活塞式壓縮機氣缸部分的設(shè)計

1、5 氣缸部分的設(shè)計5.1氣缸9 氣缸是活塞式壓縮機中的組成壓縮容積的主要部分。根據(jù)壓縮機所達到壓力，排氣量，壓縮機的結(jié)構(gòu)方案，壓縮氣體的種類，制造氣缸的材料以及制造廠的習慣等條件，氣缸的結(jié)構(gòu)可以有各種各樣的形式。設(shè)計氣缸的要點是：1>應(yīng)具有足夠的強度和剛度。工作表面具有良好的耐磨性。2>要具有良好的冷卻，在有油潤滑的氣缸中，工作表面應(yīng)有良好的潤滑狀態(tài)。3>盡可能減少氣缸內(nèi)的余隙容積和氣體阻力。4>結(jié)合部分的連接和密封要可靠。5>要有良好的制造工藝性和裝拆方便。6>氣缸直徑和閥座安裝孔等尺寸應(yīng)符合“三化”要求。5.1.1結(jié)構(gòu)形式的確定氣缸因工作壓力不同而選用不

2、同強度的材料，這個設(shè)計工作壓力1.378kgf/cm2低于60kgf/cm2，本設(shè)計采用水冷空氣壓縮機的單層壁氣缸，氣缸用鑄鐵制造，鑄鐵具有良好的鑄造性能，對氣缸結(jié)構(gòu)形狀的限制較小，所以鑄鐵氣缸的形式較多。在水冷氣缸中，應(yīng)特別注意氣閥部分的冷卻，一方面要使氣閥有充分的冷卻，另一方面把吸氣閥和排氣閥用冷卻水隔開，以保證氣缸有較高的吸氣系數(shù)。5.1.2級氣缸主要尺寸的計算（1）氣缸的壁厚氣缸布置在氣缸蓋上，氣缸形狀較簡單且用高強度鑄鐵，取。壁厚的附加項a，其值按0.50.8cm選擇，則a=8mm。，則（2）水套壁厚，?。?）連接法蘭壁厚5.1.3級氣缸的強度校核 氣缸與氣缸套的材料相同：，由于E相

3、對r1與r2大得多，r1與r2分別表示為氣缸的內(nèi)外半徑，將其看做r1=r2，r3=18.3cm，則圖9 壓入氣缸套的厚壁氣缸中的應(yīng)用氣缸和氣缸套內(nèi)的應(yīng)力值為：氣缸內(nèi)表面的切應(yīng)力：氣缸內(nèi)表面的徑向應(yīng)力：氣缸套內(nèi)表面的切向應(yīng)力：氣缸套內(nèi)表面的徑向應(yīng)力：氣缸套外表面的切向應(yīng)力：氣缸套外表面的徑向應(yīng)力：由于鑄鐵氣缸應(yīng)力不允許超過200300kg/cm2，所以符合要求，滿足強度。5.1.4級氣缸的計算（1）氣缸的壁厚氣缸布置在氣缸蓋上，氣缸形狀較簡單且用高強度鑄鐵，取。壁厚的附加項a，其值按0.50.8cm選擇，則a=8mm。，則（2）水套壁厚，?。?）連接法蘭壁厚5.1.5級氣缸的強度校核 氣缸與氣缸

4、套的材料相同：，由于E相對r1與r2大得多，r1與r2分別表示為氣缸的內(nèi)外半徑，將其看做r1=r2，r3=13.3cm，則氣缸和氣缸套內(nèi)的應(yīng)力值為：氣缸內(nèi)表面的切應(yīng)力：氣缸內(nèi)表面的徑向應(yīng)力：氣缸套內(nèi)表面的切向應(yīng)力：氣缸套內(nèi)表面的徑向應(yīng)力：氣缸套外表面的切向應(yīng)力：氣缸套外表面的徑向應(yīng)力：由于鑄鐵氣缸應(yīng)力不允許超過200300kg/cm2，所以符合要求，滿足強度。5.1.6氣缸材料氣缸和汽缸套的材料根據(jù)壓縮氣體的性質(zhì)和承受的壓力選取。由于本設(shè)計的工作壓力低于60公斤/厘米2，取用灰鑄鐵HT20-40、HT25-475.2氣閥3 現(xiàn)代活塞式壓縮機使用的氣閥，都是隨著氣缸內(nèi)氣體壓力的變化而自行開、閉的

