李大伟

(辽宁装备制造职业技术学院 自动控制工程学院，辽宁 沈阳 110161)

引言

某一特殊用途的空气压缩机，其使用寿命仅要求8000 h，但对体积和重量却有着非常严苛的要求。为满足该压缩机重量的要求，最大程度的减轻重量，将空压机上所有零件按有限使用寿命进行设计。活塞是空压机中最主要的运动部件之一，它与气缸及气缸盖构成容积可变的工作腔，并由曲轴通过连杆带动，在气缸内做往复运动，是空压机中受力复杂、工作条件严酷的零件之一。空压机的工作可靠性与使用耐久性在很大程度上与活塞工作情况的好坏有关。活塞与气缸、气缸盖构成工作腔的密封可靠性是空压机性能的重要保障，否则空压机就不能正常工作。活塞工作状态时工作温度较高，并在较高的机械负荷下做高速往复滑动。而往复运动的特性也决定了活塞在气缸内不可能形成连续的动压油膜，因此活塞在气缸内将会遭受持续不断的磨损。一旦出现润滑不良情况，活塞将加剧磨损，并且可能导致滑动表面产生拉毛、烧伤等缺陷。所以该空压机设计的重点是有限寿命的活塞设计，完成了活塞的有限寿命设计也就基本保证了该空压机研制的成功率[1-2]。

1 活塞的边界条件分析

为确保活塞计算的精准，首先对活塞的功能、使用环境等边界条件进行梳理。空压机的结构原理图见图1，由图可知：空压机采用曲柄连杆运动机构，电动机带动曲轴做旋转运动，连杆将旋转运动转化为往复运动，并带动活塞一起做往复运动。……