80系列微型風(fēng)冷活塞式壓縮機(jī)的設(shè)計(W80II)【含CAD圖紙、說明書、開題報告】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 摘 要 活塞式壓縮機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)，用來提高氣體壓力和傳送氣體，目前廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中，例如：石油、化工、冶金、輕功、紡織、及采礦等。因此，氣體壓縮機(jī)是近代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的通用機(jī)械。結(jié)合所學(xué)過的中小型壓縮機(jī)，了解其基本結(jié)構(gòu)及其工作原理，重點(diǎn)掌握其結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué)會所含零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及其強(qiáng)度校核方法，在設(shè)計過程中，理論聯(lián)系實(shí)際，最終了解設(shè)計一個機(jī)械設(shè)備基本思想和方法。 W型風(fēng)冷微型活塞式壓縮機(jī)主要用于工業(yè)中氣體壓縮，雖然其結(jié)構(gòu)有別于其他壓縮機(jī)，但它們原理相似。因此可以根據(jù)已知的壓縮機(jī)類型，通過互相比較進(jìn)而進(jìn)行設(shè)計。 整個設(shè)計過程包括整體總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱力學(xué)的計算、初定相關(guān)零部件結(jié)構(gòu)尺寸，然后借助CAXA等繪圖軟件，選定軸承等標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用強(qiáng)度理論對其進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核以滿足實(shí)際的需要，最后確定壓縮機(jī)的輔助設(shè)備。 關(guān)鍵字：活塞式壓縮機(jī)；強(qiáng)度校核；行程容積；動力計算 VI Abstract The piston compressor is a positive displacement compressor used to increase the gas pressure and gas transmission, now widely used in industrial production, such as: petroleum, chemical, metallurgy, dodge, textile, and mining. Therefore, the gas compressor is indispensable in modern industrial production of general machinery. Combined with the small and medium-sized compressor, we understand the basic structure and how it works, focus on mastering the Society of structural design components contained in the structural design method and its strength check method, theory with practice in the design process, the final Learn basic ideas and methods of the design of a mechanical device. W-type air-cooled micro-piston compressor is mainly used for industry, gas compression, although its structure is different from other compressor, but they are similar in principle. Therefore it can be known according to the type of the compressor, by mutual comparison Further design. Throughout the design process, including overall design of the overall structure, thermodynamic calculations, an initial component structure size CAXA and other graphics software, and then with the selected