1、5氣缸部分的設計5.1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。 根據壓縮機所達到壓力，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。3盡可能減少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。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1.378kgf/cm2低于60kg

2、f/cm2, 本設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 構形狀的限制較小，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。(1)氣缸的壁厚6 =PDNa氣缸布置在氣缸蓋上，氣缸形狀較簡單且用高強度鑄鐵，kp】 = 250400kg/cm2 ,取k】=300kg/cm2。壁厚的附加項a,其值按0.50.8cm選擇，貝U a=8mm。PD,一 = i 1 a =2 Ip 10.9756 17 +0.8 =0.827642 ,則 6 = 10

3、mm2*300(2)水套壁厚'6 =(0.75 0.8)6 =(0.75 0.8)父10 =7.58mm,取 6 = 8mm(3)連接法蘭壁厚E 心 -1p工氣缸與氣缸套的材料相同：p2=4r22,由于E相對1與2大得多，1與2分別2 r3 一12 23 -2表示為氣缸的內外半徑，將其看做 1=2,3=18.3cm,則p2 =里=0.9756 11.52 =0.8257kg/cm2212.5圖9壓入氣缸套的厚壁氣缸中的應用氣缸和氣缸套內的應力值為:氣缸內表面的切應力仃忙： c氣缸內表面的徑向應力仃0C： r c氣缸套內表面的切向應力 仃tl: 氣缸套內表面的徑向應力仃rl: 氣缸套外表

4、面的切向應力叫'l: 氣缸套外表面的徑向應力仃rl:2二 rc = -p2 =-0.8257kg/cm20 rl - - p1 =0.9756kg/cm'2二 rl =一 P2 = -0.8257kg/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5.1.4 II級氣缸的計算,，PPD氣缸布置在氣缸蓋上,（1）氣缸的壁厚”國產氣缸形狀較簡單且用高強度鑄鐵，bp】=250400kg/cm2 ,取"】=300kg/cm2。壁厚的附加項a,其值按0.50.8cm選擇，貝U a=8mm。PD 0 925*17兩+a=Tr+0.8=0.826c

5、m,則"10mm(2)水套壁厚(=(0.75 0.8)5 = (0.75 0.8)父 10= 7.5 8mm ,取 6 = 8mm(3)連接法蘭壁厚氣缸與氣缸套的材料相同:P2 =由于E相對J與2大得多，1與2分別表示為氣缸的內外半徑，將其看做一3=13.3cm,22Piri1.378 6.52貝U p2 = =2= 1.035kg/cm227.52氣缸和氣缸套內的應力值為：氣缸內表面的切應力:-忙： tc氣缸內表面的徑向應力 仃rc ：仃9=-P2 = -1.035kg/cm2氣缸套內表面的切向應力J:2氣缸套內表面的徑向應力brl： 6 rl = - p1 = 1.375kg/c

6、m氣缸套外表面的切向應力 叫l:氣缸套外表面的徑向應力 仃rl ：仃l = - p2 = - 1.035kg/cm2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。氣缸和汽缸套的材料根據壓縮氣體的性質和承受的壓力選取。由于本設計的工作壓力低于60公斤/厘米2,取用灰鑄鐵HT20-40、HT25-475.2氣閥3現代活塞式壓縮機使用的氣閥，都是隨著氣缸內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升程限制器氣閥是活塞式壓縮機重要部件之一，它的工作直接關系到壓縮機

7、運轉的經濟性和可靠性。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運轉的壓縮機尤為重要。3 .氣閥關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，還要求結構簡單、制造方便、易于維修、氣閥零件標注化、通用化水平要高。壓縮機自動閥按運動密封組件的特點可分為：環閥（包括環狀閥和網狀閥）、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、

8、槽狀閥、錐形槽狀閥等。此壓縮機設計采用環狀閥，因為環狀閥制造簡單，工作可靠，可改變環數來適應各種氣量要求， 它適用于各種壓力、轉數的壓縮機。閥座密封表面要經過研磨，閥片上下平面光潔度不低于9,內外邊緣要倒鈍；氣閥組裝后要進行泄漏檢查。一般環狀閥片和網狀閥片熱處理硬度為RC4652,同一閥片的硬度差不超過 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鋼板制造的環狀閥片，金相組織為回火馬氏體。圖11環狀閥的主要結構尺寸及其幾何關系力Pa=0.1MPa； 一級排氣壓力Pd=0.29MPa；活塞有效面積F2;活塞的平均速度 Cm=3.27m/s； 同時作用的齊

