【文章內容簡介】 等組件。下面將分別對各組件進行設計。 活塞組件設計活塞組件與氣缸構成了壓縮容積?；钊M件必須有良好的密封性，此外還要求（1）有足夠的強度和剛度。（2）活塞與活塞桿(或活塞銷)的連接和定位要可靠。（3）重量輕。兩列以上的壓縮機中．應根據慣性力平衡的要求配置各列活塞的重量。（4）制造工藝性好。對本設計來說，活塞組件的設計包括活塞環(huán)的設計、刮油環(huán)的設計、活塞的設計和活塞銷的設計。它們在氣缸中作往復運動，與氣缸一起構成了行程容積。 活塞環(huán)設計活塞環(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。對活塞壞的基本要求是密封可靠和耐磨損。它是易損件，在設計中盡量用標誰件和通用件，以利生產管理。在活塞式壓縮機中，活塞環(huán)是關鍵的零件之一，它設計質量的好壞直接影響到壓縮機的排氣量、功率、密封性及可靠性，從而影響到壓縮機的使用成本。活塞環(huán)的材料及結構尺寸的選擇對其壽命起至關重要的作用。 活塞環(huán)的材料如果沒有特殊要求，活塞環(huán)一般用鑄鐵或合金鑄鐵制造。不同活塞環(huán)直徑宜選用的灰鑄鐵牌號見表41。對于小直徑活塞環(huán)或高轉速壓縮機用的活塞環(huán)，可選用合金鑄鐵制造。表41 灰鑄鐵活塞直徑與鑄鐵牌號關系活塞環(huán)直徑，mm灰鑄鐵牌號HT300或HT250HT200或HT250HT200本設計采用的活塞環(huán)材料為灰鑄鐵，牌號為HT 活塞環(huán)的結構設計常用的活塞環(huán)的結構有4種：直切口式、斜切口式、搭接口式、組合式。 （1）直切口式。該結構加工簡單，但壓縮機氣體泄漏量大，因此一般很少采用。 （2）斜切口式。該結構壓縮機氣體泄漏量及加工難易程度介于直切口式與搭接口式之間，使用最為廣泛。大部分進口壓縮機及國產壓縮機的活塞環(huán)均采用該結構。 （3）搭接口式。該結構壓縮機氣體泄漏量很少，加工最復雜，一般用于壓力較大的場合。本設計采用直切口式。 活塞環(huán)環(huán)數的確定活塞環(huán)的數目按下列經驗公式估算： （41）式中：—活塞環(huán)兩邊的最大壓差，105Pa。活塞環(huán)的數目按上述公式進行計算后，根據壓縮機的轉速的行程進行圓整。，取=2。，取=3。 主要尺寸的確定 （1）徑向厚度t徑向厚度t一般取t=（1/22~1/36）D。D為活塞環(huán)外徑（mm），且大直徑活塞環(huán)的t取小值，小直徑活塞環(huán)的t取大值，最后應取標準值。mm，取=4mm。mm，取=3mm。（2）軸向厚度h軸向厚度h一般取h=（~）t。較小值用于大直徑活塞環(huán)，較大值用于小直徑活塞環(huán)和壓差較大的活塞環(huán)，最后應取標準值。 mm，取=3mm。 mm，取=3mm。（3）開口熱間隙開口熱間隙按下式計算 （42）式中：—活塞環(huán)外徑，mm； —活塞工作時的溫度，通常取排氣溫度，℃； —在檢驗尺寸時活塞環(huán)本身的溫度，通常取室溫20℃； —活塞環(huán)材料的線膨脹系數（1/℃），鑄鐵/℃。mm，取=。mm，取=。（4）自由開口寬度A查文獻資料[1]得：A1= A2=根據已知的條件=95mm，=70mm，選用文獻[1]中的標準活塞環(huán)。 活塞環(huán)的結構簡圖 刮油環(huán)設計在單作用的氣缸中，為了防止曲軸內的潤滑油竄入氣缸，要采用刮油環(huán)。刮油環(huán)的工作面有鋒利的邊緣，以便把氣缸上的潤滑油刮下，刮下的油順著活塞上的導油孔導出。為把潤滑油引出，在環(huán)中間加工出圓弧形槽。在設計中，刮油環(huán)盡量選用標準件和通用件，以利于生產管理。根據一、二級活塞直徑查文獻[1]、。 一級活塞環(huán)的結構簡圖 二級油環(huán)的結構簡圖 .3 活塞的設計對于小型、微型無十字頭的壓縮機，活塞銷與連桿直接相連。當壓縮機工作時，側向力將活塞壓向氣缸表面，這樣側向力主要由活塞群部承受。此時為防止活塞的外表面造成氣缸的損傷，通常銷座附近的群部略向下凹?；钊綁嚎s機中采用的活塞基本結構型式有：簡形、盤形、級差式、組合式、柱塞等。（1）筒形活塞：用于小型無十字頭壓縮機，通過活塞銷與連桿連結。（2）盤形活塞：用于低壓中壓氣缸中。為了減輕重量，一般鑄成空心的。兩個端面用加強筋互相連結，以增加剛性。（3）級差式活塞：用在串聯(lián)兩個以上壓縮級的級差式氣缸中。