bearings and other standard parts, application strength theory be necessary strength check to meet the actual need to finalize the compressor auxiliary equipment. Keywords: Piston compressor; Strength check; Stroke volume; Dynamic calculation VI 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 1 1.1本課題的研究內(nèi)容和意義 1 1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 1 1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 1 2 壓縮機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2 2.1 設(shè)計原則及設(shè)計任務(wù) 2 2.2 結(jié)構(gòu)方案的選擇 3 2.3列數(shù)及級在列中的配置 4 3 壓縮機(jī)熱力計算 5 3.1 技術(shù)參數(shù) 5 3.2熱力計算 5 3.2.1計算總壓力比 5 3.2.2壓縮機(jī)級數(shù)的確定 5 3.2.3壓力比分配 5 3.2.4計算容系數(shù) 5 3.2.5確定壓力系數(shù) 6 3.2.6確定溫度系數(shù) 6 3.2.7計算泄漏系數(shù) 6 3.2.8計算氣缸工作容積 7 3.2.9確定缸徑、行程及行程容積 7 3.2.10復(fù)算壓比或調(diào)整余隙容積 8 3.2.11計算各列最大的活塞力 9 3.2.12計算排氣溫度 9 3.2.13計算功率 9 3.2.14等溫功率 10 4 動力計算 11 4.1已知數(shù)據(jù)整理 11 4.2動力計算 11 4.2.1計算活塞位移、速度、加速度 11 4.2.2氣體力的計算 13 4.2.3慣性力的計算 17 4.2.4切向力的計算及切向力曲線的繪制 21 4.2.5飛輪矩的確定 23 5 主要零部件的分析設(shè)計 26 5.1氣缸部分的分析計算 26 5.2機(jī)身的設(shè)計 28 5.2.1機(jī)身材料 28 5.2.2主要尺寸確定 29 5.3連桿的設(shè)計 29 5.3.1概述 29 5.3.2連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 29 5.3.3桿身結(jié)構(gòu) 29 6 結(jié)論與展望 33 6.1 結(jié)論 33 6.2不足之處及未來展望 33 致 謝 34 參考文獻(xiàn) 35 V 80系列微型風(fēng)冷活塞式壓縮機(jī)的設(shè)計——W80II型 1 緒論 1.1本課題的研究內(nèi)容和意義 壓縮機(jī)是一種輸送氣體和提高氣體壓力的機(jī)器，屬于將原動機(jī)的動力轉(zhuǎn)化為氣體壓力能的工作機(jī)，它種類多、用途十分廣泛，如冶金、礦山、機(jī)械和國防等，尤其在石油、化工生產(chǎn)中，壓縮機(jī)已成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，由此可見，壓縮機(jī)已成為國民經(jīng)濟(jì)各個部門中重要的通用機(jī)械。 壓縮機(jī)按壓縮氣體的原理不同可分為容積式和速度式兩大類。容積式壓縮機(jī)是使氣體直接受壓，從而使氣體容積縮小、壓力提升。其特點(diǎn)是壓縮機(jī) 具有容積可周期性變化的工作腔。按工作腔中運(yùn)動元件不同，容積式壓縮機(jī)可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種。動力式壓縮機(jī)是使氣體流動速度提高，然后通過擴(kuò)壓元件使速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，與此同時氣體容積也相應(yīng)減小。其特點(diǎn)是壓縮機(jī)具有驅(qū)使氣體獲得流動速度的葉輪。按工作腔中運(yùn)動元件不同，動力式分為離心式、軸流式、噴射式等。本設(shè)計采用容積式壓縮機(jī)。 壓縮氣體主要應(yīng)用與以下幾個方面： （1） 作為動力：壓縮氣體驅(qū)動各種風(fēng)冷機(jī)械，風(fēng)冷工具，控制表及其自動 化裝置。 （2） 氣體用于氣體制冷和氣體分離：空氣液化分離后，得到純氧、氮等。 （3） 用來合成及聚合：如氮?dú)浜铣砂?，氫、二氧化碳合成尿素等等? （4） 氣體輸送、氣瓶罐裝等等。 （5） 用以油的加氫精制：如重油的輕化、潤滑油的加氫精制等等。 （6） 天然氣燃料車的氣源提供。 1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 近幾十年來，我國壓縮機(jī)制造業(yè)在引進(jìn)國外技術(shù)，消化吸收和自主開發(fā)基礎(chǔ)上，克服不少難關(guān)，取得重大突破，其中活塞式壓縮機(jī)已達(dá)到國際同類產(chǎn)品的水平。