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舰用空压机上钛合金连杆如何应用的

2010-9-10

     某舰用空压机于 2006年定型生产 ,由于其结构紧凑、性能可靠 ,因此一直沿用至今。但是随着近年来对空压机要求的不断提高 ,该压缩机的结构噪声已经不能再满足舰用要求 ,为此需要对该压缩机实施减振设计改进 ,该压缩机的结构简图如图 1所示。由于工作环境的限制 ,无法用双层隔振的方法实现减振 ,因此只能采用提高平衡精度、减小往复质量等降低激振力的办法来降低压缩机的振动。因为钛合金的强度高、密度低 ,采用钛合金连杆可大大降低往复质量 ,所以如何能成功应用钛合金制作连杆将成为该压缩机减振的关键。

2 初步分析
      连杆在舰用空压机上的使用环境为:油雾 ,含少量海水 ,最高使用温度为 70℃。由于钛合金 Ti -6Al- 4V 拥有良好的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性及铸造性 ,能完全满足空压机的使用要求 ,而且价格相对较为便宜 ,因此成为制钛合金连杆的首选材料。其化学成分见表 1,铸件经过热等静压处理后的机械性能见表 2。

  在对铸造钛合金连杆试料进行验收时,其抗拉强度达到 930 MPa,其机械性能要比原模锻连杆好出许多。根据初步分析应用钛合金材质制作舰用空压机的连杆是可行的。

3 连杆分析计算
     连杆是空压机运动机构中最重要的零件之一。它的任务是与曲轴一起将输入压缩机的旋转运动转化为活塞的往复运动 ,其受力大小与曲柄所在转角位置有关 ,因此在压缩机一个运转周期中连杆的受力情况十分复杂。

311 连杆受力计算
     对该空压机中的一列连杆进行受力分析 ,如图2所示 ,其连杆力 F 为综合活塞力 F 与十字头侧l p向力 F 的合力。n而综合活塞力 F 为气体力 F 、往复惯性力 F和往复摩擦力 F 的代数和 ,即

 

        因为 F 、F 和 F 均为曲柄转角 的函数 ,故 F也是 的函数 ,即 F =F 。将该压缩机的参数输入程序 Kolver进行计算 ,并以曲轴每 5°转角对连杆受力输出一次 ,其一个周期 360°的计算结果如图 3所示。图中实线为第一列连杆受力曲线 ,虚线为第二列连杆受力曲线 图中压力为正 ,拉力为负 。


图 3 
  并算出:第一列连杆所受最大拉载荷为 658 N,位置为 55°;最大压载荷为 19015 N,位置为 300°第二列连杆所受最大拉载荷为 830 N,位置为 55°;最大压载荷为 16710 N,位置为 300°。由于第一列连杆受力更为恶劣 ,所以连杆强度校核仅需计算第一列即可。

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