計(jì)算機(jī)輔助V型往復(fù)式活塞壓縮機(jī)設(shè)計(jì)【全套設(shè)計(jì)含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】
摘 要往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是容積式壓縮機(jī)的一種，是利用活塞在氣缸中對(duì)流體進(jìn)行擠壓，使流體壓力提高并排出的壓縮機(jī)械。熱力、動(dòng)力計(jì)算是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算中基本的，又是最重要的一項(xiàng)工作，根據(jù)用戶(hù)提供的成分、氣量、壓力等參數(shù)要求，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到壓縮機(jī)的相關(guān)參數(shù)，如級(jí)數(shù)、列數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等。經(jīng)過(guò)動(dòng)力計(jì)算得到活塞式壓縮機(jī)的受力情況。準(zhǔn)確地分析機(jī)組受力情況，對(duì)于消除機(jī)組的振動(dòng)非常重要。在變工況條件下，需要快速實(shí)現(xiàn)核算原設(shè)計(jì)的飛輪是否滿(mǎn)足運(yùn)行要求?；钊綁嚎s機(jī)熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算的結(jié)果將為各部件圖形以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供原始數(shù)據(jù)，其計(jì)算結(jié)果的精確程度體現(xiàn)了壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)水平，也是壓縮機(jī)研究方面的一個(gè)課題。關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī); 熱力計(jì)算; 動(dòng)力計(jì)算;氣缸；曲軸AbstractReciprocating piston compressor is a volume compressor, which is to increase pressure to discharge fluid by piston. Thermal and dynamic compressor design is the basic and most important one, according to users with the content, gas, pressure and other parameters, calculated after the compressor related parameters, such as class, number, size cylinder, shaft power, and so on. After driving force calculated piston compressor of the force. It is very important to eliminate the vibration by accurate analysis of the force units. During alterative working conditions, it is need to meet the movement requirement for original design of flywheel rapidly. Thermodynamic and dynamic calculations of Piston compressor provide original data for unit graphics and basic design, the calculated results reflect the grade of the compressor design, and the compressor is a study of the topic. Keywords: piston-type compressors; Thermodynamic calculations; Dynamic calculation; Cylinder; Crankshaft recalculation目 錄中文摘要英文摘要第 1 章 緒論 11.1 用途和適用范圍 11.2 工作原理 11.2 活塞壓縮機(jī)特點(diǎn) .1第 2 章 總體設(shè)計(jì) 22.1 結(jié)構(gòu)方案的選擇 22.2 電機(jī)的選擇 4第 3 章 熱力計(jì)算 53.1 給定條件 .53.2 結(jié)構(gòu)形式及主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 53.3 熱力計(jì)算 .5第 4 章 動(dòng)力計(jì)算 9第 5 章 汽缸部分的設(shè)計(jì) 115.1 汽缸 .115.2 活塞 .145.3 氣閥 .145.4 活塞環(huán) 15第 6 章 基本部件的設(shè)計(jì) 166.1 機(jī)身、中體 166.2 曲軸 .166.3 連桿 .226.4 軸承的選取 29第 7 章 其他部件的設(shè)計(jì) 307.1 聯(lián)軸器 307.2 飛輪 .30第 8 章 壓縮機(jī)的安裝、試車(chē)與調(diào)整 318.1 壓縮機(jī)的安裝 .318.2 壓縮機(jī)的試車(chē) .318.3 壓縮機(jī)的調(diào)整 .318.4 壓縮機(jī)的維護(hù)和修理 318.5 活塞式壓縮機(jī)的常見(jiàn)故障分析及消除方法 .32第 9 章 結(jié)論 34參考文獻(xiàn) 35致謝 36畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求1. 整體方案設(shè)計(jì)2. V 型往復(fù)式活塞壓縮機(jī)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算3. 壓縮機(jī)整體和主要部件及其裝配圖零部件圖的繪制4. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說(shuō)明1. CAD 的應(yīng)用2. 活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)3. 