機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)26常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院活塞與氣缸畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 1 頁(yè) 共 22 頁(yè) 第一章 活塞部件的概述 活塞與氣缸構(gòu)成了壓縮容積?；钊氂辛己玫拿芊庑裕送膺€要求： 1活塞與活塞桿（或活塞銷）的連接和定位要可靠。 2有足夠的鋼度和強(qiáng)度。 3重量輕。兩列以上的壓縮機(jī)中，應(yīng)根據(jù)慣性力平衡的要求配置各列活塞的重量。 4造工藝性好。 1.1 活塞的基本結(jié)構(gòu)形式 活塞式壓縮機(jī)采用的活塞基本結(jié)構(gòu)形式有：筒形，盤形，級(jí)差式，組合式，柱塞式。 (1)筒形活塞 ： 用于小型無(wú)十字頭壓縮機(jī)，通過(guò)活塞銷與連桿連接。壓縮機(jī)工作時(shí)，側(cè)向力將活塞壓向氣缸表面，活塞主要由裙部來(lái)承受側(cè)向力。在 側(cè)向力作用下，活塞銷座附近的裙部壁面，發(fā)生局部擴(kuò)張，可能磨壞，為避免發(fā)生這一情況，在活塞銷座上應(yīng)加筋，同時(shí)使銷座附近的裙部略向內(nèi)凹。為使活塞的磨損比較均勻，活塞銷的中心線應(yīng)通過(guò)支承表面的中心位置。在確定支承面的中心位置時(shí)，應(yīng)除去活塞環(huán)的高度。用來(lái)裝活塞的部分稱為環(huán)部?？拷鼔嚎s容積的活塞環(huán)是密封環(huán)，靠曲軸箱側(cè)的一道或兩道裝的是刮油環(huán)。 高速壓縮機(jī)力求減輕活塞重量，除采用鋁合金活塞外還采用輕型筒形活塞?；钊N座通過(guò)加強(qiáng)筋與活塞筒體以及頂部相連，為了防止因熱膨脹造成不圓整面減小承壓面的磨損，在銷座與承壓面間的筋 上開(kāi)孔?；钊膫?cè)面開(kāi)切口，既可減輕活塞重量，又可減小摩擦功。 鋁制活塞為了增加耐磨性和銷座的承載能力，常在銷座中壓入磷青銅寸套。 活塞銷可以用彈簧圈或用鋁制端塞來(lái)保證它的軸向定位。 活塞與連桿的連接也可采用球形關(guān)節(jié)連接。優(yōu)點(diǎn)是活塞在氣缸內(nèi)可以自動(dòng)定心，而且不存在氣體沿活塞銷和銷座間隙泄露的問(wèn)題，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難。 (2)盤型活塞 用于低壓、中壓氣缸中。為了減輕重量，一般鑄成空心的。兩個(gè)端面用加強(qiáng)筋互相連結(jié)，以增加鋼性，根據(jù)活塞的直徑，筋 數(shù)可取 3 8 條，為避免鑄造應(yīng)力和縮孔，以及防止工作中因受熱而造成不規(guī)則變形，鑄鐵活塞的筋不能與彀部和外壁相連。 在活塞端面每?jī)蓷l筋之間開(kāi)輕砂孔，清砂后用螺塞封閉，但須采取防漏防松措施。 轉(zhuǎn)數(shù)較高的壓縮機(jī)為了減輕活塞重量，采用鋁制活塞或焊接活塞，有時(shí)也采用組合式鋁制盤形活塞。直徑較大的活塞，采用焊接結(jié)構(gòu)，為了提高綱度和強(qiáng)度，除了布置數(shù)目較大的加強(qiáng)筋外，還須合理選擇筋的形狀和連接方式。筋不僅與端面焊接，也與彀部焊接。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 2 頁(yè) 共 22 頁(yè) 為了消除焊接應(yīng)力，焊接活塞在機(jī)械加工前需經(jīng) 650 700的退火處理。 (3)級(jí)差式活塞 ： 在串聯(lián)兩個(gè)以上壓縮級(jí)的級(jí)差式氣缸中，在某些有平衡容積的級(jí)差氣缸中，為了降低活塞的重量，在平衡容積的一側(cè)開(kāi)啟。 級(jí)差式活塞大都制成滑動(dòng)式的，為了易于磨合和減小氣缸鏡的磨損，一般都在活塞的支承面上鑄有軸承合金，為使離曲軸較遠(yuǎn)的活塞能夠沿氣缸表面自動(dòng)定位，末級(jí)活塞與前面級(jí)活塞可以采取滑動(dòng)連結(jié)。在串聯(lián)三級(jí)以上的級(jí)差式活塞中，采用球形關(guān)節(jié)連接，末級(jí)活塞相對(duì)于前面級(jí)的活塞既能作徑向的移動(dòng)，又能轉(zhuǎn)動(dòng)。高壓活塞有可能發(fā)生彎曲，為了避免活塞與汽缸摩擦，高壓級(jí)活塞的直徑應(yīng)當(dāng)比氣缸直徑小 0.8 1.2mm.。 經(jīng)常向同一方向作用 的高壓活塞上的活塞力，在它的連結(jié)關(guān)節(jié)中引起很大的摩擦力，這就使徑向的自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)生困難，因此采用雙球形關(guān)節(jié)連結(jié)。這樣，通過(guò)球形關(guān)節(jié)中心線的 兩次曲折，可以不需要很大的力即可得到徑向移動(dòng)，但結(jié)構(gòu)不緊湊，用的不多。 (4)距環(huán)組合型活塞 ： 高壓級(jí)中，活塞環(huán)徑向厚度與它的直徑的比值，比較后取得大些，以提高活塞環(huán)彈力和它對(duì)氣缸表面的比壓。