气缸结构设计

4.6气缸结构设计4.6.1基本结构形式气缸是活塞式压缩机中组成压缩机容积的主要部分。根据压缩机所要达到的压力、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，气缸的结构可以有多种形式，但设计气缸主要是：(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)要有良好的冷却，工作表面应有良好的润滑状态；(3)尽可能减小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能并且拆装方便；(6)气缸直径和阀座安装孔等尺寸应符合“三化”要求。为了保证工作的可靠性，压缩机列中的所有气缸都要有较高的同心性。为此气缸上一般都设有定位凸肩。定位凸肩导向面应与气缸工作表面同心，而且结合平面要与中心线垂直。由于活塞和活塞环在气缸工作表面上滑行，使气缸工作表面受到摩损，而且当活塞在止点位置时，速度等于零，靠压缩容积一侧的第一道活塞环的比压很大，有可能咬在工作面上，所以此处的磨损最大。因此应恰当的选择活塞环和气缸工作面之间硬度和配合。本次设计在气缸工作表面加上细微的珠光体组织，硬度达HB170以上，使活塞环的硬度比气缸工作表面的硬度高10HB~20HB。当工作表面粗糙度达0.1时磨损最小，但用普通的加工方法很难达到这样的粗糙度。因此本次设计无十字头的压缩机表面粗糙度不低于0.4即可。气阀在气缸上的布置方式对图4.7布置在气缸盖上的组合阀气缸的结构有很大影响。本次设计气阀关键是通道截面要大、余隙容积要小、安装和修理要方便。因此本次设计选用舌簧阀，为了简化气缸的结构，气阀安装在气缸盖上，气阀的中心线与气缸中心线平行布置气阀在两气缸盖上。这时气阀与气缸连通通道引起的余隙容积较小，气流畅通。单作用气缸的润滑点布置在靠压缩容积侧第一道活塞环扫过距离的中间位置，而且气缸一般都有指示器接管。为了防止气体外泄，压紧螺栓的端部用封闭螺母紧固，螺母与阀盖的结合面上加热片密封。吸气阀受气缸内的气体压力作用，脱离其承座的力要比排气阀所受的同样的力大得多，所以吸气阀压罩的压紧螺栓要比排气阀的取得多。本设计采用气缸材料为HT200灰铸铁。4.6.2气缸尺寸的确定本次设计风冷空气压缩机中用的单层壁气缸并做成两头都带盖的开式结构，这是因为开式结构能改善铸造工艺。气缸镜面的加工精度容易得到保证，而且可以减小铸造应力和温度应力。(1)压力较高或直径较小铸铁气缸的壁厚按薄壁圆筒公式计算：11p2[]pDamm式中：p1—气缸工作压力，MPa；D1—气缸内径，mm；a—壁厚的附加项，其值按5mm~8mm选取，气缸直径较大取较大值；p[]—气缸材料的许用拉伸拉伸应力(MPa)，普通灰铸铁，p[]=15MPa~18MPa，高强度铸铁，p[]=20MPa~28MPa，球磨铸铁，p[]=60MPa~80MPa，气阀布置在气缸盖上，气缸形状较简单用高强度铸铁时，p[]=25MPa~40MPa。取p[]=30MPa。一级：𝛿=𝑃1𝐷12[𝜎𝑝]+𝑎=1.1×1122×30+8=10.05mm取δ=13mm二级：𝛿=𝑃1𝐷12[𝜎𝑝]+𝑎=1.1×652×30+6=7.19mm取δ=8mm(2)气缸其余部分的厚度计算一级气缸：水套的厚度：(0.75~0.8)；取δ＇=0.8δ=0.8×12=9.6mm取厚度为10mm。连杆法兰的厚度：δ＇＇﹦1.4δ=1.4×12=16.8mm取厚度为18mm。二级气缸：水套的厚度：(0.75~0.8)；取0.80.886.4mm取厚度为8mm。连杆法兰的厚度：1.41.4811.2mm取厚度为12mm。（3）气缸的轴向高度气缸中孔的内圆表面为气缸的工作表面，供活塞在其中作往复运动，并且保持滑动部分的气密性，以形成所需的压缩容积。为了保证活塞对气缸工作表面的可密封，须将活塞环运动时扫过的气缸工作表面精密加工，并且要求：活塞在内、外止点位置时相应的最外一道活塞环能越出工作表面1mm~2mm，以避免形成凸边或积垢。而且活塞到达气缸顶部时应留有0.6mm~1.2mm的间隙，活塞走完行程到达气缸底部时为防止活塞运动使气缸形成凸台，不便于拆卸，活塞应超出气缸一定长度，对于有油压缩机活塞在外止点位置时，活塞裙座越出气缸总高度的10mm~15mm为宜，同时气缸轴向高度在选取时不能与连杆相接触发生干涉现象。为了便于加工工作表面和安装活塞方便，应使工作表面两端之外的表面取较大值径，而且与工作表面成锥面过渡，锥面的斜度一般取1:3或15°的斜角。因此，气缸轴向高度为：i12HShcc(4-31)式中：S—气缸的行程，mm；h—活塞的高度，mm；c1—活塞在内、外止点位置时，相应的最外一道活塞环能越出工作表面1mm~2mm，以避免形成凸边或积垢；c2—活塞在外止点位置时，活塞裙座越出气缸总高度10mm~15mm。一级气缸：H1=65+80+2－10=157mm，取H=170mm二级气缸：H2=65+80+2－10=162mm，取H=170mm(4)气缸翅片的设计本次设计冷却方式是风冷，风冷气缸靠气缸外壁加散热片来冷却散热片环向布置。这样冷却较均匀，但是相对纵向气缸刚性较差。气缸靠近盖端的散热片较长，而且气缸盖也设散热片，以加热这一部分的冷却。若气缸上散热片排列过于稀疏，会导致气缸散热不充分，使各级工作温度升高，从而影响了压缩机的正常工作。若气缸上散热片排列过于紧密，在散热过程中风无法吹到散热片表面，带不走多余热量，也会使各级工作温度升高，从而影响了压缩机的正常工作。因此参照压缩机厂的经验数据，初步选定两级散热片数都为7个，翅片间距为12mm。