CN201474907U - 一种用于压缩机的级差式活塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于活塞式压缩机的级差式活塞，包括活塞、与活塞相适配的活塞杆、设于活塞上的一、二级活塞环和一、二级支撑环以及固定活塞与活塞杆的活塞端螺母，其特征在于：活塞杆与活塞之间形成一个定位支撑区和一个浮动支撑区。本实用新型能有效避免压缩机运转时升温热胀造成的附加外力而拉断活塞杆以及压缩机停止运转时降温冷缩而出现间隙的问题；另外，活塞能够实现轴向的自由膨胀，还加强了活塞端螺母与活塞杆连接螺纹的防松设计，即使在热胀冷缩情况下，铝活塞与活塞杆连接也不松动，从而有效提高了连接的可靠性，进而能够有效提高压缩机运转的可靠性，延长压缩机的使用寿命。

Description

一种用于压缩机的级差式活塞

技术领域

本实用新型涉及一种活塞，特别是一种适用于活塞式压缩机的级差式活塞结构，这种新型活塞结构能够提高压缩机运转的可靠性。

背景技术

在现代工业中，各种压缩机得到愈来愈广泛的应用，特别是活塞式气体压缩机的应用领域范围尤为突出。在现有技术条件下，用在串联两个及以上压缩级的级差式气缸中的级差式活塞在低压级应用较为广泛。由于铸铝或铸铝合金具有良好的综合性能，目前在工业上占有重要的地位，广泛应用于军事、工业和交通运输等领域。其中，ZL108和ZL109合金广泛地用做压缩机和内燃机的活塞。

在传统压缩机设计中，一般均将直径较大的低压级活塞(低压列)设计采用铸铝(ZL108和ZL109)以减轻重量，使之与钢制高压级活塞(高压列)的往复质量接近，以使两列往复运动质量接近，达到平衡往复惯性力，使压缩机运转更平稳可靠的目的。但是，活塞材料采用了铸铝(ZL108和ZL109)，而活塞杆材料须采用合金钢锻钢制造，两者通过活塞端螺母连接紧固在一起(如图1所示)。由于两者所采用材料不一样，热膨胀系数不一样，铝质材热膨胀系数为2.4×105mm/mm℃，钢质材热膨胀系数为1.2×105mm/mm℃，差别达1倍。在压缩机运转时受热后，承受同样的温度情况下，铝制活塞的自由膨胀量大，而钢制活塞杆的自由膨胀量相对小，两者通过活塞端螺母连接紧固在一起，必然造成活塞膨胀受到约束；在压缩机停止运转时冷却后，活塞膨胀受到的约束解除。由此反复作用，必然会导致以下三个问题的发生：1、热膨胀时，活塞膨胀受到约束，造成活塞受压缩，活塞杆因约束活塞膨胀受到拉伸，会在承受正常拉应力的基础上附加一个拉应力，这个因热胀而附加的拉应力称之为热应力，活塞杆受到的拉应力等于在正常工作时受到的拉应力加上热应力之和。由于在设计时往往没有考虑到热应力的影响，因此，这两个应力迭加后出现最大拉应力，会使活塞杆上螺纹退刀槽等应力集中部位(强度最弱部位)造成拉断，或者，由此加剧疲劳破坏造成拉断，酿成很大的恶性事故。2、热膨胀时，活塞膨胀伸长受到活塞杆的约束而被压缩。活塞在压缩应力的作用下，其铸造的相对疏松的组织因发生永久性的塑性变形而变得紧密。停机逐渐冷却时，活塞由伸长状态逐渐缩短。但是，由于先前热膨胀时因压缩应力作用而组织变得紧密的部分成为永久性的变形，而不可能再恢复到热膨胀前的状态，因此，在长期的冷热交替作用下，使得原本紧密连接在一起的活塞和活塞杆之间必然出现间隙，而一旦间隙出现就易在运转时造成冲击作用，这又必将加剧间隙的扩大，成为恶性循环。出现间隙后，容易使活塞端螺母松动，若发现不及时就会酿成撞缸的恶性事故。3、活塞端螺母与活塞杆连接螺纹的防松设计不可靠。