這種活塞環(huán)若扳開(kāi)鎖口裝入活塞槽，則在活塞環(huán)中發(fā)生不能容許的裝配應(yīng)力，使活塞環(huán)扳斷。為了安裝這種活塞環(huán)，我們制成了有隔距環(huán)的組合活塞。為了防止高壓氣體沿活塞過(guò)大的泄露，隔距環(huán)組合 式活塞端面應(yīng)經(jīng)研磨。 (5)柱塞 ： 活塞直徑很小時(shí)，采用活塞環(huán)密封，在制造上有困難。因此采用不帶活塞環(huán)的柱塞結(jié)構(gòu)，它的密封作用有兩種方式：一種靠柱塞和氣缸間的細(xì)小間隙（在冷態(tài)下，相當(dāng)于 2級(jí)精度的滑配合）和柱塞上的環(huán)槽所造成的曲折密封，來(lái)達(dá)到密封氣體的目的。另一種是不帶環(huán)槽的柱塞，氣體的密封靠填料完成。填料的布置在氣缸的一端，柱塞通過(guò)填料滑動(dòng)，達(dá)到應(yīng)有的壓縮作用。柱塞的加工要求較高，但易達(dá)到；而難于加工的氣缸深孔，可適當(dāng)降低要求。 柱塞工作表面應(yīng)經(jīng)精磨，橢圓度和錐形度應(yīng)在 2 級(jí)精度公差之半的范圍內(nèi)。柱塞的連結(jié)應(yīng)有自動(dòng)調(diào)整的措施，有平面移動(dòng)連結(jié)，雙球形關(guān)節(jié)，其作用都是使柱塞與氣缸中心線自動(dòng)對(duì)中。 1.2 活塞桿結(jié)構(gòu)與活塞的連結(jié) 1.2.1 活塞桿的結(jié)構(gòu) 活塞桿的一端與十字頭相連，另一端與活塞相連。在幾級(jí)串聯(lián)的列中，活塞桿起著連結(jié)相鄰活塞的作用，在級(jí)差活塞或高壓活塞中，活塞桿也起活塞的作用。 活塞桿有貫穿和不貫穿兩種。不貫穿活塞桿由十字頭和活塞支承并導(dǎo)向，帶懸掛活塞的貫穿活塞桿由兩端的十字頭導(dǎo)向。有時(shí)在填料近氣腔處設(shè)襯套作為活塞桿的輔助導(dǎo)向， 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 3 頁(yè) 共 22 頁(yè) 可使活塞桿在密封處的徑向偏離得到適當(dāng)?shù)南拗?，保證填料工作的可靠性。 在 懸掛活塞中，由于活塞桿承受的重量較大和支承距離較長(zhǎng)，所以工作時(shí)的彎曲較大。為了保證調(diào)料工作的可靠性，以及活塞與汽缸不接觸，有的將活塞桿加工成上凸的形狀。 在無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)中，為了防止油進(jìn)入填料和氣缸，活塞桿要適當(dāng)增長(zhǎng)，使進(jìn)入刮油器的部分不進(jìn)入填料，而且在桿上還設(shè)有擋油器。 1.2.2 活塞桿和活塞的連結(jié) 活塞與活塞桿的連結(jié)，通常采用圓柱凸肩和錐面連結(jié)兩種。 在圓柱凸肩連結(jié)中，活塞與活塞桿的同心性靠圓柱面的精加工來(lái)達(dá)到。活塞力的傳 分別由活塞桿上的凸肩和螺母來(lái)承擔(dān)。 為使凸肩不致比活塞桿直徑大太多，凸肩端 面上的許用支承力取得較高。因此，活塞與支承表面須經(jīng)研磨，以增大有效的接觸表面，同時(shí)也可以改善密封性能。 如果活塞沒(méi)有完整的彀部，螺母要有嚴(yán)格的氣密性，否則活塞內(nèi)部容積在一定程度上成為氣缸余隙容積，這在高壓級(jí)別中特別顯著。 由于活塞桿承受交變載荷，所以活塞桿的連結(jié)螺紋應(yīng)制成細(xì)牙螺紋，螺紋根部倒圓，一減少應(yīng)力的集中。 受了載荷后，活塞桿被拉長(zhǎng)而活塞被壓縮，另外活塞桿和活塞材料的線膨脹，從而使活塞與活塞桿之間可能產(chǎn)生軸向間隙，而造成活塞與支承凸肩或螺母與活塞間的間隙變大，因此，活塞禁錮在活塞桿上， 必須有防松措施。 活塞與活塞桿連結(jié)螺母常用的鎖緊方法是加開(kāi)口銷。 錐面連結(jié)的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，活塞與活塞桿之間不需要定位銷。缺點(diǎn)是加工復(fù)雜，錐度的加工要精確，否則活塞不能壓緊而且不容易保證活塞與活塞桿之間的垂直度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 4 頁(yè) 共 22 頁(yè) 第二章 活塞的強(qiáng)度校核 2.1 活塞的主要技術(shù)要求 1活塞在機(jī)械加工前的處理：鑄造活塞應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理，焊接活塞應(yīng)經(jīng)過(guò) 650 700的退火處理。 2活塞的橢圓度和錐形度： 1）無(wú)十字頭壓縮機(jī)，不大于 2級(jí)精度直徑公差 80%； 2）有十字頭活塞壓縮機(jī)，不大于 2級(jí)精 度直徑公差（有軸承合金除外）。 3活塞桿孔中心線同軸兼支承面的不垂直度，在 100mm 長(zhǎng)度內(nèi)不超過(guò) 0.02mm,筒形活塞 ,活塞銷孔中心線同活塞中心的不垂直度 ,在 100mm長(zhǎng)度內(nèi)不大余 0.02mm。 4活塞的外圓同活塞桿孔中心線的不同軸度不大于 0.02 0.05mm。 