化工機(jī)械4. 機(jī)械原理5. 機(jī)械設(shè)計(jì)6. 機(jī)械制圖7. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱(chēng) 起 止 日 期1 查閱和收集設(shè)計(jì)資料，在此基礎(chǔ)上制定設(shè)計(jì)方案 3.5-3.252 整體方案設(shè)計(jì) 3.25-4.23 動(dòng)力學(xué)計(jì)算 4.2-4.224 壓縮機(jī)整體和主要部件設(shè)計(jì)及其裝配圖零部件圖的繪制 5.22-5.265 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5.29-6.5 I摘 要往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是容積式壓縮機(jī)的一種，是利用活塞在氣缸中對(duì)流體進(jìn)行擠壓，使流體壓力提高并排出的壓縮機(jī)械。熱力、動(dòng)力計(jì)算是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算中基本的，又是最重要的一項(xiàng)工作，根據(jù)用戶(hù)提供的成分、氣量、壓力等參數(shù)要求，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到壓縮機(jī)的相關(guān)參數(shù)，如級(jí)數(shù)、列數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等。經(jīng)過(guò)動(dòng)力計(jì)算得到活塞式壓縮機(jī)的受力情況。準(zhǔn)確地分析機(jī)組受力情況，對(duì)于消除機(jī)組的振動(dòng)非常重要。在變工況條件下，需要快速實(shí)現(xiàn)核算原設(shè)計(jì)的飛輪是否滿(mǎn)足運(yùn)行要求?；钊綁嚎s機(jī)熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算的結(jié)果將為各部件圖形以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供原始數(shù)據(jù)，其計(jì)算結(jié)果的精確程度體現(xiàn)了壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)水平，也是壓縮機(jī)研究方面的一個(gè)課題。關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī); 熱力計(jì)算; 動(dòng)力計(jì)算;氣缸；曲軸IIAbstractReciprocating piston compressor is a volume compressor, which is to increase pressure to discharge fluid by piston. Thermal and dynamic compressor design is the basic and most important one, according to users with the content, gas, pressure and other parameters, calculated after the compressor related parameters, such as class, number, size cylinder, shaft power, and so on. After driving force calculated piston compressor of the force. It is very important to eliminate the vibration by accurate analysis of the force units. During alterative working conditions, it is need to meet the movement requirement for original design of flywheel rapidly. Thermodynamic and dynamic calculations of Piston compressor provide original data for unit graphics and basic design, the calculated results reflect the grade of the compressor design, and the compressor is a study of the topic. Keywords: piston-type compressors; Thermodynamic calculations; Dynamic calculation; Cylinder; Crankshaft recalculation目 錄中文摘要英文摘要第 1 章 緒論 11.1 用途和適用范圍 11.2 工作原理 11.2 活塞壓縮機(jī)特點(diǎn) .1第 2 章 總體設(shè)計(jì) 22.1 結(jié)構(gòu)方案的選擇 22.2 電機(jī)的選擇 4第 3 章 熱力計(jì)算 53.1 給定條件 .53.2 結(jié)構(gòu)形式及主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 53.3 熱力計(jì)算 .5第 4 章 動(dòng)力計(jì)算 9第 5 章 汽缸部分的設(shè)計(jì) 115.1 汽缸 .115.2 活塞 .145.3 氣閥 .145.4 活塞環(huán) 15第 6 章 基本部件的設(shè)計(jì) 166.1 機(jī)身、中體 166.2 曲軸 .166.3 連桿 .226.4 軸承的選取 29第 7 章 其他部件的設(shè)計(jì) 307.1 聯(lián)軸器 307.2 飛輪 .30第 8 章 壓縮機(jī)的安裝、試車(chē)與調(diào)整 318.1 壓縮機(jī)的安裝 .318.2 壓縮機(jī)的試車(chē) .318.3 壓縮機(jī)的調(diào)整 .318.4 壓縮機(jī)的維護(hù)和修理 318.5 活塞式壓縮機(jī)的常見(jiàn)故障分析及消除方法 .32第 9 章 結(jié)論 34參考文獻(xiàn) 35致謝 36第二章 總體設(shè)計(jì)0第一章 概論1.1 用途和適用范圍空氣壓縮機(jī)是氣源裝置中的主體，它是將原動(dòng)機(jī)（通常是電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置?？