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连杆45.dwg

V80系列微型风冷活塞式压缩机设计【7张图纸】【优秀】

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关键词：: v80 系列微型风冷活塞压缩机设计图纸优秀优良

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V80系列微型风冷活塞式压缩机设计

37页 9000字数+说明书+任务书+开题报告+7张CAD图纸【详情如下】

V80系列微型风冷活塞式压缩机设计开题报告.doc

V80系列微型风冷活塞式压缩机设计论文.doc

任务书.doc

曲轴箱45.dwg

气缸45.dwg

活塞45.dwg

装配图.dwg

轴承座45.dwg

轴承盖45.dwg

进度检查表.xls

连杆45.dwg

摘要

　　　活塞式压缩机是一种容积式压缩机，是一种将空气压缩从而提高气体压力或输送气体的机器。有着十分广泛的用途，在国民经济中占有非常大的作用，特别在石油、化工等工业中已成为不可缺少的设备。压缩机的状态需要通过性能测试后的参数来进行衡量，所以性能的选择测试在压缩机的设计研发过程中有举足轻重的地位。此次设计主要根据任务书提供的压缩机参数进行热力计算、动力计算和零件图配置。热力计算、动力计算是压缩机设计计算中基本，又是最重要的一项工作，根据任务书提供的参数要求，经过计算得到压缩机的相关参数，如容积效率、气缸直径、功率等，经过动力计算得到活塞式压缩机的受力情况。活塞式压缩机热力计算、动力计算的结果将为各部件图形以及基础设计提供原始数据，其计算结果的精确程度体现了压缩机的设计水平。

关键字：活塞压缩机；热力计算；动力计算；主要零件设计

摘要V

AbstractVI

目录VII

1.绪论1

1.1本课题的研究内容和意义1

1.2国内外的发展1

1.3本课题应达到的要求1

2.结构设计2

2.1主要参数及设计原则2

2.2结构方案的选择2

3.压缩机热力计算4

3.1计算压力分配比4

3.2 计算容积系数4

3.3确定压力系数4

3.4确定温度系数5

3.5确定泄漏系数5

3.6计算气缸工作容积5

3.7确定缸径，行程及行程容积5

3.8复算压力或调整余隙容积5

3.9计算最大活塞力6

3.10计算排气温度7

3.11计算功率7

3.12计算等温效率7

3.13选用电动机7

4.压缩机动力计算8

4.1计算意义8

4.2参考数值8

4.2运动计算8

4.3气体力计算10

4.4往复惯性力计算12

4.5切向力计算15

4.6飞轮矩计算17

5.压缩机基本零部件设计20

5.1曲轴20

5.1.1曲轴20

5.1.2曲轴设计基本原则：20

5.1.3曲轴基本尺寸确定20

5.1.4曲轴材料21

5.1.5曲轴强度22

5.2 连杆23

5.2.1连杆的定位23

5.2.2连杆的尺寸24

5.3活塞27

6.结论与展望29

6.1结论29

6.2展望29

致谢30

参考文献31

1.绪论

1.1本课题的研究内容和意义

　　　本设计机为往复活塞式压缩机，依靠在气缸往复运动中的活塞压缩气体体积而提高其压力。压缩机工作时，在活塞从外止点到内止点运动的过程中，气缸容积(工作)处于相对真空状态，缸外一级进气缓冲罐中的气体即通过吸气阀吸入缸内，当活塞行至外止点时，气缸内充满了低压待压缩气体。当活塞由外止点向内止点运动时，吸气阀自动关闭气缸内的气体压力山于气体被逐渐压缩而不断提高，当气体压力大于排气阀外气体压力和气阀弹簧力时，排气阀打开，排出压缩气体，活塞运动到外止点时，排气终了，准备重新吸气。至此，完成了一个膨胀、吸气、压缩、排气、再吸气的工作循环。周而复始，活塞不断地往复运动，吸入气缸的气体又不断地被吸入排出，从而不断的获得脉动的压缩气体。2.结构设计