5、自動閥。自動閥由閥座、運動密封組件、彈簧、升程限制器等零件組成。圖10 活塞式壓縮機自動閥的組成1閥座；2閥片；3彈簧；4升程限制器5.2.1氣閥的基本要求氣閥是活塞式壓縮機重要部件之一，它的工作直接關(guān)系到壓縮機運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性和可靠性。對氣閥的基本要求如下：1. 使用期限長，不能由于閥片或彈簧的損壞而引起壓縮機非計劃停車。2. 氣體通過氣閥時的能量損失小，以減少壓縮機動力消耗。對于固定式長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的壓縮機尤為重要。3. 氣閥關(guān)閉時具有良好的密封性，減少氣體的泄漏量。4. 閥片起、閉動作及時和迅速，而且要完全開啟，以提高機器效率和延長和使用壽命。5. 氣閥所引起的余隙容積要小，以提高氣缸容積效率

6、。以此，還要求結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、易于維修、氣閥零件標注化、通用化水平要高。5.2.2閥的分類 壓縮機自動閥按運動密封組件的特點可分為：環(huán)閥（包括環(huán)狀閥和網(wǎng)狀閥）、孔閥（包括杯狀閥、菌狀閥、碟狀閥等）、直流閥；其它還有諸如條狀閥、槽狀閥、錐形槽狀閥等。此壓縮機設(shè)計采用環(huán)狀閥，因為環(huán)狀閥制造簡單，工作可靠，可改變環(huán)數(shù)來適應(yīng)各種氣量要求，它適用于各種壓力、轉(zhuǎn)數(shù)的壓縮機。5.2.3閥設(shè)計的主要技術(shù)要求閥座密封表面要經(jīng)過研磨，閥片上下平面光潔度不低于9，內(nèi)外邊緣要倒鈍；氣閥組裝后要進行泄漏檢查。一般環(huán)狀閥片和網(wǎng)狀閥片熱處理硬度為RC4652，同一閥片的硬度差不超過3個單位。在閥片精磨后要進行補充回火，

7、其溫度不超過第一次回火溫度。用30CrMnSiA鋼板制造的環(huán)狀閥片，金相組織為回火馬氏體。5.2.4環(huán)狀閥結(jié)構(gòu)尺寸的選擇圖11 環(huán)狀閥的主要結(jié)構(gòu)尺寸及其幾何關(guān)系5.2.5級上的氣閥尺寸選擇力Pa=0.1MPa；一級排氣壓力Pd=0.29MPa；活塞有效面積F=0.041547562mm2；活塞的平均速度Cm=3.27m/s；同時作用的齊發(fā)數(shù)Z=2。結(jié)構(gòu)尺寸的選擇：氣閥的主要特性參數(shù)確定后，就要確定閥座通道寬度b、閥片寬度B和閥座相鄰信道平均直徑差Da. 選擇的閥縫隙通道氣體流速 表6 間壓縮機數(shù)據(jù)：壓縮機的轉(zhuǎn)速n=980r/min；活塞行程s=100mm；一級吸氣壓縫隙通道的平均氣流速度工作壓

8、力（公斤/厘米2）4410103030130130320320600間縫隙通道的平均氣流速度（米/秒）304525402035182815201215工作壓力P=9.756254kN=0.975625 Kg/cm2<4 Kg/cm2，則=3045m/s,取=35m/sb. 需要的閥縫隙面積式中： Z同時作用的同名氣閥數(shù)F活塞的有效面積c閥片開啟高度 h=1.6mm圖12 環(huán)狀閥閥片開啟高度與壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)、工作壓力得到關(guān)系d. 閥座通道寬度b， 取 又h=1.6mm b=6.4mme. 閥座密封口寬度表7 推薦的環(huán)狀閥主要結(jié)構(gòu)尺寸型式閥座通道寬度b（毫米）氣閥工作壓力（公斤/厘米2）閥片寬度

