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W80II系列微型风冷活塞式压缩机的设计【7张图纸】【优秀】

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摘要

活塞式压缩机是一种容积式压缩机，用来提高气体压力和传送气体，目前广泛用于工业生产中，例如：石油、化工、冶金、轻功、纺织、及采矿等。因此，气体压缩机是近代工业生产中不可缺少的通用机械。结合所学过的中小型压缩机，了解其基本结构及其工作原理，重点掌握其结构设计学会所含零部件的结构设计方法及其强度校核方法，在设计过程中，理论联系实际，最终了解设计一个机械设备基本思想和方法。

W型风冷微型活塞式压缩机主要用于工业中气体压缩，虽然其结构有别于其他压缩机，但它们原理相似。因此可以根据已知的压缩机类型，通过互相比较进而进行设计。

整个设计过程包括整体总体结构设计、热力学的计算、初定相关零部件结构尺寸，然后借助CAXA等绘图软件，选定轴承等标准件，应用强度理论对其进行必要的强度校核以满足实际的需要，最后确定压缩机的辅助设备。

关键字：活塞式压缩机；强度校核；行程容积；动力计算

摘要III

AbstractIV

目录v

1 绪论1

1.1本课题的研究内容和意义1

1.2国内外的发展概况1

1.3本课题应达到的要求1

2 压缩机总体结构的设计2

2.1 设计原则及设计任务2

2.2 结构方案的选择3

2.3列数及级在列中的配置4

3 压缩机热力计算5

3.1 技术参数5

3.2热力计算5

3.2.1计算总压力比5

3.2.2压缩机级数的确定5

3.2.3压力比分配5

3.2.4计算容系数5

3.2.5确定压力系数6

3.2.6确定温度系数6

3.2.7计算泄漏系数6

3.2.8计算气缸工作容积7

3.2.9确定缸径、行程及行程容积7

3.2.10复算压比或调整余隙容积8

3.2.11计算各列最大的活塞力9

3.2.12计算排气温度9

3.2.13计算功率9

3.2.14等温功率10

4 动力计算11

4.1已知数据整理11

4.2动力计算11

4.2.1计算活塞位移、速度、加速度11

4.2.2气体力的计算13

4.2.3惯性力的计算17

4.2.4切向力的计算及切向力曲线的绘制21

4.2.5飞轮矩的确定23

5 主要零部件的分析设计26

5.1气缸部分的分析计算26

5.2机身的设计28

5.2.1机身材料28

5.2.2主要尺寸确定29

5.3连杆的设计29

5.3.1概述29

5.3.2连杆的结构设计29

5.3.3杆身结构29

6 结论与展望33

6.1 结论33

6.2不足之处及未来展望33

致谢34

参考文献35

1 绪论

1.1本课题的研究内容和意义

压缩机是一种输送气体和提高气体压力的机器，属于将原动机的动力转化为气体压力能的工作机，它种类多、用途十分广泛，如冶金、矿山、机械和国防等，尤其在石油、化工生产中，压缩机已成为必不可少的关键设备，由此可见，压缩机已成为国民经济各个部门中重要的通用机械。

　　　压缩机按压缩气体的原理不同可分为容积式和速度式两大类。容积式压缩机是使气体直接受压，从而使气体容积缩小、压力提升。其特点是压缩机具有容积可周期性变化的工作腔。按工作腔中运动元件不同，容积式压缩机可分为往复式和回转式两种。动力式压缩机是使气体流动速度提高，然后通过扩压元件使速度能转化为压力能，与此同时气体容积也相应减小。其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。按工作腔中运动元件不同，动力式分为离心式、轴流式、喷射式等。本设计采用容积式压缩机。

　　　压缩气体主要应用与以下几个方面：

　　　作为动力：压缩气体驱动各种风冷机械，风冷工具，控制表及其自动化装置。

　　　气体用于气体制冷和气体分离：空气液化分离后，得到纯氧、氮等。

　　　用来合成及聚合：如氮氢合成氨，氢、二氧化碳合成尿素等等。

　　　气体输送、气瓶罐装等等。

　　　用以油的加氢精制：如重油的轻化、润滑油的加氢精制等等。

　　　天然气燃料车的气源提供。

1.2国内外的发展概况

近几十年来，我国压缩机制造业在引进国外技术，消化吸收和自主开发基础上，克服不少难关，取得重大突破，其中活塞式压缩机已达到国际同类产品的水平。今后压缩机的发展前景不仅仅在于努力提高技术性能指标，更应着力于应用近代先进计算机技术进行性能模拟和优化设计，促成最佳性能的系列化、通用化、机组化和自动化，降低生产成本，完善辅助成套设备，扩大应用领域，提高综合技术经济指标。