（4）隔距環(huán)組合型活塞：高壓級中，活塞環(huán)徑向厚度與它的直徑的比值，比一般情況取得大些，以提高活塞環(huán)彈力和它對氣缸表面的比壓。（5）柱塞：活塞直徑很小時，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)的柱塞結構。本設計采用筒型活塞。 活塞材質的選取根據參考文獻[1]表420，選擇本設計一級氣缸的材質為HT200，二級氣缸的材質為HT200。 活塞結構尺寸的確定 不計密封環(huán)和刮油環(huán)高度時的活塞高度 （43）式中：—最大側向力；為連桿徑長比，為最大活塞力；D—活塞直徑，m；[k1] —筒形活塞支撐面的許用比壓， MPa ~。，=1/不計密封環(huán)和刮油環(huán)高度時的一級活塞高度m=不計密封環(huán)和刮油環(huán)高度時的二級活塞高度m=活塞的總高度 （44）式中：n，m—活塞環(huán)數；h，h3—活塞環(huán)的軸向高度，mm。一般取=（12）h。根據刮油環(huán)的設計知：=一級活塞高度：mm二級活塞高度：mm活塞總高度一般與活塞直徑D的關系為 （45）一級活塞高度范圍： mm二級活塞高度范圍： mm綜上所述：取一級活塞高度=72mm，取二級活塞高度=72mm。活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離為 （46）一級活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離 mm二級活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離 mm取=6mm，=6mm。活塞環(huán)之間的距離為 （47）一級活塞活塞環(huán)之間的距離mm二級活塞活塞環(huán)之間的距離mm取。裙座到底邊的距離約為 （48）一級活塞裙座到底邊的距離mm二級活塞裙座到底邊的距離mm活塞銷中心線到底邊距離約為 （49）一級活塞活塞銷中心線到底邊距離mm，取為32 mm。二級活塞活塞銷中心線到底邊距離mm，取為32 mm?；钊N孔徑均為20 mm。 活塞示意圖 活塞銷的設計 活塞銷的材料 活塞銷連接了活塞和連桿，在活塞運動過程中，承受連桿的重量和連桿作用在活塞銷的力，所以活塞銷要有足夠的強度和剛度。綜合考慮選擇20Cr。 活塞銷的主要結構尺寸活塞銷的尺寸，根據最大活塞力作用下活塞銷投影工作面上的許用比壓初步確定后，按彎曲和剪切作用校核其強度?；钊N的計算尺寸如圖6所示。 （410）式中：pmax—最大活塞力，N；d —活塞銷直徑，m； l0 —連桿銅套長度，按l0 (~)d的范圍選??； [k2] —活塞銷許用比壓，活塞力始終在一個方向時，[k2]120105Pa ~150105Pa；活塞力的方向有變化時，[k2]150105Pa ~250105Pa。因為活塞力有變化，取[k2] 200105Pa。則一級活塞銷，取d20mm二級活塞銷：，取d20mm活塞銷座處的表面壓力按下式確定 （411）式中：d—如圖6所示，為活塞銷外徑，mm； —活塞銷在一側銷座中的支撐長度，mm。表面壓力的許用值活塞銷在銷座中為緊固支撐，鑄鐵活塞35 Mpa~40MPa。鑄鋁活塞20 MPa~25MPa。一級活塞：d20mm，取20mm，則 MPa，在允許范圍內。二級活塞：d20mm，取10mm，則 MPa，在允許范圍內。 活塞銷計算示意圖 活塞銷座計算尺寸進行彎曲驗算時，把活塞銷看作兩端自由支撐的梁，與連桿接觸長度l0上承受均布載荷，中間截面的彎曲應力最大，其值為 （412）式中：Pmax—最大活塞力，N； l —活塞銷座支撐長度中點間的距離，mm； l0 —連桿軸承的寬度，mm； d0 —活塞銷中心孔徑，mm，一般取d0=(~)d。許用彎曲應力：碳素鋼90 MPa；合金鋼150 MPa。一級活塞連桿小頭的寬度l024mm；活塞銷中心孔徑選擇d08mm；連桿銅套與活塞銷座之間應留出一定間隙，取間隙為8mm，=3mm。則活塞銷總長為 （413）一級活塞銷：=80mm二級活塞銷：mm一級活塞銷MPa二級活塞銷MPa活塞銷的材料為20Cr，是合金鋼，一、二級活塞銷的在允許范圍內。截面ⅡⅡ上的剪切應力為 （414）許用剪切應力：碳素鋼50 MPa；合金鋼100 MPa。活塞銷的材料為20Cr,為合金鋼，100 MPa。一級活塞銷：MPa 100 MPa，在允許范圍內；二級活塞銷：MPa 100 MPa，在允許范圍內。 