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    往復(fù)式壓縮機(jī)中活塞桿與活塞連接處結(jié)構(gòu)分析

    2014-11-14 05:09:27鄧剛張秋穎
    科技資訊 2014年12期
    關(guān)鍵詞:活塞桿活塞

    鄧剛+張秋穎

    摘 要:本文通過實(shí)際案例,說明活塞桿與活塞的連接處由于預(yù)緊力過大,會導(dǎo)致活塞桿與活塞連接的部分提前發(fā)生疲勞失效,針對該情況,本文提供了三種活塞桿與活塞連接的結(jié)構(gòu)形式,并說明其安裝方法。

    關(guān)鍵詞:活塞桿 活塞 預(yù)緊力 疲勞失效

    中圖分類號:TH457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)04(c)-0085-02

    往復(fù)式壓縮機(jī)是一種應(yīng)用范圍廣、需求量大的通用型機(jī)械設(shè)備,它的主要工作原理是:通過曲柄連桿機(jī)構(gòu),將傳動機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)直線運(yùn)動來壓縮氣體。本文主要是圍繞著往復(fù)式壓縮機(jī)中活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)而進(jìn)行的分析和討論。

    依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),若活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得當(dāng),則可以有效地提高活塞部件的使用壽命,確保長周期使用;反之,會給壓縮機(jī)的正常運(yùn)行埋下潛在安全隱患,甚至給用戶直接帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

    1 案例分析

    圖1中顯示的是某型號壓縮機(jī)的活塞桿在活塞連接段處發(fā)生斷裂的案例,其斷裂的原因經(jīng)中科院分析確定為疲勞斷裂。雖然疲勞斷裂屬于正常的失效形式,是零件長期使用的必然結(jié)果,但是該活塞桿的疲勞斷裂卻僅用了2個(gè)月。經(jīng)過分析和推理,我們不難判定,造成活塞桿在活塞連接段處發(fā)生短周期疲勞斷裂的主要原因是活塞桿與活塞連接的預(yù)緊力過大,導(dǎo)致活塞桿與活塞連接的部分長期工作在較高應(yīng)力狀態(tài)下,進(jìn)而降低了活塞桿的壽命周期,使其提前發(fā)生疲勞斷裂。分析其應(yīng)力過大的原因,主要有以下幾種可能性:

    (1)活塞桿在加工制造過程中,可能存在形位公差誤差過大的現(xiàn)象,這樣會導(dǎo)致活塞桿與活塞裝配后相互之間發(fā)生別勁,使活塞桿在活塞連接段處產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力。

    (2)活塞桿與活塞裝配時(shí),操作者未嚴(yán)格按照裝配圖要求進(jìn)行安裝,導(dǎo)致裝配后的活塞部件預(yù)緊力過大,進(jìn)而導(dǎo)致活塞桿的拉伸應(yīng)力過大。

    (3)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)活塞桿與活塞連接結(jié)構(gòu)時(shí),對預(yù)緊力的考慮過于保守,反而卻忽略了活塞桿的應(yīng)力水平,直接導(dǎo)致活塞桿在設(shè)計(jì)階段就存在拉伸應(yīng)力過大的問題。

    2 活塞桿與活塞連接的結(jié)構(gòu)形式

    活塞桿與活塞預(yù)緊連接的方法不同,其結(jié)構(gòu)形式也有所不同,根據(jù)以往所見,活塞桿與活塞預(yù)緊連接的方法大致有幾種:扭矩法、螺母轉(zhuǎn)角法,液壓拉伸法等,這幾種方法在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中均有詳細(xì)講述。

    扭矩法適用于小型往復(fù)壓縮機(jī)的活塞部件使用,裝配時(shí),按照計(jì)算好的力矩?cái)Q緊即可(見圖2)。該方法控制預(yù)緊力的精度較低,一般情況下,誤差在±25%之間。

    螺母轉(zhuǎn)角法適用于中小型往復(fù)壓縮機(jī)的活塞部件使用,安裝時(shí),較小的螺母直接按照計(jì)算好的角度旋轉(zhuǎn)到位即可;較大的螺母則需要先將活塞桿與活塞連接的部分加熱,使其熱脹變長,然后按照計(jì)算好的角度旋轉(zhuǎn)螺母,冷卻后變得到我們設(shè)計(jì)所需的預(yù)緊力(見圖3)。

    液壓拉伸法適用于大中型往復(fù)壓縮機(jī)的活塞部件使用,裝配時(shí),需要用專門的液壓拉伸裝置拉伸連接件到一定的軸向力(該軸向力應(yīng)與需要的預(yù)緊力相等),擰緊螺母后,除去軸向力即可得到需要的預(yù)緊力(見圖4)。該方法控制預(yù)緊力的精度較高,但是拆裝比較繁瑣,成本也較高。

    3 結(jié)語

    通過以上對活塞桿與活塞連接結(jié)構(gòu)的分析和討論,希望能給大家提供一個(gè)簡單、實(shí)用、正確的設(shè)計(jì)思路,方便以后的設(shè)計(jì)工作。同時(shí),幫助大家避免設(shè)計(jì)中的一些失誤與不足。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 郁永章,姜培正,孫嗣瑩.壓縮機(jī)工程手冊[M].中國石化出版社,2011.