1.3本课题应达到的要求

　　　本次设计的80系列风冷活塞式微型压缩机主要用于工业生产中，主要包括三个方面：一是热力计算，确定行程容积、最大活塞力、排气温度、功率和效率等；二是动力计算，确定气体力、综合活塞力、飞轮矩等；三是连杆的计算，确定连杆长度，大头小头尺寸。

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W80II系列微型风冷活塞式压缩机的设计.gif

内容简介：: 无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目： 80系列微型风冷活塞式压缩机 W80II型机电系机械工程及自动化专业学号： 0923105 学生姓名：肖秋红指导教师：俞萍（职称：工程师）（职称：） 2012 年 11月 25日课题来源 “80系列微型风冷活塞式压缩机”的课题来源于企业；结合所学知识，老师拟定题目；综合大学里所学知识，将理论与实践相互结合。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、化工、冶金、化肥、食品、医疗等众多企业的生产过程需要用到气体压缩机，而活塞式空气压缩机由于有较高的压缩比，在高压气体生产与输送中尚不能被其它设备所替代，是许多工程项目中的关键设备。2、近几十年来，我国压缩机制造业在引进国外技术，消化吸收和自主开发基础上，克服不少难关，取得重大突破，其中活塞式压缩机已达到国际同类产品的水平。今后压缩机的发展前景不仅仅在于努力提高技术性能指标，更应着力于应用近代先进计算机技术进行性能模拟和优化设计，促成最佳性能的系列化、通用化、机组化和自动化，降低生产成本，完善辅助成套设备，扩大应用领域，提高综合技术经济指标。 3、微型风冷活塞式压缩机结构简单，成本低，安装方便，是当前活塞式压缩机的发展方向。4、目前压缩机制造业已经发展成为机械制造工业的一个重要组成部分。研究内容1、 80系列微型风冷活塞式压缩机的工作原理以及工作形成；2、 80系列微型风冷活塞式压缩机参数与结构的设计；3、 80系列微型风冷活塞式压缩机设计图纸的绘制。研究计划及预期成果1、首先对80系列微型风冷活塞式压缩机整体结构进行分析，对传动结构进行筛选，初步选择达到设计要求的结构方案；2、对压缩机的热力部分及动力部分进行计算，通过压缩机机构的分析计算可提高其自身的精度；3、对80系列微型风冷活塞式压缩机的主要零件进行强度校核，提高机构稳定性，稳定性。特色或创新之处通过对80系列微型风冷活塞式压缩机的设计及计算，形成一整套现代的设计方法，对理论和实践的结合，起到整体的规划的作用，达到降低损耗提高效率，优化结构设计方便使用。已具备的条件和尚需解决的问题已具备的条件：拥有机械设计手册等参考资料及文献；到企业进行参观，对空气压缩机进行直观的了解与认识，对所学的机械基础知识有较好的掌握；能熟练运用CAXA制图软件，提高作图效率。尚需解决的问题：对于80系列微型风冷活塞式压缩机的工作原理不是非常清楚和熟悉，缺乏设计经验。指导教师意见指导老师签名：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：年月日编编号号无锡太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目：80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型型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的设计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 93 学号： 0923105 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日III摘摘要要活塞式压缩机是一种容积式压缩机，用来提高气体压力和传送气体，目前广泛用于工业生产中，例如：石油、化工、冶金、轻功、纺织、及采矿等。因此，气体压缩机是近代工业生产中不可缺少的通用机械。结合所学过的中小型压缩机，了解其基本结构及其工作原理，重点掌握其结构设计学会所含零部件的结构设计方法及其强度校核方法，在设计过程中，理论联系实际，最终了解设计一个机械设备基本思想和方法。 W 型风冷微型活塞式压缩机主要用于工业中气体压缩，虽然其结构有别于其他压缩机，但它们原理相似。因此可以根据已知的压缩机类型，通过互相比较进而进行设计。整个设计过程包括整体总体结构设计、热力学的计算、初定相关零部件结构尺寸，然后借助 CAXA 等绘图软件，选定轴承等标准件，应用强度理论对其进行必要的强度校核以满足实际的需要，最后确定压缩机的辅助设备。