2.1主要参数及设计原则

取一级气缸数直径=280mm，额定排气压力1Mpa，主机转速820r/min，活塞行程60mm，总压力比为7，公称容积量0.36。

活塞式压缩机应符合的基本原则

满足用户提出的排气量，排气压力及有关使用条件的要求。

有足够长的使用寿命，足够高的使用可靠性。

有较高的运转经济性。

有良好的动力平衡性。

维修修剪方便。

尽可能采用新结构，新技术。

制造工艺性良好。

机器尺寸小，重量轻。

2.2结构方案的选择

选择压缩机时，应根据压缩机的用途，运转条件，排气量，排气压力，驱动方式，占地面积等进行选择。

（1）立式压缩机

优点：主机直立，占地面积小，活塞重量不支撑在气缸上，因此没有产生摩擦等损耗

缺点：大型时高度大，需要设置操作平台，操作不方便，管道布置困难，多级间设备占地面积大。所以，立式压缩机只适合中小型及微型，使机器高度均处于人体高度以便于操作。

（2）卧式压缩机

优点：卧式压缩机都制成气缸于机身两侧，使级与级间的设备甚至可以配置在压缩机上面，特别是缓冲容积可紧靠气缸，故中大型宜用卧式。

　　　缺点：占地面积大，活塞重量支撑在气缸上。

　　　（3）角度式压缩机

优点：结构精密，每个拐角上装有两个以上的连杆，使曲轴结构简长度较短，并可采用滚动轴承。

缺点：大型时高度大。

V80系列微型风冷活塞式压缩机设计.gif

内容简介：: 无锡太湖学院毕业设计（论文）相关资料题目： 80系列微型风冷活塞式压缩机机设计（V80）信机系机械工程及自动化专业学号： 0923192学生姓名：储延指导教师：俞萍（职称：高级工程师）（职称：）2012年11月14日目录一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文三、学生“毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表”四、实习鉴定表无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目： 80系列V型风冷活塞式缩机机设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923192 学生姓名：储延指导教师：俞萍（职称：高级工程师）（职称：） 2012年11月14日课题来源改革开放后，压缩机行业得到了快速发展，现已形成了人才培养、科学研究、产品开发设计和制造较为完善的体系。除少数超高压和特殊气体压缩机外，现有产品品种和数量基本能满足国民经济各部门的需要。压缩机产品在石油化工、冶金、矿山、电力、纺织、轻工、医药、电子、建筑、机械制造、交通运输及国防军工等各经济部门中得到了广泛应用。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题科学意义本设计机为往复活塞式压缩机，依靠在气缸往复运动中的活塞压缩气体体积而提高其压力。压缩机工作时，在活塞从外止点到内止点运动的过程中，气缸容积(工作)处于相对真空状态，缸外一级进气缓冲罐中的气体即通过吸气阀吸入缸内，当活塞行至外止点时，气缸内充满了低压待压缩气体。当活塞由外止点向内止点运动时，吸气阀自动关闭气缸内的气体压力山于气体被逐渐压缩而不断提高，当气体压力大于排气阀外气体压力和气阀弹簧力时，排气阀打开，排出压缩气体，活塞运动到外止点时，排气终了，准备重新吸气。至此，完成了一个膨胀、吸气、压缩、排气、再吸气的工作循环。周而复始，活塞不断地往复运动，吸入气缸的气体又不断地被吸入排出，从而不断的获得脉动的压缩气体。（2）压缩机的研究状况及其发展前景随着近几年经济的飞跃发展，行业集中度有所提高，供货进一步向大企业集中，气体压缩机产业向布局逐步合理的新局面发展。通过经济战略性重组的推进，不少劣质企业退出，优秀企业已找准定位，突出主业，不断做大做强，达到强强联合，承担起国家重大技术装备项目。在相关政策方面，为应对全球性金融危机对我国经济的影响，早在09年年初，国家已经制定了一系列的刺激经济方案，重点调整振兴包括石化、冶金等气体压缩机的下游产业在内的十大产业。这些措施对气体压缩机产业的发展起到了积极的影响，这也是2009年下半年压缩机行业经济逐渐利好的主要原因。在开拓国际市场方面，压缩机行业应积极而谨慎地探索自己的国际化道路。目前，压缩机行业国际化步伐缓慢，尤其是在2009年一整年中，压缩机出口形势都不容乐观，这主要表现在国内压缩机行业技术发展水平与国外同类企业存在一定差距，尤其是目前还没有形成真正意义上的具有国际竞争力的大型国际企业集团。未来三年，我国石油、化工、冶金、船舶、环保、清洁能源等行业将进一步发展，压缩机市场需求前景依然看好。如大推力往复式压缩机、工艺螺杆压缩机、大排量无油压缩机、高压大排量压缩机、机车配套压缩机、低噪声船用压缩机等。研究内容熟悉压缩机生产过程，有一个总体的构思；设计一款压缩机，描述其零件结构设计；掌握v80系风冷压缩机的用途；利用所学知识，查阅资料，进行压缩机的热力计算和动力计算；通过分析计算零件的尺寸并进行校核。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析熟悉压缩机的发展历程，特别是往复式空气压缩机技术；完成80V风冷压缩机的热力计算和动力计算；熟练掌握压缩机的零件结构和设计原理掌握压缩机的原理、性质以及它的工作流程；能够熟练AUTOCAD。针对压缩机的具体组装零件，能使用CAD清晰的表达出压缩机的结构设计和零件尺寸研究计划及预期成果研究计划：2012年10月12日-2012年12月25日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。2013年1月11日-2013年3月5日：填写毕业实习报告。2013年3月8日-2013年3月14日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年3月15日-2013年3月21日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年3月22日-2013年4月11日：压缩机热力计算及动力计算。2013年4月12日-2013年4月25日：压缩机零件设计。2013年4月26日-2013年5月21日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：选定压缩机，通过计算得到其各项热动力指数，并成功设计出压缩机尺寸。特色或创新之处压缩机结构精密，每个拐角上装有两个以上的连杆，使曲轴结构简长度较短，并可采用滚动轴承。