諝鈮嚎s機(jī)的種類(lèi)很多，按工作原理可分為容積型壓縮機(jī)和速度型壓縮機(jī)。容積型壓縮機(jī)的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力；速度型壓縮機(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度，使氣體分子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。本機(jī)屬于雙級(jí)單作用風(fēng)冷移動(dòng)式空氣壓縮機(jī)。主要供給風(fēng)動(dòng)工具風(fēng)動(dòng)機(jī)械自動(dòng)操作裝置所需要的壓縮空氣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，交通運(yùn)輸及醫(yī)療事業(yè)上的各種作業(yè)上。隨著工業(yè)的發(fā)展，活塞式壓縮機(jī)的使用日趨廣泛。主要應(yīng)用于采礦、冶金、石油、化工、機(jī)械、建筑等部門(mén)。1.2 工作原理當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)連桿的傳動(dòng)，活塞便做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)成的工作容積則會(huì)發(fā)生周期性變化?；钊麖臍飧咨w處開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，這時(shí)，氣體即沿著進(jìn)氣管，推開(kāi)進(jìn)氣閥而進(jìn)入氣缸，直到工作容積變到最大時(shí)為止，進(jìn)氣閥關(guān)閉；活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)工作容積縮小，氣體壓力升高，當(dāng)氣缸內(nèi)壓力達(dá)到并略高于排氣壓力時(shí)，排氣閥打開(kāi)，氣體排出氣缸，直到活塞運(yùn)動(dòng)到極限位置為止，排氣閥關(guān)閉。當(dāng)活塞再次反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上述過(guò)程重復(fù)出現(xiàn)。總之，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)一次，氣缸內(nèi)相繼實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、壓縮、排氣的過(guò)程，即完成一個(gè)工作循環(huán)。 1.3 活塞壓縮機(jī)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 1 、適用壓力范圍廣，不論流量大小，均能達(dá)到所需壓力； 2 、熱效率高，單位耗電量少； 3 、適應(yīng)性強(qiáng)，即排氣范圍較廣，且不受壓力高低影響，能適應(yīng)較廣闊的壓力范圍和制冷量要求； 4 、可維修性強(qiáng)； 5 、對(duì)材料要求低，多用普通鋼鐵材料，加工較容易，造價(jià)也較低廉； 6 、技術(shù)上較為成熟，生產(chǎn)使用上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)； 7 、裝置系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單； 缺點(diǎn)： 1 、轉(zhuǎn)速不高，機(jī)器大而重； 2 、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件多，維修量大； 3 、排氣不連續(xù)，造成氣流脈動(dòng)； 4 、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有較大的震動(dòng)。 活塞式壓縮機(jī)在各種用途，特別是在中小制冷范圍內(nèi)，成為制冷機(jī)西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1中應(yīng)用最廣、生產(chǎn)批量最大的一種機(jī)型。第二章 總體設(shè)計(jì)2.1 結(jié)構(gòu)方案的選擇活塞壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成：1）機(jī)器的型式；2）級(jí)數(shù)和列數(shù)；3）各級(jí)氣缸在列中的排列和各列間曲柄角的排列。選擇壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案時(shí)候，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，制造廠生產(chǎn)的可能性，驅(qū)動(dòng)方式以及占地面積等條件，從選擇機(jī)器的型式和級(jí)數(shù)入手，制訂出合適的方案。本設(shè)計(jì)以微型雙級(jí)往復(fù)式空氣壓縮機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，主要參數(shù)為：機(jī)器型號(hào)：2V0.4/10排氣壓力：工作壓力 10kg/cm ,最高排氣壓力 15kg/cm2 2排氣量：0.4m /min3行程：55mm轉(zhuǎn)速：1430rad/min結(jié)構(gòu)形式：V缸數(shù)與 I 級(jí) 1*90mm缸徑 II 級(jí) 1*50mm電機(jī)功率：2.9kw結(jié)合本設(shè)計(jì)的需要，本機(jī)器的結(jié)構(gòu)選擇如下所示主要結(jié)構(gòu)：第二章 總體設(shè)計(jì)2圖 2-1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由彈性聯(lián)軸器、曲軸、連桿等組成。通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)。壓縮機(jī)構(gòu)由氣缸、吸、排氣閥、活塞等組成?；钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)使空氣吸入、壓縮和排出。潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)這里采用飛濺潤(rùn)滑。操縱控制機(jī)構(gòu)包括壓力表、安全閥、壓力調(diào)節(jié)器等。主要零部件的結(jié)構(gòu)：曲軸箱由灰鐵鑄成,外型為箱式,它起著機(jī)座的作用.一、二級(jí)氣缸,分別裝在互成 90 度的二個(gè)汽缸座孔內(nèi),其中一側(cè)孔連接一級(jí)氣缸,另一個(gè)孔連接二級(jí)氣缸,箱體的前后壁上有軸承孔和軸承座孔,曲軸組件即裝在孔內(nèi)。曲軸箱下部為油池.箱壁上安裝桿式油標(biāo)。曲軸曲軸由 45 號(hào)鋼鍛成.只有一個(gè)曲拐,在曲拐上裝兩根連桿,曲軸裝上帶扇頁(yè)的飛輪，伸臂端用連軸器與電動(dòng)機(jī)相連。主軸頸和曲拐頸內(nèi)鉆有軸向和徑向油孔.曲軸工作時(shí)飛濺上油池的油西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)3經(jīng)過(guò)曲軸上的油孔以潤(rùn)滑曲拐頸等部位。連桿由 45 號(hào)鋼鍛成，桿身為矩形截面，連桿大頭為剖分式的，內(nèi)裝掛有軸承合金的薄壁瓦。連桿小頭裝有襯套?；钊射X合金鑄成,外形為圓筒形,其上個(gè)裝二個(gè)活塞和一個(gè)刮油環(huán)。裝活塞環(huán)時(shí)要使開(kāi)口互相錯(cuò)開(kāi)?；钊谄變?nèi)安裝時(shí),要檢查上死點(diǎn)間隙為 1.00.2mm.如果間隙不符.應(yīng)用調(diào)整墊調(diào)節(jié)之。氣閥氣閥是控制氣體進(jìn)出汽缸的部件,它的好壞直接影響到壓縮機(jī)的容積流量、功耗及機(jī)器運(yùn)行的可靠性.氣閥是壓縮機(jī)中易損部件之一。此氣閥為組合閥,吸氣閥與排氣閥公用一個(gè)閥座與閥蓋.中間用雙頭螺柱和活塞螺母連接。氣閥的內(nèi)兩圈閥片為吸氣閥，空氣有 汽缸蓋吸入，氣閥的外一圈閥片為排氣閥，將壓縮空氣排出于排氣腔內(nèi)。吸氣腔與排氣腔的密封，是靠借助于閥座與閥蓋已精細(xì)研磨的結(jié)合面，以及借助于氣閥與汽缸蓋之間的鋁墊來(lái)保證。2.2 電機(jī)的選擇按照要求，選擇鼠籠式異步電機(jī)。查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第十二章，定為 Y100L2-4 型電動(dòng)機(jī)。技術(shù)數(shù)據(jù)：額定功率 3kw滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 1420r/min質(zhì)量 38kg由于電動(dòng)機(jī)用聯(lián)軸器直接與曲軸相連，則：N.m18.204/3950/950mddnPTN.m.1.82d第二章 總體設(shè)計(jì)4第三章 熱力計(jì)算3.1 給定條件：排氣量：Q=0.4m 3/min 進(jìn)氣壓力：P=0.1MPa（A） 排氣壓力：Pd=10kg/cm 3=1MPa工作介質(zhì)：空氣進(jìn)氣溫度：20 0C3.2 結(jié)構(gòu)形式及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)形式： V 型 二級(jí) 兩缸 單作用風(fēng)冷，電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速： n=1420r/min活塞形行程： S=0.055m活塞平均速度：Vm= = =2.6m/s sn30 14205.3.3 熱力計(jì)算1. 計(jì)算總壓力比: z = =10+1/1=11PdPs2. 選擇級(jí)數(shù)：Z=23. 壓力比分配及各級(jí)排氣溫度:西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5表 3-1級(jí)次 吸氣壓力 （kg/sP）3cm排氣壓力 （kg/dP）3cm壓力比 zI 級(jí) 1 3.2 3.2II 級(jí) 3.2 11 3.4由于是空氣，查得 k=1.4，則各級(jí)排氣溫度：表 3-2吸氣溫度 排氣溫度級(jí)次（ C0sto）（ K0sTo）壓力比 0k =0k1（ C）0dto（ K）0dToI 級(jí) 20 293 3.2 1.4 1.393 136 409II 級(jí) 30 303 3.4 1.4 1.419 157 4304. 計(jì)算容積系數(shù)：取： a 1=0.04 a2 =0.042 m1=1.2 m2 =1.248a 相對(duì)余隙容積m 膨脹過(guò)程指數(shù) V1 =1 0.04（ 1）2.3=0.935 V2 =10.042（ 1）248.=0.935.確定壓力系數(shù)：取 P1 =0.97 P2 =0.986. 確定溫度系數(shù)： 取 t 1 =0.96 t 2 =0.9557. 泄漏系數(shù)： L1 =0.92 L1 =0.9228. 各級(jí)排氣系數(shù)：= v1p 1 T1 L11=0.9350.970.960.92=0.801第三章 熱力計(jì)算6同上=0.80229. 確定各級(jí)氣缸容積：=Q1/ =0.41/0.801=0.499 /min1_nV1 3m=Q1/ / /22ST1s2=0.41/3.2303/2930.99/0.802=0.159 /min3m10.求氣缸直徑:D1= = =0.09m4Vh1 SZ 1420.50.49/3D2= = =0.05m4Vh2SZ 14205.3/159.011.計(jì)算各列最大活塞力：取進(jìn)、排氣相對(duì)壓力損失: s1=0.046 d1=0.078 s2=0.03 d 2=0.059氣缸內(nèi)實(shí)際進(jìn)排氣壓力:一級(jí):P /s1=1.02(1.0-0.046)105=0.973105N/P/d1=(1+0.078)1053.2=3.546105N/二級(jí):P/s2=(1-0.03)3.2105=3.104105N/m2P/d2=(1+0.059)11105=11.65105N/計(jì)算最大活塞力:第一級(jí):F=(1-0.973)105/4 209.=(1-0.973)1053.14/4=17N第二級(jí):F=(1-3.104)1050.052/4=-413N 西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)7向蓋行程:F=(1-3.45) 1050.092/4=-1558NF=(1-11.65) 1050.052/4=-2090N12.