5活塞銷孔中心線與活塞外圓柱面中心線不相交偏差： 1）活塞外徑 250mm，不大于 0.02mm;2)活塞外徑 250mm,不大于 0.03mm。 6活塞環(huán)槽兩端面應(yīng)垂直活塞桿孔，其不垂直度應(yīng)在 100mm長(zhǎng)度內(nèi)不大于 0.02mm。 7活塞外圓 表面，環(huán)槽端面的光潔度：有十字頭時(shí)不低于 6；無(wú)十字頭時(shí)不低于7；活塞環(huán)槽端面光潔度不低于 6。 8活塞外圓表面及活塞環(huán)槽端面，不允許有縮松，擦傷，銳邊，凹槽和毛刺。 9兩端軸肩及活塞桿支承表面在裝配時(shí)要求研磨貼合。 10活塞加工完畢后應(yīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，一般取水壓為最大工作壓力的 1.5 倍，維持10分鐘，不得有滲漏和殘余變形。 表 1-1 活塞常用材料 活塞結(jié)構(gòu)形式 材料 筒形活塞 ZL7， ZL8， ZL10， HT20-40， HT25-47， HT30-54 盤形活塞 ZL7， ZL8， ZL10， ZL15， HT20-40， HT25-4720 銅，16Mn， ZG25B 級(jí)差式活塞 HT20-40， HT25-47， HT30-54 或 20 鋼， ZG25B 或鍛鋼 柱塞 35CrMoALA， 38CrMoALA，均應(yīng)滲氮 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 5 頁(yè) 共 22 頁(yè) 2.2 活塞銷的主要技術(shù)要求 1 20鋼和 20Cr鋼制的銷子，圓柱外圓表面的滲氮（加工后的零件）為： 1）若厚 35mm 的活塞銷 0.8 1.2mm； 2）厚度大于 5mm 的活塞銷 1.1 1.7mm； 3）十字頭銷 1.11.7mm，活塞銷內(nèi)表面不許有滲炭硬化層。 2銷子外圓柱表面硬度為 HC57-67，各點(diǎn)硬度差不大于 3個(gè) HRC單位。 3銷子硬化層的顯微組織應(yīng)符合下列規(guī)定： 1）滲碳層應(yīng)是細(xì)密的馬氏組織，不允許有針狀或連續(xù)網(wǎng)狀的游離滲碳體； 2）高頻淬火硬化層應(yīng)是細(xì)針狀的馬氏組織，其轉(zhuǎn)變后應(yīng)為索氏體組織，并允許有鐵素體的晶粒存在。 4銷子外圓的橢圓度和錐形度不大于 2級(jí)精度直徑公差之半。 為 8。 6銷子外圓表面不允許有裂紋，凹痕，擦傷，斑疤以及由可見(jiàn)的非金屬夾雜物等缺陷。 7銷子加工完后，應(yīng)進(jìn)行磁粉擦傷，不得有裂紋。 活塞銷材料，表面熱處理及硬度、光潔度要求。 圖 1 2 材料 熱處理 表面硬度 表面光潔度 20鋼 滲碳淬火 HRC55-62 8 9 45鋼 高頻淬火 HRC50-58 8 9 20Cr 滲碳淬火 HRC50-58 8 9 2.3 活塞的強(qiáng)度較核： 盤形活塞：立式氣缸盤形活塞的高度，滿足安放活塞環(huán)的要求外，應(yīng)取最小數(shù)值。其他形式壓縮機(jī)中滑動(dòng)活塞的高度，應(yīng)按支承表面上的許用比壓來(lái)較核。 1 端面中最大的彎曲應(yīng)力 ： b=x max/4t（公斤 /厘米） (1 1) 式中： x 當(dāng)量圓的直徑，其值： x= （ d2-d1） /i （厘米） d2 活塞外壁的內(nèi)徑（ cm）； d1 活塞彀部的外徑（ cm）； i 加強(qiáng)筋數(shù)； 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 6 頁(yè) 共 22 頁(yè) max 氣缸中最大氣體壓力（公斤 /厘米）； t 活塞一端頂部厚度（厘米）。 2 由許用彎曲應(yīng)力得出頂部厚度 ： t = 2/x（ max/ b ） +t1 (厘米 ) (1 2) 式中： t1 考慮鑄造偏差的附加項(xiàng)，可取 t1 =0.2 0.5； b 許用彎曲應(yīng)力，鑄鐵 b 400公斤 /厘米，鑄鋁 b 200公斤 /厘米，鑄銅 b 700公斤 /厘米。 最后，無(wú)論是單端面或雙端面的活塞桿連結(jié)處的彀部，應(yīng)計(jì)算切應(yīng)力： = 4 r/d1t （公斤 /厘米） (1 3) 許用的剪切應(yīng)力：鑄鐵 400 450公斤 /厘米。 式中含義與式 (1 1)和 (1 2)相同 . 活塞與活塞桿的凸臺(tái)比壓的校核： 塞與活塞桿之間的凸臺(tái)，若為圓柱凸臺(tái)連結(jié)時(shí)，支承面上的比壓： q = 4P/ (d2-d1) 式中： q-比壓許用值：鋁活塞 q 200 250 公斤 /厘米；鑄鐵活塞 q 400公斤 /厘米；銅活塞 q 800 1000公斤 /厘米。 如果比壓計(jì)算超過(guò)許用值，則可加鋼襯環(huán)的方法來(lái)將低比壓。 已知：活塞直徑 =940 毫米 ,活塞長(zhǎng)度 =430 毫米 ,d1=34.0 厘米 ， d2=86.5 厘米，i=10，進(jìn)氣壓力 =0.03 MPa,排氣壓力 =0.185MPa, max=0.155Mpa=1.58公斤 /厘米 ,活塞體 =102.9公斤 ,活塞桿 =102.9 公斤 . 