今后壓縮機(jī)的發(fā)展前景不僅僅在于努力提高技術(shù)性能指標(biāo)，更應(yīng)著力于應(yīng)用近代先進(jìn)計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行性能模擬和優(yōu)化設(shè)計，促成最佳性能的系列化、通用化、機(jī)組化和自動化，降低生產(chǎn)成本，完善輔助成套設(shè)備，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，提高綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 本次設(shè)計的80系列風(fēng)冷活塞式微型壓縮機(jī)主要用于工業(yè)生產(chǎn)中，主要包括三個方面：一是熱力計算，確定行程容積、最大活塞力、排氣溫度、功率和效率等；二是動力計算，確定氣體力、綜合活塞力、飛輪矩等；三是連桿的計算，確定連桿長度，大頭小頭尺寸。 2 壓縮機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.1 設(shè)計原則及設(shè)計任務(wù) 排氣量：Q=0.4/min；排氣壓力：P=1.25MPa；進(jìn)氣壓力：P=0.1MPa； 進(jìn)氣溫度：T=20?C；進(jìn)氣相對濕度：φ=0.8； 查書得1<<3.5m/s ， 當(dāng)=1m/s,選取行程S=0.06m,n===500; 當(dāng)=3.5m/s，選取S=0.06m,n===1750,取n=850m/s。 總結(jié)：選取n=850m/s，S=0.06m，=1.7m/s。 設(shè)計活塞式壓縮機(jī)應(yīng)符合以下基本原則： （1）滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力及有關(guān)使用條件的要求。 （2） 有足夠長的使用生命（壓縮機(jī)大修時間間隔長）、足夠高的使用可靠性。 （3）有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性。 （4）有良好的動力平衡性。 （5）維修檢修方便。 （6）盡可能采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)。 （7）制造工藝性良好。 （8）機(jī)器的尺寸小、重量輕。 總體設(shè)計任務(wù)是：選擇結(jié)構(gòu)方案、主要參數(shù)、相應(yīng)的驅(qū)動方式，以及大體確定附屬設(shè)備的布置。壓縮機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否先進(jìn)，能不能很好的滿足使用要求，很大程度上決定于總體設(shè)計階段的考慮是否周當(dāng)和適當(dāng)。如果總體結(jié)構(gòu)不當(dāng)，就會給壓縮機(jī)帶來“先天不足”的缺陷，要消除它的后患，就比較困難。因此，總體設(shè)計師壓縮機(jī)設(shè)計的最重要的環(huán)節(jié)。為了使總體設(shè)計能達(dá)到既符合多塊好省的方針，又符合用戶的特定要求，在總體設(shè)計時應(yīng)廣泛搜索國內(nèi)外同類型和相近機(jī)型的資料，進(jìn)行充分的分析比較，提出幾個方案，通過熱力計算、動力計算，初步確定主要零部件的主要尺寸，在分析研究的基礎(chǔ)上，選擇最符合要求的總體方案。 總體設(shè)計完成之后，即著手進(jìn)行工作圖設(shè)計。工作圖設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計中初步定下的零件和部件的尺寸、輪廓和基本結(jié)構(gòu)型式，詳細(xì)的繪出總體和部件的裝配圖，零件圖、編制必要的技術(shù)文件、擬定型號、同時完成各種零件的強(qiáng)度校核計算。 2.2 結(jié)構(gòu)方案的選擇 活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成： （1） 機(jī)器的形式； （2） 級數(shù)和列數(shù)； （3） 各級氣缸在列中的排列。 選擇壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案時，應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)的用途，運(yùn)轉(zhuǎn)條件，排氣量和排氣壓力制造生產(chǎn)的可行性，驅(qū)動方式以及占地面積等條件，從選擇機(jī)器形式和級數(shù)入手，制定出合適的方案。 （1） 立式壓縮機(jī) 其優(yōu)點(diǎn)是：主機(jī)直立，占地面積??；活塞重量不支承在氣缸上，沒有因此而產(chǎn)生的摩擦和磨損。