【正文】 極限公差，通常根據(jù)已加工氣缸的實測值來確定。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(jīng)修補回用；（3）便于實現(xiàn)氣缸尺寸系列化等。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。為了減少氣缸工作表面的磨損，應恰當?shù)剡x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。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。工作表面的長度應滿足這樣的要求：活塞在內(nèi)、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。氣缸中孔的內(nèi)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。為了保證工作的可靠性，壓縮機列中的所有氣缸要有較高的同心性。鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能，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，有單層壁氣缸和多層壁氣缸。工作壓力低于20MPa的氣缸用鑄鐵或稀土球墨鑄鐵制造。吸氣閥受氣缸內(nèi)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。單作用氣缸的潤滑點布置在靠壓縮容積側(cè)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。因此本次設計選用舌簧閥，為了簡化氣缸的結(jié)構(gòu)，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。氣閥在氣缸上的布置方式對氣缸的結(jié)構(gòu)有很大影響。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。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(cè)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。為此氣缸上一般都設有定位凸肩。（6）氣缸直徑和閥座安裝孔等尺寸應符合“三化”要求。（4）結(jié)合部分的連接和密封要可靠。（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)。設計氣缸的要點是（1）應具有足夠的強度和剛度。 氣缸的設計 基本結(jié)構(gòu)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?；钊N的材料為20Cr,為合金鋼，100 MPa。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(nèi)。許用彎曲應力：碳素鋼90 MPa；合金鋼150 MPa。二級活塞：d16mm，取10mm，則 MPa，在允許范圍內(nèi)。鑄鋁活塞20 MPa~25MPa。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(cè)銷座中的支撐長度，mm。 （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。 活塞銷的主要結(jié)構(gòu)尺寸活塞銷的尺寸，根據(jù)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。 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?；钊N孔徑均為20 mm。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。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。一般取=（12）h。 活塞結(jié)構(gòu)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(cè)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 ~。本設計采用筒型活塞。（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。（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。為了減輕重量，一般鑄成空心的。（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(jié)。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。 一級活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)簡圖 二級油環(huán)的結(jié)構(gòu)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。在設計中，刮油環(huán)盡量選用標準件和通用件，以利于生產(chǎn)管理。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。（4）自由開口寬度A查文獻資料[1]得：A1= A2=根據(jù)已知的條件=95mm，=70mm，選用文獻[1]中的標準活塞環(huán)。mm，取=。 mm，取=3mm。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。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。，取=3?；钊h(huán)的數(shù)目按上述公式進行計算后，根據(jù)壓縮機的轉(zhuǎn)速的行程進行圓整。本設計采用直切口式。 （3）搭接口式。該結(jié)構(gòu)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。該結(jié)構(gòu)加工簡單，但壓縮機氣體泄漏量大，因此一般很少采用。 