毕业设计用纸 第一章 活塞部件的概述活塞与气缸构成了压缩容积。活塞须有良好的密封性，此外还要求：1活塞与活塞杆（或活塞销）的连接和定位要可靠。2有足够的钢度和强度。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造工艺性好。1.1 活塞的基本结构形式 活塞式压缩机采用的活塞基本结构形式有：筒形，盘形，级差式，组合式，柱塞式。(1)筒形活塞：用于小型无十字头压缩机，通过活塞销与连杆连接。压缩机工作时，侧向力将活塞压向气缸表面，活塞主要由裙部来承受侧向力。在侧向力作用下，活塞销座附近的裙部壁面，发生局部扩张，可能磨坏，为避免发生这一情况，在活塞销座上应加筋，同时使销座附近的裙部略向内凹。为使活塞的磨损比较均匀，活塞销的中心线应通过支承表面的中心位置。在确定支承面的中心位置时，应除去活塞环的高度。用来装活塞的部分称为环部。靠近压缩容积的活塞环是密封环，靠曲轴箱侧的一道或两道装的是刮油环。 高速压缩机力求减轻活塞重量，除采用铝合金活塞外还采用轻型筒形活塞。活塞销座通过加强筋与活塞筒体以及顶部相连，为了防止因热膨胀造成不圆整面减小承压面的磨损，在销座与承压面间的筋上开孔。活塞的侧面开切口，既可减轻活塞重量，又可减小摩擦功。 铝制活塞为了增加耐磨性和销座的承载能力，常在销座中压入磷青铜寸套。 活塞销可以用弹簧圈或用铝制端塞来保证它的轴向定位。 活塞与连杆的连接也可采用球形关节连接。优点是活塞在气缸内可以自动定心，而且不存在气体沿活塞销和销座间隙泄露的问题，缺点是结构复杂，加工困难。(2)盘型活塞 用于低压、中压气缸中。为了减轻重量，一般铸成空心的。两个端面用加强筋互相连结，以增加钢性，根据活塞的直径，筋数可取38条，为避免铸造应力和缩孔，以及防止工作中因受热而造成不规则变形，铸铁活塞的筋不能与彀部和外壁相连。在活塞端面每两条筋之间开轻砂孔，清砂后用螺塞封闭，但须采取防漏防松措施。转数较高的压缩机为了减轻活塞重量，采用铝制活塞或焊接活塞，有时也采用组合式铝制盘形活塞。直径较大的活塞，采用焊接结构，为了提高纲度和强度，除了布置数目较大的加强筋外，还须合理选择筋的形状和连接方式。筋不仅与端面焊接，也与彀部焊接。为了消除焊接应力，焊接活塞在机械加工前需经650700的退火处理。(3)级差式活塞： 在串联两个以上压缩级的级差式气缸中，在某些有平衡容积的级差气缸中，为了降低活塞的重量，在平衡容积的一侧开启。级差式活塞大都制成滑动式的，为了易于磨合和减小气缸镜的磨损，一般都在活塞的支承面上铸有轴承合金，为使离曲轴较远的活塞能够沿气缸表面自动定位，末级活塞与前面级活塞可以采取滑动连结。在串联三级以上的级差式活塞中，采用球形关节连接，末级活塞相对于前面级的活塞既能作径向的移动，又能转动。高压活塞有可能发生弯曲，为了避免活塞与汽缸摩擦，高压级活塞的直径应当比气缸直径小0.81.2mm.。经常向同一方向作用的高压活塞上的活塞力，在它的连结关节中引起很大的摩擦力，这就使径向的自动调节发生困难，因此采用双球形关节连结。这样，通过球形关节中心线的 两次曲折，可以不需要很大的力即可得到径向移动，但结构不紧凑，用的不多。(4)距环组合型活塞： 高压级中，活塞环径向厚度与它的直径的比值，比较后取得大些，以提高活塞环弹力和它对气缸表面的比压。这种活塞环若扳开锁口装入活塞槽，则在活塞环中发生不能容许的装配应力，使活塞环扳断。为了安装这种活塞环，我们制成了有隔距环的组合活塞。