缺點(diǎn)是：大型時高度大，需設(shè)置操作平臺，操作不方便；管道布置困難；多級時級間設(shè)備占地面積大。所以，立式壓縮機(jī)現(xiàn)僅用于中、小型及微型，使機(jī)器高度均處于人體高度便于操作的范圍內(nèi)，且中型壓縮機(jī)主要用于無油潤滑結(jié)構(gòu)——活塞無需支承而僅需向?qū)?；此外，級?shù)以少為宜，以避免管道布置的麻煩。 （2） 臥式壓縮機(jī) 臥式壓縮機(jī)大都制成氣缸置于機(jī)身兩側(cè)的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)缺點(diǎn)正好和立式壓縮機(jī)相反，臥式壓縮機(jī)的級間設(shè)備甚至可配置在壓縮機(jī)的上方，特別是緩沖容積可緊靠氣缸，故中、大型壓縮機(jī)宜采用臥式結(jié)構(gòu)。 （3） 角度式壓縮機(jī) 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，每個曲拐上裝有兩根以上的連桿，使曲軸結(jié)構(gòu)簡單、長度較短，并可能采用滾動軸承；缺點(diǎn)是大型時高度大。所以角度式壓縮機(jī)的適用范圍是中小型及微型。 單級壓縮機(jī)，如冷凍壓縮機(jī)，視氣量大小采用V型、W型及扇型均可。 兩級壓縮機(jī)，若采用V型和扇型則級的布置較方便。W型的結(jié)構(gòu)在兩級壓縮機(jī)中也可看到，并且通常是一級分設(shè)兩缸中，從而使一、二級的往復(fù)質(zhì)量容易相等，且一級氣閥布置較方便；但與V型相比，其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間尺寸大，一級連桿強(qiáng)度使用不充分，一、二級連桿軸瓦的耐久性也不均等。在兩列的雙作用式壓縮機(jī)中，也常可見到L型結(jié)構(gòu)，L型可認(rèn)為是V型轉(zhuǎn)置45?，通常水平列氣缸的磨損較大，機(jī)器的重心與機(jī)身底面形心不易處于一條垂線上，與V型相比其管道布置較方便，此外并無什么獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 綜合上述優(yōu)缺點(diǎn)及任務(wù)參數(shù)要求，設(shè)計的壓縮機(jī)為微型，及壓縮機(jī)參數(shù)等因素，所以選擇角度式壓縮機(jī)且為W型單作用式壓縮機(jī)。如下圖所示： 圖2.1 W型壓縮機(jī) 2.3列數(shù)及級在列中的配置 （1）本設(shè)計是無十字頭微型活塞式壓縮機(jī)，活塞力小于2×105N，因為動力平衡性能無足輕重，所以采用多列結(jié)構(gòu)。 （2）關(guān)于級在列中的配置，應(yīng)注意一下四個方面。 ① 活塞力要均衡； ②使相鄰容積壓力差較小一減小氣體泄漏量； ③制造和裝配方便。 綜上所述，最終確定本設(shè)計壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式是：角度式、單作用、風(fēng)冷、II級、W型二級缸壓縮機(jī)，從連桿體鉆孔輸送過來的潤滑油進(jìn)行壓力潤滑,在小頭上方開有集油孔槽，承接曲軸箱中飛濺的油霧進(jìn)行潤滑,采用中間冷卻劑冷卻。 3 壓縮機(jī)熱力計算 3.1 技術(shù)參數(shù) 排氣量：Q=0.4/min； 排氣壓力：P=1.25MPa； 進(jìn)氣壓力：P=0.1MPa； 進(jìn)氣溫度：T=20?C； 進(jìn)氣相對濕度：φ=0.8； 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速：n=850r/min； 電動機(jī)參考轉(zhuǎn)速：n=2840r/min； 行程：s=。 3.2熱力計算 3.2.1計算總壓力比 εz=Pd/P1=1.25×106/105=12.5 (3.1) 3.2.2壓縮機(jī)級數(shù)的確定 表3-1 往復(fù)壓縮機(jī)級數(shù)與壓力之間的關(guān)系 終壓/MPa 0.3-1 0.6-6 1.4-15 3.6-40 15-100 80-150 級數(shù) 1 2 3 4 5-6 7 根據(jù)排氣壓力，壓縮機(jī)的級數(shù)確定為二極壓縮。 3.2.3壓力比分配 (3.2) (3.3) 3.2.4計算容系數(shù) 因為風(fēng)冷近似絕熱，所以參考下表 表3-2 按絕熱指數(shù)確定膨脹系數(shù) 進(jìn)氣壓力105N/m2 任意k值 k=1.40 1.5 m=1+0.5(k-1) 1.2 1.5～4.0 m=1+0.62(k-1) 1.25 4.0～10 m=1+0.75(k-1) 1.3 10～30 m=1+0.88(k-1) 1.35 >30 m=k 1.4 相對余隙容積的大小，很大程度上取決于氣缸上的布置方式，氣閥的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式和級數(shù)，以及同一級次的行程缸徑比等。