活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)設計常用的活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)有4種：直切口式、斜切口式、搭接口式、組合式。對于小直徑活塞環(huán)或高轉(zhuǎn)速壓縮機用的活塞環(huán)，可選用合金鑄鐵制造。 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。在活塞式壓縮機中，活塞環(huán)是關(guān)鍵的零件之一，它設計質(zhì)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。對活塞壞的基本要求是密封可靠和耐磨損。 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。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。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。（2）活塞與活塞桿(或活塞銷)的連接和定位要可靠。 活塞組件設計活塞組件與氣缸構(gòu)成了壓縮容積。4 主要零部件設計往復活塞式壓縮機的主機包括傳遞動力并將電動機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活塞的往復直線運動的曲柄——連桿機構(gòu)以及來實現(xiàn)壓縮工作循環(huán)的氣缸、活塞以及密封等組件。一般驅(qū)動功率還應留有（5~15）%的功率儲備，故驅(qū)動機的功率應為 （326）本設計選用皮帶傳動，按10%的裕度計算。根據(jù)以上經(jīng)驗，取，則W 電機輸入功率對于中、小型壓縮機，若用皮帶、齒輪等傳動時，還要考慮傳動損失，則驅(qū)動機的效率為 （325）式中：—傳動效率。驅(qū)動機傳給壓縮機主軸的功率為軸功率，它除了提供內(nèi)部功率以外還要克服摩擦副之間的機械摩擦功率，通常摩擦損失耗功都用機械效率表示，故軸功率為 （324）根據(jù)已有機器的統(tǒng)計，帶十字頭的大、中型壓縮機：小型不帶十字頭的壓縮機：高壓循環(huán)壓縮機：無油潤滑壓縮機的機械效率還要低些。對于理想氣體，各級的指示功率按下式計算 （322）對于實際氣體，各級的指示功率按下式計算： （323）式中：， —分別為級的名義吸、排氣壓力，Pa； ，—分別為同列缸內(nèi)各級對應級的軸側(cè)、蓋側(cè)活塞工作面積，m2。軸側(cè)活塞工作面積為 （320）蓋側(cè)活塞工作面積為 （321）則 m2 m2表38 各列活塞力級次內(nèi)止點活塞力P(106N)軸側(cè)(+)蓋側(cè)()ⅠⅡ級次外止點活塞力P(106N)軸側(cè)(+)蓋側(cè)()ⅠⅡ一級最大活塞力為2439N，二級最大活塞力為3866N。105Pa105Pa表35 修正后各級名義壓力及壓力比級 次ⅠⅡ計算行程容積，m3實際行程容積，m3修正系數(shù)βkβk+11名義進氣壓力名義排氣壓力修正后的名義壓力比 修正后各級排氣溫度表36 修正后各級排氣溫度級數(shù)進氣溫度，K壓力比壓縮過程指數(shù)n排氣溫度，KⅠ293404Ⅱ313410 計算活塞力 計算氣缸進排氣過程的平均壓力由文獻[5]查得：=6% =4% =9% =7%表37 氣缸內(nèi)進、排氣過程的平均壓力級數(shù)修正后名義壓力（MPa）相對壓力損失（%）1δs1+δd氣缸內(nèi)實際壓力實際壓力比δsδdⅠ69Ⅱ47列的活塞力是各列氣缸中作用在活塞工作面積上的氣體壓力的代數(shù)和 （317）最大活塞力(氣體力)發(fā)生在內(nèi)、外止點處，規(guī)定：使連桿受拉為正，使連桿受拉為負。 （312）m3/minm3/min 計算各級壓力修正系數(shù)及 （313） （314）式中：、 —同級吸、排氣的修正系數(shù)。圓整后，各級的壓力和溫度會發(fā)生變化，需要進行修正。故氣缸直徑為一級氣缸：二級氣缸：按國家標準圓整后：。對于單作用氣缸 （310）對于雙作用氣缸 （311）式中：—i級氣缸的行程容積, m3/min； 　s —活塞行程，m； n —壓縮機轉(zhuǎn)速，r/min；z —同級氣缸數(shù)；d —活塞桿直徑，m。按給定排氣量范圍，取m3/min。 壓縮機行程容積的確定壓縮機第Ⅰ級的氣缸行程容積按下式計算 （38）式中： —壓縮機的排氣量，m3/min； —壓縮機第一級的排氣系數(shù)。 抽氣系數(shù)的確定有抽氣，無抽氣。第一級從大氣中吸氣，無析水問題，故。查文獻[5]表35得： MPa，MPa。進口氣體的相對濕度以石家莊市的空氣相對濕度為準，查文獻[5]附表56國內(nèi)各地空氣計算參數(shù)，以太原、天津等地的空氣平均相對濕度為參照，取。水分的析出會影響第一級以后各級的吸氣量。本設計為油潤滑，故選?。骸＃?）高轉(zhuǎn)速壓縮機，取大些，低轉(zhuǎn)速壓縮機取小些。影響的因素包括（1）大直徑氣缸，取大些，小直徑氣缸取小些。泄漏系數(shù)的取值于氣缸的排列方式、氣缸與活塞桿的直徑、曲軸轉(zhuǎn)速、氣體壓力的高低以及氣體的性質(zhì)有關(guān)。故選?。骸＃?）大、中型壓縮機取大值，微、小型壓縮機取小值。（3）高轉(zhuǎn)速比低轉(zhuǎn)速的壓縮機，大。影響的因素包括（1）壓力比大者，取小值。 確定溫度系數(shù)溫度系數(shù)的大小取決于進氣過程中加給氣體的熱量，其值與氣體冷卻及該級的壓力比有關(guān)，一般。對于進氣壓力等于或接近大氣壓力的第一級，進氣阻力影響相對較大，可在范圍內(nèi)選取，第二級進氣阻力相對于氣體壓力要小的多，可在范圍內(nèi)選取。影響壓力系數(shù)的主要因素一個是吸氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)時的彈簧力，另一個是進氣管道中的壓力波動。根據(jù)本設計的技術(shù)要求，選用舌簧閥結(jié)構(gòu)，由上述經(jīng)驗選取各級相對余隙容積：。（4）一般直徑大的氣缸具有較小的余隙容積。（3）各類型氣閥，在安裝直徑相同時，具有不同的余隙容積。（2）氣閥在氣缸上的布置方式不同，相對余隙容積也不同。采用舌簧閥的微小型壓縮機。表33 不同壓力下的值進氣壓力（105Pa）任意值時k=~44~1010~3030 根據(jù)不同的氣閥結(jié)構(gòu)，選用各級的相對余隙容積值。 （33）式中： —容積系數(shù)； —相對余隙容積； — 壓力比。對于大、中型壓縮機：對于微、小型空氣壓縮機：空氣絕熱