设计了通过计算得到得到压缩机的各项数据，是操作更具实际化。已具备的条件和尚需解决的问题本文虽然压缩机设计做了介绍，但还需要在实际中进一步完善，如没有在实际中取得实验。本文虽然通过选定数据计算得出了压缩机的具体尺寸，但本身还存在一些待解决的问题，因此还需要进一步的研究和采用更加有效的设计方法。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日无锡太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目： 80 系列系列 V 型风冷活塞式型风冷活塞式缩机机设计（缩机机设计（V80）信机系系机械工程及自动化专专业业学号：学生姓名：指导教师：（职称：高级工程师）（职称：）2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚诚信信承承诺诺书书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械 94 学号： 0923192 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日I摘摘要要活塞式压缩机是一种容积式压缩机，是一种将空气压缩从而提高气体压力或输送气体的机器。有着十分广泛的用途，在国民经济中占有非常大的作用，特别在石油、化工等工业中已成为不可缺少的设备。压缩机的状态需要通过性能测试后的参数来进行衡量，所以性能的选择测试在压缩机的设计研发过程中有举足轻重的地位。此次设计主要根据任务书提供的压缩机参数进行热力计算、动力计算和零件图配置。热力计算、动力计算是压缩机设计计算中基本，又是最重要的一项工作，根据任务书提供的参数要求，经过计算得到压缩机的相关参数，如容积效率、气缸直径、功率等，经过动力计算得到活塞式压缩机的受力情况。活塞式压缩机热力计算、动力计算的结果将为各部件图形以及基础设计提供原始数据，其计算结果的精确程度体现了压缩机的设计水平。关键字关键字：活塞压缩机；热力计算；动力计算；主要零件设计IIAbstractPiston type compressor is a new type compressor, this is a kind of compressed air to increase the gas pressure or gas transportation machinery. There is a wide range of uses, plays a very important role in national economy, especially in the petroleum, chemical and other industries has become the essential equipment. Parameters through the performance test after the state of the compressor to measure, so the choice of test performance has play a decisive role position in the design and development process for the compressor. The design of the main thermodynamic calculation, calculation and drawing configuration parameters according to the task book provides compressor. Thermodynamic calculation, dynamic compressor design is the basic, and is one of the most important work, according to the requirements of the task book provides parameters, calculated after the compressor related parameters, such as the volumetric efficiency, the diameter of the cylinder, power, force is obtained through dynamic calculation of piston compressor. Thermal piston compressor calculation, dynamic calculation results will provide original data for each component of graphics and basic design, the calculated results reflect the grade of the compressor design.Keywords: piston compressor, thermodynamic calculation, The main parts designIII目录目录摘要 .VABSTRACT.VI目录.VII1.绪论.11.1 本课题的研究内容和意义.11.2 国内外的发展.11.3 本课题应达到的要求.12.结构设计.22.1 主要参数及设计原则.22.2 结构方案的选择.23.压缩机热力计算.43.1 计算压力分配比.43.2 计算容积系数.43.3 确定压力系数.43.4 确定温度系数.53.5 确定泄漏系数.53.6 计算气缸工作容积.53.7 确定缸径，行程及行程容积.53.8 复算压力或调整余隙容积.53.9 计算最大活塞力.63.10 计算排气温度.73.11 计算功率.73.12 计算等温效率.73.13 选用电动机.74.压缩机动力计算.84.1 计算意义.84.2 参考数值.84.2 运动计算.84.3 气体力计算.104.4 往复惯性力计算.124.5 切向力计算.154.6 飞轮矩计算.175.压缩机基本零部件设计.205.1 曲轴.205.1.1 曲轴.205.1.2 曲轴设计基本原则：.20IV5.1.3 曲轴基本尺寸确定.205.1.4 曲轴材料.215.1.5 曲轴强度.225.2 连杆.235.2.1 连杆的定位.235.2.2 连杆的尺寸.245.3 活塞.276.结论与展望.296.1 结论.296.2 展望.29致谢.30参考文献.31无锡太湖学院学士学位论文01.