【壓縮機網】眾所周知，往復活塞式空壓機最核心的運動機構就是曲柄連桿機構，這個機構是機械設計的四大通用機構之一，其氣缸組件的作用是不能被忽略的，畢竟，空壓機工作的時候產生的所有運動慣性力和氣體作用力，全部是由氣缸組件來承擔的……
文/吳廣忠
一、常見空壓機的分類
空氣壓縮機（簡稱空壓機）的作用是將電能轉化成壓縮空氣的壓力能，供氣動設備使用?？諌簷C按壓力高低可分成低壓型（0.2～1.0MPa）、中壓型（1.0～10MmPa）和高壓型（>10MPa）。通過縮小氣體的體積，來提高氣體的壓力的方法稱為容積型；通過提高氣體的速度，讓動能轉化成壓力能，來提高氣體壓力的方法稱為速度型。
下面我們來給大家分別介紹一下現在市場主流空壓機的工作原理：
大體分為三個工作工程，分別是“吸氣過程”“壓縮過程”“排氣過程”。當活塞由氣缸蓋側向曲軸運動時，氣缸容積增大，缸內壓力低于大氣壓力，外界空氣經濾清器、吸氣閥進入氣缸，完成吸氣過程；到達下止點后，活塞由曲軸側向氣缸蓋側運動，吸氣閥關閉，氣缸容積逐漸變小，缸內空氣被壓縮，壓力升高，完成壓縮過程；當壓力達到一定值時，排氣閥被頂開，壓縮空氣經管路進入儲氣罐內，完成排氣過程；如此壓縮機周而復始地工作，不斷地向儲氣罐內輸送壓縮空氣，使罐內壓力逐漸增大，從而獲得所需的壓縮空氣。
單級活塞式空壓機，常用于0.3-0.7MPa壓力范圍的系統。單級空壓機壓力超過0.6MPa，就會導致產生的熱量太大，空壓機工作效率太低，故常使用兩級活塞式空機。若最終壓力為1.0MPa及以上，則第1級通常壓縮至0.3MPa。設置中間冷卻器是為了降低第2級活塞的進口空氣溫度，以提高空壓機的工作效率。
往復式有油空壓機若冷卻良好，排出空氣溫度約為70-180℃；若冷卻不好，可達200℃以上。為防止高溫下因油霧炭化變成鉛黑色微細炭粒子，非常微細的油粒子高溫下氧化，而形成焦油狀的物質（俗稱油泥），必須使用廠家指定的不易氧化和不易變質的壓縮機油，并要定期更換。
2.螺桿式單級壓縮空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子（或稱螺桿）在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，實現螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程?？諌簷C的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉子的槽與陽轉子的齒被主電機驅動而旋轉，如圖表1。
若轉子和機殼之間相互不接觸，則不需潤滑，這樣的空壓機便可輸出不含油的壓縮空氣。它可連續輸出無脈動的流量大的壓縮空氣，出口空氣溫度為60℃左右。
3.離心式壓縮機的工作原理是氣體進入離心式壓縮機的葉輪后，在葉輪葉片的作用下，一邊跟著葉輪作高速旋轉，一邊在旋轉離心力的作用下向葉輪出口流動，并受到葉輪的擴壓作用，其壓力能和動能均得到提高，氣體進入擴壓器后，動能又進一步轉化為壓力能，氣體再通過彎道、回流器流入下一級葉輪進一步壓縮，從而使氣體壓力達到工藝所需的要求，如圖表2。
4. 滑片式空壓機由轉子、定子、滑片組成。轉子回轉過程中，左半部（輸入口）吸氣。在右半部，滑片逐漸被定子內表面壓進轉子溝槽內，滑片、轉子和定子內壁圍成的容積逐漸減小，吸入的空氣就逐漸地被壓縮，最后從輸出口排出壓縮空氣，如圖表3。
由于在輸入口附近向氣流噴油，對滑片及定子內部進行潤滑、冷卻和密封，故輸出的壓縮空氣中含有大量油分，所以在輸出口需設置油霧分離器和冷卻器，以便把油分從壓縮空氣中分離出來，冷卻后循環再用。
上述幾種常見的空壓機，用來壓縮氣體的機構完全不同，但是用來支撐和受力的氣缸組件，倒是還有些類似的地方。
二、什么是氣缸組件
首先，我們來解釋一下什么是空壓機，通常也被叫做氣泵（air pump）。它是從一個封閉空間排出空氣，或者從一個封閉空間添加空氣的裝置。氣泵多為電動氣泵，以電力為動力，通過電力不停壓縮空氣產生氣壓。氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力，往復運動的圓筒形金屬機件是曲柄連桿，固定不動的圓筒形金屬機件是氣缸組件。
