2013压缩机课程设计指导书(结构设计)..

4结构设计

结构型式、结构参数和结构设计概要

结构型式：V型、W型和S型压缩机结构和结构示意图见图2.1~图2.7。其主要特点是连杆和活塞直接连接，无十字头和活塞杆，结构紧凑。

图4.1V型压缩机

Ⅰ

（a）V型一级压缩

(b) V型两级压缩

图4.2 V型压缩机结构示意图

图4.3 W 型压缩机

图4.4 W 型单级压缩示意图

图4.5 W型二级置于一侧结构示意图

图4.6 W型二级置中式结构示意图

根据设计要求，选择适当的结构型式类型，给出结构示意图。

给定参数或参考有关文献数据，或依据实习参观或市场调研收集的数据确定结构参数。

根据热力学和动力学设计有关内容，主要结构参数为： 行程：s = 转速：n =

连杆径长比：λ=r /l = 连杆中心距：l =

主要结构内容为活塞、连杆、曲轴、气缸、活塞销、活塞环等的结构设计。限于时间，可选择部分零件进行结构设计。 4.1活塞环设计

4.1.1 活塞环的结构形式及材料选择

活塞环的切口形式有直切口、斜切口和搭接口三种，为了工艺简便，采用直切口。活塞环的材料通常采用灰铸铁、合金铸铁。对于小直径活塞环或高转数压缩机活塞环，可选用合金铸铁制造。因此，参考工厂经验，活塞环的材料可选择VTi 合金铸铁。 4.1.2 活塞环数的确定

活塞环的环数可按以下式计算：

p z ∆10= (4.1)

图4.7 S 型压缩机

式中：z —活塞环的环数；

p ∆—活塞两边最大压差，MPa 。

一级活塞环： 1.613z ==，取z =2；

二级活塞环： 3.643z ==，取z =2。 4.1.3 主要尺寸的确定

(1) 径向厚度

D t )361

~221(= （4.2）

式中：t －活塞环径向厚度，mm ；

D －气缸直径，mm 。

大直径活塞环的t 取用小值，小直径时用大值。金属活塞环可适当取小值，如图4.8。

一级活塞环：10036 2.778t ==mm ，取t =3.0mm ；

二级活塞环：7536 2.083t ==mm ，取t =2.5mm 。 (2) 轴向高度

t h )4.1~4.0(= (4.3)

式中：h —活塞环的轴向高度，mm 。

式中较小值用于大直径活塞环；较大值用于小直径活塞环和压差较大的级中的活塞环。轴向高度对密封性的影响不大，为减小摩擦面，不宜取得太大。但轴向高度增加，活塞环的弹力也增加，易于克服其端面和活塞环槽面的摩擦，故密封压差较大时，增加高度是有益的。

一级活塞环：h =0.9t =0.9×3.0=2.7mm ，取h =3.0 mm 二级活塞环：h =0.8t =0.8×2.5=2.0 mm ，取h =2.5 mm (3) 开口热间隙

21()D t t δαπ=- (4.4)

式中：δ—活塞环的开口热间隙，mm ；

D —活塞环外径，mm ；

t 2—活塞环工作时的温度，通常取排气温度，℃；

t 1—在校验尺寸δ时活塞环本身的温度，通常取室温20 ℃；

图4.8 活塞环结构示意图

a —活塞环材料的线膨胀系数，1/℃。

20~200℃下，铸铁a =(8.5~11.6)×10-6/℃，取a =8.6×10-6/℃。

一级活塞环：68610100(129.620)02960δ=..π-⨯⨯⨯⨯-= mm ，取δ=0.30 mm ； 二级活塞环：68.61075(148.020)02592δ=.π-⨯⨯⨯⨯-= mm ，取δ=0.25 mm 。 (4) 自由开口宽度

3k 7.08(

1)D

D p t A E

-=

(4.5) 式中：A —自由开口宽度，mm ；

p k —活塞环的比压，MPa ，即在环本身的弹力作用下，使环贴紧气缸壁时，对缸

壁

的单位面积的压力，设计时比压可在下列范围选取： D ＞150，p k =(0.038~0.100) M Pa ； 150≥D ＞50，p k =(0.10~0.14) M Pa ； 刮油环，p k =(0.03~0.05) M Pa ；

塑料活塞环的弹力环，p k =(0.01~0.03) M Pa ； E —弹性模数，MPa 。合金铸铁E =(0.9~1.4)×105 MPa 那么，一级可取p k =0.10 MPa ，二级可取p k =0.12 MPa ：

一级活塞环：35

100

7.08100(1)0.10

3.019.9441.210A ⨯⨯-⨯==⨯ mm ，取A =11 mm 二级活塞环：3

5757.0875(1)0.12

2.512.9511.210

A ⨯⨯⨯==⨯- mm ，取A =8 mm

4.2 刮油环设计

刮油环的材料通常选择VTi 合金铸铁。刮油环的轴向厚度比活塞环略大些，其上铣有径向回油孔，相关设计可参见有关书籍，此处略。

4.3 活塞设计

4.3.1 活塞的结构形式及材料选择

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。对于微小型无十字头的压缩机，气缸直径在150mm 以下时，多数采用筒形活塞，如图4.9所示。活塞通过活塞销与连杆直接相连（无十字头和活塞杆），整机结构紧凑。

当一、二级气缸直径相差不大时（25 mm 以内），选择两级活塞材料同为ZL100或ZL110，也可选择铸铁。

当两级气缸直径相差较大时，为尽量满足两级往复质量相等的条件，两级活塞可采