第二章柴油機的結構和主要部件 414
第五節燃燒室部件承受的負荷 66
1．熱負荷
柴油機的熱負荷是指燃燒室等接觸高溫的部件因承受高溫而降低或喪失其工作能力，或零部件各部分之間的溫度分布不均勻，存在著溫度差，引起熱應力和熱變形。熱負荷是指受熱部件所受熱應力、熱流量等的強烈程度。
柴油機熱應力隨熱流密度 q、壁面厚度δ、材料的線性膨脹係數α、材料的彈性係數e的增大而增大。當q一定時，柴油機受熱部件壁面越厚，其部件的熱應力越大；而對於一定的壁厚δ，柴油機受熱部件熱應力與受熱部件的熱流密度q成正比。
在船舶上，輪機管理人員根據柴油機的排氣溫度來判斷柴油機熱負荷的高低，這是最實用和直接的方法。因為在正常情況下，當柴油機迴圈噴油量增加（熱負荷相應也提高）時，燃燒室部件的溫度和排氣溫度都增加。
燃燒室部件在交變的熱應力作用下產生的疲勞叫熱疲勞。這種疲勞均產生於燃燒室高溫表面壓、拉應力的交替變化。如果區域性在高溫下產生「蠕變」，繼而產生塑性變形，當停車或負荷降低壁面溫度降低時，因塑性變形處無法恢復原狀而產生殘餘拉應力。
由此，形成了壓、拉應力的交替。由於該交變應力的變化週期與轉速無關而只取決於啟動-停車或負荷變化週期，因而此種交變應力亦稱低頻應力。
由熱疲勞引起的裂紋，通常從高溫觸火面開始，逐漸發展形成疲勞破壞。如：柴油機氣缸蓋底座孔之間、氣缸蓋與氣缸套接合的圓角處、氣口邊緣、噴油孔邊緣等觸火面處的裂紋。
2．機械負荷
柴油機的機械負荷是指柴油機零部件在各種情況下承受的機械應力（拉、壓、彎、扭及復合應力）。柴油機的機械負荷主要來自氣體壓力、慣性力、裝配預緊力，以及由振動、變形引起的附加應力等。
柴油機的機械負荷有兩大特點：其一為週期交變；其二為具有衝擊性。
（1）氣體力
柴油機工作中氣缸內的氣體壓力是週期變化的，其最大值為最高爆發壓力，變化頻率與單位時間內的迴圈次數有關，即與轉速有關，因而由氣體力產生的機械應力亦稱高頻應力。由高頻應力產生的疲勞又稱高頻疲勞損壞或脈動應力疲勞。
零件的機械應力與爆發壓力pz值成正比，因此在船舶上，輪機管理人員以最實用和直接的方法即以柴油機的最大爆發壓力pz值來判斷柴油機的機械負荷的大小。對柴油機的pz值必須加以限制，使其控制在允許的範圍內。
由氣體力在燃燒室各部件內產生的機械應力具有下述不同性質。
①活塞頂：觸火面為壓應力；冷卻面為拉應力。
②氣缸蓋：觸火面為壓應力；冷卻面為拉應力。
④氣缸套：在內、外表面產生切向應力與徑向應力。其中，觸火面切向應力最大，冷卻面切向應力最小，但均為拉應力。觸火面徑向應力最大為壓應力，冷卻面徑向應力為零。
研究指出，機械應力與部件壁厚成反比，即壁厚δ越大，機械應力越小。
（2）運動機件的慣性力
活塞元件在缸內的運動是一種變速往復運動，因而必然產生往復慣性力pj。
研究指出，活塞元件的往復慣性力也是一種週期交變的機械力，其大小與活塞元件的質量和曲軸轉速的平方成正比。顯然，由往復慣性力pj產生的機械應力也稱為高頻應力。對於中、高速四衝程柴油機，活塞元件的往復慣性力是一種不可忽視的機械負荷，有關部件的損壞多與此負荷有關。
（3）安裝應力
作用在氣缸蓋和氣缸套上的安裝應力均與預緊力成正比，與零件壁厚成反比。因而在安裝工作中，安裝預緊力不要過大，否則將產生過大的安裝應力。
