peek在無油十字滑塊壓縮機中的應(yīng)用

1、第 3 5卷 第 1期 2 0 0 3年 2月南 J o u r n a lO空 航 Un i v e r s i t y天 大 學(xué) 學(xué) 報 o fAe r o n a u t i c s& As t r o n a u t i c sVo 1 ． 3 5No ． 1F e b ． 2 0 0 3P E E K 在 無 油 十 字 滑塊 壓 縮 機 中 的應(yīng) 用 林 強 ( 南 京 航 空 航 天 大學(xué) 航 空 宇航 學(xué) 院 ，

2、 南 京 ． 2 1 0 0 1 6 )摘 要： 為了解決無油十 字滑塊壓 縮機 滑道一 滑塊副 中存在 的問題 ， 提 出采用聚醚醚酮 ( P E E K) 材 料的 直線滑動軸 承代替 直線 滾動軸承 針對 影響 P E E K摩擦副壽命的兩個主要 因素： 摩擦副表面溫度、 工作載荷 ， 建立 了滑道一 滑 塊副表 面溫度計 算模 型 ， 給 出了工作載荷 的計算式 ， 并進(jìn)行 了不同轉(zhuǎn)速 、 工作壓 力下 的 P E E K 摩檫

3、副性能試 驗。通過理論和 實驗研 究表 明 ， 上述設(shè) 想是可行的。最后 ． 本文根 據(jù)計算結(jié)果及 實驗 結(jié)果的分析對比 ， 提 出了一些改 進(jìn) 措 施 。關(guān)鍵詞 ： 無 油潤滑壓 縮機 ； 摩擦 副 ； 聚醚醚酮 中圖分 類號 ： T B 6 5 2文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： A文章編號 ： 1 0 0 5 — 2 6 1 5 ( 2 0 0 3 ) 0 1 — 0 0 3 0 — 0 4Ap p l i c a t i o no fP E E

4、K t oOi l l e s sQu a d r o — F l e xC o mp r e s s o rLi nQi a n gfC o l l e g eo fA e r o s p a c eE n g i n e e r i n g ，1＼ N a n j i n gUn i v e r s i t yo fAe r o n a u t i c s ＆ A s t r o n a u t i c s ， Na n j i

5、n g ， 2 1 0 0 1 6 ， C h i n aJAb s t r a c t ： I no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mse x i s t i n gi nt h eb l o c ka n ds l i d e rp a i ro fo i l l e s sq u a d r o — f l e xc o m—p r e s s o r ，t h el i n e rs l

6、 i d i n gb e a r i n gma d eo fp 0 l y e t h e r e t h e r k a t o n e( P EEK)i su s e di n s t e a do ft h el i n e rb a l lb e a r i n g ．W i t ht h et wod o mi n a n tf a c t o r si n f l u e n c i n gt h el i f e —

7、s p a no fP EE K f r i c t i o np a i r ，t h ema t h e ma t i —c a lmo d e lf o rt h e r mo d y n a mi cc a l c u l a t i o ni se s t a b l i s h e d，t h el o a df o r mu l ai sd e r i v e da n dt h ep e r f o r m a n c

8、 et e s t i n gi se n g a g e du n d e rd i f f e r e n tr o t a t i o n a ls p e e d sa n dd i f f e r e n tl o a d s ．Th e o r e t i c a la n de x p e r i me n t a lr e —s u l t ss h o w t h a tt h ea f o r e me n t i

9、 o n e di d e ai sv i a b l e ．F i n a l l ye x p e r i me n t a la n dc a l c u l a t i n gr e s u l t sa r ea n a —l y z e da n ds o mei mp r o v i n gme t h o d sa r ep r e s e n t e d ．Ke ywo r d s ：o i l f r e ec o

