【正文】 ， mm，一般取 d0=(~)d。 許用彎曲應力： 碳素鋼 ?][ B? 90 MPa；合金鋼 ?][ B? 150 MPa。 一級活塞 連桿 小頭 的 寬 度 l0?24mm；活塞銷中心孔徑選擇 d0? 8mm；連桿銅套與活塞銷座之間應留出一定間隙，取間隙為 1? ? 8mm， 2? =3mm。則活塞銷總長為 39。 022L l l?? ? ? （ 413） 一級活塞銷： 1 2 8 2 20 24L ? ? ? ? ?=80mm 二級活塞銷： 2 2 3 2 15 24 60L ? ? ? ? ? ?mm 本 科 畢 業(yè) 設 計（論文） 第 28 頁 共 58 頁 一級活塞銷 442 4 3 9 2 0 2 08 0 5 4 . 7 50 . 4 2 2 0 8B? ??? ? ? ??? ???MPa 二級活塞銷 443 8 6 6 2 0 2 06 0 6 20 .4 2 2 0 8B? ??? ? ? ??? ???MPa 活塞銷的材料為 20Cr，是合金鋼，一、二級活塞銷的 B? 在允許范圍內。 截面Ⅱ Ⅱ上的剪切應力為 ? ?202 max2 dd p?? ?? （ 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： ? ?222 2 4 3 9 4 .6 22 0 8? ? ????? MPa ? 100 MPa，在允許范圍內； 二級活塞銷： ? ?222 3 8 6 6 7 .3 32 0 8? ? ????? 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) 本 科 畢 業(yè) 設 計（論文） 第 29 頁 共 58 頁 的硬度比氣缸工作表面的硬度高（ 10~20） HB。當工作表面的 Ra 的上限值為 時磨損最小，但用普通的加工方法很難達到這樣的光潔度。因此本次設計無十字頭的壓縮機表面的 Ra 的上限值為 即可。 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。圖 為風冷空氣壓縮機的氣缸。 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 本 科 畢 業(yè) 設 計（論文） 第 30 頁 共 58 頁 于實現氣缸尺寸系列化等。 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。 小型無十字頭壓縮機，為了簡化氣缸的結構，氣閥可以安裝在氣缸蓋上。組合閥比單個布置能更好地利用端蓋的面積，而且氣缸的余隙容積也比單個布置的小。 氣閥傾斜地布置在錐形大的氣缸蓋上，余隙容積小，通道面積大，氣體流動損失較小，而且在多列壓縮機中還可 以縮短列間距離。缺點是氣缸蓋的加工復雜，端面密封困難。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較小，氣流暢通，還可以設置較大直徑的氣閥。 另外，還要考慮密封。氣缸與氣缸蓋之間，氣閥與氣缸之間，采用軟墊片、金屬墊片、研磨等方式密封?？紤]到工作壓力，本設計采用軟墊片密封。常用的軟墊材料為橡皮和石棉板，也有采用金屬石棉墊片，它由銅與石棉制成。 氣缸主要尺寸的確定 一級氣缸的壁厚按鑄造要求確定 工作壓力為 (～ ) MPa 時， 1050D1 ??? （ 415） 而壓力較高或小直徑鑄鐵氣缸的壁厚按薄壁圓筒公式計算 2[ ]pD Cp? ???? （ 416） 式中： p — 氣缸工作壓力， MPa； D— 氣缸內徑， mm； C— 壁 厚的附加項，其值按（ 5～ 8） mm 選取，氣缸直徑較大時取較大值； []? — 氣缸材料的許用拉伸應力， MPa，普通灰鑄鐵 []? =（ 15～ 18） MPa；高強度鑄鐵 []? =（ 20～ 28） MPa；球墨鑄鐵 []? =（ 60～ 80） MPa；氣閥布置在氣缸上，氣缸形狀較簡單且用高強度鑄鐵時， []? =（ 25～ 40） MPa。 