活塞式压缩机气缸部分的设计

1、5气缸部分的设计5.1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。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1.378kgf/cm2低于60kg

2、f/cm2, 本设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。(1)气缸的壁厚6 =PDNa气缸布置在气缸盖上，气缸形状较简单且用高强度铸铁，kp】 = 250400kg/cm2 ,取k】=300kg/cm2。壁厚的附加项a,其值按0.50.8cm选择，贝U a=8mm。PD,一 = i 1 a =2 Ip 10.9756 17 +0.8 =0.827642 ,则 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)连接法兰壁厚E 心 -1p工气缸与气缸套的材料相同：p2=4r22,由于E相对1与2大得多，1与2分别2 r3 一12 23 -2表示为气缸的内外半径，将其看做 1=2,3=18.3cm,则p2 =里=0.9756 11.52 =0.8257kg/cm2212.5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仃忙： c气缸内表面的径向应力仃0C： r c气缸套内表面的切向应力 仃tl: 气缸套内表面的径向应力仃rl: 气缸套外表

4、面的切向应力叫'l: 气缸套外表面的径向应力仃rl:2二 rc = -p2 =-0.8257kg/cm20 rl - - p1 =0.9756kg/cm'2二 rl =一 P2 = -0.8257kg/cm由于铸铁气缸应力不允许超过 200300kg/cm2,所以符合要求，满足强度5.1.4 II级气缸的计算,，PPD气缸布置在气缸盖上,（1）气缸的壁厚”国产气缸形状较简单且用高强度铸铁，bp】=250400kg/cm2 ,取"】=300kg/cm2。壁厚的附加项a,其值按0.50.8cm选择，贝U a=8mm。PD 0 925*17两+a=Tr+0.8=0.826c

5、m,则"10mm(2)水套壁厚(=(0.75 0.8)5 = (0.75 0.8)父 10= 7.5 8mm ,取 6 = 8mm(3)连接法兰壁厚气缸与气缸套的材料相同:P2 =由于E相对J与2大得多，1与2分别表示为气缸的内外半径，将其看做一3=13.3cm,22Piri1.378 6.52贝U p2 = =2= 1.035kg/cm227.52气缸和气缸套内的应力值为：气缸内表面的切应力:-忙： tc气缸内表面的径向应力 仃rc ：仃9=-P2 = -1.035kg/cm2气缸套内表面的切向应力J:2气缸套内表面的径向应力brl： 6 rl = - p1 = 1.375kg/c

6、m气缸套外表面的切向应力 叫l:气缸套外表面的径向应力 仃rl ：仃l = - p2 = - 1.035kg/cm2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。气缸和汽缸套的材料根据压缩气体的性质和承受的压力选取。由于本设计的工作压力低于60公斤/厘米2,取用灰铸铁HT20-40、HT25-475.2气阀3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

7、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。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、

8、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。阀座密封表面要经过研磨，阀片上下平面光洁度不低于9,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。图11环状阀的主要结构尺寸及其几何关系力Pa=0.1MPa； 一级排气压力Pd=0.29MPa；活塞有效面积F2;活塞的平均速度 Cm=3.27m/s； 同时作用的齐

9、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八Da.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<4>410>1030>30130>130320 >320600（公斤/厘米2）间缝隙通 304525402035182815201215道的平均气流速度（米/秒）工作压力 P=9.756254kN=0.975625 Kg/cm2<4 Kg/cm2,贝U Cv =3045m/s取 Cv

10、=35m/sb.需要的阀缝隙面积fv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=1.6mm图12环状阀阀片开启高度与压缩机转数、工作压力得到关系d.阀座通道宽度b生=0.30.85, 取 生=0.5bb又 = h=1.6mmb=6.4mme.阀座密封口宽度表7推荐的环状阀主要结构尺寸型阀座通道宽气阀工作压阀片负度B 阀座密封口阀座相邻通式度b （毫米）力（公斤/厘（毫米）宽度ai （毫道平均直径米2)米）差AD（毫米）I4>407.5i.75255<40i.25R6>i00i0i.75357<i00i.5工作压力P=9.756254kN=0.975

11、625 Kg/cm2<40Kg/cm2,则阀座密封口宽度oi=i.25mmf.阀片宽度BB=b+2 m=6.4+2 1.25=8.9mm,取 B=9mmg.升程限制器通道宽度bibi= (11.2) b= (11.2) >6.4=6.47.68mm,取 bi=7mmh.限座相邻信道平均直径差AD D=2 (B+bi) =2X(9+7)=32mmi.阀座通道环数ii=3j.阀座最内圈信道平均直径 DiK.阀座各环信道平均直径DjDj=Di+(j-i) D=32.35+(3-i) 32=96.35mm,取 Dj=96mml.阀座安装直径Do取 Ci=4.5mm,贝U Do=Dj+B+2