10、mp r e s s o r ；f r i c t i o np a i r ；p o l y e t h e r e t h e r k a t o n e引 目曲柄 連桿 機 構(gòu) 的傳 統(tǒng) 往復(fù)活 塞式 壓縮機 ， 正 面 臨著 以螺桿壓 縮 機為代 表 的 回轉(zhuǎn) 式壓 縮機 的挑 戰(zhàn) ，尤其 對微 小 型壓縮 機 ， 競 爭形 勢更 為激 烈 。對微小 型 往 復(fù)壓 縮 機而 言 ， 揚 長 避 短 ， 開發(fā) 新 機型 是 其改

11、 革方 向之一 ， 而 十字滑 塊壓 縮機 就是一 個成 功的典 范 。 這種 壓縮 機 自 1 9 9 0年 由美 國泰 康 ( T e c u ms e h )公 司公 開后L 1 ] ， 備 受世 界各 國重 視 ， 在微 小型 、 中高 壓壓 縮 機領(lǐng)域 ， 發(fā) 展迅 速 ， 具 有很 強 的競爭能 力 。 國 內(nèi) 自 1 9 9 1年 開始 對這種 新 型活塞 式壓 縮機進(jìn) 行 了收稿 日期 ： 2 0 0 2 — 0 9 —

12、 0 4 ； 修訂 日期 ： 2 0 0 2 — 1 O 一 2 8作者簡介 ： 林 強 ， 男 ， 博 士后 ， 1 9 6 5年 2月生 。系統(tǒng) 的研究 ， 完 成 了理論 分析L 2] 一 實 驗研 究L 5] 一 實 驗 樣 機 研 制 ] 一 商 品樣 機 研 制 的新 產(chǎn) 品 研 發(fā)過 程 。理論 分析 和 實踐 均 證 明 ， 十字 滑 塊壓 縮 機 體 積小 ，性 能 優(yōu)越 ， 作 用力 可 以獲得 完 全 平衡 ， 其

13、 振 動 烈度 只有 我 國標(biāo)準(zhǔn)要 求 的 1 ／ 2 5 。對 于 無油 十 字 滑塊壓 縮 機 ， 其滑塊 與滑道 間通 常采 用直 線滾 動軸 承把 曲 軸 的旋 轉(zhuǎn)過程 轉(zhuǎn)變 成活 塞 的往 復(fù) 直線運 動 ， 但 直線 滾 動軸 承在較 高頻 率 的交變載 荷作 用下 容 易損壞 ，影 響壓 縮機 的運行 可靠性 ； 另 外直 線滾 動軸 承 的潤 滑也是 一個不 易解 決 的難題 。為 此 ， 本 文提 出采用 P E E

14、K( 聚醚 醚 酮 ) 復(fù) 合 材 料 做 成 的 直 線 滑 動 軸 承 代 替直線 滾 動軸承 。 P E E K 是 一種 連續(xù)使 用 溫度 可 航 京 №維普資訊 http://www.cqvip.com 3 2南 京 航 空 航 天 大 學(xué) 學(xué) 報 第 3 5卷 n ， ( r · m i n)圖 2 不 同壓 力 、 不 同 轉(zhuǎn) 速 下 的 表 面 溫 度 2工作載荷 P的計

15、算 P值 是 指 其 摩 擦 副 表 面 法 向載荷 與相 對 滑 動速 度 的乘積 。 對 于 十字滑 塊壓 縮機 ， 其滑道一 滑塊 副 的 P值 為 P V 一 ( F · V) ／ A，( 5 )式 中 ： F，和 ，分 別 為 作 用 于 滑 道一 滑 塊 副 上 的 法 向載荷 、 滑 道一 滑 塊 副 相 對 滑 動 速度 及 接 觸 表面 積 ， 其計算方法見文[ 1 3 ] 。圖 3所 示為滑 塊 壓縮 機滑