绪论绪论1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义本设计机为往复活塞式压缩机，依靠在气缸往复运动中的活塞压缩气体体积而提高其压力。压缩机工作时，在活塞从外止点到内止点运动的过程中，气缸容积(工作)处于相对真空状态，缸外一级进气缓冲罐中的气体即通过吸气阀吸入缸内，当活塞行至外止点时，气缸内充满了低压待压缩气体。当活塞由外止点向内止点运动时，吸气阀自动关闭气缸内的气体压力山于气体被逐渐压缩而不断提高，当气体压力大于排气阀外气体压力和气阀弹簧力时，排气阀打开，排出压缩气体，活塞运动到外止点时，排气终了，准备重新吸气。至此，完成了一个膨胀、吸气、压缩、排气、再吸气的工作循环。周而复始，活塞不断地往复运动，吸入气缸的气体又不断地被吸入排出，从而不断的获得脉动的压缩气体。1.2 国内外的发展国内外的发展随着近几年经济的飞跃发展，行业集中度有所提高，供货进一步向大企业集中，气体压缩机产业向布局逐步合理的新局面发展。通过经济战略性重组的推进，不少劣质企业退出，优秀企业已找准定位，突出主业，不断做大做强，达到强强联合，承担起国家重大技术装备项目。在相关政策方面，为应对全球性金融危机对我国经济的影响，早在09 年年初，国家已经制定了一系列的刺激经济方案，重点调整振兴包括石化、冶金等气体压缩机的下游产业在内的十大产业。这些措施对气体压缩机产业的发展起到了积极的影响，这也是 2009 年下半年压缩机行业经济逐渐利好的主要原因。在开拓国际市场方面，压缩机行业应积极而谨慎地探索自己的国际化道路。目前，压缩机行业国际化步伐缓慢，尤其是在 2009 年一整年中，压缩机出口形势都不容乐观，这主要表现在国内压缩机行业技术发展水平与国外同类企业存在一定差距，尤其是目前还没有形成真正意义上的具有国际竞争力的大型国际企业集团。未来三年，我国石油、化工、冶金、船舶、环保、清洁能源等行业将进一步发展，压缩机市场需求前景依然看好。如大推力往复式压缩机、工艺螺杆压缩机、大排量无油压缩机、高压大排量压缩机、机车配套压缩机、低噪声船用压缩机等。1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求本课题主要研究压缩机工作中产生的热力计算和动力计算，根据得到的参数得出压缩机的具体尺寸，并通过 CAD 画出具体组装图纸和零件图无锡太湖学院学士学位论文02.结构设计结构设计2.1 主要参数及设计原则主要参数及设计原则取一级气缸数直径=2 80mm，额定排气压力 1Mpa，主机转速 820r/min，活塞行程 60mm，总压力比为 7，公称容积量 0.36。2/ minM 活塞式压缩机应符合的基本原则1. 满足用户提出的排气量，排气压力及有关使用条件的要求。2. 有足够长的使用寿命，足够高的使用可靠性。3. 有较高的运转经济性。4. 有良好的动力平衡性。5. 维修修剪方便。6. 尽可能采用新结构，新技术。7. 制造工艺性良好。8. 机器尺寸小，重量轻。2.2结构方案的选择结构方案的选择选择压缩机时，应根据压缩机的用途，运转条件，排气量，排气压力，驱动方式，占地面积等进行选择。（1）立式压缩机优点：主机直立，占地面积小，活塞重量不支撑在气缸上，因此没有产生摩擦等损耗缺点：大型时高度大，需要设置操作平台，操作不方便，管道布置困难，多级间设备占地面积大。所以，立式压缩机只适合中小型及微型，使机器高度均处于人体高度以便于操作。（2）卧式压缩机优点：卧式压缩机都制成气缸于机身两侧，使级与级间的设备甚至可以配置在压缩机上面，特别是缓冲容积可紧靠气缸，故中大型宜用卧式。缺点：占地面积大，活塞重量支撑在气缸上。（3）角度式压缩机优点：结构精密，每个拐角上装有两个以上的连杆，使曲轴结构简长度较短，并可采用滚动轴承。缺点：大型时高度大。80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）1 单级压缩机视气量大小选 V 型，W 型及扇形均可。本设计采用单级 V 型角度式压缩机。无锡太湖学院学士学位论文23.压缩机热力计算压缩机热力计算 3.1 计算压力分配比计算压力分配比压缩机压力比也称总压力比，是指末级排气接管处压力（名义排气压力）与第一级进气管处压力（名义进气压力）之比，即名义压力比，用表示 (3-1)7 18 3.2 计算容积系数计算容积系数表 2-1 相对余隙取值范围低级压0.070.12中级压0.090.14一般情况高级压0.110.18单作低级气阀轴向布置在汽缸盖上0.040.07高速短行程空气压缩机第 2级0.140.18小型压缩机高压级0.180.20特殊情况超高压压缩机0.200.25根据表格得 (3-2)0.04表 2-2 按等熵指数确定膨胀过程指数进气压力/（pa）510任意 k 值k=1.401.51.54.04.010103030m=1+0.5(k-1)m=1+0.62(k-1)m=1+0.75(k-1)m=1+0.88(k-1)m=k1.201.251.301.351.4取进气压力 m=1+0.62(k-1)=1+0.62(1.25-1)=1.155 (3-3)容积系数 (3-4)111.1551(1)1 0.04(1)0.7988mv 3.3 确定压力系数确定压力系数取 (3-5)0.98p80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）33.4 确定温度系数确定温度系数取 (3-6)3.5 确定泄漏系数确定泄漏系数泄漏分外泄漏和内泄漏，外泄漏指直接泄漏至压缩机系统之外的气体，内泄漏指气体仅泄漏出工作腔。取相对泄漏值气阀 0.02 活塞 0.01相对泄漏总量 v=0.03泄漏系数 (3-7)3.6 计算气缸工作容积计算气缸工作容积转速 n=820r/min容积效率 =0.798 0.98 0.98 0.97=0.743 (3-8)取容积流量 Q=0.36工作容积 (3-9)3.7 确定缸径，行程及行程容积确定缸径，行程及行程容积已知转速 n=820r/min，行程 s=60mm气缸直径 (3-10) 圆整后 D=80mm圆整后实际行程容积 (3-11)3.8 复算压力或调整余隙容积复算压力或调整余隙容积汽缸直径圆整后，如其他参数不变，则压力比分配便改变，若忽略压力比改变后对10.971lv0.98tvpltv AA A30.000591svQnVmA22422 0.0005910.07923.14159 0.06sssDsVDVA A2230.080.0620.00060342smVDA A无锡太湖学院学士学位论文4容积系数的影响，则压力比的改变可认为与活塞有效面积改变成比例。