活塞式压缩机气缸部分的设计

1、5气缸部分的设计气缸9气缸是活塞式压缩机中的组成压缩容积的主要部分。根据压缩机所达到压力，排气量，压缩机的结构方案，压缩气体的种类，制造气缸的材料以及制造厂的习惯等条件，气缸的结构可以有各种各样的形式。设计气缸的要点是：1应具有足够的强度和刚度。工作表面具有良好的耐磨性。2要具有良好的冷却，在有油润滑的气缸中，工作表面应有良好的润滑状态。3 尽可能减少气缸内的余隙容积和气体阻力。4 结合部分的连接和密封要可靠。5 要有良好的制造工艺性和装拆方便。6气缸直径和阀座安装孔等尺寸应符合三化”要求。结构形式的确定气缸因工作压力不同而选用不同强度的材料，这个设计工作压力cm2低于60kgf/cm2，本设

2、计采用水冷空气压缩机的单层壁气缸，气缸用铸铁制造，铸铁具有良好的铸造性能，对气缸结构形状的限制较小，所以铸铁气缸的形式较多。在水冷气缸中，应特别注意气阀部分的冷却，一方面要使气阀有充分的冷却，另一方面把吸气阀和排气阀用冷却水隔开，以保证气缸有较高的吸气系数。级气缸主要尺寸的计算(1) 气缸的壁厚匹a2P气缸布置在气缸盖上，气缸形状较简单且用高强度铸铁，P250?400kg/cm2，取P300kg/cm2。壁厚的附加项a，其值按选择,贝Ua=8mm。PD0.9756*17血“a0.80.827642，贝U10mm2P2*300(2) 水套壁厚(0.750.8)(0.750.8)107.58mm，

3、取8mm(3) 连接法兰壁厚级气缸的强度校核,由于E相对ri与r2口=2, r3=,则P20.9756 11.5 212.520.8257kg/cm图9压入气缸套的厚壁气缸中的应用气缸和气缸套内的应力值为气缸内表面的切应力tc ?tc22P2 22raD0.825712.5218.3218.32 12.522.270kg/cm气缸内表面的径向应力rc ? rc2p20.8257kg/cm气缸套内表面的切向应力tltl2 2 Pi riD0.9756 ii.5 2i2.522 0.8257 i2.5 2i2.52 ii.52i.0i87kg/cmEr；r气缸与气缸套的材料相同：P2上plr:21

4、22r3Gl22qG大得多，ri与r2分别表示为气缸的内外半径，将其看做气缸套内表面的径向应力ri:ripi0.9756kg/cm2气缸套外表面的切向应力ti2pji2P2ri220.975611.520.825711.5212.5”.：12.5211.520.8623kg/cm2气缸套外表面的径向应力P20.8257kg/cm 2r3=由于铸铁气缸应力不允许超过200300kg/cm2,所以符合要求，满足强度级气缸的计算(1)气缸的壁厚匹a2p气缸布置在气缸盖上，气缸形状较简单且用高强度铸铁，p250400kg/cm2,取p300kg/cm2。壁厚的附加项a,其值按选择，贝Ua=8mm。PD

5、0925*17a0.80.826cm,贝U10mm2p2*300(2)水套壁厚(0.750.8)(0.750.8)107.58mm,取8mm(3)连接法兰壁厚1.41.41014mm级气缸的强度校核气缸与气缸套的材料相同由于E相对门与r2大得多,Er22门2p1r12p4门P2222L3Tr22232门与r2分别表示为气缸的内外半径，将其看做r1=r2,1.3786.527.521.035kg/cm2气缸和气缸套内的应力值为：气缸内表面的切应力tc:tcp22r2r21.035227.513.3oi/13.327.522kg/cm气缸内表面的径向应力rc?rcp221.035kg/cm气缸套内

6、表面的切向应力tl?PiAtl222222p2r221.3756.5212227.57.5221.0357.56.521.357kg/cm2气缸套内表面的径向应力rl?rl2p11.375kg/cm气缸套外表面的切向应力tl?tl2pji2P2n21.3756.521.0356.527.527.526.520.749kg/cm2气缸套外表面的径向应力rl?rl2p21.035kg/cm由于铸铁气缸应力不允许超过200300kg/cm2,所以符合要求，满足强度气缸材料由于本设计的气缸和汽缸套的材料根据压缩气体的性质和承受的压力选取。工作压力低于60公斤/厘米2,取用灰铸铁HT20-40、HT25