各級氣缸壁厚按（ 416）計算。 取 []? 為 15 MPa，則 各級氣缸的壁厚為 1 0 .4 3 8 2 3 8 7 .5 82 1 5? ?? ? ??mm 本 科 畢 業(yè) 設 計（論文） 第 31 頁 共 58 頁 2 1 .3 9 1 3 8 6 .2 82 1 5? ?? ? ??mm 本次設計冷卻方式是風冷，風冷氣缸靠氣缸外壁加散熱片來冷卻散熱片環(huán)向布置。這樣冷卻較均勻，但是相對縱向氣缸剛性較差。氣缸靠近蓋端的散熱片較長，而且氣缸蓋也設散熱片，以加熱這一部分的冷卻。若氣缸上散熱片排列過于稀疏，會導致氣缸散熱不充分，使各級工作溫度升高，從而影響了壓縮機的正常工作。若 氣缸上散熱片排列過于緊密，在散熱過程中風無法吹到散熱片表面，帶不走多余熱量，也會使各級工作溫度升高，從而影響了壓縮機的正常工作。因此參照壓縮機廠的經驗數據，初步選定兩級散熱片數都為 8 個，翅片間距為 12mm。 氣缸其它尺寸由工藝條件確定。 一、 二級氣缸尺寸示意圖見圖 ，圖 。 圖 一級氣缸尺寸示意圖 曲軸的設計 曲軸的結構形式及選材 曲 軸是 壓縮機中傳遞動力的重要零件。由于它承受很大的交變載荷和磨損，所以對其疲勞強度和耐 磨性 更求較高 。壓縮機中的曲軸有兩種：曲柄軸和曲拐軸。 曲軸主要包括主軸頸、曲柄和曲拐銷等部分。 曲拐軸簡稱曲軸。其特點是：曲拐銷的兩端均有曲柄。為使曲軸不產生過大的繞度，兩相鄰軸頸之間只設一個曲拐。對稱平衡型壓縮機的曲軸，因兩曲拐很近，則可設一對曲拐。 曲柄軸的結構特點是僅在曲拐銷的一端有曲柄，曲拐銷的另一端為開式，連桿的大頭可從此端套入。因此，曲柄軸采用懸臂式支撐。由于曲柄軸的曲柄銷是外伸梁，使連 桿結構簡單，安裝方便。故本設計采用曲柄軸。 本 科 畢 業(yè) 設 計（論文） 第 32 頁 共 58 頁 圖 二級氣缸尺寸示意圖 曲軸一般用 40 或 45 優(yōu)質碳素鋼鍛造或用稀土球墨鑄鐵鑄造而成。采用球墨鑄鐵鑄造可以直接鑄出所需要的結構形狀，經濟性好，且對應力集中敏感性小，耐磨，加工要求也比碳鋼低。因此，選擇曲軸的材料為 QT6003。 主要結構尺寸的確定 （ 1） 曲柄銷直徑 D 410)5646( ??? PD ～ （ 417） 式中： P ———— 最大活塞力， N。 當壓縮機活塞力小，列數少，行程短，往返 行程中活塞力較接近，以及曲軸材料許用應力高，軸承負荷能力強時，系數的取值可偏??；反之，系數取值應偏大。 則 ? ? 44 6 ~ 5 6 3 8 6 6 1 0 ( 2 8 .6 ~ 3 4 .8 )D ?? ? ? ?mm， 為了提高曲柄銷強度且參考工廠圖紙，取 38D? mm。 （ 2）主軸頸直徑 1D DD )(1 ～? （ 418） 在確定軸頸尺寸時 ，應顧及軸頸重合度 S ， 應盡量避免 DS 等于零或接近零。 則 1 (1 ~ 1 .1 ) 3 8 ( 3 8 ~ 4 1 .8 )D ? ? ?mm， 考慮實際情況并參考工廠圖紙，取 1 40D? mm。另一端 1 35D? mm。 （ 3）軸頸長度 a 軸頸長度要與軸承寬度相適應。在非定位軸頸處，軸頸直圓柱部分的長度要比軸承寬度適當大一些，使軸頸與軸承沿軸線方向有相 互竄動的余地，以適應制造偏差和曲軸熱膨脹的影響。 本 科 畢 業(yè) 設 計（論文） 第 33 頁 共 58 頁 再根據參考工廠圖紙，取一側的軸頸 18?a mm， 另一側的軸頸 21a? mm。 （ 4）曲柄厚度 t Dt )( ～? （ 419） 大的曲柄厚度相應于小的曲柄寬度；小的曲柄厚度相應于大的曲柄寬 度。在軸頸重合度 S 較大時，例如 DS ＞ ， 曲柄厚度 t 可酌情減少 10%～ 20%。 那么 ( ~ ) ( )tD? ? ? ～mm， 取 24?t mm。 （ 5）曲柄寬度 h Dh )( ～? （ 420） 鑄造曲軸以取小大的曲柄寬度為宜，以減少機加工切削量。則 (45 .6 ~ 60 .8)h ? mm，取 50?h mm。 （ 6）曲柄半徑 r 根據所給定的活塞行程 65mm的一半來確定曲柄半徑，則曲柄半徑 ? mm