12、Ci=96+9+2><4.5=ii4mmm.阀座最大外径Dmax取“2 =5.5mm,则 Dmax =Do +2«2 =ii4 +2M5.5 = i25mmn.阀座厚度HH= (0.i20.2) Dmax= (0.i20.2) Xi25=i525mm,取 H=25mmo.阀座安装凸缘高度HiHi= (0.350.5) H= (0.350.5) >25=8.75i2.5mm,取 Hi=i0mm p.连接螺栓直径d表8气阀连接螺栓尺寸的选择气阀安装直径气阀螺栓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,故选择 M16X 1.5q.阀片厚度6取辨2mm图13环状阀主要安装尺寸示意图5.26 R级上的气阀尺寸选择(由于R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=0.314MPa；一级排气压力Pd=1.1MPa；活塞有效面积F2;活塞的平均速度Cm=3.27m/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

14、阀座相邻信道平均直径差八Da.选择的阀缝隙通道气体流速Cv工作压力 P=13.78kN=1.378 Kg/cm2<4 Kg/cm2,贝U Cv=3045m/s,取 Cv =35m/sb.需要的阀缝隙面积fv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=1.6mmd.阀座通道宽度b生=0.30.85, 取 生=0.5bb又 = h=1.6mmb=6.4mme.阀座密封口宽度工作压力 P=13.78kN=1.378 Kg/cm2<40Kg/cm2,则阀座密封口宽度 oa=1.25mmf.阀片宽度BB=b+2 R=6.4+2 1.25=8.9mm,取 B=9mmg.升

15、程限制器通道宽度b1b1= (11.2) b= (11.2) >6.4=6.47.68mm,取 b1=7mmh.限座相邻信道平均直径差AD D=2 (B+b1)=2X(9+7)=32mmi.阀座通道环数ii=3j.阀座最内圈信道平均直径 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.阀座各环信道平均直径DjDj=Di+(j-1) D=-11+(3-1) 32=53mm1 .阀座安装直径Do取 C1=3.5mm,贝U

16、 Do=Dj+B+2C1=53+9+2X3.5=69mm,取 Do=7Ommm.阀座最大外径Dmax取：2 =4mm,则 Dmax = D0 2： 2 = 70 2 4 = 78mmn.阀座厚度HH= (0.120.2) Dmax= (0.120.2) X78=9.3615.6mm,取 H=15mmo.阀座安装凸缘高度HiHi= (0.350.5) H= (0.350.5) X15=5.257.5mm,取 H1=7mmp.连接螺栓直径d由于 D0=70mm,故选择 M12X 1.25q.阀片厚度6取辨2mm5.3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

17、度和刚度；2活塞与活塞销的连结和定位要可靠；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：图14筒形活塞主要结构尺寸5.3.2 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，它还起布油和导热的作用。 对活塞环的基本要求是密封可靠和耐磨损。11 _11、活塞环的径向厚度活塞环的轴向高度h= (0.41.4)刮油环的轴向高度: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活塞直径：D=230mm活塞总高度H与活塞直径D 一般为：H= (0.651.5) D= (0.651.5) >230=149.5345mm,取 H=184mm活塞顶面至第一道活塞环的距离：C= (1.23) h= (1.23)必=4.812mm,取 C=8mm活塞环之间的距离：Ci= (0.81.5) h= (0.81.5) X4=3.26mm,取 Ci=5mm裙座

19、到底边的高度 L 约为 0.7H, WJ L=0.7H=0.7M84=128.8mm,取 L=130mm活塞销中心线到底边的距离 hi约为0.6L,则hi=0.6L=0.6 X30=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 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级活塞尺寸(与I级活塞尺寸计算相似) 11 _11、活塞环的径向厚度t： t = ()D = ()父130 = 5.93

20、.61mm22 3622 36.取 t=4mm活塞环的轴向高度h:h= (0.41.4) t= (0.41.4) >4=1.65.6mm,取 h=4mm刮油环的轴向高度：h3= (12) h= (12) >4=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= (0.651.5) D= (0.651.5) X30=84.5195mm,取 H=156mm活塞顶面至第一道活塞环的距离：C= (1.23) h= (1.23)必=4.812mm,取 C=8mm活塞环之间的距离：Ci= (0.81.5) h= (0.81.5) X4=3.26mm,取 C

21、i=5mm裙座到底边的高度 L 约为 0.7H, WJ L=0.7H=0.7M56=109.2mm,取 L=110mm活塞销中心线到底边的距离 hi约为0.6L,贝U hi=0.6L=0.6 X10=66mm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活塞材料的选择本次设计活塞材料选用HT20-40,活塞销材料选用20钢5.4活塞销图15活塞销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0.81.2毫 米；2)厚度大于5毫米的活塞销1.11.7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，具转变区为索氏 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