當(dāng)量圓直徑 : x= (d2-d1)/i = (84.5-34.0)/10=25.2(厘米 )； 活塞頂部最大彎曲應(yīng)力： b=x max/4t=(2 5.2*1.58)/4*2=62.7(公斤 /厘米 )； 剪切應(yīng)力： = 4 r/d1t=(46.7*1.58)/34*2=50.67(公斤 /厘米 ). 活塞支承面對(duì)氣缸鏡面的單位壓力： G=102.9+(102.9/2)=154.35 (公斤 ) bH=20.8*(94/2)=977.6 (厘米 ) k=G/bH=154.35/977.6=0.158 (公斤 /厘米 ) 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 7 頁(yè) 共 22 頁(yè) k k (1 公斤 /厘米 ) 安全。 q=4P/ (d2-d1)=(3.14*93.4*1.89)/3.14(13-9)=187(公斤 /厘米 ) q q 安全 注 : b-承壓表面的投影寬度 (厘米 )； H-除去活塞環(huán)面的承壓表面的高度 (厘米 )。 2.4 活塞的結(jié)構(gòu)與用途 ： 活塞是由活塞頭和滑管組成?；钊梢杂娩X鎂合金鑄造，也可以用優(yōu)質(zhì)碳素鋼分別加工，然后燒結(jié)而成，使二者形成一個(gè)整體?；钊怯脕?lái)在氣缸中壓縮氣體的?；钊某叽绾托螤畋仨毰c氣缸緊密配合，以減少氣體的泄漏?；钊闹亓吭捷p越好，以減少活塞在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性，保證壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的平穩(wěn)性。 第三章 活 塞桿的強(qiáng)度校核 活塞桿 :活塞桿的直徑在熱力計(jì)算中已初步確定 ,工作圖設(shè)計(jì)時(shí) ,必須進(jìn)行穩(wěn)定性校核 . 3.1 不貫穿活塞桿的穩(wěn)定性校核 不貫穿活塞桿的穩(wěn)定性校核 ,可看作兩端為連結(jié)的細(xì)桿 ,其長(zhǎng)度按十字頭銷至盤形活塞中點(diǎn)或級(jí)差活塞起點(diǎn)之間的距離計(jì)算： 當(dāng)柔度 l/i 100時(shí) i為慣性半徑， i= J/F ； J為慣性截面距（厘米）； F為截面積（厘米） ，按尤拉公式計(jì)算： ns = EJ/Pl 式中： ns-安全系數(shù)，許用值為 ns 10 20； E-活塞桿材料彈性模數(shù)，鋼 E=（ 2 20） *105 公斤 /厘米； J-截面慣性距，活塞桿 J=（ d） /64（厘米）， d為活塞桿直徑； P-最大活塞力（公斤）。 當(dāng)柔度 50 l/i 100 時(shí)，按下式計(jì)算： ns = Fk（ 1-c*l/i） /P 式中： ns-安全系數(shù)，許用值為 ns 5 10； F-桿的截面積（厘米）； k-系數(shù)，碳素鋼 k=3350，合金鋼 k=4700； c-系數(shù)，碳素鋼 c=0.00185,合金鋼 c=0.0049； P-最大活塞力（公斤）。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 8 頁(yè) 共 22 頁(yè) 當(dāng)柔度 i 50時(shí)，活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算作為穩(wěn)定校核的依據(jù)，即： ns = s/ c 式中： ns-安全系數(shù)，許用值為 ns 5 8； s-材料屈服強(qiáng)度； c-活塞桿的壓縮應(yīng)力。 3.2 活塞與活塞桿的凸臺(tái)比壓的校核 塞與活塞桿之間的凸臺(tái)，若為圓柱凸臺(tái)連結(jié)時(shí)，支承面上的比壓： q = 4P/ (d2-d1) p 式中： q-比壓許用值：鋁活塞 q 200 250 公斤 /厘米；鑄鐵活塞 q 400公斤 /厘米；銅活塞 q 800 1000公斤 /厘米。 如果比壓計(jì)算超過(guò)許用值，則可加鋼襯環(huán)的方法來(lái)將低比壓。 3.3 活塞桿的螺紋連結(jié)靜強(qiáng)度校核和疲勞強(qiáng) 度 校核 (1).壓縮機(jī)工作時(shí)，螺紋部分承受總的軸向載荷： Q=T+xP 式中： T-螺栓擰緊時(shí)的預(yù)緊力； x-載荷系數(shù)； P-最大活塞力（公斤）。 (2).預(yù)緊 力 : T=K（ 1-x） P 式中： k-預(yù)緊系數(shù)，取 2 3； P-最大活塞力（公斤）。 （ 3） .載荷系數(shù)： x = p/ s+ p 式中： p-活塞柔度系數(shù)： p=l/E1F E1-活塞材料的彈性模數(shù)（公斤 /厘米）； F-活塞彀部截面積（厘米）； l-活塞高度（厘米）。 s -活塞桿柔度系數(shù)： s=( li/Fi)/E2 E2-活塞桿材料彈性模數(shù) (公斤 /厘米 )； li-活塞桿任一相等直徑區(qū)段的長(zhǎng)度（厘米）； 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 9 頁(yè) 共 22 頁(yè) Fi-活塞桿任一相等直徑截面積（厘米）。 （ 4） .