9、B（毫米）閥座密封口寬度1（毫米）閥座相鄰通道平均直徑差D（毫米）4>407.51.75255<401.256>100101.75357<1001.5工作壓力P=9.756254kN=0.975625 Kg/cm2<40Kg/cm2，則閥座密封口寬度1=1.25mmf. 閥片寬度BB=b+21=6.4+2×1.25=8.9mm，取B=9mmg. 升程限制器通道寬度b1b1=（11.2）b=（11.2）×6.4=6.47.68mm，取b1=7mmh. 限座相鄰信道平均直徑差DD=2（B+b1）=2×(9+7=32mmi. 閥座通道環(huán)數(shù)i

10、i=3j. 閥座最內(nèi)圈信道平均直徑D1 K. 閥座各環(huán)信道平均直徑DjDj=Di+(j-1 D=32.35+(3-1×32=96.35mm，取Dj=96mml. 閥座安裝直徑D0取C1=4.5mm，則D0=DJ+B+2C1=96+9+2×4.5=114mmm. 閥座最大外徑取5.5mm，則n. 閥座厚度HH=（0.120.2）=（0.120.2）×125=1525mm，取H=25mmo. 閥座安裝凸緣高度H1H1=（0.350.5）H=（0.350.5）×25=8.7512.5mm，取H1=10mmp. 連接螺栓直徑d表8 氣閥連接螺栓尺寸的選擇氣 閥

11、安 裝 直 徑D0（毫米）氣 閥 螺 栓d0（毫米）60>60100>100150>150200>200300300M10×1M12×1.25M16×1.5M20×1.5M24×1.5M27×1.5由于D0=114mm，故選擇M16×1.5q. 閥片厚度取=2mm圖13 環(huán)狀閥主要安裝尺寸示意圖5.26級上的氣閥尺寸選擇（由于級計算與級相似，所以圖表參照上面）壓縮機數(shù)據(jù)：壓縮機的轉(zhuǎn)速n=980r/min；活塞行程s=100mm；二級吸氣壓力Pa=0.314MPa；一級排氣壓力Pd=1.1MPa；活塞有

12、效面積F=0.01327322874mm2；活塞的平均速度Cm=3.27m/s；同時作用的齊發(fā)數(shù)Z=2。結(jié)構(gòu)尺寸的選擇：氣閥的主要特性參數(shù)確定后，就要確定閥座通道寬度b、閥片寬度B和閥座相鄰信道平均直徑差Da. 選擇的閥縫隙通道氣體流速工作壓力P=13.78kN=1.378 Kg/cm2<4 Kg/cm2，則=3045m/s,取=35m/sb. 需要的閥縫隙面積式中：Z同時作用的同名氣閥數(shù)F活塞的有效面積c閥片開啟高度 h=1.6mmd. 閥座通道寬度b， 取 又h=1.6mm b=6.4mme. 閥座密封口寬度工作壓力P=13.78kN=1.378 Kg/cm2<40Kg/cm2

13、，則閥座密封口寬度1=1.25mmf. 閥片寬度BB=b+21=6.4+2×1.25=8.9mm，取B=9mmg. 升程限制器通道寬度b1b1=（11.2）b=（11.2）×6.4=6.47.68mm，取b1=7mmh. 限座相鄰信道平均直徑差DD=2（B+b1）=2×(9+7=32mmi. 閥座通道環(huán)數(shù)ii=3j. 閥座最內(nèi)圈信道平均直徑D1 mmK. 閥座各環(huán)信道平均直徑DjDj=Di+(j-1 D=-11+(3-1×32=53mml. 閥座安裝直徑D0取C1=3.5mm，則D0=DJ+B+2C1=53+9+2×3.5=69mm，取D0=7

14、0mmm. 閥座最大外徑取4mm，則n. 閥座厚度HH=（0.120.2）=（0.120.2）×78=9.3615.6mm，取H=15mmo. 閥座安裝凸緣高度H1H1=（0.350.5）H=（0.350.5）×15=5.257.5mm，取H1=7mmp. 連接螺栓直徑d由于D0=70mm，故選擇M12×1.25q. 閥片厚度取=2mm5.3活塞 活塞與氣缸構(gòu)成了壓縮容積?；钊仨氂辛己玫拿芊庑裕?此外還有要求：1，有足夠的強度和剛度；2活塞與活塞銷的連結(jié)和定位要可靠；3，重量輕，兩列以上的壓縮機中，應(yīng)根據(jù)慣性力平衡的要求配置各列活塞的重量；4，制造工藝性好。5.