为了防止高压气体沿活塞过大的泄露，隔距环组合式活塞端面应经研磨。(5)柱塞： 活塞直径很小时，采用活塞环密封，在制造上有困难。因此采用不带活塞环的柱塞结构，它的密封作用有两种方式：一种靠柱塞和气缸间的细小间隙（在冷态下，相当于2级精度的滑配合）和柱塞上的环槽所造成的曲折密封，来达到密封气体的目的。另一种是不带环槽的柱塞，气体的密封靠填料完成。填料的布置在气缸的一端，柱塞通过填料滑动，达到应有的压缩作用。柱塞的加工要求较高，但易达到；而难于加工的气缸深孔，可适当降低要求。柱塞工作表面应经精磨，椭圆度和锥形度应在2级精度公差之半的范围内。柱塞的连结应有自动调整的措施，有平面移动连结，双球形关节，其作用都是使柱塞与气缸中心线自动对中。1.2 活塞杆结构与活塞的连结1.2.1活塞杆的结构活塞杆的一端与十字头相连，另一端与活塞相连。在几级串联的列中，活塞杆起着连结相邻活塞的作用，在级差活塞或高压活塞中，活塞杆也起活塞的作用。活塞杆有贯穿和不贯穿两种。不贯穿活塞杆由十字头和活塞支承并导向，带悬挂活塞的贯穿活塞杆由两端的十字头导向。有时在填料近气腔处设衬套作为活塞杆的辅助导向，可使活塞杆在密封处的径向偏离得到适当的限制，保证填料工作的可靠性。在悬挂活塞中，由于活塞杆承受的重量较大和支承距离较长，所以工作时的弯曲较大。为了保证调料工作的可靠性，以及活塞与汽缸不接触，有的将活塞杆加工成上凸的形状。在无油润滑压缩机中，为了防止油进入填料和气缸，活塞杆要适当增长，使进入刮油器的部分不进入填料，而且在杆上还设有挡油器。1.2.2活塞杆和活塞的连结活塞与活塞杆的连结，通常采用圆柱凸肩和锥面连结两种。在圆柱凸肩连结中，活塞与活塞杆的同心性靠圆柱面的精加工来达到。活塞力的传 分别由活塞杆上的凸肩和螺母来承担。 为使凸肩不致比活塞杆直径大太多，凸肩端面上的许用支承力取得较高。因此，活塞与支承表面须经研磨，以增大有效的接触表面，同时也可以改善密封性能。 如果活塞没有完整的彀部，螺母要有严格的气密性，否则活塞内部容积在一定程度上成为气缸余隙容积，这在高压级别中特别显著。 由于活塞杆承受交变载荷，所以活塞杆的连结螺纹应制成细牙螺纹，螺纹根部倒圆，一减少应力的集中。 受了载荷后，活塞杆被拉长而活塞被压缩，另外活塞杆和活塞材料的线膨胀，从而使活塞与活塞杆之间可能产生轴向间隙，而造成活塞与支承凸肩或螺母与活塞间的间隙变大，因此，活塞禁锢在活塞杆上，必须有防松措施。活塞与活塞杆连结螺母常用的锁紧方法是加开口销。锥面连结的优点是使用方便，活塞与活塞杆之间不需要定位销。缺点是加工复杂，锥度的加工要精确，否则活塞不能压紧而且不容易保证活塞与活塞杆之间的垂直度。第二章 活塞的强度校核2.1 活塞的主要技术要求1活塞在机械加工前的处理：铸造活塞应进行时效处理，焊接活塞应经过650700的退火处理。2活塞的椭圆度和锥形度：1）无十字头压缩机，不大于2级精度直径公差80%；2）有十字头活塞压缩机，不大于2级精度直径公差（有轴承合金除外）。3活塞杆孔中心线同轴兼支承面的不垂直度，在100mm长度内不超过0.02mm,筒形活塞,活塞销孔中心线同活塞中心的不垂直度,在100mm长度内不大余0.02mm。4活塞的外圆同活塞杆孔中心线的不同轴度不大于0.020.05mm。5活塞销孔中心线与活塞外圆柱面中心线不相交偏差：1）活塞外径250mm，不大于0.02mm;2)活塞外径250mm,不大于0.03mm。