    [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(第2卷)[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

    [3] 李益民.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.endprint

    摘 要:本文通過實(shí)際案例,說明活塞桿與活塞的連接處由于預(yù)緊力過大,會導(dǎo)致活塞桿與活塞連接的部分提前發(fā)生疲勞失效,針對該情況,本文提供了三種活塞桿與活塞連接的結(jié)構(gòu)形式,并說明其安裝方法。

    關(guān)鍵詞:活塞桿 活塞 預(yù)緊力 疲勞失效

    中圖分類號:TH457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)04(c)-0085-02

    往復(fù)式壓縮機(jī)是一種應(yīng)用范圍廣、需求量大的通用型機(jī)械設(shè)備,它的主要工作原理是:通過曲柄連桿機(jī)構(gòu),將傳動機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)直線運(yùn)動來壓縮氣體。本文主要是圍繞著往復(fù)式壓縮機(jī)中活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)而進(jìn)行的分析和討論。

    依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),若活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得當(dāng),則可以有效地提高活塞部件的使用壽命,確保長周期使用;反之,會給壓縮機(jī)的正常運(yùn)行埋下潛在安全隱患,甚至給用戶直接帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

    1 案例分析

    圖1中顯示的是某型號壓縮機(jī)的活塞桿在活塞連接段處發(fā)生斷裂的案例,其斷裂的原因經(jīng)中科院分析確定為疲勞斷裂。雖然疲勞斷裂屬于正常的失效形式,是零件長期使用的必然結(jié)果,但是該活塞桿的疲勞斷裂卻僅用了2個(gè)月。經(jīng)過分析和推理,我們不難判定,造成活塞桿在活塞連接段處發(fā)生短周期疲勞斷裂的主要原因是活塞桿與活塞連接的預(yù)緊力過大,導(dǎo)致活塞桿與活塞連接的部分長期工作在較高應(yīng)力狀態(tài)下,進(jìn)而降低了活塞桿的壽命周期,使其提前發(fā)生疲勞斷裂。分析其應(yīng)力過大的原因,主要有以下幾種可能性:

    (1)活塞桿在加工制造過程中,可能存在形位公差誤差過大的現(xiàn)象,這樣會導(dǎo)致活塞桿與活塞裝配后相互之間發(fā)生別勁,使活塞桿在活塞連接段處產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力。

    (2)活塞桿與活塞裝配時(shí),操作者未嚴(yán)格按照裝配圖要求進(jìn)行安裝,導(dǎo)致裝配后的活塞部件預(yù)緊力過大,進(jìn)而導(dǎo)致活塞桿的拉伸應(yīng)力過大。

    (3)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)活塞桿與活塞連接結(jié)構(gòu)時(shí),對預(yù)緊力的考慮過于保守,反而卻忽略了活塞桿的應(yīng)力水平,直接導(dǎo)致活塞桿在設(shè)計(jì)階段就存在拉伸應(yīng)力過大的問題。

    2 活塞桿與活塞連接的結(jié)構(gòu)形式

    活塞桿與活塞預(yù)緊連接的方法不同,其結(jié)構(gòu)形式也有所不同,根據(jù)以往所見,活塞桿與活塞預(yù)緊連接的方法大致有幾種:扭矩法、螺母轉(zhuǎn)角法,液壓拉伸法等,這幾種方法在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中均有詳細(xì)講述。

    扭矩法適用于小型往復(fù)壓縮機(jī)的活塞部件使用,裝配時(shí),按照計(jì)算好的力矩?cái)Q緊即可(見圖2)。該方法控制預(yù)緊力的精度較低,一般情況下,誤差在±25%之間。

    螺母轉(zhuǎn)角法適用于中小型往復(fù)壓縮機(jī)的活塞部件使用,安裝時(shí),較小的螺母直接按照計(jì)算好的角度旋轉(zhuǎn)到位即可;較大的螺母則需要先將活塞桿與活塞連接的部分加熱,使其熱脹變長,然后按照計(jì)算好的角度旋轉(zhuǎn)螺母,冷卻后變得到我們設(shè)計(jì)所需的預(yù)緊力(見圖3)。

    液壓拉伸法適用于大中型往復(fù)壓縮機(jī)的活塞部件使用,裝配時(shí),需要用專門的液壓拉伸裝置拉伸連接件到一定的軸向力(該軸向力應(yīng)與需要的預(yù)緊力相等),擰緊螺母后,除去軸向力即可得到需要的預(yù)緊力(見圖4)。該方法控制預(yù)緊力的精度較高,但是拆裝比較繁瑣,成本也較高。

    3 結(jié)語

    通過以上對活塞桿與活塞連接結(jié)構(gòu)的分析和討論,希望能給大家提供一個(gè)簡單、實(shí)用、正確的設(shè)計(jì)思路,方便以后的設(shè)計(jì)工作。同時(shí),幫助大家避免設(shè)計(jì)中的一些失誤與不足。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 郁永章,姜培正,孫嗣瑩.壓縮機(jī)工程手冊[M].中國石化出版社,2011.