15、3.1活塞的基本結(jié)構(gòu)型式活塞式壓縮機中采用的活塞基本結(jié)構(gòu)型式有:筒形、盤形、級差式、組合式、柱塞等。對于小型無十字頭的壓縮機一般選用筒形活塞。筒形活塞的主要結(jié)構(gòu)尺寸如右圖所示：圖14 筒形活塞主要結(jié)構(gòu)尺寸5.3.2 級活塞尺寸活塞環(huán)的計算：活塞環(huán)是密封氣缸鏡面和活塞間的縫隙用的零件。另外，它還起布油和導熱的作用。對活塞環(huán)的基本要求是密封可靠和耐磨損?；钊h(huán)的徑向厚度t：取t=8mm活塞環(huán)的軸向高度h：h=（0.41.4）t=（0.41.4）×8=3.211.2mm，取h=4mm刮油環(huán)的軸向高度：h3=（12）h=（12）×4=48mm，取h3=6mm活塞直徑：D=230mm

16、活塞總高度H與活塞直徑D一般為：H=（0.651.5）D=（0.651.5）×230=149.5345mm，取H=184mm活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離：C=（1.23）h=（1.23）×4=4.812mm，取C=8mm活塞環(huán)之間的距離：C1=（0.81.5）h=（0.81.5）×4=3.26mm，取C1=5mm裙座到底邊的高度L約為0.7H，則L=0.7H=0.7×184=128.8mm，取L=130mm活塞銷中心線到底邊的距離h1約為0.6L，則h1=0.6L=0.6×130=78mm活塞頂部的強度計算，可將活塞頂部作為圓周固定的圓板來計算

17、：對于無加強筋的鑄鐵活塞B300350Kg/cm2，取B=300 Kg/cm2，取t=8mm5.3.3 級活塞尺寸(與級活塞尺寸計算相似活塞環(huán)的徑向厚度t：取t=4mm活塞環(huán)的軸向高度h：h=（0.41.4）t=（0.41.4）×4=1.65.6mm，取h=4mm刮油環(huán)的軸向高度：h3=（12）h=（12）×4=48mm，取h3=6mm活塞直徑：D=130mm活塞總高度H與活塞直徑D一般為：H=（0.651.5）D=（0.651.5）×130=84.5195mm，取H=156mm活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離：C=（1.23）h=（1.23）×4=4.81

18、2mm，取C=8mm活塞環(huán)之間的距離：C1=（0.81.5）h=（0.81.5）×4=3.26mm，取C1=5mm裙座到底邊的高度L約為0.7H，則L=0.7H=0.7×156=109.2mm，取L=110mm活塞銷中心線到底邊的距離h1約為0.6L，則h1=0.6L=0.6×110=66mm活塞頂部的強度計算，可將活塞頂部作為圓周固定的圓板來計算：對于無加強筋的鑄鐵活塞B300350Kg/cm2，取B=300 Kg/cm2，取t=8mm5.3.4 活塞材料的選擇本次設(shè)計活塞材料選用HT20-40，活塞銷材料選用20鋼。5.4活塞銷圖15 活塞銷5.4.1活塞銷的主要技術(shù)要求1. 20鋼和20Cr鋼制的銷子，圓柱外表面的滲炭深度為：1）壁厚35毫米的活塞銷0.81.2毫米；2）厚度大于5毫米的活塞銷1.11.7毫米；2. 銷子外圓柱表面硬度為HRC5767，各點硬度差不大于3個HRC單位；3. 銷子硬化層的顯微組織應(yīng)符合以下規(guī)定：1）滲碳層影視細密的馬氏體組織，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)是細針狀的