传统压缩机中，活塞由前后两个固定支承点实现定位、连接和紧固，轴向连接长度大，工作过程中容易产生热胀冷缩，从而导致压缩机运转时升温热胀造成的附加外力而拉断活塞杆，同时，压缩机停止运转时降温冷缩而出现间隙；活塞前端定位长度短，在工作中易造成倾斜，甚至造成活塞整体破坏失效；另外，传统压缩机中活塞杆与铝活塞接触面积小，从而与铝活塞表面的比压大，容易造成铝活塞变形出现松动现象而导致活塞与活塞杆连接失效。

发明内容

为解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种用于压缩机的级差式活塞。

本实用新型能有效避免压缩机运转时升温热胀造成的附加外力而拉断活塞杆以及压缩机停止运转时降温冷缩而出现间隙的问题；另外，活塞能够实现轴向的自由膨胀，还加强了活塞端螺母与活塞杆连接螺纹的防松设计，即使在热胀冷缩情况下，铝活塞与活塞杆连接也不松动，从而有效提高了连接的可靠性，进而能够有效提高压缩机运转的可靠性，延长压缩机的使用寿命。

为实现上述效果，本实用新型采用如下技术方案：

一种压缩机的级差式活塞，包括活塞、与活塞相适配的活塞杆、设于活塞上的一、二级活塞环和一、二级支撑环以及固定活塞与活塞杆的活塞段螺母，其特征在于：活塞杆与活塞之间形成一个定位支撑区和一个浮动支撑区。

所述活塞杆通过轴肩与设于活塞一端的活塞端螺母螺纹连接，形成定位支撑区；活塞另一端通过螺栓与衬圈连接形成内孔，衬圈与活塞杆之间形成滑动支承区。

所述活塞一端与活塞盖板固定，活塞杆设置于活塞盖板内，形成浮滑动支承区；活塞的另一端与活塞端螺母固定连接，活塞段螺母与活塞杆之间通过螺纹连接形成定位支承区。

所述活塞与活塞端螺母之间设有压圈，二者之间通过圆轴销固定，活塞端螺母的端面铣削四个缺口；活塞与活塞杆之间还设有挡圈。

所述活塞端螺母中心设有一个适应内六角螺钉装入的阶梯孔。

所述活塞与活塞端螺母之间设有垫圈，设置活塞端螺母一端的活塞内侧与活塞杆连接处设有垫圈。

本实用新型中紧固活塞与活塞杆部分采用刚性极强的材料制成。

待活塞端螺母与活塞杆旋紧后，再将约1～2mm外边缘部分扳边四处于压紧垫圈四个缺口，实现活塞端螺母与活塞杆之间的连接第一道防松；待锁紧螺钉16与活塞杆旋紧后，再将约1～2mm外边缘部分扳边四处于压紧垫圈四个缺口，实现锁紧螺钉16与活塞杆之间的连接第二道防松；活塞端螺母与活塞杆的连接螺纹旋向为右旋，而活塞端锁紧螺钉16与活塞杆的连接螺纹旋向为左旋，实现螺纹连接的第三道防松。

本实用新型的有益效果表现在如下几个方面：

1.活塞将传统的活塞杆与活塞之间形成前后两个固定连接点结构改进为一个定位支撑区和一个浮动支撑区，固定支承区实现定位、连接和紧固，轴向连接长度由原来的331mm大大的缩短到了50mm，比原来缩短5.62倍，而且，将连接紧固部分的刚性大大增强，避免了热胀冷缩，从而避免了压缩机运转时升温热胀造成的附加外力而拉断活塞杆；同时，又避免压缩机停止运转时降温冷缩而出现间隙；浮动支撑区的设置使活塞能够实现轴向的自由膨胀，同时，又避免因活塞前端定位长度过短而造成倾斜，甚至造成活塞整体破坏失效；

2.通过增加一个压紧垫圈和挡圈，增大了与铝活塞接触面积，使与铝活塞表面的比压大为减小，从而，有效的避免了因比压过大造成的铝活塞变形出现松动现象而导致活塞与活塞杆连接失效；

3.三级防松设计，能够有效提高压缩机运转的可靠性，保证即使存在热胀冷缩的情况下，铝活塞与活塞杆之间的连接也不会松动，有效提高了连接的可靠性，进而提高压缩机运转的可靠性，延长了压缩机的使用寿命。