9、發數Z=2。結構尺寸的選擇：氣閥的主要特性參數確定后，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八Da.選擇的閥縫隙通道氣體流速Cv表6間壓縮機數據：壓縮機的轉速 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<4>410>1030>30130>130320 >320600（公斤/厘米2）間縫隙通 304525402035182815201215道的平均氣流速度（米/秒）工作壓力 P=9.756254kN=0.975625 Kg/cm2<4 Kg/cm2,貝U Cv =3045m/s取 Cv

10、=35m/sb.需要的閥縫隙面積fv式中：Z同時作用的同名氣閥數F活塞的有效面積c.閥片開啟高度 h=1.6mm圖12環狀閥閥片開啟高度與壓縮機轉數、工作壓力得到關系d.閥座通道寬度b生=0.30.85, 取 生=0.5bb又 = h=1.6mmb=6.4mme.閥座密封口寬度表7推薦的環狀閥主要結構尺寸型閥座通道寬氣閥工作壓閥片負度B 閥座密封口閥座相鄰通式度b （毫米）力（公斤/厘（毫米）寬度ai （毫道平均直徑米2)米）差AD（毫米）I4>407.5i.75255<40i.25R6>i00i0i.75357<i00i.5工作壓力P=9.756254kN=0.975

11、625 Kg/cm2<40Kg/cm2,則閥座密封口寬度oi=i.25mmf.閥片寬度BB=b+2 m=6.4+2 1.25=8.9mm,取 B=9mmg.升程限制器通道寬度bibi= (11.2) b= (11.2) >6.4=6.47.68mm,取 bi=7mmh.限座相鄰信道平均直徑差AD D=2 (B+bi) =2X(9+7)=32mmi.閥座通道環數ii=3j.閥座最內圈信道平均直徑 DiK.閥座各環信道平均直徑DjDj=Di+(j-i) D=32.35+(3-i) 32=96.35mm,取 Dj=96mml.閥座安裝直徑Do取 Ci=4.5mm,貝U Do=Dj+B+2

12、Ci=96+9+2><4.5=ii4mmm.閥座最大外徑Dmax取“2 =5.5mm,則 Dmax =Do +2«2 =ii4 +2M5.5 = i25mmn.閥座厚度HH= (0.i20.2) Dmax= (0.i20.2) Xi25=i525mm,取 H=25mmo.閥座安裝凸緣高度HiHi= (0.350.5) H= (0.350.5) >25=8.75i2.5mm,取 Hi=i0mm p.連接螺栓直徑d表8氣閥連接螺栓尺寸的選擇氣閥安裝直徑氣閥螺栓D0 (毫米)d0 (毫米)<60M10X1>60100M12X 1.25>100150M16

13、X 1.5>150200M20X 1.5>200300M24X 1.5>300M27< 1.5由于 D°=114mm,故選擇 M16X 1.5q.閥片厚度6取辨2mm圖13環狀閥主要安裝尺寸示意圖5.26 R級上的氣閥尺寸選擇(由于R級計算與I級相似，所以圖表參照上面)壓縮機數據：壓縮機的轉速 n=980r/min；活塞行程s=100mm；二級吸氣壓力Pa=0.314MPa；一級排氣壓力Pd=1.1MPa；活塞有效面積F2;活塞的平均速度Cm=3.27m/s；同時作用的齊發數Z=2。結構尺寸的選擇：氣閥的主要特性參數確定后，就要確定閥座通道寬度b、閥片寬度B和

14、閥座相鄰信道平均直徑差八Da.選擇的閥縫隙通道氣體流速Cv工作壓力 P=13.78kN=1.378 Kg/cm2<4 Kg/cm2,貝U Cv=3045m/s,取 Cv =35m/sb.需要的閥縫隙面積fv式中：Z同時作用的同名氣閥數F活塞的有效面積c.閥片開啟高度 h=1.6mmd.閥座通道寬度b生=0.30.85, 取 生=0.5bb又 = h=1.6mmb=6.4mme.閥座密封口寬度工作壓力 P=13.78kN=1.378 Kg/cm2<40Kg/cm2,則閥座密封口寬度 oa=1.25mmf.閥片寬度BB=b+2 R=6.4+2 1.25=8.9mm,取 B=9mmg.升