表 2-3 圆整前后的有效面积如气缸直径D（m）活塞有效面积A=222=dm44AD（）层次前后前后I0.2710.2700.114650.11360由于一级气缸圆整变小使一级排气压力要成正比例降低，降低率 (3-12)10.0098=0.980.01也可以用调整相对余隙的办法，维持压力比不变，即第一级缸直径缩小了，相对余隙容积也相应缩小，使吸进的气量不变，由此可得 (3-13)1vv=0.798 0.98=0.792 A故新的相对余隙容积 (3-14)11m1.155v11 0.792=0.035783.9 计算最大活塞力计算最大活塞力取进，排气相对压力损失，s=0.075d=0.115气缸实际进、排气压力 (3-15)552s= 1 0.07510 =0.925 10/ mPN（） (3-16)552d= 1 0.1158 10 =8.92 10/ mPN （）实际压力比 (3-17)sd0.925=9.648.92PP盖侧活塞面积=0.005 (3-18)2c=4AD2m向盖行程活塞力 (3-19)cgszdc=-=4090NFP A P A80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）53.10 计算排气温度计算排气温度取压缩指数进气温度 T=291n =1.25排气温度 (3-20)0.25n 11.25nd=T=291 9.64=45738=184.8TKC，3.11 计算功率计算功率 (3-21)11n1n1i1svsnn=1p60n1sdszzVPz，压缩机进气压缩性系数=1sZ 排气压缩性系数=1dZ (3-21)1.25 151.25i820=0.798 0.925 100.000591 1.259.641p60 =1.706kw (3-22)取机械效率 =0.9m轴功率 (3-23)1.7061.8960.9ishmppkw3.12 计算等温效率计算等温效率等温指示功率 (3-24)5ln60820100.798 0.000951 ln81.3460sdissvssnzzpPVzkwA A A AA等温指示效率 (3-25)1.3478.5%1.706isi isipp等温效率 (3-26)1.3470%1.897isisshpp3.13 选用电动机选用电动机功率 Pe=3kw 电机二级转速 2890r/min其功率储备 (3-27) 5.5%shshPepp 无锡太湖学院学士学位论文64.压缩机动力计算压缩机动力计算4.1 计算意义计算意义动力计算的任务是计算压缩机中的作用力，确定压缩机所需的飞轮距，解决惯性力和惯性力矩的平衡问题4.2 参考数值参考数值平衡曲轴 80 活塞 385g（铝制）连杆中心距 120mm，255g 连杆小头（往复）67g，大头（旋转）88g 活塞销 62mm，长度 113mm 活塞环75 重量 35g（一副）连杆顶心离大头 31.5mm4.2 运动计算运动计算连杆长度为 l，曲柄半径为 r，规定曲柄转角的起始位置为外止点位置，即外止点时=0 ，为连杆摆角。任意转角时活塞位移为 X x=l+r-(lcos+rcos)， (4-1)由几何关系知 22cos1sin (4-2)221(1 cos )(11sin)xr (4-3)30dndt (4-4)22sin2(sin)21sindxvrdtA (4-5)322322222cos21sin 2cos41sin(1sin)dvardtA 经简化得 (4-6)(1 cos )(1 cos2 )4xr (4-7)(sinsin2 )2vr (4-8)2(coscos2 )av80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）7 (4-9)302srmm (4-9=10)83.73330n取径长比140.03 83.7332.512r 带入得下表220.03 83.733210.34/rm s表 3-1 活塞位移图曲柄转角活塞位移()x mm活塞速度(/ )v m s活塞加速度2(/)a m s000262.925151.270.807248.713304.961.528208.4524510.662.090148.7336017.812.44578.8787525.732.5838.9009033.752.512-99.9810541.262.269-99.9812047.811.904-131.46313553.091.462-148.73315056.920.984-155.86716559.230.493-157.633180600-157.75519559.23-0.493-157.63321056.92-0.984-155.86722553.09-1.462-148.73324047.81-1.904-131.46325541.26-2.269-99.9827033.75-2.512-52.58528525.73-2.5838.90030017.81-2.44778.87831510.66-2.090148.2333304.96-1.528208.4523451.27-0.807248.71336000262.925无锡太湖学院学士学位论文84.3 气体力计算气体力计算进气过程： (4-11)520.925 10/jsppN m排气压力： (4-12)528.92 10/jdppN m膨胀体积：，m=1.1， (4-13)00()mjdsppsx300.03592.0142 10ssm 压缩过程： (4-14)00()jsssppsx气体力：， (4-15)jijgppAA 2325.027 104gADm表 4-2 活塞运动力表曲柄转角活塞位移膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力x00()mdspsxsp00()ssspsxdpjgpAA008.924484.1151.274.552287.3304.960.925465.014510.660.925465.016017.810.925465.017525.730.925465.019033.750.925465.0110541.260.925465.0112047.810.925465.0113553.090.925465.01 续表 4-280 