4.本实用新型结构简单，相对现有技术中的压缩机活塞结构更科学合理，实用性更强，效果突出，适于推广应用。

附图说明

图1为现有技术结构示意图。

图2为本实用新型实施例1结构示意图。

图3为本实用新型实施例2结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种压缩机的级差式活塞，包括活塞1、与活塞1相适配的活塞杆2、设于活塞上2的一、二级活塞环3、4和一、二级支撑环5、6以及固定活塞1与活塞杆2的活塞端螺母7，活塞杆2与活塞1之间形成一个定位支撑区和一个浮动支撑区。具体为活塞杆1通过轴肩8与设于活塞1一端的活塞端螺母7螺纹连接，形成定位支撑区；活塞1的另一端通过螺栓9与衬圈10连接形成内孔，衬圈10与活塞杆2之间形成滑动支承区。活塞1与活塞端螺母7之间设有压圈12，二者之间通过圆轴销13固定，活塞端螺母7的端面铣削四个缺口；活塞1与活塞杆2之间还设有挡圈14。所述活塞端螺母7中心设有一个适应内六角螺钉装入的阶梯孔。所述活塞1与活塞端螺母7之间设有垫圈15，设置活塞端螺母7一端的活塞1的内侧与活塞杆2连接处也设有垫圈15。其中上述结构中，紧固活塞1与活塞杆2的部分采用刚性极强的材料制成。活塞端螺母7采用右旋细牙螺纹与活塞杆2实现连接和紧固，其外边缘设计加工一环槽，环槽宽度约4～5mm，深度约8～10mm，外边缘约1～2mm；活塞端螺母7中心设计一阶梯孔，以适应M6、M8、M10等大小的内六角螺钉装入；设计一M8的内六角螺钉，螺纹旋向为左旋。螺钉头部外边缘设计加工一环槽，环槽宽度约4～5mm，深度约8～10mm，外边缘约1～2mm。待活塞端螺母7与活塞杆2旋紧后，再将约1～2mm外边缘部分扳边四处于压紧垫圈四个缺口，实现活塞端螺母7与活塞杆2之间的连接第一道防松；待锁紧螺钉16与活塞杆2旋紧后，再将约1～2mm外边缘部分扳边四处于压紧垫圈四个缺口，实现锁紧螺钉16与活塞杆2之间的连接第二道防松；活塞端螺母7与活塞杆2的连接螺纹旋向为右旋，而活塞端锁紧螺钉16与活塞2杆的连接螺纹旋向为左旋，实现螺纹连接的第三道防松。活塞1将传统的活塞杆2与活塞1之间形成前后两个固定连接点结构改进为一个定位支撑区和一个浮动支撑区，固定支承区实现定位、连接和紧固，轴向连接长度由原来的331mm大大的缩短到了50mm，比原来缩短5.62倍，而且，将连接紧固部分的刚性大大增强，避免了热胀冷缩，从而避免了压缩机运转时升温热胀造成的附加外力而拉断活塞杆；同时，又避免压缩机停止运转时降温冷缩而出现间隙；浮动支撑区的设置使活塞能够实现轴向的自由膨胀，同时，又避免因活塞1前端定位长度过短而造成倾斜，甚至造成活塞1整体破坏失效；通过增加一个压紧垫圈15和挡圈14，增大了与铝活塞接触面积，使与活塞1表面的比压大为减小，从而，有效的避免了因比压过大造成的活塞1变形出现松动现象而导致活塞1与活塞杆2连接失效；三级防松设计，能够有效提高压缩机运转的可靠性，保证即使存在热胀冷缩的情况下，活塞1与活塞杆2之间的连接也不会松动，有效提高了连接的可靠性，进而提高压缩机运转的可靠性，延长了压缩机的使用寿命。