15、程限制器通道寬度b1b1= (11.2) b= (11.2) >6.4=6.47.68mm,取 b1=7mmh.限座相鄰信道平均直徑差AD D=2 (B+b1)=2X(9+7)=32mmi.閥座通道環數ii=3j.閥座最內圈信道平均直徑 Dif_ _cfs i -1 c 2hi -1 c2*1059.75 331*的2» D1 = .D = 2h一 .D- * 3232a131rmmm二 bi2二 bi28.中4* 6.4*§ 22K.閥座各環信道平均直徑DjDj=Di+(j-1) D=-11+(3-1) 32=53mm1 .閥座安裝直徑Do取 C1=3.5mm,貝U

16、 Do=Dj+B+2C1=53+9+2X3.5=69mm,取 Do=7Ommm.閥座最大外徑Dmax取：2 =4mm,則 Dmax = D0 2： 2 = 70 2 4 = 78mmn.閥座厚度HH= (0.120.2) Dmax= (0.120.2) X78=9.3615.6mm,取 H=15mmo.閥座安裝凸緣高度HiHi= (0.350.5) H= (0.350.5) X15=5.257.5mm,取 H1=7mmp.連接螺栓直徑d由于 D0=70mm,故選擇 M12X 1.25q.閥片厚度6取辨2mm5.3活塞活塞與氣缸構成了壓縮容積。活塞必須有良好的密封性，此外還有要求：1,有足夠的強

17、度和剛度；2活塞與活塞銷的連結和定位要可靠；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。活塞式壓縮機中采用的活塞基本結構型式有：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。筒形活塞的主要結構尺寸如右圖所示：圖14筒形活塞主要結構尺寸5.3.2 I級活塞尺寸活塞環的計算：活塞環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。 對活塞環的基本要求是密封可靠和耐磨損。11 _11、活塞環的徑向厚度活塞環的軸向高度h= (0.41.4)刮油環的軸向高度:t： t = (-l)D = (-230

18、= 10.456.39mm22 3622 36.取 t=8mmh:t= (0.41.4) ><8=3.211.2mm,取 h=4mmh3= (12) h= (12) ><4=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= (0.651.5) D= (0.651.5) >230=149.5345mm,取 H=184mm活塞頂面至第一道活塞環的距離：C= (1.23) h= (1.23)必=4.812mm,取 C=8mm活塞環之間的距離：Ci= (0.81.5) h= (0.81.5) X4=3.26mm,取 Ci=5mm裙座

19、到底邊的高度 L 約為 0.7H, WJ L=0.7H=0.7M84=128.8mm,取 L=130mm活塞銷中心線到底邊的距離 hi約為0.6L,則hi=0.6L=0.6 X30=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 22b < 300350Kg/cm 取b=300 Kg/cm11.252 t= 0.54cm,取 t=8mm2 r二 B =0.68Pmax 2 = 300 =0.68 0.9756 t5.3.3 II級活塞尺寸(與I級活塞尺寸計算相似) 11 _11、活塞環的徑向厚度t： t = ()D = ()父130 = 5.93

20、.61mm22 3622 36.取 t=4mm活塞環的軸向高度h:h= (0.41.4) t= (0.41.4) >4=1.65.6mm,取 h=4mm刮油環的軸向高度：h3= (12) h= (12) >4=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= (0.651.5) D= (0.651.5) X30=84.5195mm,取 H=156mm活塞頂面至第一道活塞環的距離：C= (1.23) h= (1.23)必=4.812mm,取 C=8mm活塞環之間的距離：Ci= (0.81.5) h= (0.81.5) X4=3.26mm,取 C

21、i=5mm裙座到底邊的高度 L 約為 0.7H, WJ L=0.7H=0.7M56=109.2mm,取 L=110mm活塞銷中心線到底邊的距離 hi約為0.6L,貝U hi=0.6L=0.6 X10=66mm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b < 300350Kg/cnf取b=300 Kg/cm2= 0.68Pmax22r6.5=300 =0.68 1.378 tt=t = 0.363cm ,取 t=8mm5.3.4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5.4活塞銷圖15活塞銷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0.81.2毫 米；2)厚度大于5毫米的活塞銷1.11.7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 .銷子硬化層的顯微組織應符合以下規定：1)滲碳層影視細密的馬氏體組織，不允許有針狀 或連續網狀的游離滲碳體；2)高頻淬火硬化層應是細針狀的馬氏體組織，具轉變區為索氏 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