往復式壓縮機中活塞桿與活塞連接處結構分析

鄧剛+張秋穎

摘 要：本文通過實際案例，說明活塞桿與活塞的連接處由于預緊力過大，會導致活塞桿與活塞連接的部分提前發生疲勞失效，針對該情況，本文提供了三種活塞桿與活塞連接的結構形式，并說明其安裝方法。

關鍵詞：活塞桿 活塞 預緊力 疲勞失效

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

往復式壓縮機是一種應用范圍廣、需求量大的通用型機械設備，它的主要工作原理是：通過曲柄連桿機構，將傳動機構的旋轉運動轉換為活塞的往復直線運動來壓縮氣體。本文主要是圍繞著往復式壓縮機中活塞桿與活塞的連接結構而進行的分析和討論。

依據以往經驗，若活塞桿與活塞的連接結構設計得當，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，會給壓縮機的正常運行埋下潛在安全隱患，甚至給用戶直接帶來嚴重的經濟損失。

1 案例分析

圖1中顯示的是某型號壓縮機的活塞桿在活塞連接段處發生斷裂的案例，其斷裂的原因經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果，但是該活塞桿的疲勞斷裂卻僅用了2個月。經過分析和推理，我們不難判定，造成活塞桿在活塞連接段處發生短周期疲勞斷裂的主要原因是活塞桿與活塞連接的預緊力過大，導致活塞桿與活塞連接的部分長期工作在較高應力狀態下，進而降低了活塞桿的壽命周期，使其提前發生疲勞斷裂。分析其應力過大的原因，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象，這樣會導致活塞桿與活塞裝配后相互之間發生別勁，使活塞桿在活塞連接段處產生較大的彎曲應力。

（2）活塞桿與活塞裝配時，操作者未嚴格按照裝配圖要求進行安裝，導致裝配后的活塞部件預緊力過大，進而導致活塞桿的拉伸應力過大。

（3）設計者在設計活塞桿與活塞連接結構時，對預緊力的考慮過于保守，反而卻忽略了活塞桿的應力水平，直接導致活塞桿在設計階段就存在拉伸應力過大的問題。

2 活塞桿與活塞連接的結構形式

活塞桿與活塞預緊連接的方法不同，其結構形式也有所不同，根據以往所見，活塞桿與活塞預緊連接的方法大致有幾種：扭矩法、螺母轉角法，液壓拉伸法等，這幾種方法在機械設計手冊中均有詳細講述。

扭矩法適用于小型往復壓縮機的活塞部件使用，裝配時，按照計算好的力矩擰緊即可（見圖2）。該方法控制預緊力的精度較低，一般情況下，誤差在±25%之間。

螺母轉角法適用于中小型往復壓縮機的活塞部件使用，安裝時，較小的螺母直接按照計算好的角度旋轉到位即可；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，然后按照計算好的角度旋轉螺母，冷卻后變得到我們設計所需的預緊力（見圖3）。

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

3 結語

通過以上對活塞桿與活塞連接結構的分析和討論，希望能給大家提供一個簡單、實用、正確的設計思路，方便以后的設計工作。同時，幫助大家避免設計中的一些失誤與不足。

參考文獻

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

[2] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊（第2卷）[M].3版.北京：機械工業出版社，2004.

[3] 李益民.機械制造工藝設計簡明手冊[M].北京：機械工業出版社，1994.endprint

摘 要：本文通過實際案例，說明活塞桿與活塞的連接處由于預緊力過大，會導致活塞桿與活塞連接的部分提前發生疲勞失效，針對該情況，本文提供了三種活塞桿與活塞連接的結構形式，并說明其安裝方法。

關鍵詞：活塞桿 活塞 預緊力 疲勞失效

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

往復式壓縮機是一種應用范圍廣、需求量大的通用型機械設備，它的主要工作原理是：通過曲柄連桿機構，將傳動機構的旋轉運動轉換為活塞的往復直線運動來壓縮氣體。本文主要是圍繞著往復式壓縮機中活塞桿與活塞的連接結構而進行的分析和討論。

依據以往經驗，若活塞桿與活塞的連接結構設計得當，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，會給壓縮機的正常運行埋下潛在安全隱患，甚至給用戶直接帶來嚴重的經濟損失。

1 案例分析

圖1中顯示的是某型號壓縮機的活塞桿在活塞連接段處發生斷裂的案例，其斷裂的原因經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果，但是該活塞桿的疲勞斷裂卻僅用了2個月。經過分析和推理，我們不難判定，造成活塞桿在活塞連接段處發生短周期疲勞斷裂的主要原因是活塞桿與活塞連接的預緊力過大，導致活塞桿與活塞連接的部分長期工作在較高應力狀態下，進而降低了活塞桿的壽命周期，使其提前發生疲勞斷裂。分析其應力過大的原因，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象，這樣會導致活塞桿與活塞裝配后相互之間發生別勁，使活塞桿在活塞連接段處產生較大的彎曲應力。

