销轴颈与轴承的轴向装配间隙和轴承端面磨损极限 677

（三）滑块与导板装配间隙和极限间隙 678

第四节 推力轴承 678

（一）推力环与推力块间的轴向总间隙 678

（二）推力轴工作轴颈与轴承的径向装配间隙和极限间隙 679

第五节 连杆螺栓和螺栓孔 680

（一）连杆螺栓导向部分与螺栓孔的配合间隙 680

第六节 气阀机构 680

（一）气阀导管与气缸盖配合的过盈量 680

（二）进、排气阀阀杆和导管的装配间隙及极限间隙 680

（三）顶杆式配气机构气阀与摇臂间的间隙 681

（四）凸轮轴轴颈与轴承的径向装配间隙和极限间隙 681

（五）凸轮轴承受推力的轴承轴向装配间隙和极限间隙 682

（六）配气凸轮表面的磨损极限 682

第七节 燃油喷射系统和正时传动齿轮 682

（一）喷射泵柱塞与套筒圆柱配合面的径向装配间隙 682

（四）燃油凸轮表面的磨损极限 683

（三）正时传动齿轮的齿侧间隙 683

（二）喷油器针阀与阀体圆柱面的径向装配间隙 683

第八节 典型柴油机主要零部件间隙表 684

第九节 船用柴油机零件常用的公差和配合精度 692

（一）选择柴油机零、部件配合基制的一般原则 692

（二）船用柴油机零、部件配合精度等级的选择 692

（三）船用柴油机零、部件常用的配合性质和精度等级 693

第十二章 有限元素法在柴油机零件强度计算中的应用 694

第一节 概述 694

第二节 轴对称问题的温度与应力计算通用程序及其使用说明 695

（一）计算工作的全过程 695

（二）程序的说明 701

（三）程序的框图 704

（四）轴对称问题的温度与应力计算通用程序 705

（五）轴对称问题的示例 716

第三节 平面问题的温度与应力计算通用程序及其使用说明 721

（一）计算工作的全过程 721

（二）程序的说明 723

（三）程序的框图 724

（四）平面问题的温度与应力计算通用程序 725

（五）平面问题的示例 735

第四节 轴对称问题的温度与应力计算主要公式介绍 738

（一）温度场的计算公式 739

（二）应力分析的计算公式 743

第五节 平面问题的温度与应力计算主要公式介绍 754

（一）温度场的计算公式 754

（二）应力分析的计算公式 757

（三）连杆的应力计算公式 764

第六节 三维问题的温度计算通用程序及其使用说明 768

（一）计算工作的全过程 768

（二）程序的说明 771

（三）程序的框图 773

（四）三维问题的温度计算通用程序 774

（五）三维问题示例 789

第七节 三维问题的温度计算主要公式介绍 791

（一）柱坐标下的变分公式 791

（二）形状函数的计算 792

（三）单元“刚性”矩阵及右端项的计算 793

（四）积分的计算 795

参考资料 796