般處于下列范圍： 低壓級：0.07～0.12 中壓級：0.09～0.14 高壓級：0.11～0.16 單作用式壓縮機(jī)，如果氣閥軸向地配置在氣缸蓋上，低壓級可小至 ；速短行程壓縮機(jī)，可高達(dá)；小型壓縮機(jī)的高壓級可達(dá)。 所以取ɑ1=0.03:；ɑ2=0.05 m1=1.1; m2=1.15 得λv1=1-ɑ1(εz1/m1-1)=1-0.03(3.671/1.1-1)=0.932 (3.4) λv2=1-ɑ2(εz1/m2-1)=1-0.05(3.51/1.15-1)=0.901 (3.5) 3.2.5確定壓力系數(shù) 根據(jù)進(jìn)氣壓力接近于大氣壓力，取壓力系數(shù) 根據(jù)溫度系數(shù)與壓力比的關(guān)系，取溫度系數(shù)。 3.2.6確定溫度系數(shù) 取。 3.2.7計算泄漏系數(shù) 表3-3泄漏系數(shù) 項目 相對泄漏數(shù) 級數(shù) 第一級 第二級 氣閥 一級 二級 0.02 0.03 活塞環(huán) 一級 二級 0.03 0.04 續(xù)表3-3 總相對泄漏量 0.05 0.07 0.952 0.93 3.2.8計算氣缸工作容積 (3.6) (3.7) 3.2.9確定缸徑、行程及行程容積 已，選取行程S=60mm,得活塞平均速度 (3.8) 一級氣缸直徑： (3.9) m (3.10) 圓整后，圓整后實(shí)際行程容積 二級氣缸直徑： (3.11) (3.12) 圓整后，圓整后實(shí)際行程容積。 3.2.10復(fù)算壓比或調(diào)整余隙容積 氣缸直徑圓整后如其他參數(shù)不變，則壓力比分配便改變，若忽略壓力比改變后對容積系數(shù)的影響，則壓力比的改變可認(rèn)為與活塞有效面積改變成比例。 表3-4圓整前、后總的活塞有效面積如下表 級次 氣缸直徑 活塞有效面積 D（cm） （m2） 前 后 前 后 Ⅰ 0.077 0.080 0.0093 0.010 Ⅱ 0.0582 0.060 0.0053 0.0057 由于一級缸徑圓整變大使一級排氣壓力要反比例降低，降低率 由于二級缸徑圓整變大使二級排氣壓力要反比例降低，降低率 一級壓力比變?yōu)? (3.13) 相應(yīng)地二級壓力比變?yōu)? (3.14) 也可以用調(diào)整相對余隙的方法，維持壓力比不變，即因第一級缸直徑變大了，相對余隙容積也相應(yīng)變大了，使吸進(jìn)的氣量不變。由此可得 (3.15) 一級新的相對余隙容積： (3.16) 二級新容積系數(shù)： (3.17) 二級新相對余隙容積0.055 (3.18) 本計算中取調(diào)整相對余隙容積。 3.2.11計算各列最大的活塞力 取進(jìn)、排氣相對壓力損失： 氣缸內(nèi)實(shí)際進(jìn)、排氣壓力 Ps=（1-0.075）10 Pd=（1+0.167）3.6710 =0.92510N/M =4.25×105 N/M2 Ps=（1-0.048）3.67 Pd=（1+0.105） =3.494 =13.81 軸側(cè)和蓋側(cè)活塞面積分別為： 最大活塞力 第一級： （3.19） 第二級： （3.20） 3.2.12計算排氣溫度 取壓縮指數(shù) n=1.35 ； n=1.4 排氣溫度 Td=T Td=T （3.21） （3.22） 3.2.13計算功率 （3.23） （3.24） 總的指示功率 取機(jī)械效率 軸功率 電動機(jī)的功率余度取10%，則電動機(jī)取4kw。確定電動機(jī)型號為Y112M-2,轉(zhuǎn)速為2890r/min。 3.2.14等溫功率 各級等溫壓縮功率 （3.25） （3.26） 總的等溫指示功率 等溫指示效率 等溫軸效率 4 動力計算 4.1已知數(shù)據(jù)整理 表4-1已知數(shù)據(jù) 4.2動力計算 4.2.1計算活塞位移、速度、加速度 （4.1） （4.2） 取徑長比： 位移 （4.3） 速度 （4.4） 加速度 （4.5） 表4-2活塞位移、速度、加速度 續(xù)表4-1 4.2.2氣體力的計算 （1）各級氣體力 膨脹過程： （4.6） 進(jìn)氣過程： （4.7） 壓縮過程： （4.8） 排氣過程： （4.9） 本機(jī)屬于微型壓縮機(jī)，取，，是活塞位移，為代表余隙容積的當(dāng)量行程，（-相對余隙容積）用運(yùn)動計算中各點(diǎn)的位移值。因為本機(jī)為單作用活塞，所以只需將蓋側(cè)列入計算。 （2）氣體力 （4.10） 表4-3 I級蓋側(cè)氣體力表 I級： （4.11） （4.12） 圖4.1 I級蓋側(cè)氣體力 表4-4 II級蓋側(cè)氣體力表 II級： （4.13） （4.14） 圖4.2 II級蓋側(cè)氣體力 4.2.3慣性力的計算 ?往復(fù)慣性力： ?