实施例2

一种压缩机的级差式活塞，包括活塞1、与活塞1相适配的活塞杆2、设于活塞1上的一、二级活塞环3、4和一、二级支撑环5、6以及固定活塞1与活塞杆2的活塞段螺母7，活塞杆2与活塞1之间形成一个定位支撑区和一个浮动支撑区。活塞1一端通过螺钉与活塞盖板11固定，活塞杆2设置于活塞盖板11内，形成浮滑动支承区；活塞1的另一端与活塞端螺母7固定连接，活塞端螺母7与活塞杆2之间通过螺纹连接形成定位支承区。所述活塞1与活塞端螺母7之间设有垫圈15，设置活塞端螺母7一端的活塞1内侧与活塞杆2连接处设有垫圈15。活塞端螺母7中心设计一阶梯孔，以适应M6、M8、M10等大小的内六角螺钉装入。活塞端螺母7采用右旋细牙螺纹与活塞杆2实现连接和紧固，其外边缘设计加工一环槽，环槽宽度约4～5mm，深度约8～10mm，外边缘约1～2mm。上述结构中紧固活塞1与活塞杆2采用刚性极强的材料制成。待活塞端螺母7与活塞杆2旋紧后，再将约1～2mm外边缘部分扳边四处于压紧垫圈四个缺口，实现活塞端螺母7与活塞杆2之间的连接第一道防松；待锁紧螺钉16与活塞杆2旋紧后，再将约1～2mm外边缘部分扳边四处于压紧垫圈四个缺口，实现锁紧螺钉16与活塞杆2之间的连接第二道防松；活塞端螺母7与活塞杆2的连接螺纹旋向为右旋，而活塞端锁紧螺钉16与活塞杆2的连接螺纹旋向为左旋，实现螺纹连接的第三道防松。活塞将传统的活塞杆2与活塞1之间形成前后两个固定连接点结构改进为一个定位支撑区和一个浮动支撑区，固定支承区实现定位、连接和紧固，轴向连接长度由原来的331mm大大的缩短到了50mm，比原来缩短5.62倍，而且，将连接紧固部分的刚性大大增强，避免了热胀冷缩，从而避免了压缩机运转时升温热胀造成的附加外力而拉断活塞杆；同时，又避免压缩机停止运转时降温冷缩而出现间隙；浮动支撑区的设置使活塞1能够实现轴向的自由膨胀，同时，又避免因活塞1前端定位长度过短而造成倾斜，甚至造成活塞1整体破坏失效。三级防松设计，能够有效提高压缩机运转的可靠性，保证即使存在热胀冷缩的情况下，活塞1与活塞杆2之间的连接也不会松动，有效提高了连接的可靠性，进而提高压缩机运转的可靠性，延长了压缩机的使用寿命。

Claims (6)

1.一种用于压缩机的级差式活塞，包括活塞(1)、与活塞(1)相适配的活塞杆(2)、设于活塞(1)上的一、二级活塞环(3、4)和一、二级支撑环(5、6)以及固定活塞(1)与活塞杆(2)的活塞端螺母(7)，其特征在于：所述活塞杆(2)与活塞(1)之间形成一个定位支撑区和一个浮动支撑区。

2.根据权利要求1所述的一种用于压缩机的级差式活塞，其特征在于：所述活塞杆(2)通过轴肩(8)与设于活塞(1)一端的活塞端螺母(7)螺纹连接，形成定位支撑区；活塞(1)的另一端通过螺栓(9)与衬圈(10)连接形成内孔，衬圈(10)与活塞杆(2)之间形成滑动支承区。

3.根据权利要求1所述的一种用于压缩机的级差式活塞，其特征在于：所述活塞(1)一端与活塞盖板(11)固定，活塞杆(2)设置于活塞盖板(11)内，形成浮滑动支承区；活塞(1)的另一端与活塞端螺母(7)固定连接，活塞端螺母(7)与活塞杆(2)之间通过螺纹连接形成定位支承区。

4.根据权利要求2所述的一种用于压缩机的级差式活塞，其特征在于：所述活塞(1)与活塞端螺母(7)之间设有压圈(12)，二者之间通过圆轴销(13)固定，活塞端端螺母(7)的端面铣削四个缺口；活塞(1)与活塞杆(2)之间还设有挡圈(14)。

5.根据权利要求4所述的一种用于压缩机的级差式活塞，其特征在于：所述活塞端螺母(7)中心设有一个适应锁紧螺钉(16)装入的阶梯孔。

6.根据权利要求3所述的一种用于压缩机的级差式活塞，其特征在于：所述活塞(1)与活塞端螺母(7)之间设有垫圈(15)，设置活塞端螺母(7)一端的活塞(1)内侧与活塞杆(2)连接处设有垫圈(15)。

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