在軸向載荷 Q作用下螺紋中產(chǎn)生的正應(yīng)力： =Q/F（公斤 /厘米） 式中： F-螺紋根部截面直徑（厘米）； （ 5） .此外，還由于旋緊螺母時(shí)，在扭轉(zhuǎn)力矩 Mk作用下產(chǎn)生剪切應(yīng)力： =Mk/02d（公斤 /厘米） 式中： d-螺紋根部截面直徑（厘米）； （ 6） .扭轉(zhuǎn)力矩： Mk= Td0 （公斤厘米） 式中： -系數(shù)，有油潤(rùn)滑時(shí)為 0.06 0.08，無(wú)油潤(rùn)滑時(shí)為 0.11 0.13； d0-螺紋外徑 (厘米 )； （ 7） .螺紋安全系數(shù) ： nB = s/ +3 式中： nb-安全系數(shù)，許用值 nB 1.5 3； s-活塞桿材料的屈服強(qiáng)度（公斤 /厘米）； （ 8） .活塞桿螺紋承受的是交變載荷，其最大軸向載荷為 Q，最小軸向載荷為 T， 疲勞計(jì)算強(qiáng)度校核應(yīng)力幅的安全系數(shù) na和最大應(yīng)力安全系數(shù) n： na = （ -1- min） /（ k / + ） a n = 2 -1+（ k / - ） min/（ k / + ）（ min+2 a） 式中： -1-材料受拉壓時(shí)的疲勞強(qiáng)度，見(jiàn)表（ 1 5）； -應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱系數(shù)，各種材料的 由附錄三查??； k -應(yīng)力集中系數(shù)，各種材料強(qiáng)度的應(yīng)力集中系數(shù)可由表 1-3查取， 活塞桿連結(jié)均采用細(xì)牙螺紋， k 值建議采用相應(yīng)的英制螺紋的數(shù)值； -尺寸系數(shù)，根據(jù)不同的螺紋直徑，由圖的知； min-螺紋內(nèi)受的最小應(yīng)力（公斤 /厘米）； a-應(yīng)力幅： a = （ max- min） /2 （公斤 /厘米） max-螺紋內(nèi)受的最大應(yīng)力（公斤 /厘米）； 安全系數(shù)許用值： na 2.5 4n 1.25 2.5。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 10 頁(yè) 共 22 頁(yè) 螺紋連結(jié)的拉壓應(yīng)力集中系數(shù) k 表 1 3 （公斤 /厘米） 4000 6000 8000 10000 k 公制螺紋 3.0 3.9 4.8 5.2 k 英制螺紋 2.2 2.9 3.5 3.8 3.4 活塞桿常用材料性能和處理方法 25鋼 它的屈服強(qiáng)度為 3200(公 斤 /厘米 ),它的拉壓疲勞強(qiáng)度為 1800(公斤 /厘米 ),熱處理方法為表面淬火 ,主要應(yīng)用在壓縮空氣和無(wú)腐蝕性氣體中。 45鋼 它的屈服強(qiáng)度為 3600(公斤 /厘米 ),它的拉壓疲勞強(qiáng)度為 2100(公斤 /厘米 ),熱處理 方法為表面淬火 ,主要應(yīng)用在壓縮空氣和無(wú)腐蝕性氣體中。 40Cr 它的屈服強(qiáng)度為 7000(公斤 /厘米 ),它的拉壓疲勞強(qiáng)度為 3400(公斤 /厘米 ),熱處理方法為表面淬火 ,主要應(yīng)用在壓縮空氣和無(wú)腐蝕性氣體 ,還有用在有較高的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度中。 38CrALA 它的屈服 強(qiáng)度為 8500(公斤 /厘米 ),它的拉壓疲勞強(qiáng)度為 4300(公斤 /厘米 ),熱處理方法為氮化 ,主要應(yīng)用在有很高的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和較高的耐腐蝕性場(chǎng)合中。 30Cr13 它的屈服強(qiáng)度為 6500(公斤 /厘米 ),它的拉壓疲勞強(qiáng)度為 2700(公斤 /厘米 ),熱處理方法為表面淬火 ,主要應(yīng)用在壓縮腐蝕性氣體中 ,如氧氣等。 3.5 活塞桿的強(qiáng)度較核計(jì)算 已知：活塞桿尺寸如圖所示，最大活塞力為 16.326噸，活塞桿的材料為 38CrMoAlA，強(qiáng)度校核如下： 1）穩(wěn)定性計(jì)算 .慣性半徑 I: J = d4 /64 = 3.14 94 /64 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 11 頁(yè) 共 22 頁(yè) = 322 4 F = d2 64 = 3.14 9/64 = 63.6 I = J/F =2.25 . 柔度 : l/I l =213.7厘米 (活塞中心到十字頭中心的距離 ) I =2.25厘米 l/I = 213.7/2.25 = 95 50 1.5 3, 安全。 . 活塞桿螺紋內(nèi)部應(yīng)力強(qiáng)度校核 . 螺紋內(nèi)受的最小應(yīng)力 min : min = T F T = 32162.22 F = 7.863/ 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 14 頁(yè) 共 22 頁(yè) min = 662.67 . 