旋轉(zhuǎn)慣性力： 表4-5慣性力表 曲柄轉(zhuǎn)角 活塞加速度 復(fù)位慣性力I=ma 旋轉(zhuǎn)慣性力 A（m/s） I級 II級 I級 II級 0 396.84 368.46 368.46 -44.64 -44.64 15 380.79 353.56 353.56 -44.64 -44.64 30 235 218.2 218.2 -44.64 -44.64 45 167.95 155.9 155.9 -44.64 -44.64 60 89.05 82.68 82.68 -44.64 -44.64 75 10.05 9.33 9.33 -44.64 -44.64 90 -59.37 -55.13 -55.13 -44.64 -44.64 105 -112.88 -104.81 -104.81 -44.64 -44.64 120 -148.4 -137.8 -137.8 -44.64 -44.64 135 -167.92 -155.9 -155.9 -44.64 -44.64 150 -175.97 -163.39 -163.39 -44.64 -44.64 165 -177.96 -165.24 -165.24 -44.64 -44.64 180 -178.10 -165.36 -165.36 -44.64 -44.64 195 -177.96 -165.24 -165.24 -44.64 -44.64 210 -115.97 -163.39 -163.39 -44.64 -44.64 225 -167.92 -155.9 -155.9 -44.64 -44.64 240 -148.4 -137.8 -137.8 -44.64 -44.64 255 -122.88 -104.81 -104.81 -44.64 -44.64 270 -55.6 -55.13 -55.13 -44.64 -44.64 285 +99.3 9.33 9.33 -44.64 -44.64 300 83.68 82.68 52.68 -44.64 -44.64 315 155.9 155.9 155.9 -44.64 -44.64 330 218.2 218.2 218.2 -44.64 -44.64 345 353.56 353.56 353.56 -44.64 -44.64 360 368.46 368.46 368.46 -44.64 -44.64 表4-6 綜合活塞力圖 圖4.3 I級綜合活塞力圖 圖4.4 II級綜合活塞力圖 4.2.4切向力的計算及切向力曲線的繪制 切向力計算公式： （4.15） 表4-7切向力圖 圖4.5總切向力曲線 4.2.5飛輪矩的確定 平均切向力： （4.16） 阻力矩： （4.17） 驅(qū)動力矩： （4.18） 表4-7驅(qū)動力矩與阻力矩計算 圖4.6 阻力矩驅(qū)動力矩圖 長度比例： （4.19） 面積比例： （4.20） （4.21） 飛輪轉(zhuǎn)動慣量： （4.22） 5 主要零部件的分析設(shè)計 空氣壓縮機(jī)的主要零部位包括工作部件包括工作部位和運(yùn)動部位,工作部位的作用是用來構(gòu)成工作容積和防止氣體泄漏，他有氣缸、氣閥、活塞組件、活塞桿。運(yùn)動部件用來傳輸動力，它包括曲軸、連桿、十字頭。 5.1氣缸部分的分析計算 氣缸是活塞式壓縮機(jī)中的組成壓縮容積的主要部分。根據(jù)壓縮機(jī)所達(dá)到壓力，排氣量，壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案，壓縮氣體的種類，制造氣缸的材料以及制造廠的習(xí)慣等條件，氣缸的結(jié)構(gòu)可以有各種各樣的形式。氣缸結(jié)構(gòu)如下圖5.1： 圖5.1 氣缸 設(shè)計氣缸的要點(diǎn)是： （1）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。工作表面具有良好的耐磨性。 （2）要具有良好的冷卻，在有油潤滑的氣缸中，工作表面應(yīng)有良好的潤滑狀態(tài)。 （3）盡可能減少氣缸內(nèi)的余隙容積和氣體阻力。 （4）結(jié)合部分的連接和密封要可靠。 （5）要有良好的制造工藝性和裝拆方便。 （6）氣缸直徑和閥座安裝孔等尺寸應(yīng)符合“三化”要求。 氣缸中孔的內(nèi)圓表面為氣缸的工作表面，供活塞在其中往復(fù)運(yùn)動，并保持滑動部位的氣密性，以形成所需的壓縮容積。為了保證活塞對氣缸表面的可靠密封，必須將活塞環(huán)運(yùn)動時掃過的氣缸工作表面精密加工，對內(nèi)徑D300mm氣缸，可按H7級精密加工，表面粗糙度=0.4，本設(shè)計及如此。工作表面的長度應(yīng)滿足這樣的要求：及活塞在內(nèi)外止點(diǎn)位置時，相應(yīng)的最外一道能超出工作表面1-2mm,以避免形成凸邊或積垢。 根據(jù)內(nèi)壓容器壁厚計算公式，氣缸壁厚按下式估算： （5.1） 式中：計算厚度，mm； -計算壓力，Mpa; 焊接接頭系數(shù) 為設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 氣缸壁厚度計算結(jié)果見表5-1 厚度附加量?。篶=1mm()則名義厚度結(jié)果見下表。 表5-1 各級氣缸壁厚的計算結(jié)果 級數(shù) 計算壓力（Mpa） 氣缸壁厚（m） 名義厚度 I級 II級 5.2機(jī)身的設(shè)計 機(jī)身供放置曲軸、連桿等零件以及其他輔助設(shè)備；它一段連接氣缸，另一端固結(jié)于基礎(chǔ)或底座上。