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

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