計(jì)算指示功率:Nid=1.634P5Vtv (P/d/P/S) -1kk-1 kk-1Ps公稱(chēng)吸氣壓力Vt氣缸行程容積v容積系數(shù)P/d、P /S 氣缸的實(shí)際排氣壓力和吸氣壓力K理想氣體的絕熱指數(shù) 取 K=1.4，得Nid1=1.634Ps1Vt1v 1 (P/d1/P/S1) -1kk-1 kk-1=1.6341.020.4990.935 -11.41.4-1 4.1)973.05(=1.19kwNid2=1.6343.20.1590.93 -14.14.1)0.365(=1.24kw總的指示功率為:Ni= Nid1+ Nid2=1.19+1.24=2.43kw取機(jī)械效率 =0.92N=Ni/=2.43/0.92=2.64kw所以取 3kw 的電動(dòng)機(jī)是合適的。第三章 熱力計(jì)算8第四章 動(dòng)力學(xué)計(jì)算給定條件:活 塞 力: F 1=17N F/1=-1558NF2=-413N F/2=-2090N活塞行程: S=55轉(zhuǎn) 速: n=1420r/min曲軸旋轉(zhuǎn)角速度: w=n30=3.14 /30142=148.6rad/s曲軸旋轉(zhuǎn)半徑: r=S/2=55/2=35相對(duì)余隙容積: a 1=0.04 a2=0.042相對(duì)余隙容積折合長(zhǎng)度:Sc1=a1S=0.0455=2.2Sc2=a2S =0.04255=2.31絕熱指數(shù) K: K=1.4 西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)9(tg+1)k=tgV+1=0.25查活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)編寫(xiě)組表 2-10 求得每列最大往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量MP=19kgImax=Mprw2(1+)= 190.0275148.62(1+0.2)8.91=1434kgImin=-MPrw2(1-)=- 0.0275(1-0.2)148.628.91=-956kg-3MPrw2=-3 0.02750.2148.62.=-717 N2、往復(fù)摩擦力：取機(jī)械效率 m=0.92=0.6 N d （1/ -1） 60 102/2SIfImn=0.6 1.19 (1/0.92-1) 60 102/2 0.055 1420=2.42kg=0.6 1.24 (1/0.92-1) 60 102/2 0.055 1420If=2.52kg=0.35 N d（1/ -1） 60 102/Srfimn=0.35 2.64 (1/0.92-1) 60 102/3.14 0.055 1420=2.28kgT =102 30N/ rn：m=102 30 2.64/3.14 0.055 1420=32.71kg第四章 動(dòng)力學(xué)計(jì)算10第五章 氣缸部分的設(shè)計(jì)5.1 氣缸1.汽缸是活塞式壓縮機(jī)中組成壓縮容積的主要部分。其設(shè)計(jì)的要點(diǎn)為：（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）要有良好的冷卻；在有油潤(rùn)滑的汽缸中，工作表面應(yīng)有良好的潤(rùn)滑條件。（3）盡可能減小汽缸內(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）汽缸直徑的閥座安裝孔等尺寸應(yīng)符合“三化”要求。綜上所述并結(jié)合型號(hào)要求，由于工作壓力較低，故采用 HT200 鑄造并選用風(fēng)冷汽缸。因?yàn)轱L(fēng)冷汽缸是靠氣缸外壁加散熱片來(lái)冷卻氣缸蓋的冷卻是很重要的，所以通常氣缸靠近蓋端的散熱片較長(zhǎng)，以加強(qiáng)這一部分的冷卻壓縮機(jī)用的是單作用風(fēng)冷氣缸.氣缸的冷卻其目的在于改善工作表面的潤(rùn)滑條件.消除活塞環(huán)的燒結(jié)現(xiàn)象,以及使氣缸壁的溫度均勻變化以減小氣缸的變形根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式取得汽缸壁厚及各部分尺寸。2.校核汽缸：西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)11在這里，引入 SoildWorks 軟件的一個(gè)有限元分析插件來(lái)進(jìn)行校核：（1）軟件介紹：SoildWorks 是 windows 原創(chuàng)的三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，全面支持微軟的 OLE 技術(shù)。主要涉及平面工程制圖、三維造型、求逆運(yùn)算、加工制造、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)交互傳輸、模擬加工過(guò)程、電纜布線和電子線路等領(lǐng)域。嵌入的 COSMOSXpress 模塊具有模塊分析功能，可以直接對(duì)零件進(jìn)行有限元分析。（2）校核：汽缸受力在這里可以簡(jiǎn)化為一個(gè)薄壁圓筒受力過(guò)程。I 級(jí)汽缸最高氣體壓力：P =3.45 1.5=5.175kg/cm12II 級(jí)汽缸最高氣體壓力：P =11.65 1.5=17.475 kg/cm2進(jìn)入 SoildWorks，建立 I、II 級(jí)汽缸模型。調(diào)用 COMSMOSWorks 插件，生成算例。選擇材料為灰鑄鐵，并施加約束和壓力如圖：I 級(jí)汽缸：圖 5-1II 級(jí)汽缸： 第五章 汽缸部分的設(shè)計(jì)12圖 5-2以上 2 圖均對(duì)兩端面施加固定約束，對(duì)汽缸內(nèi)壁分別添加最高氣體壓力 P 、P 。12劃分網(wǎng)格并運(yùn)行：I 級(jí)汽缸圖 5-3西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)13汽缸材料 HT200，取其屈服強(qiáng)度 =195Mpa，安全系數(shù) n =3，則許用應(yīng)力 =65Mpass s由圖可知 =3.735MPa ，安全1s圖 5-4=7.275Mpa ,安全2s5.2 活塞活塞與汽缸構(gòu)成壓縮容積?；钊仨氂辛己玫拿芊庑裕送膺€要求：（1） 有足夠的強(qiáng)度和剛度。（2） 活塞與活塞銷(xiāo)的連接和定位要可靠。（3） 重量輕。（4） 制造工藝性好。根據(jù)要求，活塞由鋁硅合金鑄成，牌號(hào)為 ZAlSi12.