压缩机网 >维修>运行保养>正文

空压机连杆优化设计分析

    【压缩机网】一、引言

       在空压机中,连杆的作用是将曲轴所受的电动机的旋转运动,转变为活塞的往复运动的部件。一般连杆由连杆体、连杆小头、连杆大头等零件组成,连杆小头用来安装活塞销,以连接活塞,连杆的大头与曲轴直接连接。
空压机连杆优化设计分析
 
  市场常见的连杆材质为:铸铁、铸铝、铸钢、锻打铜等。其中以铸铁和铸铝的最为常见,其中又以铸铝的应用最为广泛。主要是因为,铸铝的连杆一般采用的是铝压铸工艺进行的成型,批量制作生产时,零件的形状和尺寸的一致性较好且筋板等形状较易实现;其次,铝制材料的密度较小,整体的零件质量偏轻,但刚性不减,一般采用的材质有YL102、ZL106、ZL108等;最后,铸铝连杆的零件成本比较有优势。
 
  二、连杆的分类
 
  常见空压机曲轴连杆机构的分布方式有以下三种:1)单列式有的也叫做“I”式或者“1”字式。2)V型排布,这种在大型的皮带式空压机上比较常见,它还有一个延伸版本是“W”型排布,看字识意,就是有3套缸头部位。3)对置式排布,这种由于结构的限制一般多为无油机,它也有一个延伸版本是“星型”排布。
 
  在小型直连往复活塞式空压机中,常用为第一种单列式排布。下面我们就针对单列式排布方式,给大家详细分解一下。首先单列式的曲轴连杆机构又分为了下面的三种情况:1)中心曲柄连杆机构,2)偏心曲柄连杆机构,3)关节曲柄连杆机构。其中又以第二种偏心曲柄连杆机构较为常用,主要原因为偏心式曲柄连杆机构可以提供活塞更大的行程,在单次的压缩过程中可以做更多的功,获得更多的压缩气体。那么我们就以偏心曲柄连杆机构的连杆作为例子,一起来探讨一下连杆组件的优化设计。
 
空压机连杆优化设计分析
 
  三、连杆的常见故障及原因分析
 
  在探讨连杆的优化设计之前,我们先来看一下,连杆在实际工作过程中都有哪些故障。不过连杆的任何故障,转化到最终空压机身上,终极的破坏形式就是断裂。所以我们下面就来分析一下空压机连杆断裂的原因:
 
空压机连杆优化设计分析
 
  通过以上表格中几个原因的分析,我们不难看出,空压机存在的每个环节都对连杆起到一定的影响,而且是可以致使空压机丧失功能的影响。人为装配和后期使用两个环节,通过人为管控,风险系数可以降低到可控范围。但是如果问题发生在设计端,那么就像胎里带的毛病一样,是无法直接根治的。
 
  四、连杆结构的优化设计
 
  我们要重视设计端工作的有效性,多进行三维的模拟以及受力计算,在进行开模具生产前,做好理论论证工作。但是,一般最好的设计不一定是最优的设计,因为设计师设计的是整个产品不是某个零件,同时还会有成本等因素的约束。
 
  1. 连杆的大机构方向
 
  下面两款是直连往复活塞式无油机的两种连接传动方式,一种是摇摆式的(即活塞和连杆之间采用的是固定连接),如图表4右视图所示; 另一种是活塞式的(即活塞和连杆之间采用的是销式连接),如图表4左视图所示,也就是我们上面提到的偏心曲柄连杆机构。
 
空压机连杆优化设计分析
 
  单纯从性能和寿命角度来考虑,活塞式的连接方式具有较为突出的优势。活塞和连杆之间采用的是销式连接,在活塞组件做往复运动的过程中,活塞组件与气缸之间可以一直保持是竖直同轴的。但是,可以不用强行要求连杆和曲轴以及活塞之间的三者同轴,因为中间活塞销可以弥补这个过程的累计偏差。
 
  同时,这种配合方式又可以有效减小运动过程中活塞环和气缸壁之间的泄漏,可以有效降低活塞环和气缸壁之间的磨损,可以间接有效的提高整机的比功率,充分提高了整机的性能和寿命;反之,最大缺点就是成本偏高一些。所以,这个结构是个最优的,但不是最好的。
 
  另一个摇摆式的,虽然活塞环和气缸壁之间的磨损较大,泄漏较大,整机的比功率较低,整机的性能和寿命一般,但是它最大的优点就是成本低廉。所以,这个结构不是最优的,却是最好的。既然确定了最好的机构方向,那我们就放大它的优点,减小它的缺点,进行深层次设计的优化。
 
  2. 连杆的细节设计
 
  1)杆身通常做成“工”字或“H”字形断面,以求在满足强度和刚度要求的前提下减少质量。若将连杆的端面加工得太厚,虽然能提高连杆的强度和刚度,但相应会增加连杆的制造成本;若将端面加工得太薄,虽然能降低成本,但连杆很难达到刚度和强度要求,从而影响空压机的使用寿命。
 
  2)在连杆的薄弱位置增加加强筋用以提高局部位置的强度,且对于连杆的整体结构影响又较为轻微。
 
  3)较少尖锐拐角,多用圆弧R角,减小应力集中。
 
  以上三点的优化方案,都对整个连杆的机构布局以及成本组成影响特别小,但是却能在较大程度上弥补连杆的不足,提高它的整体性能和寿命。
 
  五、结语
 
  连杆作为空压机设备的一个核心连接部件,我们应到非常重视,做好它在设计阶段的充分理论论证计算,模拟受力分析,甚至拓扑优化等工作,确保从设计端产出的连杆状态是良好的,从而延伸到可以有效提高空压机的整体寿命。
 
  参考文献
 
  [1]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社.2007
  [2]于惠力.机械零部件设计禁忌[M].机械工业出版社.2006
  [3]陆宁.机械原理[M].机械工业出版社.1997
  [4]JB/T 8934-1999.直联便携式往复活塞空压机[S].1999
 
  作者简介
  吴广忠(1980--),男,汉族,山东省青岛市人,大学本科(工学学士),毕业于青岛科技大学,中级工程师,研究方向:空气压缩机
 

来源:本站原创

标签: 连杆空压机分析  

网友评论

条评论

最新评论

今日推荐

凤凰体彩app_首页 中国彩吧更懂彩民 - 中国彩吧 360彩票网_首页 六福彩票 2019最正规的彩票app_2019正规网上购彩app 希望彩票 258彩票注册送38_最新注册入口 双色球走势图 - 双色球777彩票助手