作用在燃燒室壁面上的機械應力是一種高頻應力。其數值大小均與部件壁厚δ成反比，即壁厚δ越大，機械應力越小。因而從降低機械應力的觀點看，應力求增大壁厚，但由此將使壁面的熱應力增大，所以對燃燒室部件不能採取厚壁結構，合理解決這一技術難題的措施是採用「薄壁強背」結構。
所謂薄壁就是燃燒室部件的受熱面要薄，以減少壁面熱應力，而強背就是在薄壁的背面設定強有力的支撐，以降低其機械應力。現代新型柴油機採用的鑽孔冷卻結構是「薄壁強背」結構的一種最好形式。
a1. 關於燃燒室部件的機械負荷，論述不當的是（ ）。
a．氣缸套和氣缸蓋的機械負荷主要來自氣體力和摩擦力
b．活塞的機械負荷主要來自氣體力和慣性力
c．高頻氣體力的變化週期為乙個工作迴圈的時間
d．慣性力變化的週期為曲軸一轉的時間
a2. 會使燃燒室部件超熱負荷的是（ ）。
a．柴油機加負荷過快
b．啟動操作瞬時給油過大
c．柴油機超速
d．安全閥不能按要求開啟
b3. 會使燃燒室部件機械負荷過大的是（ ）。
a．排氣溫度過高
b．噴油提前角過大
c．噴油器霧化不良
d．啟動定時提前
b4. 柴油機的機械負荷主要**於（ ）。
a．氣體壓力
b．氣體壓力和慣性力
c．慣性力預緊力
d．往復慣性力
d5. 柴油機運轉時承受的機械負荷主要來自於（ ）。
a．氣缸內燃氣壓力產生的作用力
b．零部件質量在運動時產生的慣性力
c．由振動不變形引起的附加應力
d．a和b
a6. 直接反映柴油機機械負荷的是（ ）。
a．最高爆發壓力
b．進氣壓力
c．排氣壓力
d．安裝預緊力
c7. 直接反映柴油機機械負荷的是（ ）。
a．活塞元件的慣性力
b．側推力
c．最高爆發壓力
d．活塞與缸套摩擦力
a8. 在船舶上，輪機管理人員判斷受熱部件熱負荷高低最實用的方法是（ ）。
a．柴油機的排氣溫度
b．燃燒室部件溫度
c．噴油量
d．滑油溫度
c9. 船舶輪機人員判斷熱負荷高低所使用的方法是（ ）。
a．熱應力
b．溫度場
c．排氣溫度
d．熱流密度
d10. 從柴油機熱負荷的定義出發，準確表示受熱部件熱負荷的方法是（ ）。
a．熱流密度
b．熱應力
c．排氣溫度
d．溫度場
a11. 溫度場是表示受熱部件熱負荷高低的方法之一，它表示（ ）。
a．受熱件的溫度分布圖
b．受熱部件的最高溫度
c．受熱件的溫度均布圖
d．受熱件的平均溫度場
d12. 柴油機受熱部件壁面（ ），其部件的熱應力（ ）。
a．溫度越高/越大
b．溫度越低/越大
c．溫差越大/越小
d．溫差越大/越大
b13. 柴油機受熱部件壁面（ ），其部件的熱應力（ ）。
a．越薄/越大
b．越厚/越大
c．厚或薄/不變
d．增厚/先降後增
c14. 柴油機受熱部件的熱應力與（ ）。
a．受熱件的熱應變成反比
b．受熱件壁厚成反比
c．受熱件的熱流密度成正比
d．受熱件壁面溫差成反比
a15. 柴油機燃燒室部件壁面（ ），其機械負荷（ ）。
a．越厚/越小
b．越薄/越小
c．厚或薄/不變
d．厚度增加/先增後減
a16. 燃燒室部件由氣體力產生的機械應力，按其變化屬性而言，稱為（ ）。
a．高頻應力
b．中頻應力
c．低頻應力
d．定常應力
a17. 柴油機部件由氣體力產生的機械應力，其變化頻率與下述哪項因素有關（ ）。
a．柴油機轉速
b．柴油機負荷變化頻率
c．柴油機啟動停車頻率
d．柴油機振動
c18. 下列不能表示柴油機熱負荷的是（ ）。
a．熱應力
b．溫度場
c．冷卻水溫度
d．熱流密度