外形為圓筒形,其上各裝有二個(gè)活塞環(huán)和一個(gè)刮油環(huán).活塞主要結(jié)構(gòu)尺寸為:H=(0.651.5)D=0.890=72 mmC=(1.23)h=22.5第五章 汽缸部分的設(shè)計(jì)14=5 mmC1=(0.81.5)h=1.22.5=3 mmL=0.7H=0.772=50.4mm 取 52.5mm取 34 mm1h具體尺寸見(jiàn)零件圖 2-25.3 氣閥現(xiàn)代活塞式壓縮機(jī)使用的氣閥，都是隨著汽缸內(nèi)氣體壓力的變化而自行開(kāi)、閉的自動(dòng)閥。自動(dòng)閥由閥座、密封元件、彈簧、升程限制器等零件組成。氣閥是活塞式壓縮機(jī)重要部件之一，它工作直接關(guān)系到壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。對(duì)氣閥的基本要求如下：（1） 使用期限長(zhǎng)，不能由于閥片或彈簧的損壞而引起壓縮機(jī)非計(jì)劃停車(chē)。（2） 氣體通過(guò)氣閥時(shí)能量損失小，以減小壓縮機(jī)動(dòng)力消耗。對(duì)于固定式長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)尤為重要。（3） 氣閥關(guān)閉時(shí)具有良好的密封性，減少氣體泄露量。（4） 閥片起、閉動(dòng)作及時(shí)和迅速，而且要完全開(kāi)啟，以提高機(jī)器效率和延長(zhǎng)使用期。（5） 氣閥所引起的余隙容積要小，以提高汽缸容積效率。此外，還要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、易于維修、氣閥零件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化水平要高。由此，選擇組合閥作為本型機(jī)器的氣閥。5.4 活塞環(huán)活塞環(huán)是密閉汽缸鏡面和活塞間的縫隙用的零件。另外，它還起布油和到熱的作用。對(duì)活塞環(huán)的基本要求是密封可靠和耐磨損。它是易損件，設(shè)計(jì)中盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件以利生產(chǎn)管理。活塞環(huán)的材料選用灰鑄鐵，外徑分別為 90mm、50mm 的標(biāo)準(zhǔn)件。檢驗(yàn)要求：西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)15（1）環(huán)放在專(zhuān)用量規(guī)內(nèi)，環(huán)的外圓柱面與量規(guī)之間間隙不大于 0.03mm,用燈光檢查時(shí)，在整個(gè)圓周上漏光不多于兩處，最長(zhǎng)的不超過(guò) 25弧長(zhǎng)，總長(zhǎng)不超過(guò) 45弧長(zhǎng)，且距離鎖口處不小于 30。（2）環(huán)的端面翹曲度不大于 0.04mm。（3）彈力允差在正負(fù) 20%范圍內(nèi)。（4）環(huán)在磁性工作臺(tái)上加工后，應(yīng)進(jìn)行退磁處理。第六章 基本部件的設(shè)計(jì)6.1 機(jī)身、中體1.機(jī)體的作用：（1）作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的定位與導(dǎo)向部分。（2）作為壓縮機(jī)承受作用力的部分。（3）作為汽缸的承座并連接某些輔助部件。2.機(jī)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：（1）機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則：a.適應(yīng)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)形式的要求。b應(yīng)有足夠的強(qiáng)度與剛度。c結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好。d.機(jī)體下部面積應(yīng)滿(mǎn)足運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性要求。e.由于內(nèi)應(yīng)力、溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形應(yīng)最小。（2）機(jī)體主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定：a.機(jī)體為角度式機(jī)體，角度為 90，兩缸。b.材料為 HT200，壁厚 8mm。西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)17c.中部布置一條加強(qiáng)筋，厚度為 6mm。d.連接螺栓定為 4 M103.機(jī)體基本技術(shù)要求：（1）鑄件質(zhì)量應(yīng)符合 JB297-62 的規(guī)定。在其承受主要作用力的不加工部分，不允許有裂紋等影響強(qiáng)度的缺陷存在。（2）機(jī)體鑄件進(jìn)行自然時(shí)效或退火處理。（3）由于機(jī)體儲(chǔ)存機(jī)油，必須進(jìn)行滲漏實(shí)驗(yàn)。6.2 曲軸1.曲軸是活塞壓縮機(jī)中接受電動(dòng)機(jī)以扭矩形式輸入的動(dòng)力,并將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 變?yōu)榛钊耐鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)的重要零件.它在工作中承受周期性的復(fù)雜的交變載荷.此型號(hào)的曲軸由 45 號(hào)鋼鍛造.只有一個(gè)曲拐,在曲拐上裝兩根連桿,伸臂端有裝上帶風(fēng)扇的飛輪用聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)相連, 主軸頸內(nèi)鉆有軸向和徑向油孔.工作時(shí)濺入的油經(jīng)過(guò)曲軸上的油孔以潤(rùn)滑曲拐頸等部位。2. 曲軸結(jié)構(gòu)尺寸的確定:假設(shè)曲拐垂直向上時(shí)為最大活塞力，I、II 級(jí)汽缸的活塞力均為最大則：P=F cos45+F cos45=0.707 （1558+2090）=2579N12曲柄銷(xiāo)直徑:D=(4.65.6) P=5.6 8.9/57.