另外還有一種集成式的氣動元件也稱作“氣缸”，它是一個組件包含活塞和缸體等部件，是以氣體為動力源的。它是氣壓執行元件，壓縮空氣通過電磁閥控制氣缸作機械運動。最終把空氣壓力轉換為機械能輸出，通常是作為動力輸出用。我們這里提到的空壓機的氣缸組件，就相當于“氣缸”的缸體部分，主要起到支承和密封的作用，下面我們來具體介紹一下氣缸組件。
氣缸組件主要包括氣缸體、氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊等主要部件。
1. 氣缸體的主要功用：①空壓機的骨架，支承曲柄連桿機構運動件；②形成冷卻水道、油道、氣道；③安裝配氣機構、供油系統等附件；④承受內燃機工作時所產生的慣性力和氣體作用力；
氣缸體的主要技術要求：a.保證足夠的剛度和強度。工作時，應保證氣缸體變形最小，有利于降低振動、噪聲；b.有良好的冷卻性能；c.有足夠的耐磨性，保持壓縮室的密封性，耐磨性直接關系到氣缸體的使用壽命。
氣缸體的結構形式：①普通式（平分式）：加工方便；②龍門式剛度與強度好，加工復雜；上述兩種廣泛用于中、小功率的空壓機上，如圖表4。
多缸的排列形式決定了空壓機的總體尺寸和結構特點，對氣缸體的強度和剛度也有較大影響，并關系到氣泵的總體布置情況。
氣缸體的材料：一般采用鑄鐵或鑄鋁的。鑄鐵材質的氣缸成型復雜、加工麻煩、整體重量較重，某些牌號的材料有自潤滑功能，例如球磨鑄鐵。鑄鋁材質的氣缸成型簡單、加工方便，整體輕巧，耐磨性差，多鑲嵌鐵缸套或者表面電鍍涂層，綜合成本較高。
氣缸體的散熱問題：為了保證冷卻的均勻性，一般在氣缸外圍采用單體式散熱片布局，鼻梁區和進氣、排氣門處多布置；然后再借助空氣的流動來實現散熱的目的。有些時候也需要采用一些輔助導流結構，例如擋風板、擋風罩來控制氣流的流向和發散方式，如圖表5。
2. 氣缸套的主要功用：a.導向作用；b.組成工作空間；c.延長缸體使用壽命。
氣缸套的工作條件：高溫、高壓作用；高相對運動速度且潤滑不良；機械應力與熱應力，易磨損。
氣缸套的材料：采用強度好并且耐磨的材料，一般為優質灰鑄鐵或合金鋼
氣缸套的分類：①干式：不與冷卻水接觸，壁厚1～3mm；水密封性好。機體剛度好；加工要求高；②濕式：與冷卻水接觸，壁厚5～9mm，安裝與定位：環形凸緣密封：凸肩下表面，環孔間橡膠圈，如圖表6。
3. 氣缸蓋的主要功用：①封閉氣缸，組成壓縮室；②安裝各種零、部件，如氣門、氣門彈簧等。③氣缸蓋上還布置有進、排氣道、冷卻水套、潤滑油道等。
氣缸蓋的結構形式：1）整體式--尺寸緊湊，但結構復雜，鑄造較難；2）分體式--每缸(或2～3缸) 一個缸蓋，利于產品系列化。
氣缸蓋的構造特點: 結構復雜。
氣缸蓋的工作條件：①高壓；②高溫。
氣缸蓋的材料：要求熱強度高、鑄造性能好，常用鑄鐵和鋁合金。
4. 氣缸墊是一般安裝缸蓋與缸體之間的墊片，主要功用為密封。
氣缸墊的工作條件：①高壓；②高溫；③油、水、氣腐蝕。
氣缸墊的技術要求：強度和彈性好，且耐蝕。
氣缸墊的材質以及分類：①金屬－石棉襯墊；②金屬襯墊，用硬鋁板、沖壓鋼片等制成。
以上就是氣缸組件各個部分的主要功用、特點和結構形式，以及常見的制作材料，從整體上給大家一個直觀的概念和認識。
三、總結
氣缸組件是整個能量轉換過程的場地提供者，也是參與能量轉換過程所有零件的支承者，更是能量轉換過程的參與者。
參考文獻
[1] 成大先 機械設計手冊[M].化學工業出版社.2007
[2] 陸寧 機械原理[M].機械工業出版社.1997
[3] JB/T 8934-1999.直聯便攜式往復活塞空壓機[S].1999
[4] 活塞式壓縮機編寫組. 活塞式壓縮機設計[M].機械工業出版社.1974
[5] 金光熹，楊紹侃編.壓縮機可靠性[M]. 機械工業出版社, 1989
作者簡介
吳廣忠（1980.04—），男，漢族，山東省青島市人，大學本科（工學學士），畢業于青島科技大學，中級工程師，研究方向：空氣壓縮機。
來源：本站原創