7、-47气阀网现代活塞式压缩机使用的气阀，都是随着气缸内气体压力的变化而自行开、闭的自动阀。自动阀由阀座、运动密封组件、弹簧、升程限制器等零件组成。图10活塞式压缩机自动阀的组成1阀座；2阀片；3弹簧；4升程限制器气阀的基本要求气阀是活塞式压缩机重要部件之一，它的工作直接关系到压缩机运转的经济性和可靠性。对气阀的基本要求如下：1 .使用期限长，不能由于阀片或弹簧的损坏而引起压缩机非计划停车。2 .气体通过气阀时的能量损失小，以减少压缩机动力消耗。对于固定式长期连续运转的压缩机尤为重要。3 .气阀关闭时具有良好的密封性，减少气体的泄漏量。4?阀片起、闭动作及时和迅速，而且要完全开启，以提高机器效率

8、和延长和使用寿命。5 .气阀所引起的余隙容积要小，以提高气缸容积效率。以此，还要求结构简单、制造方便、易于维修、气阀零件标注化、通用化水平要高。阀的分类压缩机自动阀按运动密封组件的特点可分为：环阀（包括环状阀和网状阀）-孔阀（包括杯状阀、菌状阀、碟状阀等）、直流阀；其它还有诸如条状阀、槽状阀、锥形槽状阀等。此压缩机设计采用环状阀，因为环状阀制造简单，工作可靠，可改变环数来适应各种气量要求，它适用于各种压力、转数的压缩机。阀设计的主要技术要求阀座密圭寸表面要经过研磨，阀片上下平面光洁度不低于A9,内外边缘要倒钝；气阀组装后要进行泄漏检查。一般环状阀片和网状阀片热处理硬度为RC4652,同一阀片的

9、硬度差不超过3个单位。在阀片精磨后要进行补充回火，其温度不超过第一次回火温度。用30CrMnSiA钢板制造的环状阀片，金相组织为回火马氏体。环状阀结构尺寸的选择图11环状阀的主要结构尺寸及其几何关系级上的气阀尺寸选择力Pa=；一级排气压力Pd=；活塞有效面积F=；活塞的平均速度Cm=S；同时作用的齐发数Z=2。结构尺寸的选择：气阀的主要特性参数确定后，就要确定阀座通道宽度b、阀片宽度B和阀座相邻信道平均直径差ADa.选择的阀缝隙通道气体流速Cv表6间压缩机数据：压缩机的转速n=980r/min;活塞行程s=100mm;一级吸气压缝隙通道的平均气流速度工作压力(公斤/41010303013013

10、0320320600厘米2)间缝隙通道的平均304525402035182815201215气流速度(米/秒)工作压力P=Kg/cm240阀片宽度（毫米）阀座密封口宽度a米）阀座相邻通（毫道平均直径差4（毫米）251001001035宽度a =工作压力P=Kg/cm2=114mmm.阀座最大外径Dmax取2,贝UDmaxDo2211425.5125mmn.o.P.阀座厚度HH=()Dmax=()X125=1525mm,取H=25mm阀座安装凸缘高度H1H1=()H=()25=，取H仁10mm连接螺栓直径d表8气阀连接螺栓尺寸的选择7阀安装直径气阀螺Do(毫米)do(毫米)M1oX 1M12XM

11、16XM24X6o1oo1oo15。15。2oo 3oo2oo3ooM27X由于Do=114mm,故选择M16Xq.阀片厚度S取（=2mm排气闽瓜图13环状阀主要安装尺寸示意图U级上的气阀尺寸选择（由于U级计算与I级相似，所以图表参照上面）压缩机数据：压缩机的转速n=980r/min;活塞行程s=100mm;二级吸气压力Pa=；一级排气压力Pd=；活塞有效面积F=；活塞的平均速度Cm=s;同时作用的齐发数Z=2。结构尺寸的选择：气阀的主要特性参数确定后，就要确定阀座通道宽度b、阀片宽度B和阀座相邻信道平均直径差口a.选择的阀缝隙通道气体流速Cv工作压力P=Kg/cm24Kg/cm2,贝UCv=

12、3045m/s取Cv=35m/sb.需要的阀缝隙面积fv匚cm-D2Cm1*3.14*0.172*33277fv441629.05mm2ZCvZCv2*35式中：Z同时作用的同名气阀数F-活塞的有效面积c.阀片开启高度h=d.阀座通道宽度b0.30.85b又Th=二b=0.5e.阀座密封口宽度工作压力P=Kg/cm278=，取H=15mm。.阀座安装凸缘高度H1H1=()H=()X15=，取H1=7mmp.连接螺栓直径d由于Do=7Omm,故选择M12Xq.阀片厚度S取S=2mm活塞活塞与气缸构成了压缩容积。活塞必须有良好的密封性，此外还有要求：1,有足够的强度和刚度；2活塞与活塞销的连结和定