=29 mm 取 30mm主軸頸直徑:=(11.1)D1D=1.130=33 mm 取 35mm曲柄厚度:T=(0.70.6)D=0.630=18 mm 取 20mm曲柄寬度:H=(1.21.6)D第六章 基本部件的設(shè)計(jì)18=1.3330=40 mm由經(jīng)驗(yàn)公式初步確定曲軸尺寸： 曲軸圖圖 6-13.曲軸的基本技術(shù)要求（1）毛坯應(yīng)進(jìn)行正火處理，以改善材料組織，提高材料機(jī)械性能，消除內(nèi)應(yīng)力。工件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以期得到更好的機(jī)械性能。粗加工后進(jìn)行回火或人工時(shí)效，消除內(nèi)應(yīng)力，保證精加工精度。（2）毛坯熱處理后，作低倍檢查、金相檢查、化學(xué)成分分析和機(jī)械性能試驗(yàn)，粗加工后進(jìn)行超聲波探傷，精加工后磁力探傷。鍛件化學(xué)成分應(yīng)符合 GB699-65 規(guī)定，鍛件機(jī)械性能應(yīng)符合 ZB20-62 的規(guī)定。（3）主軸頸、曲柄銷(xiāo)的橢圓度與圓錐度，不大于 2 級(jí)精度孔公差之半。各主軸頸中心線的不同軸度不大于 0.02mm。主軸頸與曲柄銷(xiāo)中心線的不平行度，在 100mm長(zhǎng)度上不大于 0.02mm，4.曲軸的校核：這里依然采用 SoildWorks 進(jìn)行校核。（1） 操作步驟：a. 建立曲軸簡(jiǎn)化模型b. 加載 COSMOSworks 插件，生成算例c. 分 2 種情況對(duì)工件加約束和力西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)19圖 6-2施以電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩，T=19.98N圖 6-3對(duì)曲柄銷(xiāo)加載 F=2579N 的力d. 應(yīng)用材料數(shù)據(jù)到零件上，45 號(hào)鋼取屈服強(qiáng)度為 250MPa第六章 基本部件的設(shè)計(jì)20e. 劃分網(wǎng)格并運(yùn)行：圖 6-4圖 6-5西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)21圖 6-6由圖可知偏轉(zhuǎn)角與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在安全范圍之內(nèi)圖 6-7第六章 基本部件的設(shè)計(jì)22圖 6-8圖 6-9由圖可知最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，此曲軸滿(mǎn)足安全要求。西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)236.3 連桿連桿屬于杠桿類(lèi)零件，它是活塞式壓縮機(jī)重要的傳動(dòng)零件。連桿大頭通過(guò)軸瓦與曲軸的曲柄銷(xiāo)相連，小頭通過(guò)襯套，活塞銷(xiāo)與活塞相連，從而將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛钊闹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)。連桿在工作時(shí)，沿桿身中心線交替地傳遞很大的拉伸和壓縮力，所以它承受的是反復(fù)作用的交變載荷。此型號(hào)壓縮機(jī)的連桿由 45 號(hào)鋼鍛成，桿身為矩形截面，連桿大頭為剖分式的，內(nèi)裝掛有軸承合金的薄壁瓦。表 6-1 連桿主要尺寸的確定序號(hào)名稱(chēng) 代號(hào) 單位公式及其計(jì)算 說(shuō)明1 最大活塞力 P N P=2579 已知條件2 曲柄半徑 R mm R=S/2=55/2=27.5 已知行程S=55mm3 連桿長(zhǎng)度 L mm L=R/=35/0.25=110 角度式壓縮機(jī)取 =1/44 曲柄銷(xiāo)直徑 D mm D=30 已知5 大頭孔直徑 D1 mm D1=35 大頭軸瓦為薄壁軸瓦6 小頭襯套內(nèi)徑 d mm d=257 小頭襯套寬度 b mm 查表 5-10 取 b=268 小頭襯套厚度 S mm S=39 小頭孔直徑 d1 mm 查表 5-13 或d1=d+2S=25+3*2=3110 桿體中間直徑 dm mm dm=(1.652.45) P=2.35 =128.9/57.211 桿體中間面積 Fm mm2 Fm=d h=12 9.42=113.0412 近小頭處桿體直徑d mm d=0.9dm=0.912=10.8取 11第六章 基本部件的設(shè)計(jì)2413 近大頭處中間直徑d” mm d”=1.112=13.2取 1414 連桿寬度 B mm 查表 5-13 或B=0.9b=0.926=23.4 取B=2415 大頭處截面 A-A面積FA mm2 FA=（1.381.6）F m取 FA=16816 截面 A-A 的厚度Hmamm H =17ma17 大頭處截面 B-B面積FB mm2 FB=(1.31.4)F m取 FB=15618 截面 B-B 的厚度Hmbmm H =16b19 小頭處截面 C-C面積FC mm2 FC=(0.81.0)F m取 FC=10820 截面 C-C 的厚度Hmcmm H =14c21 連桿螺栓直徑 d0 mm d0=（11.6） P=1.57 8.9/57.2=8取 d0=8選取 M8 222 螺栓定位部分直徑d2 mm d2=d0+(12)=8+1=923 螺栓彈性部分直徑d3 mm d3=(0.90.92)d i=0.923.03=2.79查 GB70-85M202 的di=3.0324 兩連桿螺栓間的距離l0 mm l0=5225 螺栓在大頭體 l1 mm l1=2126 螺栓在大頭體 l2 mm l2=21西安電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)25內(nèi)長(zhǎng)度27 連桿螺栓個(gè)數(shù) Z Z=2根據(jù)以上計(jì)算所得連桿各主要尺寸，畫(huà)出連桿結(jié)構(gòu)圖，連桿材料選用 45 號(hào)鍛鋼，連桿螺栓材料選用 40Cr。