6活塞环槽两端面应垂直活塞杆孔，其不垂直度应在100mm长度内不大于0.02mm。7活塞外圆表面，环槽端面的光洁度：有十字头时不低于6；无十字头时不低于7；活塞环槽端面光洁度不低于6。8活塞外圆表面及活塞环槽端面，不允许有缩松，擦伤，锐边，凹槽和毛刺。9两端轴肩及活塞杆支承表面在装配时要求研磨贴合。10活塞加工完毕后应进行水压试验，一般取水压为最大工作压力的1.5倍，维持10分钟，不得有渗漏和残余变形。 活塞结构形式 材料筒形活塞ZL7，ZL8，ZL10，HT20-40，HT25-47，HT30-54 盘形活塞ZL7，ZL8，ZL10，ZL15，HT20-40，HT25-4720铜，16Mn，ZG25B级差式活塞HT20-40，HT25-47，HT30-54或20钢，ZG25B或锻钢柱塞35CrMoALA，38CrMoALA，均应渗氮 表1-1 活塞常用材料 2.2 活塞销的主要技术要求120钢和20Cr钢制的销子，圆柱外圆表面的渗氮（加工后的零件）为：1）若厚35mm的活塞销0.81.2mm；2）厚度大于5mm的活塞销1.11.7mm；3）十字头销1.11.7mm，活塞销内表面不许有渗炭硬化层。2销子外圆柱表面硬度为HC57-67，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下列规定：1）渗碳层应是细密的马氏组织，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组织，其转变后应为索氏体组织，并允许有铁素体的晶粒存在。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。为8。6销子外圆表面不允许有裂纹，凹痕，擦伤，斑疤以及由可见的非金属夹杂物等缺陷。7销子加工完后，应进行磁粉擦伤，不得有裂纹。 活塞销材料，表面热处理及硬度、光洁度要求。 图12材料 热处理 表面硬度表面光洁度 20钢 渗碳淬火 HRC55-62 89 45钢高频淬火 HRC50-58 89 20Cr 渗碳淬火 HRC50-58 892.3 活塞的强度较核：盘形活塞：立式气缸盘形活塞的高度，满足安放活塞环的要求外，应取最小数值。其他形式压缩机中滑动活塞的高度，应按支承表面上的许用比压来较核。1 端面中最大的弯曲应力： b=xmax/4t（公斤/厘米） (11)式中：x当量圆的直径，其值： x= （d2-d1）/i （厘米）d2活塞外壁的内径（cm）；d1活塞彀部的外径（cm）； i加强筋数； max气缸中最大气体压力（公斤/厘米）；t活塞一端顶部厚度（厘米）。2由许用弯曲应力得出顶部厚度： t = 2/x（ max/b ）+t1 (厘米) (12)式中： t1考虑铸造偏差的附加项，可取t1 =0.20.5；b许用弯曲应力，铸铁b400公斤/厘米，铸铝b200公斤/厘米，铸铜b700公斤/厘米。最后，无论是单端面或双端面的活塞杆连结处的彀部，应计算切应力： = 4r/d1t （公斤/厘米） (13)许用的剪切应力：铸铁400450公斤/厘米。 式中含义与式(11)和(12)相同. 活塞与活塞杆的凸台比压的校核： 塞与活塞杆之间的凸台，若为圆柱凸台连结时，支承面上的比压： q = 4P/(d2-d1)式中：q-比压许用值：铝活塞q 200250公斤/厘米；铸铁活塞q 400公斤/厘米；铜活塞q8001000公斤/厘米。如果比压计算超过