13、位要可靠；3,重量轻，两列以上的压缩机中，应根据惯性力平衡的要求配置各列活塞的重量；4,制造工艺性好。活塞的基本结构型式活塞式压缩机中采用的活塞基本结构型式有：筒形、盘形、级差式、组合式、柱塞等。对于小型无十字头的压缩机一般选用筒形活塞。筒形活塞的主要结构尺寸如右图所示：D图14筒形活塞主要结构尺寸I级活塞尺寸活塞环的计算：活塞环是密封气缸镜面和活塞间的缝隙用的零件。另外，它还起布油和与热的作用。对活塞环的基本要求是密封可靠和耐磨损。1111活塞环的径向厚度t：t()D()23010.456.39mm22362236?取t=8mm活塞环的轴向高度h:h=()t=()8=，取h=4mm刮油环的轴

14、向高度：h3=(12)h=(12)X4=48mm,取h3=6mm活塞直径：D=230mm活塞总高度H与活塞直径D一般为：H=()d=()230=345mm,取H=184mm活塞顶面至第一道活塞环的距离：C=(3)h=(3)X4=12mm，取C=8mm活塞环之间的距离：Ci=()h=()X4=6mm,取Ci=5mm裙座到底边的高度L约为，则L=X184=，取L=130mm活塞销中心线到底边的距离hi约为，则hi=xi30=78mm活塞顶部的强度计算，可将活塞顶部作为圆周固定的圆板来计算：对于无加强筋的铸铁活塞晶300350Kg/cm取曲=300Kg/cm22r0.68Pmax2*3000.680

15、.9756t0.54cm,取t=8mmII级活塞尺寸(与I级活塞尺寸计算相似)()130 5.9 3.61mm2236活塞环的径向厚度t：t()D2236活塞环的轴向高度h:?源 t=4mmh=(? )t=(?)X4=,取 h=4mm刮油环的轴向高度：h3=(12)h=(12)X4=48mm)取h3=6mm活塞直径:D=130mm活塞总高度H与活塞直径D一般为：H=()D=()X30=195mm,取H=156mm活塞顶面至第一道活塞环的距离：C=(3)h=(3)X4=12mm)取C=8mm活塞环之间的距离：Ci=()h=()X4=6mm,取C1=5mm裙座到底边的高度L约为，则L=X156=,

16、取L=110mm活塞销中心线到底边的距离h1约为，则h1=X110=66mm的铸活塞顶部的强度计算，可将活塞顶部作为圆周固定的圆板来计算：对于无加强筋铁活塞晶300?350Kg/cm取曲=300Kg/cm2r0.68Pmax652产3000.681.3781t0.363cm,取t=8mm活塞材料的选择本次设计活塞材料选用HT20-40,活塞销材料选用20钢活塞销图15活塞销活塞销的主要技术要求1 .20钢和20Cr钢制的销子，圆柱外表面的渗炭深度为：1）壁厚35毫米的活塞销毫米；2）厚度大于5毫米的活塞销毫米；2 .销子外圆柱表面硬度为HRC5767,各点硬度差不大于3个HRC单位；3 .销子

17、硬化层的显微组织应符合以下规定：1）渗碳层影视细密的马氏体组织，不允许有针状或连续网状的游离渗碳体；2）高频淬火硬化层应是细针状的马氏体组织，其转变区为索氏体组织，并允许有碳素体的晶粒存在。4 .销子外圆的椭圆度和锥形度不大于2级精度直径公差之半5 .销子外圆表面光洁度：1）直径小于150毫米时为八9;2）直径大于150毫米时为八86 .销子外圆表面不允许有裂纹、凹痕、擦伤、斑疤以及肉眼可见的非金属夹杂物等缺陷7 .销子加工完后，应进行磁粉探伤，不得有裂纹。I级活塞销尺寸活塞销的尺寸，根据最大活塞力Pmax作用下活塞销投影工作表面上的许用比压k初步确定后，按弯曲和剪切作用校核其强度。活塞销的计算尺寸如图：图16活塞销计算简图maxdlok连杆轴承长度lo=()d,取lo=活塞销许用比压k150250Kg/cm2,取k=200Kg/cm22nmax