【壓縮機網】眾所周知，往復活塞式空壓機最核心的運動機構就是曲柄連桿機構，這個機構是機械設計的四大通用機構之一，其氣缸組件的作用是不能被忽略的，畢竟，空壓機工作的時候產生的所有運動慣性力和氣體作用力，全部是由氣缸組件來承擔的……
文/吳廣忠
一、常見空壓機的分類
空氣壓縮機（簡稱空壓機）的作用是將電能轉化成壓縮空氣的壓力能，供氣動設備使用?？諌簷C按壓力高低可分成低壓型（0.2～1.0MPa）、中壓型（1.0～10MmPa）和高壓型（>10MPa）。通過縮小氣體的體積，來提高氣體的壓力的方法稱為容積型；通過提高氣體的速度，讓動能轉化成壓力能，來提高氣體壓力的方法稱為速度型。
下面我們來給大家分別介紹一下現在市場主流空壓機的工作原理：
大體分為三個工作工程，分別是“吸氣過程”“壓縮過程”“排氣過程”。當活塞由氣缸蓋側向曲軸運動時，氣缸容積增大，缸內壓力低于大氣壓力，外界空氣經濾清器、吸氣閥進入氣缸，完成吸氣過程；到達下止點后，活塞由曲軸側向氣缸蓋側運動，吸氣閥關閉，氣缸容積逐漸變小，缸內空氣被壓縮，壓力升高，完成壓縮過程；當壓力達到一定值時，排氣閥被頂開，壓縮空氣經管路進入儲氣罐內，完成排氣過程；如此壓縮機周而復始地工作，不斷地向儲氣罐內輸送壓縮空氣，使罐內壓力逐漸增大，從而獲得所需的壓縮空氣。
單級活塞式空壓機，常用于0.3-0.7MPa壓力范圍的系統。單級空壓機壓力超過0.6MPa，就會導致產生的熱量太大，空壓機工作效率太低，故常使用兩級活塞式空機。若最終壓力為1.0MPa及以上，則第1級通常壓縮至0.3MPa。設置中間冷卻器是為了降低第2級活塞的進口空氣溫度，以提高空壓機的工作效率。
往復式有油空壓機若冷卻良好，排出空氣溫度約為70-180℃；若冷卻不好，可達200℃以上。為防止高溫下因油霧炭化變成鉛黑色微細炭粒子，非常微細的油粒子高溫下氧化，而形成焦油狀的物質（俗稱油泥），必須使用廠家指定的不易氧化和不易變質的壓縮機油，并要定期更換。
2.螺桿式單級壓縮空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子（或稱螺桿）在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，實現螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程?？諌簷C的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉子的槽與陽轉子的齒被主電機驅動而旋轉，如圖表1。
若轉子和機殼之間相互不接觸，則不需潤滑，這樣的空壓機便可輸出不含油的壓縮空氣。它可連續輸出無脈動的流量大的壓縮空氣，出口空氣溫度為60℃左右。
3.離心式壓縮機的工作原理是氣體進入離心式壓縮機的葉輪后，在葉輪葉片的作用下，一邊跟著葉輪作高速旋轉，一邊在旋轉離心力的作用下向葉輪出口流動，并受到葉輪的擴壓作用，其壓力能和動能均得到提高，氣體進入擴壓器后，動能又進一步轉化為壓力能，氣體再通過彎道、回流器流入下一級葉輪進一步壓縮，從而使氣體壓力達到工藝所需的要求，如圖表2。
4. 滑片式空壓機由轉子、定子、滑片組成。轉子回轉過程中，左半部（輸入口）吸氣。在右半部，滑片逐漸被定子內表面壓進轉子溝槽內，滑片、轉子和定子內壁圍成的容積逐漸減小，吸入的空氣就逐漸地被壓縮，最后從輸出口排出壓縮空氣，如圖表3。
由于在輸入口附近向氣流噴油，對滑片及定子內部進行潤滑、冷卻和密封，故輸出的壓縮空氣中含有大量油分，所以在輸出口需設置油霧分離器和冷卻器，以便把油分從壓縮空氣中分離出來，冷卻后循環再用。
上述幾種常見的空壓機，用來壓縮氣體的機構完全不同，但是用來支撐和受力的氣缸組件，倒是還有些類似的地方。
二、什么是氣缸組件
首先，我們來解釋一下什么是空壓機，通常也被叫做氣泵（air pump）。它是從一個封閉空間排出空氣，或者從一個封閉空間添加空氣的裝置。氣泵多為電動氣泵，以電力為動力，通過電力不停壓縮空氣產生氣壓。氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力，往復運動的圓筒形金屬機件是曲柄連桿，固定不動的圓筒形金屬機件是氣缸組件。