16、 道一 滑 塊 副在不 同排 氣壓 力下 ， 工 作 P值隨壓 縮 機轉(zhuǎn)速 的 變化關(guān) 系 曲線 。 在設(shè) 計滑 道一 滑 塊 副時 ， 根據(jù) 壓縮機 的設(shè)計 參 數(shù) 如 排氣 壓 力 和壓 縮 機 轉(zhuǎn) 速等 可 以很 方 便地 計 算 出( 或 從 圖 3中直接 查 出) 摩擦 副 工作 表面 的 P值 ，然 后 與 P E E K 材 料 的 極 限 載 荷 ( L P) 進(jìn)行 比較 ，作 為設(shè) 計 時 選取 摩 擦 副 結(jié)構(gòu) 形

17、式及 幾 何 尺寸 的 理 論 依據(jù) ，P值 由 P E E K 生 產(chǎn) 廠家提 供 。 本 文采 用 的 P E E K 材 料 為 ： P E E KG4 5 0 HT1 5 ， 圖 4所 示 為 該 材料 常溫 和高 溫時 ， 不 同的 相對滑 動速度 所對 應(yīng) 的 L P V 值 。曲柄半 徑 為 2 5mm( 設(shè) 計值 ) 時 ， 在 壓 縮 機 轉(zhuǎn)速 為 10 0 0r ／ mi n和 15 0 0r ／ mi n時 ， 滑

18、 道一滑 塊 副 的 最 大 相 對 滑 動 速 度 分 別 為 2 ． 6m／ s和 3 ． 9m／ s 。 從 圖 3 ， 4可 以看 出 ， 選取 的 P值 遠(yuǎn)小 于 材 料 的 L P值 。實 驗 表 明 ， 當(dāng) 工 作 P值 大 于 L P值 的一 半 時 ， P E E K 材 料 的磨 損 速 率 加 速很 快 【 8 ] ， 因此 在 實 際應(yīng) 用 時 ， 所 選取 的 最 大 工作 P值 應(yīng)盡 量小 于 1 ／ 2 L

19、 PV。3滑道一 滑塊 副表面溫度 測試 及磨損 實 驗 這 里 以開 發(fā) 研 制 的 HK一 0 ． 3 ／ 7型無 油 十 字 滑 塊 壓 縮 機 為實 驗 樣 機 ， 并 設(shè) 計 建造 了滑 道一 滑 塊 副 的性 能測 試 臺 ， 對 滑 道一 滑塊 副 的表 面 平均 溫 度 及 磨 損情況 進(jìn) 行測試 。4 0 06 0 08 0 010 0 012 o 0140 0n ， ( r · r ai n)圖 3 不 同

20、壓 力 、 不 同轉(zhuǎn) 速 下 的 工作 P值 v ／ ( m · s)圖 4L P隨 速 度 變 化 關(guān) 系 采 用標(biāo) 準(zhǔn)化熱 電偶 測取 摩擦 副表 面溫度 ， 熱 電 偶材 料為鎳 鉻一 鎳 硅熱 電偶 ， 分度號 為 K。 測 量所 使 用 的二次 儀 表為 我 們 自行 研 制 的多 點 溫度 自動 記 錄儀 ， 型號 為 MWAT一 6 。在滑 道一 滑 塊 副 的表面 均 勻布 置有 6個溫度 測點 ， 圖 5為

21、熱 電偶 在 滑道表 面 的安 裝示 意圖 。圖 6為 曲柄轉(zhuǎn) 速分 別為 7 0 0r ／ mi n和 9 0 0r ／ mi n時 ， 滑 道工 作 表面 平均 溫 度與壓 比的 圖 5 熱 電 偶 安 裝 示 意 圖 關(guān) 系曲線 。 其 中， 實 線表 示計 算結(jié) 果 ， 離散 點表 示實 測結(jié) 果 。從 圖 6可 以看 出， 計算 值和 實驗 值基本 吻 合 ， 在 9 0 0r ／ mi n時計 算值 和實 驗 值 的最大 誤