因為機(jī)身中置有曲軸又呈箱型故也稱曲軸箱。如下圖所示： 圖5.2 曲軸箱 機(jī)身的結(jié)構(gòu)形式取決于壓縮機(jī)的形式，可分為對置式、一般臥式、立式、角度式等，本設(shè)計為角度式。 微型壓縮機(jī)為結(jié)構(gòu)簡單起見，對機(jī)身的要求如下： （1） 足夠的強(qiáng)度和剛度，尤其是剛度更為重要； （2） 易于拆裝運(yùn)動零部件； （3） 結(jié)構(gòu)力求簡單，各壁面與肋條設(shè)置應(yīng)符合力學(xué)要求； （4） 底腳法蘭邊與主軸承中線間距離應(yīng)盡量小。 5.2.1機(jī)身材料 因為是微型壓縮機(jī)，為了減輕重量，所以采用HT200。 5.2.2主要尺寸確定 (1)氣缸之間選取W型布局，角度為60°。 (2)機(jī)身的主軸承軸線高度H的確定：H值得確定要考慮機(jī)體須有足夠的剛度，機(jī)器對總高度的要求及軸線下部機(jī)體容積貯油多少。一般可根據(jù)主軸頸直徑d或主軸承孔座直徑d來確定，H=（2～2.5）d=133mm。 (3) 在機(jī)身受力方向增加筋條保證機(jī)身的剛度，本設(shè)計機(jī)身壁厚取8mm. (4)在上油位時，連桿和曲軸上曲拐都不能浸到油中，下油位時保證油針還有10mm還浸在油里面，所以油標(biāo)到中心軸的高度：h=85mm。 (5)放油孔應(yīng)設(shè)計在箱體的最低點(diǎn)，保證油能夠放干凈。 5.3連桿的設(shè)計 5.3.1概述 連桿式壓縮機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)中主要零件之一。其任務(wù)是與曲軸一起將輸入壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運(yùn)動。如下圖所示： 圖5.3 連桿 其端面與活塞銷相連，稱為小頭；另一端與曲軸箱相連，稱為大頭；中間部分稱為桿身。 5.3.2連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 連桿的結(jié)構(gòu)分類：①形式連桿②閉式連桿③大頭組合式連桿④主副連桿。本設(shè)計采用形式連桿，如圖5-1所示，大頭是剖分的。裝配時置于曲柄銷上后，用連桿螺栓緊固大頭。 5.3.3桿身結(jié)構(gòu) 1、桿身截面形狀 連桿是一個受壓桿載荷的零件，桿身截面形狀決定于桿身的載荷情況和形成工藝。本設(shè)計的桿身截面形狀是工字型截面，如下圖所示： 圖5.4 桿身截面形狀 工字型截面大軸處在連桿擺動的平面內(nèi)，使連桿材料利用合理。 （1）桿身中間截面尺寸 (5.2) 為桿身間截面面積的當(dāng)量直徑(m)。 (2)截面高度。 2、小頭結(jié)構(gòu) （1）結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代壓縮機(jī)連桿小頭多采用環(huán)形的整體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)簡單制造方 便，工作時應(yīng)力分布比小頭剖分式均勻，材料利用率高。 小頭襯套的潤滑方式有兩種：①靠從連桿體鉆孔輸送過來的潤滑油 進(jìn)行壓力潤滑②在小頭上方開有集油孔槽，承接曲軸箱中飛濺的油霧進(jìn) 行潤滑，匯集的潤滑油可通過襯套上開的油槽和油孔來分配。本設(shè)計采 用的是第二種潤滑方式。 （2）連桿小頭最小截面的確定 截面C-C面積 (5.3) （3）受力分析 連桿小頭應(yīng)力如圖所示： 圖5.5 連桿小頭受力分析圖 小頭外緣1～3處及其桿身過渡5～6處拉伸應(yīng)力較大；小頭內(nèi)孔處 的拉伸應(yīng)力也比較嚴(yán)重。所以小頭設(shè)計應(yīng)于5、6處，即小頭與桿身的過 渡部位適當(dāng)加強(qiáng)，如圖5-4所示，圖b是圖a的改進(jìn)，圖d是圖c的改進(jìn)。 a b c d 圖5.6 連桿小頭設(shè)計比較圖 3、大頭結(jié)構(gòu) （1）結(jié)構(gòu) 大頭為整體式的特點(diǎn)是不要連接件，結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度提高，而且尺 寸也可以縮小。本設(shè)計因為是鋁制材料連桿，不用大小軸瓦，直接在連 桿大、小頭孔內(nèi)制出油槽，連桿大頭鍛有擊油桿，實(shí)現(xiàn)飛濺潤滑。 （2）剖分方式 剖分式連桿大頭有兩種切口形式：平切口和斜切口。 斜切口的優(yōu)點(diǎn)是大頭安裝方便；缺點(diǎn)是制造麻煩，且受拉伸負(fù)荷時 情況欠佳。本設(shè)計采用平切口式。 （3）結(jié)構(gòu)尺寸及應(yīng)力集中 ①為了提高連桿大頭結(jié)構(gòu)的剛度和緊湊性，連桿大頭的尺寸按下述 方法選取：連桿螺栓孔之間的距離應(yīng)盡量小，一般 , ，D為曲柄銷直徑。 ②連桿大頭上螺栓的支撐高度為，對大頭體的剛度和強(qiáng)度影響較 大，值一般不小于（1.2～1.6）D，。 ③大頭蓋截面尺寸，A-A截面面積 B-B截面面積。為了減少應(yīng)力集中， 連桿大頭各處形狀都應(yīng)圓滑，特別是螺栓頭或螺母支承面到桿身或大頭 蓋的過渡處，都必須避免尖角。 （4）大頭蓋 為了提高大頭蓋的結(jié)構(gòu)剛度，大頭蓋中部截面用工字型截面與加強(qiáng) 肋時剛度最好。 4、 連桿在機(jī)器中的定位 （1）大頭定位：這時在連桿大頭端面與曲柄銷的配合端面，采用較小的配合間隙0.2～0.5mm，同時在小頭端面與銷座端面間，則取較大間隙2～5mm。大頭定位連桿可能受偏心負(fù)荷。 （2）小頭定位：這時在連桿小頭端面與曲柄銷的配合端面，采用較小的配合間隙0.2～0.5mm，同時在小頭端面與銷座端面間，則取較大間隙2～5mm。 本設(shè)計為了減小軸向長度，所以采用小頭定位。 6 結(jié)論與展望 6.1 結(jié)論 本設(shè)計的是80系類微型壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式為角度式（W型）壓縮機(jī)。確定電動機(jī)型號為Y112M-2,轉(zhuǎn)速為2890r/min，功率為4Kw。本次設(shè)計的內(nèi)容重點(diǎn)包括：動力計算、熱力計算以及曲軸的平衡計算、校核。該活塞式壓縮機(jī)由三相異步電機(jī)驅(qū)動，機(jī)組通過曲軸連桿機(jī)構(gòu)，使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)榛钊本€運(yùn)動，完成吸氣、壓縮、排氣過程，將電動機(jī)的機(jī)械能充分轉(zhuǎn)換成氣體的壓力能。 通過這幾次的實(shí)踐與設(shè)計，利用EXCLE進(jìn)行大量的計算，最終確定綜合活塞力和飛輪矩，通過參考書對壓縮機(jī)重要部件進(jìn)行受力分析及校核，通過本次設(shè)計收獲很多，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實(shí)際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及CAXA制圖軟件等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升，使我認(rèn)識到，想要成為一名成功的設(shè)計者，細(xì)節(jié)確定成敗。 6.2不足之處及未來展望 本次設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)自身的不足之處，由于專業(yè)知識水平和實(shí)踐環(huán)境的局限，在零件設(shè)計方面有所欠缺，通過其中氣缸的氣體力問題，綜合活塞力中如何考慮摩擦力等都存在一定的問題，使我完全有所提高。所以，僅僅掌握書本上的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有結(jié)合實(shí)際情況運(yùn)用于實(shí)踐，這樣才能更深地了解和掌握知識。我們要在工作中不斷的積累經(jīng)驗，學(xué)以致用。現(xiàn)在我們學(xué)到的知識很局限，知識面很狹窄，以后還要不斷地提高自己。同時我們要不斷地向別人學(xué)習(xí)，尤其要多向老師請教，到了社會上后，還要多向師傅請教，他們可以讓我們少走彎路，同時讓我們知道更多優(yōu)秀的設(shè)計理念。創(chuàng)新設(shè)計在我們以后的工作中至關(guān)重要，所以從現(xiàn)在開始一定要有意識的鍛煉和培養(yǎng)自己在這方面能力，為以后工作打好基礎(chǔ)。 致 謝 時間過得很快，一眨眼畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲，感謝這次畢業(yè)設(shè)計，讓我得到了很大的提高。本次設(shè)計我總結(jié)了大學(xué)四年的知識，溫故了過去同時展望了未來，為我的大學(xué)生活畫上的圓滿的句號。 在此特別感謝俞萍老師，對我精心的指導(dǎo)和不厭其煩的解惑授意，俞老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，對我影響深遠(yuǎn)，在俞老師的幫助下，不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。此外我還要感謝和我畢業(yè)設(shè)計一組的同學(xué)們，我們共同探討畢業(yè)設(shè)計中遇到的難題，以此共同努力，共同進(jìn)步。感謝無錫太湖學(xué)院給予我的這次機(jī)會。最后，我再次向俞老師以及對本設(shè)計提供幫助的同學(xué)表示最誠摯的謝意。祝老師們身體健康，桃李滿天下。祝同學(xué)們學(xué)業(yè)有成，工作順利。 參考文獻(xiàn) [1] 郁永章.活塞式壓縮機(jī).西安：機(jī)械工業(yè)出版社，1994：300-305，95，101. 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