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）915056.920.925465.0116559.230.925465.01180600.925465.0119559.230.937471.0321056.920.973489.1322553.091.04522.8124047.811.151578.6125541.261.326666.5827033.751.604806.3328525.732.0681039.5830017.812.8941454.8131510.668.924484.13304.968.924484.13451.278.924484.136008.924484.1用勃劳厄作出气体力指示图作斜线 OE 和 OG 分别和想 x，y 轴成角，应满足，m, , (tan1)tan1m为所作过程曲线方向指数（m=1.1），取 tan=0.25，=0.278，做出的图即为气体力图tan无锡太湖学院学士学位论文10图 4.1 勃劳厄作图法4.4 往复惯性力计算往复惯性力计算曲柄连杆机构往复惯性力 (4-16)2(coscos2 )Imr当活塞在外止点， =0 处，=158.280N (4-17)2max(1)sIm r当活塞在外止点是，处，180 (4-18)minI(1)95.036sm rN 由数据得6020.602smgkg往复摩擦力 (4-19)1(1)(0.6 0.7)602imfpFsn取 0.6 得 115.58fFN80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）11表 4-3 往复惯性力曲柄转角活塞加速度往复惯性力活塞力aissFm aApgisfFFFF0262.925158.2804757.9615248.713149.7252552.630208.452125.488702.0845148.73389.537666.136078.87847.484624.07758.9005.358581.9590-52.585-31.656544.93105-99.98-60.188516.4120-131.463-79.141497.45135-148.733-89.537487.05150-155.867-93.832482.76165-157.633-94.895481.7180-157.755-95.036481.55195-157.633-94.895491.72210-155.867-93.832510.88225-148.733-89.537548.85240-131.466-79.141615.05255-99.98-60.188721.97270-52.585-31.656890.252858.9005.3581160.5230078.87847.4841617.87315148.73389.5374686.62330208.452125.4884722.57345248.713148.7254745.81360262.925158.2804755.36无锡太湖学院学士学位论文12用托尔作图法绘制惯性力曲线如图，相当于行程 s 的线段 AB 上，点 A 表示活塞的外止点，点 B 表示活塞的内止点，在点 A 和点 B 上分别标出所得的最大往复惯性力和最小往复惯性力的线段，maxIminI得到 AC 和 BD。连接 C 和 D，线 CD 交坐标线 AB 于 E，从 E 点垂直向下作线段 EF，连接线段 CF 和 DF，并将 CF 和 DF 等分成若干份，在线段 CF 和 DF 标明点 a，b，c，d.。将同名点连成直线，然后通过点 C 和点D 作这些线段的包络线，此包络线即为所求惯性力曲线 AC=158.28 CD=-95.036图 4.2 托尔作图法80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）13图 4.3 活塞力图4.5 切向力计算切向力计算 (4-20) 2sin()cossin2(sin2 1sin0.129sin2(sin)sinpppFTFF表 4-4 切向力表曲柄转角总切向力T0015683.0830500.6445583.660583.615无锡太湖学院学士学位论文14 续表 4-475588.0590534.89105455.30120359.23135250.28150130.741654.531800195-240.38210-357.25225-492.91240-621.80255-763.85270-921.294285-1090.14300-1257.39315-1068.70330-573.28345-20.14360080 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）15 图T T-1500-1000-500050010000306090120150180210240270300330360曲曲柄柄转转角角总总切切向向力力T4.4 总切向力指示图4.6 飞轮矩计算飞轮矩计算平均切向力： (4-21)251109.3325imTT 阻力矩： (4-22)0.04yMTrT 驱动力矩： (4-23)10.04dMmMTrT表 4-7 驱动力矩与阻力矩计算曲柄转角总切向力平均切向力阻力距驱动力距00109.3304.370.26683.08109.3327.324.370.52500.64109.3320.034.370.785583.6109.3323.344.371.05583.615109.3323.344.371.31588.05109.3323.524.371.57534.89109.3323.404.371.83455.30109.3318.214.372.09359.23109.3314.374.372.36250.28109.3310.014.372.62130.74109.335.234.37无锡太湖学院学士学位论文162.884.53109.330.184.373.140109.3304.373.4-240.38109.33-9.624.373.66-357.25109.33-14.294.373.925-492.91109.33-19.724.374.19-621.80109.33-24.874.374.45-763.85109.33-30.554.374.71-921.294109.33-36.854.374.97-1090.14109.33-43.614.375.23-1257.39109.33-51.024.375.5-1068.70109.33-42.754.375.76-573.28109.3322.934.376.02-20.14109.33-0.814.376.280109.3304.37 -60-40-2002040608010012000.521.051.572.092.623.143.664.194.715.235.766.28曲曲柄柄转转角角平均切向力阻力距驱动力距图 4.5 阻力矩指示图80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）17表 4-8 各种驱动力的值驱动机电动机柴油机传动方式带传动弹性联轴器刚性联轴器或悬臂电动机弹性连接113040180110011810取 =130飞轮转动惯量： (4-24) 223600LGDn所以飞轮矩与压缩机一转中的能量 (4-25)ijiiTZm0i=1=)rd =rTZTMTLFFFF（）=42.27 (4-26)maxmin=-L LL飞轮矩 =66.5 (4-27)229.83600LGDn2mA公斤无锡太湖学院学士学位论文185.