    [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(第2卷)[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

    [3] 李益民.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.endprint

    摘 要:本文通過實(shí)際案例,說明活塞桿與活塞的連接處由于預(yù)緊力過大,會導(dǎo)致活塞桿與活塞連接的部分提前發(fā)生疲勞失效,針對該情況,本文提供了三種活塞桿與活塞連接的結(jié)構(gòu)形式,并說明其安裝方法。

    關(guān)鍵詞:活塞桿 活塞 預(yù)緊力 疲勞失效

    中圖分類號:TH457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)04(c)-0085-02

    往復(fù)式壓縮機(jī)是一種應(yīng)用范圍廣、需求量大的通用型機(jī)械設(shè)備,它的主要工作原理是:通過曲柄連桿機(jī)構(gòu),將傳動機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)直線運(yùn)動來壓縮氣體。本文主要是圍繞著往復(fù)式壓縮機(jī)中活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)而進(jìn)行的分析和討論。

    依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),若活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得當(dāng),則可以有效地提高活塞部件的使用壽命,確保長周期使用;反之,會給壓縮機(jī)的正常運(yùn)行埋下潛在安全隱患,甚至給用戶直接帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

    1 案例分析

    圖1中顯示的是某型號壓縮機(jī)的活塞桿在活塞連接段處發(fā)生斷裂的案例,其斷裂的原因經(jīng)中科院分析確定為疲勞斷裂。雖然疲勞斷裂屬于正常的失效形式,是零件長期使用的必然結(jié)果,但是該活塞桿的疲勞斷裂卻僅用了2個(gè)月。經(jīng)過分析和推理,我們不難判定,造成活塞桿在活塞連接段處發(fā)生短周期疲勞斷裂的主要原因是活塞桿與活塞連接的預(yù)緊力過大,導(dǎo)致活塞桿與活塞連接的部分長期工作在較高應(yīng)力狀態(tài)下,進(jìn)而降低了活塞桿的壽命周期,使其提前發(fā)生疲勞斷裂。分析其應(yīng)力過大的原因,主要有以下幾種可能性:

    (1)活塞桿在加工制造過程中,可能存在形位公差誤差過大的現(xiàn)象,這樣會導(dǎo)致活塞桿與活塞裝配后相互之間發(fā)生別勁,使活塞桿在活塞連接段處產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力。

    (2)活塞桿與活塞裝配時(shí),操作者未嚴(yán)格按照裝配圖要求進(jìn)行安裝,導(dǎo)致裝配后的活塞部件預(yù)緊力過大,進(jìn)而導(dǎo)致活塞桿的拉伸應(yīng)力過大。

    (3)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)活塞桿與活塞連接結(jié)構(gòu)時(shí),對預(yù)緊力的考慮過于保守,反而卻忽略了活塞桿的應(yīng)力水平,直接導(dǎo)致活塞桿在設(shè)計(jì)階段就存在拉伸應(yīng)力過大的問題。

    2 活塞桿與活塞連接的結(jié)構(gòu)形式

    活塞桿與活塞預(yù)緊連接的方法不同,其結(jié)構(gòu)形式也有所不同,根據(jù)以往所見,活塞桿與活塞預(yù)緊連接的方法大致有幾種:扭矩法、螺母轉(zhuǎn)角法,液壓拉伸法等,這幾種方法在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中均有詳細(xì)講述。

    扭矩法適用于小型往復(fù)壓縮機(jī)的活塞部件使用,裝配時(shí),按照計(jì)算好的力矩?cái)Q緊即可(見圖2)。該方法控制預(yù)緊力的精度較低,一般情況下,誤差在±25%之間。

    螺母轉(zhuǎn)角法適用于中小型往復(fù)壓縮機(jī)的活塞部件使用,安裝時(shí),較小的螺母直接按照計(jì)算好的角度旋轉(zhuǎn)到位即可;較大的螺母則需要先將活塞桿與活塞連接的部分加熱,使其熱脹變長,然后按照計(jì)算好的角度旋轉(zhuǎn)螺母,冷卻后變得到我們設(shè)計(jì)所需的預(yù)緊力(見圖3)。

    液壓拉伸法適用于大中型往復(fù)壓縮機(jī)的活塞部件使用,裝配時(shí),需要用專門的液壓拉伸裝置拉伸連接件到一定的軸向力(該軸向力應(yīng)與需要的預(yù)緊力相等),擰緊螺母后,除去軸向力即可得到需要的預(yù)緊力(見圖4)。該方法控制預(yù)緊力的精度較高,但是拆裝比較繁瑣,成本也較高。

    3 結(jié)語

    通過以上對活塞桿與活塞連接結(jié)構(gòu)的分析和討論,希望能給大家提供一個(gè)簡單、實(shí)用、正確的設(shè)計(jì)思路,方便以后的設(shè)計(jì)工作。同時(shí),幫助大家避免設(shè)計(jì)中的一些失誤與不足。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 郁永章,姜培正,孫嗣瑩.壓縮機(jī)工程手冊[M].中國石化出版社,2011.

    [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(第2卷)[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

    [3] 李益民.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.endprint

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