活塞式壓縮機氣缸部分的設計

1、5氣缸部分的設計氣缸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。設計氣缸的要點是：1應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符合三化”要求。結(jié)構(gòu)形式的確定氣缸因工作壓力不同而選用不同強度的材料，這個設計工作壓力cm2低于60kgf/cm2，本設

2、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)。級氣缸主要尺寸的計算(1) 氣缸的壁厚匹a2P氣缸布置在氣缸蓋上，氣缸形狀較簡單且用高強度鑄鐵，P250?400kg/cm2，取P300kg/cm2。壁厚的附加項a，其值按選擇,貝Ua=8mm。PD0.9756*17血“a0.80.827642，貝U10mm2P2*300(2) 水套壁厚(0.750.8)(0.750.8)107.58mm，

3、取8mm(3) 連接法蘭壁厚級氣缸的強度校核,由于E相對ri與r2口=2, r3=,則P20.9756 11.5 212.520.8257kg/cm圖9壓入氣缸套的厚壁氣缸中的應用氣缸和氣缸套內(nèi)的應力值為氣缸內(nèi)表面的切應力tc ?tc22P2 22raD0.825712.5218.3218.32 12.522.270kg/cm氣缸內(nèi)表面的徑向應力rc ? rc2p20.8257kg/cm氣缸套內(nèi)表面的切向應力tltl2 2 Pi riD0.9756 ii.5 2i2.522 0.8257 i2.5 2i2.52 ii.52i.0i87kg/cmEr；r氣缸與氣缸套的材料相同：P2上plr:21

4、22r3Gl22qG大得多，ri與r2分別表示為氣缸的內(nèi)外半徑，將其看做氣缸套內(nèi)表面的徑向應力ri:ripi0.9756kg/cm2氣缸套外表面的切向應力ti2pji2P2ri220.975611.520.825711.5212.5”.：12.5211.520.8623kg/cm2氣缸套外表面的徑向應力P20.8257kg/cm 2r3=由于鑄鐵氣缸應力不允許超過200300kg/cm2,所以符合要求，滿足強度級氣缸的計算(1)氣缸的壁厚匹a2p氣缸布置在氣缸蓋上，氣缸形狀較簡單且用高強度鑄鐵，p250400kg/cm2,取p300kg/cm2。壁厚的附加項a,其值按選擇，貝Ua=8mm。PD

5、0925*17a0.80.826cm,貝U10mm2p2*300(2)水套壁厚(0.750.8)(0.750.8)107.58mm,取8mm(3)連接法蘭壁厚1.41.41014mm級氣缸的強度校核氣缸與氣缸套的材料相同由于E相對門與r2大得多,Er22門2p1r12p4門P2222L3Tr22232門與r2分別表示為氣缸的內(nèi)外半徑，將其看做r1=r2,1.3786.527.521.035kg/cm2氣缸和氣缸套內(nèi)的應力值為：氣缸內(nèi)表面的切應力tc:tcp22r2r21.035227.513.3oi/13.327.522kg/cm氣缸內(nèi)表面的徑向應力rc?rcp221.035kg/cm氣缸套內(nèi)

6、表面的切向應力tl?PiAtl222222p2r221.3756.5212227.57.5221.0357.56.521.357kg/cm2氣缸套內(nèi)表面的徑向應力rl?rl2p11.375kg/cm氣缸套外表面的切向應力tl?tl2pji2P2n21.3756.521.0356.527.527.526.520.749kg/cm2氣缸套外表面的徑向應力rl?rl2p21.035kg/cm由于鑄鐵氣缸應力不允許超過200300kg/cm2,所以符合要求，滿足強度氣缸材料由于本設計的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。工作壓力低于60公斤/厘米2,取用灰鑄鐵HT20-40、HT25

7、-47氣閥網(wǎng)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

8、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。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。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)來適應各種氣量要求，它適用于各種壓力、轉(zhuǎn)數(shù)的壓縮機。閥設計的主要技術(shù)要求閥座密圭寸表面要經(jīng)過研磨，閥片上下平面光潔度不低于A9,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

9、硬度差不超過3個單位。在閥片精磨后要進行補充回火，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。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)系級上的氣閥尺寸選擇力Pa=；一級排氣壓力Pd=；活塞有效面積F=；活塞的平均速度Cm=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ADa.選擇的閥縫隙通道氣體流速Cv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力(公斤/41010303013013

10、0320320600厘米2)間縫隙通道的平均304525402035182815201215氣流速度(米/秒)工作壓力P=Kg/cm240閥片寬度（毫米）閥座密封口寬度a米）閥座相鄰通（毫道平均直徑差4（毫米）251001001035寬度a =工作壓力P=Kg/cm2=114mmm.閥座最大外徑Dmax取2,貝UDmaxDo2211425.5125mmn.o.P.閥座厚度HH=()Dmax=()X125=1525mm,取H=25mm閥座安裝凸緣高度H1H1=()H=()25=，取H仁10mm連接螺栓直徑d表8氣閥連接螺栓尺寸的選擇7閥安裝直徑氣閥螺Do(毫米)do(毫米)M1oX 1M12XM

