【正文】 乙烯制造，其特點是無毒、自潤滑、耐高溫、沒有污染介質(zhì)、耐酸堿、耐溶劑、不磨損氣缸、制造簡便等。本設(shè)計選用聚四氟乙烯材料制作活塞環(huán)。 活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計填充聚四氟乙烯活塞環(huán)彈性、剛性差。本設(shè)計采用彈性較好的張力環(huán)襯于填充四氟環(huán)內(nèi)。為減少切口處的泄漏，在環(huán)槽上放置如圖 5—1 所示的二個環(huán)。使切口互相錯開，以提高環(huán)的密封性能。但這種單槽雙環(huán)結(jié)構(gòu)會引起第一個環(huán)的裁荷加大，造成該組環(huán)過早磨損。故本設(shè)計采用圖 5—2 所示的帶卸載槽的活塞環(huán)，以可減輕環(huán)的裁荷，該結(jié)構(gòu)中，活塞環(huán)內(nèi)徑中間開一個環(huán)形的卸載槽。卸載槽中開 5 個小孔，與高壓氣體相同，壓縮機工作時，活塞環(huán)外部與中心同時工作，極大的減小了活塞環(huán)的磨損。雖然該結(jié)構(gòu)造價相對較高，但活塞環(huán)使用壽命增加很多，總體經(jīng)濟效益提高了。 活塞環(huán)的環(huán)數(shù)43填充聚四氟乙烯（PTFE ）活塞環(huán)的環(huán)數(shù)可按以下式計算： （???1）式中：n－活塞環(huán)的環(huán)數(shù)；Δp－活塞兩側(cè)的最大壓差，MPa。一級活塞環(huán)： ；?????二級活塞環(huán)： 86考慮到無油壓縮機由于聚四氟乙烯的剛性問題，活塞尺寸均較為細長，致使壓縮機比例不太協(xié)調(diào)，故應(yīng)減少活塞環(huán)數(shù)。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，并使一、二級活塞長度相等，本次設(shè)計取活塞環(huán)槽數(shù) n=2，但每個活塞的軸向高度擴大二倍，做成帶卸載槽的結(jié)構(gòu)（校核時活塞環(huán)仍可按 4 校核） 。用下面方法對活塞環(huán)數(shù)進行校核。校核： V=2sn/60=2 10 850/60=283cm/s；?一級： 283/4=；/Pn?二級： 283/4=；聚四氟乙烯的[PV ]=98MPacm/s～118MPacm/s，其中一級、二級的活塞環(huán)的實際PV 均小于[PV ]，所以以上活塞環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。 活塞環(huán)主要尺寸的確定 活塞環(huán)的基本尺寸根據(jù)下面計算公式，并參照參考文獻 3 中表 4—3 的內(nèi)容進行選取圖 51 單環(huán)雙槽結(jié)構(gòu)圖 52 帶卸載槽的活塞環(huán)44 徑向厚度徑向尺寸根據(jù)下面公式計算 （?2）式中：t — 活塞環(huán)徑向厚度，mmD — 氣缸直徑，mm一級活塞環(huán)的徑向厚度：mm/??取 t=8mm二級活塞環(huán)的徑向厚度：mm/??取為 t=8mm 軸向高度h=(~)t (53)式中：h — 活塞環(huán)的軸向高度，mmt — 活塞環(huán)的徑向厚度，mm一級活塞環(huán)的軸向高度：h=(～)t=(～）8=4～8mm根據(jù)計算結(jié)果及參考文獻 3 中得推薦數(shù)值，取一級活塞環(huán)的徑向高度：h=4mm二級活塞環(huán)的徑向高度：h=(～）t=(～)8=4～8mm根據(jù)計算結(jié)果及參考文獻 3 中得推薦數(shù)值，并使一級二級氣缸高度相等，取二級活塞環(huán)的徑向高度：h=4mm但是因為本次設(shè)計采用帶卸載槽結(jié)構(gòu)，軸向高度應(yīng)擴大二倍，故一、二級活塞環(huán)高度為：h=4mm 。 活塞環(huán)的間隙45活塞環(huán)的開口間隙是常溫下，活塞環(huán)裝入氣缸后沒有工作時的開口間隙。其作用是補償活塞環(huán)的磨損及保證活塞環(huán)工作時能由于溫度升高而出現(xiàn)的膨脹。開口間隙越小，密封性越好，但開口間隙太小，又會因活塞環(huán)受熱膨脹產(chǎn)生強制摩擦，而加速活塞環(huán)的磨損。為此需選擇適當?shù)幕钊g隙。