另外還有一種集成式的氣動元件也稱作“氣缸”，它是一個組件包含活塞和缸體等部件，是以氣體為動力源的。它是氣壓執行元件，壓縮空氣通過電磁閥控制氣缸作機械運動。最終把空氣壓力轉換為機械能輸出，通常是作為動力輸出用。我們這里提到的空壓機的氣缸組件，就相當于“氣缸”的缸體部分，主要起到支承和密封的作用，下面我們來具體介紹一下氣缸組件。
氣缸組件主要包括氣缸體、氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊等主要部件。
1. 氣缸體的主要功用：①空壓機的骨架，支承曲柄連桿機構運動件；②形成冷卻水道、油道、氣道；③安裝配氣機構、供油系統等附件；④承受內燃機工作時所產生的慣性力和氣體作用力；
氣缸體的主要技術要求：a.保證足夠的剛度和強度。工作時，應保證氣缸體變形最小，有利于降低振動、噪聲；b.有良好的冷卻性能；c.有足夠的耐磨性，保持壓縮室的密封性，耐磨性直接關系到氣缸體的使用壽命。
氣缸體的結構形式：①普通式（平分式）：加工方便；②龍門式剛度與強度好，加工復雜；上述兩種廣泛用于中、小功率的空壓機上，如圖表4。
多缸的排列形式決定了空壓機的總體尺寸和結構特點，對氣缸體的強度和剛度也有較大影響，并關系到氣泵的總體布置情況。
氣缸體的材料：一般采用鑄鐵或鑄鋁的。鑄鐵材質的氣缸成型復雜、加工麻煩、整體重量較重，某些牌號的材料有自潤滑功能，例如球磨鑄鐵。鑄鋁材質的氣缸成型簡單、加工方便，整體輕巧，耐磨性差，多鑲嵌鐵缸套或者表面電鍍涂層，綜合成本較高。
氣缸體的散熱問題：為了保證冷卻的均勻性，一般在氣缸外圍采用單體式散熱片布局，鼻梁區和進氣、排氣門處多布置；然后再借助空氣的流動來實現散熱的目的。有些時候也需要采用一些輔助導流結構，例如擋風板、擋風罩來控制氣流的流向和發散方式，如圖表5。
2. 氣缸套的主要功用：a.導向作用；b.組成工作空間；c.延長缸體使用壽命。
氣缸套的工作條件：高溫、高壓作用；高相對運動速度且潤滑不良；機械應力與熱應力，易磨損。
氣缸套的材料：采用強度好并且耐磨的材料，一般為優質灰鑄鐵或合金鋼
氣缸套的分類：①干式：不與冷卻水接觸，壁厚1～3mm；水密封性好。機體剛度好；加工要求高；②濕式：與冷卻水接觸，壁厚5～9mm，安裝與定位：環形凸緣密封：凸肩下表面，環孔間橡膠圈，如圖表6。
3. 氣缸蓋的主要功用：①封閉氣缸，組成壓縮室；②安裝各種零、部件，如氣門、氣門彈簧等。③氣缸蓋上還布置有進、排氣道、冷卻水套、潤滑油道等。
氣缸蓋的結構形式：1）整體式--尺寸緊湊，但結構復雜，鑄造較難；2）分體式--每缸(或2～3缸) 一個缸蓋，利于產品系列化。
氣缸蓋的構造特點: 結構復雜。
氣缸蓋的工作條件：①高壓；②高溫。
氣缸蓋的材料：要求熱強度高、鑄造性能好，常用鑄鐵和鋁合金。
4. 氣缸墊是一般安裝缸蓋與缸體之間的墊片，主要功用為密封。
氣缸墊的工作條件：①高壓；②高溫；③油、水、氣腐蝕。
氣缸墊的技術要求：強度和彈性好，且耐蝕。
氣缸墊的材質以及分類：①金屬－石棉襯墊；②金屬襯墊，用硬鋁板、沖壓鋼片等制成。
以上就是氣缸組件各個部分的主要功用、特點和結構形式，以及常見的制作材料，從整體上給大家一個直觀的概念和認識。
三、總結
氣缸組件是整個能量轉換過程的場地提供者，也是參與能量轉換過程所有零件的支承者，更是能量轉換過程的參與者。
參考文獻
[1] 成大先 機械設計手冊[M].化學工業出版社.2007
[2] 陸寧 機械原理[M].機械工業出版社.1997
[3] JB/T 8934-1999.直聯便攜式往復活塞空壓機[S].1999
[4] 活塞式壓縮機編寫組. 活塞式壓縮機設計[M].機械工業出版社.1974
[5] 金光熹，楊紹侃編.壓縮機可靠性[M]. 機械工業出版社, 1989
作者簡介
吳廣忠（1980.04—），男，漢族，山東省青島市人，大學本科（工學學士），畢業于青島科技大學，中級工程師，研究方向：空氣壓縮機。
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