压缩机基本零部件设计压缩机基本零部件设计5.1 曲轴曲轴5.1.1 曲轴曲轴曲轴是活塞式压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。曲轴在运动时，承受拉、压、剪切、弯曲和扭转的交变复合负载，工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度以及主轴颈与曲轴销的耐磨性。故曲轴一般采用 40、45 或 50 号优质碳素钢锻造，但现在已广泛采用球墨铸铁铸造。压缩机曲轴有两种基本型式，即曲柄轴和曲拐轴。曲柄轴结构，连同电机轴一起，一般只有两个主轴承。曲拐轴在制造安装方面，虽较曲柄轴为差，但是采用曲拐轴的压缩机，可以实现结构紧凑，重量轻。此外，采用曲拐轴的压缩机，在气缸列数设置方面几乎不受限制，便于满足流程要求。本设计采用曲拐轴。5.1.2 曲轴设计基本原则曲轴设计基本原则：1.曲轴的轴颈要有适当的尺寸，使配用的轴承能有胜任的负荷能力2.曲轴要有足够的强度，以承受交变弯曲与交变扭转的联合作用。曲轴的 2 处，要进行强度校核。3.曲轴要有足够的刚度。轴颈偏转角不应超过许用值，以保证轴承可靠的工作。在采用悬挂电机结构时，电机转子中心的绕度应不超过许用值，以保证电机正常工作。5.1.3 曲轴基本尺寸确定曲轴基本尺寸确定基于以上几项要求，对于曲拐轴主要尺寸初步确定如下：图 5.1 曲轴零件图1.曲柄销直径 D80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）19取最大活塞力，=4.758KN (5-01)FmaxF (5-02)4.758(46 56)(46 56)32.1 399.8DFmm取 D=40mm2.主轴颈直径 D1， (5-03)1(11.1)(11.1) 2540 44mmDD取 D1=45mm3. 轴颈长度：根据选取轴承宽度略大些4. 曲柄厚度 t：， (5-04)(0.7 0.6)(0.7 0.6) 4024 28mmtD取 t=25mm5. 曲柄宽度 h， (5-05)(1.2 1.6)(1.2 1.6) 4048 64mmhD取 h=52mm5.1.4 曲轴材料曲轴材料近年来由于铸造技术的发展，采用稀土镁球墨铸铁铸造曲轴的越来越多。制造曲轴可以节省原材料和大量减少加工工时，并且有条件把曲轴的形状设计地更合理。铸铁曲轴是采用高强度铸铁，目前最常用的是球铸铁 QT600-3。球墨铸铁加入少量稀土元素，能进一步提高材料的性能。球墨铸铁不仅加工方便，而且疲劳强度也胜于钢。球墨铸铁的耐磨性也很好。表 5-1 球墨铸铁与钢光滑试件在不同弯扭复合疲劳负荷作用下的疲劳极限疲劳极限/（）5210/N m材料/MM/11球墨铸铁(正火)01.4283.73200.7141.86628.8025.2013.5018.0025.1028.0045 钢（正火）01.4283.73200.7141.86624.0014.907.7610.6514.5016.00无锡太湖学院学士学位论文20表 5-2 球墨铸铁曲轴与钢曲轴耐磨性比较材料运行时间h主轴颈磨损量mm曲柄销磨损量mm锻钢曲轴（表面淬火）稀土球面铸铁曲轴（正火）100015000.0200.0640.0020.0060.0300.1100.0010.0045.1.5 曲轴强度曲轴强度图 5.2 曲轴受力图为使计算简单，对曲轴的受力情况先作如下简化假定：1）对于多支承曲轴，作为在主轴承中点处被切开的分段筒支梁考虑；2）连杆力集中作用在曲柄销中点处；3）略去回转惯性力；4）略去曲轴自重。静强度校核 (5-06)3347.589550000955000082022.17MPa0.20.2 50TFTnWd曲轴的材料是球墨铸铁，所以满足静强度要求。 MPa2520疲劳强度校核80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）21，通过实验验证。符合条件，满足要求。 1221nnnnnn5.25.2 连杆连杆连杆是将作用在活塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动的机件。连杆包括杆体、大头、小头三部分。杆体的截面有圆形、环形、矩形、工字形等。工字形截面的杆体在同样强度时，具有最小的运动质量，但其毛坯必须用模锻或铸造，适用于高速及大批量生产的压缩机。圆形截面的杆体，机械加工最方便，但在同样强度时，具有最大的运动质量，适用于低速、大型以及小批生产的压缩。图 5.3 连杆零件图5.2.1 连杆的定位连杆的定位为了防止连杆在运动时的左右摆动，以及考虑曲轴的热膨胀引起的轴向移动对连杆的影响，连杆必须加以定位，定位的方法有大头定位与小头定位两种。大头定位是在连杆大头轴瓦两端面与曲轴销的配合端面采用较小的配合间隙（约0.20.5 毫米）；而在小头衬套端面与活塞销的配合端面则取较大的间隙(约为 25 毫米)。小头定位是在小头衬套端面与活塞销的配合端面采用 0.200.50 毫米的配合间隙，而在大头端面与曲柄销的配合端面，取 25 毫米的间隙。大头定位适用于大头轴瓦为后壁瓦的情况。无锡太湖学院学士学位论文225.2.2 连杆的尺寸连杆的尺寸连杆长度 L 即连杆大小头孔中心距，由曲柄半径 R 与连杆长度 L 的比值决定。RL愈大，压缩机的外形愈小，愈容易使连杆在运动时与滑道壁相碰；值小了的话，就会使压缩机的外形愈大；所以选取要适当。