周向開口間隙 e 用下面公式計算： Dtec%????? (54)式中： —熱膨脹系數(shù)， c=8 510?，1/℃ ；t—溫度差，℃；排氣溫度按最不利的情況計算（最大值 180℃ ）與進氣溫度之差。本設(shè)計中活塞環(huán)間隙按照參考文獻 3 中的表 43 直接選取，一級活塞周向開口間隙為 4mm，二級周向開口間隙為 3mm。槽寬間隙 ?：活塞環(huán)的槽寬間隙是在壓縮機不工作時，活塞環(huán)側(cè)面與活塞環(huán)端面所形成的間隙。若該間隙過大，工作時活塞環(huán)與活塞環(huán)槽將造成沖擊，發(fā)生變形或損壞，并且增大噪聲；若該間隙過小，活塞環(huán)會因受熱膨脹而漲死在環(huán)槽內(nèi)，不能徑向運動，失去密封作用，端面間隙應(yīng)為： ????50t1%h680132%?????????環(huán) 排 氣背隙 ξ：背間隙 ξ由活塞環(huán)內(nèi)圓表面與活塞環(huán)槽底面構(gòu)成。背隙不可太小，否則當活塞擺動時，會使環(huán)緊壓在氣缸工作表面上而發(fā)生嚴重的局部磨損。背隙可由下面公式經(jīng)計算確定： 025.)]2([????XDtn （55）式中： n— 活塞環(huán)槽底直徑，mm ；D —氣缸直徑，mm ； t—活塞環(huán)徑向厚度，mm；X—系數(shù)，鑄鐵活塞取 ，鋁活塞取 ， （從大部分使用情況來看，一般取 X≥）本次設(shè)計是聚四氟乙烯，取為 。一級活塞環(huán)： mm?????????????46二級活塞環(huán)： mm?????????????一般在低、中壓壓縮機中背間隙可以取 1mm ~2mm，在這里：一級活塞環(huán)： ?=2106=二級活塞環(huán)： == 搭接長度 A為了使活塞環(huán)在報廢時搭接口還能保持搭接狀態(tài)，活塞環(huán)搭接長 A r??2，環(huán)的徑向磨損量一般規(guī)定為環(huán)厚度的 1/3： 2Ar???= ??mm但還應(yīng)考慮活塞環(huán)膨脹的因素： r ????tD?排 氣環(huán)一級活塞環(huán)： ??????????Ⅰ 環(huán) 排 氣二級活塞環(huán)： ????Ⅰ 環(huán) 排 氣由于在工作的時候經(jīng)常還沒等到活塞環(huán)報廢，其排氣量已經(jīng)減小很多了，不能滿足正常的工作需要。所以取 A=12mm?；钊h(huán)示意圖如圖所示。 teh 圖 54 活塞環(huán)示意圖δ ζ圖 53 密封間隙47 彈力環(huán)設(shè)計本設(shè)計選用彈力環(huán)的材料為瑞典帶鋼，根據(jù)活塞環(huán)的大小，彈力環(huán)內(nèi)徑為：一級彈力環(huán)： 12t158=09mD??活 塞 環(huán)二級彈力環(huán)： 7?活 塞 環(huán) 結(jié)構(gòu)尺寸長度：為了避免損壞活塞環(huán)及劃傷缸壁鏡面，且使環(huán)片兩端應(yīng)向內(nèi)側(cè)預(yù)彎一定弧度，彈力環(huán)需比活塞環(huán)內(nèi)徑周長長 20mm 以上，所以：一級彈力環(huán)： ?????二級彈力環(huán)： mm27819取一級彈力環(huán)長度為：L =370mm，寬度 bmm，厚度 δ = mm～，取二級彈力環(huán)長度為：L =270mm，寬度 ?mm，厚度 δ = mm～，所有夾角處倒成小圓角（R 1） ，機加工邊緣要修平滑。 結(jié)構(gòu)簡圖下圖為彈力環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖：圖 55 彈力環(huán)bδ L48 導(dǎo)向環(huán)的設(shè)計 導(dǎo)向環(huán)的作用及材料的確定在無油潤滑活塞中，無論是臥式還是立式壓縮機，均應(yīng)設(shè)量導(dǎo)向環(huán)。導(dǎo)向環(huán)的作用是承受活塞部件質(zhì)量以及其它原因引起的側(cè)壓力，保證活塞運動的直線性，改著密封效果，同時還可避免活塞與氣缸直接接觸，防止缸壁拉毛。導(dǎo)向環(huán)的軸向高度應(yīng)比活塞環(huán)高，與氣缸之間應(yīng)取適當?shù)膭优浜?。