a19. 作用在活塞頂面上的高頻應力的性質是（ ）。
a．上表面為壓應力，下表面為拉應力
b．上、下表面均為壓應力
c．上、下表面均為拉應力
d．上表面為拉應力，下表面為壓應力
a20. 氣缸蓋底面上的脈動應力其性質是（ ）。
a．上表面為拉，下表面為壓
b．上、下表面均為壓
c．上表面為壓，下表面為拉
d．上、下表面均為拉
c21. 引起燃燒室部件熱疲勞破壞的主要原因是（ ）。
a．溫差大
b．轉速高
c．啟、停頻繁
d．高負荷運轉
d22. 現代大型柴油機的燃燒室部件多採用鑽孔冷卻，其原因在於（ ）。
a．加強冷卻
b．提高機械強度
c．便於加工
d．形成薄壁強背結構
a23. 燃燒室壁面產生的熱應力，其規律是（ ）。
a．觸火面為壓應力，水冷麵為拉應力
b．兩表面均為壓應力
c．觸火面為拉應力，水冷麵為壓應力
d．兩表面均為壓應力
c24. 氣缸蓋在機械應力和熱應力的作用下，拉伸應力出現在（ ）。
a．頂板處
b．閥孔間
c．冷卻水側
d．觸火面側
c25. 在下列缸套表面承受的機械應力分析中，正確的是（ ）。
a．內表面承受的切向應力最大，徑向應力最小
b．內表面承受的切向應力最小，徑向應力最大
c．內表面承受的切向應力最大，徑向應力最大
d．內表面承受的切向應力最小，徑向應力最小
c26 熱疲勞現象多出現在燃燒室觸火面，這主要是由於在觸火面發生了（ ）。
a．高溫腐蝕
b．高溫燒損
c．高溫蠕變
d．高溫下材料強度下降
b27. 柴油機氣缸蓋底座孔之間出現裂紋的主要是因為（ ）。
a．熱應力過大
b．熱疲勞
c．脈動應力疲勞
d．機械應力過大
c28. 直接反映柴油機熱負荷的是（ ）。
a．缸蓋冷卻水出口溫度
b．活塞冷卻液出口溫度
c．排氣溫度
d．進氣溫度
d29. 承受柴油機熱負荷的部件是（ ）。
a．主軸承
b．十字頭銷
c．導板
d．氣缸蓋
a30. 氣缸蓋觸火面產生裂紋的主要原因是（ ）。
a．低頻熱應力
b．高頻熱應力
c．機械應力
d．冷卻不良
b31. 氣缸套內表面在最大燃燒壓力作用下，承受的機械應力是（ ）。
a．切向壓應力，徑向壓應力
b．切向拉應力，徑向壓應力
c．切向壓應力，徑向拉應力
d．切向拉應力，徑向拉應力
b32. 關於燃燒室部件熱疲勞錯誤的說法是（ ）。
a．熱疲勞裂紋一般出現在觸火面
b．熱疲勞裂紋出現主要取決於柴油機累計轉數
c．長時間超負荷工作
d．突加、突卸負荷過於頻繁
c33. 為了提高燃燒室部件承受機械負荷與熱負荷的能力，在結構上應該採用（ ）。
a．厚壁結構
b．薄壁結構
c．薄壁強背結構
d．整體式結構
a34. 關於燃燒室薄壁強背結構正確的說法是（ ）。
a．薄壁可以增強冷卻作用
b．強烈的冷卻使其熱應力較一般結構的大
c．強背可以降低其熱應力
d．鑽孔的發明，薄壁強背才得以實現
d35. 柴油機氣缸蓋與活塞頂受力正確分析如下（ ）。
a．缸蓋觸火面受拉應力
b．缸蓋水冷麵受壓應力
c．活塞頂觸火面受拉應力
d．活塞頂觸火面受壓應力
b36. 氣缸蓋在高頻應力作用下引起的疲勞裂紋出現在（ ）。
a．氣缸蓋觸火面
b．氣缸蓋底面冷卻水面
c．氣缸蓋周緣
d．氣缸蓋底面氣閥孔周圍
831第二章柴油機的結構和主要部件第七節
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