因为 V 型压缩机要求结构紧凑，所以，选取1163.514.27行程 s=60 mm ，曲柄半径 V0(5-07)6030mm22sR 连杆长度 L：30128mm14.27RL连杆小头衬套尺寸的确定图 5.4 小头衬套连杆小头瓦内径按活塞销决定：d=20mm连杆小头轴瓦近年来采用衬套的结构，衬套的厚度 s 以及宽度 b 选取: ， (5-08)0 060 08(0.06 0.08) 201.2 1.8mms( . .) d取 s=1.6mmb=(11.4)d=（11.4）20=2226mm， (5-09)取 b=25mm小头衬套与活塞销的间隙 (5-10)(0.0007 0.0012)(0.0007 0.0012) 200.014 0.024mmd小头衬套材料多采用铜合金。连杆宽度 B 的确定从工艺上考虑连杆大小头宽度取相等。对于连杆宽度取 B=0.9b 式中 b 为轴瓦的宽度；对于大头定位时，为大头宽度，对于小头定位时，则为小头衬套宽度。， (5-11)0.90.9 2522.5mmBb取 B=22mm 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）23连杆杆体的主要尺寸确定杆体中间截面的尺寸：当量直径，对于活塞力12 吨，短行程的连杆，为了增强刚(1.65 2.45)mdF性，系数选取为 1.652.15所以选择 (5-12)(1.65 2.15)4.758(1.65 2.15)1.138 1.48310mdFcm 取 15mmmd 由于本设计选择工字型连杆，对于非圆形截面的杆体，计算出杆体的中间截面面积 (5-13)2223.14 16200.1mm44mmdF再根据工字型的尺寸的公式计算： (5-14)2.52.5 200.122.3mmmmHFBm=（0.650.75）Hm= （0.650.75）22.3 (5-15)=14.516.725mm。取 Bm=16mm小头孔直径：,12dd取=23.2mm1d在处， (5-16) 1(1.11.2)(1.11.2) 23.225.52 27.84mmld取处，，取 26mml 0.80.8 22.317.84mmmHH18mmH 无锡太湖学院学士学位论文24在处 (5-17)1(1.11.2)(1.11.2) 4549.5 54mmlD取处，取30lmm1.21.2 11.213.44mmmHH14mmH 连杆大头盖的尺寸确定截面 A-A 面积： (5-18)2(1.38 1.60)(1.38 1.60) 200.1276.14 320.16mmAmFF截面 B-B 面积： (5-19)2(1.30 1.40)(1.30 1.40) 200.1260.13 280.14mmBmFF因为是工字形的截面，所以系数取大值， (5-20)2320.16mmAF 2280.14mmBF A-A 截面的厚度： (5-21)320.3314.56mm22AAFSBB-B 截面的厚度： (5-22)280.1412.43mm22BBFSB连杆小头的截面：其中 D-D 与 C-C 截面一样 (5-23)2(0.85 1.00)(0.85 1.00) 200.1170.01 200.1mmCDmFFF当活塞力 P2 吨时，因活塞销比压要求，尺寸可稍大些， (5-24)2200.1mmCDFF mm (5-25)200.1922ccDFSSB螺栓在大头体内长度图 4.5 大头螺栓结构 (5-26)1(0.55 0.65)(0.55 0.65) 4022 26mmlD取125mml 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）25 (5-27)2(0.5 0.65)(0.5 0.65) 4020 26mmlD取 225mml 连杆螺栓要求强度高,塑性好的材料，螺母的材料可以与其不同。连杆螺栓的直径： (5-28)0(0.18 0.25)(0.18 0.25) 407.2 10mmdD取选择螺栓为 M91.509mmd 连杆螺栓长度的确定：螺栓总长度（不包括螺栓头）： (5-29)(1.2 1.5)(1.2 1.5) 4048 60mmlD取48mml 连杆螺栓的个数 Z=2连杆及螺栓的材料选取铝合金 LY1005.3 活塞活塞图 4.6 活塞零件图活塞组：活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。活塞组在连杆带动下，在汽缸内作往复直线运动，从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸气、压缩、排气等过程。无锡太湖学院学士学位论文26活塞活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列制冷压缩机的活塞均采用筒形结构，它由顶部、环部和裙部三部分组成。活塞顶部组成封闭气缸的工作面。活塞环部的外圆上开有安装活塞环的环槽，环槽的深度略大于活塞环的径向厚度，使活塞环有一定的活动余地。活塞裙部在气缸中起导向作用并承受侧压力。活塞的材料一般为铝合金 ZL102 或铸铁。灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较广，但由于铸铁活塞的质量大且导热性能差，因此，近年来系列制冷压缩机的活塞都采用铝合金活塞。铝合金活塞的优点是质量轻、导热性能好，表面经阳极处理后具有良好的耐磨性。但铝合金活塞比铸铁活塞的机械强度低、耐磨性差也差。活塞销活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件，在工作时承受复杂的交变载荷。活塞销的损坏将会造成严重的事故，故要求其有足够的强度、耐磨性和抗疲劳、抗冲击的性能。因此，活塞销通常用 20 号钢、20Cr 钢或 45 号钢制造。活塞环活塞环包括气环和油环。气环的主要作用是使活塞和气缸壁之间形成密封，防止被压缩蒸气从活塞和汽缸壁之间的间隙中泄漏。为了减少压缩气体从环的锁口泄漏，多道气环安装时锁口应相互错开。油环的作用是布油和刮去气缸壁上多余的润滑油。气环可装一至三道，油环通常只装一道且装在气环的下面，常见的油环断面形状有斜面式和槽式两种，斜面式油环安装时斜面应向上。80 系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）276.结论与展望结论与展望6.1 结论结论V80 空气往复压缩机的设计，主要是热力计算和动力计算，对压缩机的曲轴、连杆、以及活塞的尺寸设计。根据任务书提供的物体、重量、压力等参数要求，经过计算得到压缩机的相关参数，经过动力计算得到活塞式压缩机的受力情况，机组受力情况准确地分析，对于消除

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