可采用兩個導(dǎo)向環(huán)，設(shè)量在活塞的兩竭，也可采用一個導(dǎo)向環(huán)，設(shè)置在活塞的中部或端部。在無油潤滑壓縮機中，通常用耐磨塑料制成各種形式的導(dǎo)向環(huán)。本設(shè)計選用聚四氟乙烯制作導(dǎo)向環(huán)。 導(dǎo)向環(huán)主要尺寸的確定全無油潤滑壓縮機的導(dǎo)向環(huán)主要用來承受側(cè)壓力，其軸向高度 H 按下式計算： （56）??kbFHNmax?式中：F Nmax—最大側(cè)向力，10 6N，F(xiàn) Nmax=λFgmax[k]—導(dǎo)向環(huán)承壓表面的許用比壓，對填充聚四氟乙烯材料來講，[k ]≥ MPa～ ；b—導(dǎo)向環(huán)外徑底部 120176?；￠L在水平方向的投影，m ，按下式計算： （53D?7）側(cè)壓力的計算聚四氟乙烯存在剛性不足的問題，需采用中心距偏置的方法來減小側(cè)壓力。由于選取逆時針旋轉(zhuǎn)方向，故本設(shè)計根據(jù)經(jīng)驗選擇中心向左偏置 10mm。偏置結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖 56 中心距偏置結(jié)構(gòu)圖49 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖由三角關(guān)系可得 α 與 β 存在下面關(guān)系： （5arcsin(si)l??????8）式中：l —連桿長度，mmΔ l —偏置距離，mm（本次設(shè)計取為 10mm）λ—連桿徑長比活塞測壓力可由下式計算： （5tanNqF??9）式中： —側(cè)壓力，N—氣體力，NqF由式 559，按曲柄轉(zhuǎn)角從 0176。到 360176。（每個數(shù)值間隔 5176。）的變化將側(cè)壓力的計算結(jié)果分別列于表 552。 表 51 一級側(cè)壓力角度 α sinα β（rad） 氣體力 P(N) 實際側(cè)壓力 （N） 一級側(cè)壓力 F(N)0 5 10 15 5020 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 51235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 305 310 315 320 325 330 335 340 345 350 355 360 表 52 二級側(cè)壓力角度 α sinα β（rad） 氣體力 P（N） 二級實際側(cè)壓力 （N） 二級側(cè)壓力 FN（N）0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 5265 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 53280 285 290 295 300 305 310 315 320 325 330 335 340 345 350 355 360 由表 552 知，變異前一級最大側(cè)壓力為 ，二級最大側(cè)壓力為 ，變異后一級最大側(cè)壓力為 ，二級最大側(cè)壓力為 。一級導(dǎo)向環(huán)，b=217mm=；二級導(dǎo)向環(huán)，b=165mm=。導(dǎo)向環(huán)承壓表面許用比壓[k]可按下式計算：[k]=σ/n （58）式中：σ—導(dǎo)向環(huán)的抗壓極限，MPa；n—安全系數(shù)。一般安全系數(shù) n 取 5～6，對于常見的填充聚四氟乙烯規(guī)定[k] 。但按此規(guī)定比壓得到的活塞導(dǎo)向環(huán)長度過長，會造成比例不協(xié)調(diào)問題。根據(jù) SW—驗，為減小導(dǎo)向環(huán)高度可取[k]～。本設(shè)計取一級導(dǎo)向環(huán)的許用比壓為[k]= 。一級導(dǎo)向環(huán)：????取 H=30mm；采用一個導(dǎo)向環(huán)，導(dǎo)向環(huán)的高度為 30mm。取二級導(dǎo)向環(huán)的許用比壓為[k]=。54二級導(dǎo)向環(huán)：????取 H=30mm；采用一個導(dǎo)向環(huán)，每個導(dǎo)向環(huán)的高度為 H=30mm。一級和二級取導(dǎo)向環(huán)的徑向厚度與