螺紋內(nèi)受的最大應(yīng)力 max : max = Q F Q = 32407.11 F = 7.863/ 4 max = 667.7 . 應(yīng)力幅 a : a = ( max min ) / 2 max =667.7 / min =662.67 / a =2.5 / . 螺釘材料的疲勞極限 -1 ： 材料 38CrMoAlA : 拉壓疲勞強(qiáng)度 -1 =4300 熱處理方法 ：氮化 同填料接觸部分表面硬度 ： HV800 1100 應(yīng)用場(chǎng)合：有很高的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和較高的腐蝕性能。 . 應(yīng)力集中系數(shù) K : 查表可得 K =5.2 . 尺寸系數(shù) : 由圖可得 =0.5 . 應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱系數(shù) : 由表可查得 =0.1 . 應(yīng)力幅安全系數(shù) na : na = -1 min /(K/ ) a -1 = 4300 =0.1 min = 662.67 K =5.2 = 0.5 a =2.5 / 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 15 頁(yè) 共 22 頁(yè) na = 4300-0.1 662.67/(5.2/0.5 +0.1) 2.5 = 161.28 na =161.28 2.5 4,安全。 . 最大應(yīng)力安全系數(shù) n: n =2 -1 (K/ - ) min /(K/ )( min 2 a) -1 = 4300 =0.1 min = 6627.67 K =5.2 = 0.5 a =2.5 / n =2 -1 (K/ - ) min /(K/ )( min 2 a) =2 4300+（ 5.2/0.5 - 5.2） 6627.67/(5.2/0.5+0.1)(6627.67 + 2 2.5) =2.2 n =2.2 在允許范圍 1.25 2.5之間 , 安全。 3.6 活塞桿過(guò)熱的原因和排除方法 過(guò)熱原因： (1)、活塞桿與填料的配合間隙過(guò)??； (2)、活塞桿與填料裝配時(shí)產(chǎn)生偏斜； (3)、活塞桿表面粗糙； (4)、活塞桿與填料的潤(rùn)滑油有污垢或潤(rùn)滑油不足造成干摩擦； (5)、填料中氣和油中混入雜物； (6)、填料箱中的金屬盤密封圈卡不住，不能自 由移動(dòng)； (7)、具有冷卻裝置的填料箱冷卻不好； (8)、填料箱往機(jī)身上裝配時(shí)螺栓緊的不正，使其活塞桿產(chǎn)生傾斜，活塞桿在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)填 料 中的金屬盤摩擦加劇產(chǎn)生發(fā)熱。 排除方法： (1)、重新裝配填料，適當(dāng)調(diào)整其配合間隙； (2)、重新裝配活塞桿不得偏斜； (3)、準(zhǔn)確安裝重新磨桿塞桿； (4)、清洗換油，調(diào)整供油量； (5)、使氣和油清潔； (6)、在安裝時(shí)要試一下，活動(dòng)要自由，并按規(guī)定保持一定間隙； (7)、檢查調(diào)整填料箱的冷卻情況； (8)、重新檢查填料箱，將其傾斜改過(guò)來(lái)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 16 頁(yè) 共 22 頁(yè) 第四章 壓縮機(jī)的故障原因和對(duì) 策分析 4.1 過(guò)熱故障 軸和軸承、十字頭與滑板、填料與活塞桿等摩擦處，溫度超過(guò)規(guī)定的數(shù)值稱之為過(guò)熱。過(guò)熱所帶來(lái)的后果：一個(gè)是加快磨擦副間的磨損，二是過(guò)熱量的熱不斷積聚直致燒毀磨擦面以及燒抱而造成機(jī)器重大的事故。造成軸承過(guò)熱的原因主要有：軸承與軸頸貼合不均勻或接觸面積過(guò)?。惠S承偏斜曲軸彎曲、扭；潤(rùn)滑油粘度太小，油路堵塞，油泵有故障造成斷油等；安裝時(shí)沒(méi)有找平，沒(méi)有找好間隙，主軸與電機(jī)軸沒(méi)有找正，兩軸有傾斜等。 壓縮機(jī)的事故 。 4.2 斷裂事故 1、曲軸斷裂 ：其斷裂大多在軸頸 與曲臂的圓角過(guò)渡處，其原因大致有如下幾種：過(guò)渡圓角太小， r 為曲軸頸 ) ；熱處理時(shí)，圓角處未處理到，使交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中；圓角加工不規(guī)則，有局部斷面突變；長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，以及有的用戶為了提高產(chǎn)量，隨便增加轉(zhuǎn)速，使受力狀況惡化；材質(zhì)本身有缺陷，如鑄件有砂眼、縮松等。此外在曲軸上的油孔處起裂而造成折斷也是可以看到的。 2、 連桿的斷裂： 有如下幾種情況：連桿螺釘斷裂，其原因有：連桿螺釘長(zhǎng)期使用產(chǎn)生塑性變形；螺釘頭或螺母與大頭端面接觸不良產(chǎn)生偏心負(fù)荷，此負(fù)荷可大到是螺栓受單純軸向拉力的七倍之多，因此，不允 許有任何微小的歪斜，接觸應(yīng)均勻分布，接觸點(diǎn)斷開(kāi)的距離最大不得超過(guò)圓周的 1/8 即 450 ；螺栓材質(zhì)加工質(zhì)量有問(wèn)題。 