氣缸的設計 基本結構型式及選材氣缸是活塞式壓縮機中組成壓縮容積的主要部分。根據壓縮機所要達到的壓力、排氣量、壓縮機的結構方案、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，氣缸的的結構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）盡可能減小氣缸內的余隙容積和氣體阻力。（4）結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。為了保證工作的可靠性，壓縮機列中的所有氣缸都要有較高的同心性。為此氣缸上一般都設有定位凸肩。定位凸肩導向面應與氣缸工作表面同心，而且結合平面要與中心線垂直。由于活塞和活塞環(huán)在氣缸工作表面上滑行，使氣缸工作表面受到摩損，而且當活塞在止點位置時，速度等于零，靠壓縮容積一側的第一道活塞環(huán)的比壓很大，有可能咬在工作面上，所以此處的磨損最大。因此應恰當的選擇活塞環(huán)和氣缸工作面之間硬度和配合。本次設計在氣缸工作表面加上細微的珠光體組織，硬度達HB170以上，使活塞環(huán)的硬度比氣缸工作表面的硬度高（10~20） HB。，但用普通的加工方法很難達到這樣的光潔度。氣閥在氣缸上的布置方式對氣缸的結構有很大影響。本次設計氣閥關鍵是通道截面要大、余隙容積要小、安裝和修理要方便。因此本次設計選用舌簧閥，為了簡化氣缸的結構，氣閥安裝在氣缸蓋上，氣閥的中心線與氣缸中心線平行布置氣閥在兩氣缸蓋上。這時氣閥與氣缸連通通道引起的余隙容積較小，氣流暢通。單作用氣缸的潤滑點布置在靠壓縮容積側第一道活塞環(huán)掃過距離的中間位置，而且氣缸一般都有指示器接管。為了防止氣體外泄，壓緊螺栓的端部用封閉螺母緊固，螺母與閥蓋的結合面上加熱片密封。吸氣閥受氣缸內的氣體壓力作用，脫離其承座的力要比排氣閥所受的同樣的力大得多，所以吸氣閥壓罩的壓緊螺栓要比排氣閥的取得多。氣缸因工作壓力不同而選用不同強度的材料，工作壓力低于6MPa的氣缸用鑄鐵制造。工作壓力低于20MPa的氣缸用鑄鐵或稀土球墨鑄鐵制造。工作壓力更高的氣缸則用碳鋼或合金鋼制造。鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能，對氣缸結構形狀的限制較小，所以鑄鐵氣缸的形式較多，有單層壁氣缸和多層壁氣缸。大、中型壓縮機的鑄鐵氣缸多為多層壁，而本設計為微型壓縮機氣缸，所以選用單層壁鑄鐵氣缸，鑄鐵型號為HT200。為了保證工作的可靠性，壓縮機列中的所有氣缸要有較高的同心性。為此，氣缸上一般都設有定位凸肩，定位凸肩導向面應與氣缸工作表面同心，而其接合平面要與中心線垂直。氣缸中孔的內圓表面，為氣缸的工作表面，供活塞在其中作往復運動，并保持滑動部分的氣密性，以形成所需的壓縮容積。為了保證活塞對氣缸工作表面的可靠密封，須將活塞環(huán)運動時掃過的氣缸工作表面精密加工。工作表面的長度應滿足這樣的要求：活塞在內、外止點位置時，相應的最外一道活塞環(huán)能越出工作表面（1～2）mm，以避免形成凸邊或積垢。為了便于加工工作表面和安裝活塞方便，應使工作表面兩端之外的表面取較大直徑。而且與工作表面成錐面過渡，錐面的斜度一般取1∶3或等于15176。的斜角。為了減少氣缸工作表面的磨損，應恰當地選擇活塞環(huán)和氣缸工作表面之間的硬度和配合，這就要求氣缸工作表面具有細微的珠光體組織，硬度達HB170以上。一般使活塞環(huán)的硬度比氣缸工作表面的硬度高（10～20）布式硬度單位。如果壓縮氣體較臟或者壓縮氣體使氣缸表面的潤滑惡化，則氣缸表面就有較大的磨損。這時，需采用優(yōu)質材料制成的氣缸套作氣缸工作表面。此外，還由于下列理由采用氣缸套：（1）鑄鋼和鍛鋼氣缸，為了防止咬合；（2）氣缸有缺陷，經修補回用；（3）便于實現(xiàn)氣缸尺寸系列化等。為了簡化氣缸和氣缸套的加工，除定位凸肩以外，其余部分圓表面不加工成階梯形，而把靠近定位凸肩的一半氣缸長度按過盈配合加工；離定位凸肩較遠的另一半長度按間隙配合加工。氣缸套外圓的極限公差，通常根據已加工氣缸的實測值來確定。氣閥在氣缸上的布置方式，對氣缸的結構有很大影響，是設計氣缸所要考慮的主要問題之一。布置氣閥的主要要求是：通道截面要大；余隙容積要??；安裝和修理要方便。選擇氣閥數量時，力求統(tǒng)一化，即兩級或更多級都采用相同的氣閥，而各級所需的通流截面靠改變氣閥數量來實現(xiàn)。小型無十字頭壓縮機，為了簡化