（2）活塞桿與活塞裝配時，操作者未嚴格按照裝配圖要求進行安裝，導致裝配后的活塞部件預緊力過大，進而導致活塞桿的拉伸應力過大。

（3）設計者在設計活塞桿與活塞連接結構時，對預緊力的考慮過于保守，反而卻忽略了活塞桿的應力水平，直接導致活塞桿在設計階段就存在拉伸應力過大的問題。

2 活塞桿與活塞連接的結構形式

活塞桿與活塞預緊連接的方法不同，其結構形式也有所不同，根據以往所見，活塞桿與活塞預緊連接的方法大致有幾種：扭矩法、螺母轉角法，液壓拉伸法等，這幾種方法在機械設計手冊中均有詳細講述。

扭矩法適用于小型往復壓縮機的活塞部件使用，裝配時，按照計算好的力矩擰緊即可（見圖2）。該方法控制預緊力的精度較低，一般情況下，誤差在±25%之間。

螺母轉角法適用于中小型往復壓縮機的活塞部件使用，安裝時，較小的螺母直接按照計算好的角度旋轉到位即可；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，然后按照計算好的角度旋轉螺母，冷卻后變得到我們設計所需的預緊力（見圖3）。

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

3 結語

通過以上對活塞桿與活塞連接結構的分析和討論，希望能給大家提供一個簡單、實用、正確的設計思路，方便以后的設計工作。同時，幫助大家避免設計中的一些失誤與不足。

參考文獻

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

[2] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊（第2卷）[M].3版.北京：機械工業出版社，2004.

[3] 李益民.機械制造工藝設計簡明手冊[M].北京：機械工業出版社，1994.endprint

摘 要：本文通過實際案例，說明活塞桿與活塞的連接處由于預緊力過大，會導致活塞桿與活塞連接的部分提前發生疲勞失效，針對該情況，本文提供了三種活塞桿與活塞連接的結構形式，并說明其安裝方法。

關鍵詞：活塞桿 活塞 預緊力 疲勞失效

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

往復式壓縮機是一種應用范圍廣、需求量大的通用型機械設備，它的主要工作原理是：通過曲柄連桿機構，將傳動機構的旋轉運動轉換為活塞的往復直線運動來壓縮氣體。本文主要是圍繞著往復式壓縮機中活塞桿與活塞的連接結構而進行的分析和討論。

依據以往經驗，若活塞桿與活塞的連接結構設計得當，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，會給壓縮機的正常運行埋下潛在安全隱患，甚至給用戶直接帶來嚴重的經濟損失。

1 案例分析

圖1中顯示的是某型號壓縮機的活塞桿在活塞連接段處發生斷裂的案例，其斷裂的原因經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果，但是該活塞桿的疲勞斷裂卻僅用了2個月。經過分析和推理，我們不難判定，造成活塞桿在活塞連接段處發生短周期疲勞斷裂的主要原因是活塞桿與活塞連接的預緊力過大，導致活塞桿與活塞連接的部分長期工作在較高應力狀態下，進而降低了活塞桿的壽命周期，使其提前發生疲勞斷裂。分析其應力過大的原因，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象，這樣會導致活塞桿與活塞裝配后相互之間發生別勁，使活塞桿在活塞連接段處產生較大的彎曲應力。

（2）活塞桿與活塞裝配時，操作者未嚴格按照裝配圖要求進行安裝，導致裝配后的活塞部件預緊力過大，進而導致活塞桿的拉伸應力過大。

（3）設計者在設計活塞桿與活塞連接結構時，對預緊力的考慮過于保守，反而卻忽略了活塞桿的應力水平，直接導致活塞桿在設計階段就存在拉伸應力過大的問題。

2 活塞桿與活塞連接的結構形式

活塞桿與活塞預緊連接的方法不同，其結構形式也有所不同，根據以往所見，活塞桿與活塞預緊連接的方法大致有幾種：扭矩法、螺母轉角法，液壓拉伸法等，這幾種方法在機械設計手冊中均有詳細講述。

扭矩法適用于小型往復壓縮機的活塞部件使用，裝配時，按照計算好的力矩擰緊即可（見圖2）。該方法控制預緊力的精度較低，一般情況下，誤差在±25%之間。

螺母轉角法適用于中小型往復壓縮機的活塞部件使用，安裝時，較小的螺母直接按照計算好的角度旋轉到位即可；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，然后按照計算好的角度旋轉螺母，冷卻后變得到我們設計所需的預緊力（見圖3）。

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

3 結語

通過以上對活塞桿與活塞連接結構的分析和討論，希望能給大家提供一個簡單、實用、正確的設計思路，方便以后的設計工作。同時，幫助大家避免設計中的一些失誤與不足。

參考文獻

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

[2] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊（第2卷）[M].3版.北京：機械工業出版社，2004.

[3] 李益民.機械制造工藝設計簡明手冊[M].北京：機械工業出版社，1994.endprint