3、 活塞桿斷裂 ：主要斷裂的部位是與十字頭連接的螺紋處以及緊固活塞的螺紋處，此兩處是活塞桿的薄弱環(huán)節(jié)，如果由于設(shè)計(jì)上的疏忽，制造上的馬虎以及運(yùn)轉(zhuǎn)上的原因，斷裂較常發(fā)生。若在保證設(shè)計(jì)、加工、材質(zhì)上都沒(méi)有問(wèn)題，則在安裝時(shí)其預(yù)緊力不得過(guò)大，否則使最大作用力達(dá)到屈服極限時(shí)活塞桿會(huì)斷裂。在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于氣缸過(guò)渡磨損，對(duì)于臥式列中的活塞會(huì)下沉，從而使連接螺紋處產(chǎn)生附加載荷，再運(yùn)轉(zhuǎn)下去，有可能使 活塞桿斷裂，這一點(diǎn)在檢修時(shí)應(yīng)特別注意。此外，由于其它部位的損壞，使活塞桿受到了強(qiáng)烈的沖擊時(shí)，都有可能使活塞桿斷裂。 4.3 氣缸、缸蓋破裂： 對(duì)于水冷式機(jī)器，在冬天運(yùn)轉(zhuǎn)停車后，若忘掉將氣缸、缸蓋內(nèi)的冷卻水放盡，冷卻水會(huì)結(jié)冰而撐破氣缸以及缸蓋，特別是在我國(guó)的北方地區(qū)，停車后必須放掉冷卻水；由于在運(yùn)轉(zhuǎn)中斷水而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，使氣缸溫度升高，而又突然放入冷卻水，使缸被炸裂；由于死點(diǎn)間隙太小，活塞螺帽松動(dòng)，以及掉入缸內(nèi)金屬物和活塞上的 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 17 頁(yè) 共 22 頁(yè) 絲堵脫出等原因都會(huì)使活塞撞擊缸蓋，使其破裂。 4.4 燃燒 和爆炸事故 有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)中往往產(chǎn)生積碳問(wèn)題，這是我們所不希望的，因?yàn)榉e碳不僅會(huì)使活塞環(huán)卡在槽內(nèi)，氣閥工作不正常以及使氣流信道面積減小增加阻力，而且在一定的條件下積碳會(huì)燃燒，導(dǎo)致壓縮機(jī)發(fā)生爆炸事故。因此，氣缸中的潤(rùn)滑油不能供給太多，不能讓沒(méi)有經(jīng)過(guò)很好過(guò)慮，含有大量塵埃的氣體吸入氣缸，否則形成積碳與含有多量揮發(fā)物的氣體接觸導(dǎo)致爆炸。為要防止燃燒、爆炸發(fā)生，一定要計(jì)劃?rùn)z修，定期清洗儲(chǔ)氣罐和管道的油垢。 除此以外，引起壓縮機(jī)燃燒和爆炸事故還有如下操作方面的原因：壓縮機(jī)在用氫、氧、氮?dú)錃庳?fù)荷試車之 前，沒(méi)有用低壓的氮?dú)鈱⒖諝怛?qū)除干凈而引起爆炸。因缺乏操作知識(shí)，開(kāi)車后沒(méi)有打開(kāi)壓縮機(jī)到儲(chǔ)氣罐的閥門，致使排氣壓力急劇升高導(dǎo)致爆炸。因此，要防止這類事故發(fā)生，開(kāi)車前必須熟悉操作規(guī)程，開(kāi)車后，密切注意壓力表數(shù)值。在一般中小型壓縮機(jī)中，最好將壓縮機(jī)到儲(chǔ)氣罐這段管路上的閘閥取消，只留下逆止閥即可。此外，對(duì)壓縮機(jī)操作工應(yīng)進(jìn)行上崗前的培訓(xùn)。 由于壓縮機(jī)高壓級(jí)氣閥不嚴(yán)密，使高壓高溫的氣體返回氣缸，在排氣閥附近產(chǎn)生高溫，當(dāng)有積碳存在時(shí)，即會(huì)引起爆炸。為避免事故，此時(shí)必須檢修排氣閥、檢查漏氣部位，消除故障。 4.5 潤(rùn) 滑油選 擇 空壓機(jī)氣缸用的潤(rùn)滑油采用 SYB1216-60S 標(biāo)準(zhǔn)，牌號(hào)為 HS-13 和 HS-19 的壓縮機(jī)油。從黏度角度考慮，一般夏季采用 HS-19 潤(rùn)滑油，冬季采用 HS-13 潤(rùn)滑油。但是有的操作者不注意氣缸潤(rùn)滑油的選用，認(rèn)為不管夏季或冬季，只要有潤(rùn)滑油就行。若夏季選用 HS-13 潤(rùn)滑油，由于環(huán)境溫度高，相對(duì)空壓機(jī)氣缸溫度也高，使?jié)櫥偷酿ざ冉档?，這樣一方面不利于潤(rùn)滑，容易使活塞環(huán)拉毛缸表面；另一方面，不利于氣缸的密封，容易漏氣，增加能耗。同樣，若冬季使用 HS-19 潤(rùn)滑油，其黏度過(guò)大，雖對(duì)密封有好處，但增加了空壓機(jī) 活塞環(huán)的運(yùn)動(dòng)阻力和氣體流經(jīng)氣閥通道的阻力，使壓縮機(jī)能耗增加。 因此，必須隨季節(jié)變化及時(shí)更換氣缸潤(rùn)滑油。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 18 頁(yè) 共 22 頁(yè) 第五 章 零件結(jié)構(gòu)工藝分析 5.1 零件結(jié)構(gòu)工藝分析 數(shù)控車床所能加工零件的復(fù)雜程度比較數(shù)控銑床簡(jiǎn)單，數(shù)車床最大的能控制三個(gè)軸即（ X Z C）加工出的面是刀具（包括成形刀具）的片面運(yùn)動(dòng)和主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)共同形成的所以數(shù)控車床的刀具軌跡不會(huì)太復(fù)雜。