表 6-2 連桿的計(jì)算序號(hào)名稱(chēng) 代號(hào) 單位 公式及計(jì)算 說(shuō)明1 小頭襯套的比壓 P Kg P=P/db=213/（2.5 2.6）=32.77130P=2090/9.8=2132 桿體的慣性直徑 i mm i=dm/4=12 /4=33 柔度 L/i L/i=100/ 3=36.74 桿體拉壓應(yīng)力 kg/cm2 =P/Fm=213/1.13=278.645 系數(shù) c c=1.5210-4 查表 5146 慣性矩 Jx cm4 Jx=d m4/64=1.2 4/64=0.1027 連桿擺動(dòng)平面縱彎應(yīng)力 CB kg/cm2 CB=pcl2/Jx=2131.5210-4(11)2/0.102=3.558 桿體的長(zhǎng)度 L1 cm L1=L-D1/2-d /2=11-3./2-3./2=7.79 慣性矩 JY cm4JY=d m4/64=1.2 /64=0.10210 垂直于連桿擺動(dòng)平面縱彎應(yīng)力CBKg/cm2 “CB=PCL1/(4Jy)=2131.52 10 47.7 /(40.102)2=4.7111 在連桿擺動(dòng)平面總應(yīng)力 1 Kg/cm2 1= P+ CB=278.64+3.55摘 要往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是容積式壓縮機(jī)的一種，是利用活塞在氣缸中對(duì)流體進(jìn)行擠壓，使流體壓力提高并排出的壓縮機(jī)械。熱力、動(dòng)力計(jì)算是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算中基本的，又是最重要的一項(xiàng)工作，根據(jù)用戶(hù)提供的成分、氣量、壓力等參數(shù)要求，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到壓縮機(jī)的相關(guān)參數(shù)，如級(jí)數(shù)、列數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等。經(jīng)過(guò)動(dòng)力計(jì)算得到活塞式壓縮機(jī)的受力情況。準(zhǔn)確地分析機(jī)組受力情況，對(duì)于消除機(jī)組的振動(dòng)非常重要。在變工況條件下，需要快速實(shí)現(xiàn)核算原設(shè)計(jì)的飛輪是否滿(mǎn)足運(yùn)行要求。活塞式壓縮機(jī)熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算的結(jié)果將為各部件圖形以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供原始數(shù)據(jù)，其計(jì)算結(jié)果的精確程度體現(xiàn)了壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)水平，也是壓縮機(jī)研究方面的一個(gè)課題。關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī); 熱力計(jì)算; 動(dòng)力計(jì)算;氣缸；曲軸AbstractReciprocating piston compressor is a volume compressor, which is to increase pressure to discharge fluid by piston. Thermal and dynamic compressor design is the basic and most important one, according to users with the content, gas, pressure and other parameters, calculated after the compressor related parameters, such as class, number, size cylinder, shaft power, and so on. After driving force calculated piston compressor of the force. It is very important to eliminate the vibration by accurate analysis of the force units. During alterative working conditions, it is need to meet the movement requirement for original design of flywheel rapidly. Thermodynamic and dynamic calculations of Piston compressor provide original data for unit graphics and basic design, the calculated results reflect the grade of the compressor design, and the compressor is a study of the topic. Keywords: piston-type compressors; Thermodynamic calculations; Dynamic calculation; Cylinder; Crankshaft recalculation目 錄中文摘要英文摘要第 1 章 緒論 11.1 用途和適用范圍 11.2 工作原理 11.2 活塞壓縮機(jī)特點(diǎn) .1第 2 章 總體設(shè)計(jì) 22.1 結(jié)構(gòu)方案的選擇 22.2 電機(jī)的選擇 4第 3 章 熱力計(jì)算 53.1 給定條件 .53.2 結(jié)構(gòu)形式及主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 53.3 熱力計(jì)算 .5第 4 章 動(dòng)力計(jì)算 9第 5 章 汽缸部分的設(shè)計(jì) 115.1 汽缸 .115.2 活塞 .145.3 氣閥 .145.4 活塞環(huán) 15第 6 章 基本部件的設(shè)計(jì) 166.1 機(jī)身、中體 166.2 曲軸 .166.3 連桿 .226.4 軸承的選取 29第 7 章 其他部件的設(shè)計(jì) 307.1 聯(lián)軸器 307.2 飛輪 .30第 8 章 壓縮機(jī)的安裝、試車(chē)與調(diào)整 318.1 壓縮機(jī)的安裝 .318.2 壓縮機(jī)的試車(chē) .318.3 壓縮機(jī)的調(diào)整 .318.4 壓縮機(jī)的維護(hù)和修理 318.5 活塞式壓縮機(jī)的常見(jiàn)故障分析及消除方法 .32第 9 章 結(jié)論 34參考文獻(xiàn) 35致謝 36
收藏