11、16XM24X6o1oo1oo15。15。2oo 3oo2oo3ooM27X由于Do=114mm,故選擇M16Xq.閥片厚度S?。?2mm排氣閩瓜圖13環(huán)狀閥主要安裝尺寸示意圖U級上的氣閥尺寸選擇（由于U級計算與I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=；一級排氣壓力Pd=；活塞有效面積F=；活塞的平均速度Cm=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口a.選擇的閥縫隙通道氣體流速Cv工作壓力P=Kg/cm24Kg/cm2,貝UCv=

12、3045m/s取Cv=35m/sb.需要的閥縫隙面積fv匚cm-D2Cm1*3.14*0.172*33277fv441629.05mm2ZCvZCv2*35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=d.閥座通道寬度b0.30.85b又Th=二b=0.5e.閥座密封口寬度工作壓力P=Kg/cm278=，取H=15mm。.閥座安裝凸緣高度H1H1=()H=()X15=，取H1=7mmp.連接螺栓直徑d由于Do=7Omm,故選擇M12Xq.閥片厚度S取S=2mm活塞活塞與氣缸構(gòu)成了壓縮容積?；钊仨氂辛己玫拿芊庑?，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

13、位要可靠；3,重量輕，兩列以上的壓縮機中，應根據(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。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：D圖14筒形活塞主要結(jié)構(gòu)尺寸I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，它還起布油和與熱的作用。對活塞環(huán)的基本要求是密封可靠和耐磨損。1111活塞環(huán)的徑向厚度t：t()D()23010.456.39mm22362236?取t=8mm活塞環(huán)的軸向高度h:h=()t=()8=，取h=4mm刮油環(huán)的軸

14、向高度：h3=(12)h=(12)X4=48mm,取h3=6mm活塞直徑：D=230mm活塞總高度H與活塞直徑D一般為：H=()d=()230=345mm,取H=184mm活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離：C=(3)h=(3)X4=12mm，取C=8mm活塞環(huán)之間的距離：Ci=()h=()X4=6mm,取Ci=5mm裙座到底邊的高度L約為，則L=X184=，取L=130mm活塞銷中心線到底邊的距離hi約為，則hi=xi30=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：對于無加強筋的鑄鐵活塞晶300350Kg/cm取曲=300Kg/cm22r0.68Pmax2*3000.680

15、.9756t0.54cm,取t=8mmII級活塞尺寸(與I級活塞尺寸計算相似)()130 5.9 3.61mm2236活塞環(huán)的徑向厚度t：t()D2236活塞環(huán)的軸向高度h:?源 t=4mmh=(? )t=(?)X4=,取 h=4mm刮油環(huán)的軸向高度：h3=(12)h=(12)X4=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=()D=()X30=195mm,取H=156mm活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離：C=(3)h=(3)X4=12mm)取C=8mm活塞環(huán)之間的距離：Ci=()h=()X4=6mm,取C1=5mm裙座到底邊的高度L約為，則L=X156=,

16、取L=110mm活塞銷中心線到底邊的距離h1約為，則h1=X110=66mm的鑄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：對于無加強筋鐵活塞晶300?350Kg/cm取曲=300Kg/cm2r0.68Pmax652產(chǎn)3000.681.3781t0.363cm,取t=8mm活塞材料的選擇本次設計活塞材料選用HT20-40,活塞銷材料選用20鋼活塞銷圖15活塞銷活塞銷的主要技術(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毫米的活塞銷毫米；2）厚度大于5毫米的活塞銷毫米；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

17、硬化層的顯微組織應符合以下規(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）高頻淬火硬化層應是細針狀的馬氏體組織，其轉(zhuǎn)變區(qū)為索氏體組織，并允許有碳素體的晶粒存在。4 .銷子外圓的橢圓度和錐形度不大于2級精度直徑公差之半5 .銷子外圓表面光潔度：1）直徑小于150毫米時為八9;2）直徑大于150毫米時為八86 .銷子外圓表面不允許有裂紋、凹痕、擦傷、斑疤以及肉眼可見的非金屬夾雜物等缺陷7 .銷子加工完后，應進行磁粉探傷，不得有裂紋。I級活塞銷尺寸活塞銷的尺寸，根據(jù)最大活塞力Pmax作用下活塞銷投影工作表面上的許用比壓k初步確定后，按彎曲和剪切作用校核其強度?；钊N的計算尺寸如圖：圖16活塞銷計算簡圖maxdlok連桿軸承長度lo=()d,取lo=活塞銷許用比壓k150250Kg/cm2,取k=200Kg/cm22nmax