其難點(diǎn)主要在加工的效率，加工精度提高，特別是對(duì)切削性能差的材料或切削工藝性差的零件，例如 小深控，薄壁件，窄深槽等，著些結(jié)構(gòu)的零件 允許刀具運(yùn)動(dòng)的空間狹小，工件 結(jié)構(gòu)剛性差，安排工序時(shí)特殊考慮 . 5.2 活塞桿零件 加工程序 左邊加工 M3 S600 T0101 G0 X100 Z100 G0 X37 Z0 G01 X-0.1 F80 X30 Z2 G71 U1 R1 P10 Q20 X0.52 F-120 G0 X100 Z100 M5 M30 M3 S1200 T0101 G0 X35 Z2 N10 G1 Z0 F80 Z-12 N20 G0 X100 Z100 M5 M0 切槽 M3 S450 T0202 G0 X31 Z-10 G1 X20.5 F15 G0 X31 X100 Z100 M5 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 19 頁(yè) 共 22 頁(yè) M0 M3 S1000 T0101 G0 X31 Z-10 G1 X31 Z-10 G1 X20 G0 X31 X100 Z100 M5 M30 加工右邊 M3 S600 T0101 G01 X37 Z0 G1 X-0.1 G0 X35 Z2 G71 U1 R1 P10 Q20 X0.5 Z0.1 F120 M5 M0 M3 S1200 T0101 G0 X35 Z2 N10 G01 X16 Z0 G03 X16 Z-3 G01 Z-137 GO2 X2O Z-139 R2 G01 X22 X24 Z-140 N20 Z-172 G0 X100 Z100 M5 M30 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 20 頁(yè) 共 22 頁(yè) 第六章 小結(jié) 眨眼間，為期兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，讓我有種解脫的感覺(jué)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中讓我覺(jué)得好累，好辛苦。同時(shí)也覺(jué)得自己以前的想法太簡(jiǎn) 單，天真了。原來(lái)要做一名設(shè)計(jì)師并不是象我以前想的那么簡(jiǎn)單的。尤其是做一名優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師，那更是相當(dāng)?shù)睦щy，因?yàn)橐鲆幻麅?yōu)秀的設(shè)計(jì)師不但要有豐富的知識(shí)和熟練的技術(shù)，更重要的是要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這些多是我們?cè)谧呱瞎ぷ鲘徫缓笏邆涞摹?在本次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我真的是受益非淺。我不但學(xué)到了許多以前課本上學(xué)不到的東西，更認(rèn)識(shí)了許許多多的優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師，他們?cè)谶@次的設(shè)計(jì)過(guò)程中給了我很大的幫助。他們不但幫我解決了許多技術(shù)性的問(wèn)題，更是無(wú)私的把他們豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)教給我，而且，還在閑暇時(shí)間教我使用國(guó)產(chǎn)的開(kāi)目 CAD 軟件。 在這次 的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我不但學(xué)會(huì)了怎樣去設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品，更鞏固了自己已學(xué)過(guò)的知識(shí)，同時(shí)也掌握了許多新的知識(shí)。 在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，我們首先要做的是擬訂一個(gè)總體的設(shè)計(jì)方案，選擇活塞體和活塞桿的設(shè)計(jì)參數(shù)和材料，同時(shí)也要對(duì)這些零部件進(jìn)行強(qiáng)度和鋼度校核，也要配備這些零件的圖紙，以供參考之用。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)有許多東西不是靠個(gè)人的能力所能完成的，需要靠大家的合作來(lái)共同的完成。還要會(huì)用大量的參考書來(lái)幫我們完成設(shè)計(jì)。 但，與此同時(shí)，也存在許多的不足。在運(yùn)用軟件畫圖時(shí)，不能熟練的掌握每個(gè)指令的功能，也不能熟