关键字关键字：活塞式压缩机；强度校核；行程容积；动力计算IV 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 calculationVI目目录录摘要.IIIABSTRACT.IV目录.V1 绪论.11.1 本课题的研究内容和意义.11.2 国内外的发展概况.11.3 本课题应达到的要求.12 压缩机总体结构的设计.22.1 设计原则及设计任务.22.2 结构方案的选择.32.3 列数及级在列中的配置.43 压缩机热力计算.53.1 技术参数.53.2 热力计算.53.2.1 计算总压力比.53.2.2 压缩机级数的确定.53.2.3 压力比分配.53.2.4 计算容系数.53.2.5 确定压力系数.63.2.6 确定温度系数.63.2.7 计算泄漏系数.63.2.8 计算气缸工作容积.73.2.9 确定缸径、行程及行程容积.73.2.10 复算压比或调整余隙容积.83.2.11 计算各列最大的活塞力.93.2.12 计算排气温度.93.2.13 计算功率.93.2.14 等温功率.104 动力计算.114.1 已知数据整理.114.2 动力计算.114.2.1 计算活塞位移、速度、加速度.114.2.2 气体力的计算.13V4.2.3 惯性力的计算.174.2.4 切向力的计算及切向力曲线的绘制.214.2.5 飞轮矩的确定.235 主要零部件的分析设计.265.1 气缸部分的分析计算.265.2 机身的设计.285.2.1 机身材料.285.2.2 主要尺寸确定.295.3 连杆的设计.295.3.1 概述.295.3.2 连杆的结构设计.295.3.3 杆身结构.296 结论与展望.336.1 结论.336.2 不足之处及未来展望.33致谢.34参考文献.35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压缩机是一种输送气体和提高气体压力的机器，属于将原动机的动力转化为气体压力能的工作机，它种类多、用途十分广泛，如冶金、矿山、机械和国防等，尤其在石油、化工生产中，压缩机已成为必不可少的关键设备，由此可见，压缩机已成为国民经济各个部门中重要的通用机械。压缩机按压缩气体的原理不同可分为容积式和速度式两大类。容积式压缩机是使气体直接受压，从而使气体容积缩小、压力提升。其特点是压缩机具有容积可周期性变化的工作腔。按工作腔中运动元件不同，容积式压缩机可分为往复式和回转式两种。动力式压缩机是使气体流动速度提高，然后通过扩压元件使速度能转化为压力能，与此同时气体容积也相应减小。其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。按工作腔中运动元件不同，动力式分为离心式、轴流式、喷射式等。本设计采用容积式压缩机。压缩气体主要应用与以下几个方面：（1）作为动力：压缩气体驱动各种风冷机械，风冷工具，控制表及其自动化装置。（2）气体用于气体制冷和气体分离：空气液化分离后，得到纯氧、氮等。（3）用来合成及聚合：如氮氢合成氨，氢、二氧化碳合成尿素等等。（4）气体输送、气瓶罐装等等。（5）用以油的加氢精制：如重油的轻化、润滑油的加氢精制等等。（6）天然气燃料车的气源提供。1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况近几十年来，我国压缩机制造业在引进国外技术，消化吸收和自主开发基础上，克服不少难关，取得重大突破，其中活塞式压缩机已达到国际同类产品的水平。今后压缩机的发展前景不仅仅在于努力提高技术性能指标，更应着力于应用近代先进计算机技术进行性能模拟和优化设计，促成最佳性能的系列化、通用化、机组化和自动化，降低生产成本，完善辅助成套设备，扩大应用领域，提高综合技术经济指标。1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求本次设计的80系列风冷活塞式微型压缩机主要用于工业生产中，主要包括三个方面：一是热力计算，确定行程容积、最大活塞力、排气温度、功率和效率等；二是动力计算，确定气体力、综合活塞力、飞轮矩等；三是连杆的计算，确定连杆长度，大头小头尺寸。80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型12 压缩机总体结构的设计压缩机总体结构的设计2.1 设计原则及设计设计原则及设计任务任务排气量：Q=0.4/min；排气压力：P =1.25MPa；进气压力：3mdP =0.1MPa；s进气温度：T =20C；进气相对湿度：=0.8；1查书得 130m=k1.4相对余隙容积的大小，很大程度上取决于气缸上的布置方式，气阀的结构结构形式和级数，以及同一级次的行程缸径比等。般处于下列范围：低压级：0.070.12中压级：0.090.14高压级：0.110.16单作用式压缩机，如果气阀轴向地配置在气缸盖上，低压级可小至；速短行程压缩机，可高达；小型压缩机的高压07. 004. 018. 015. 0级可达。25. 0所以取 1=0.03:；2=0.05 m1=1.1; m2=1.15得 v1=1-1(z1/m1-1)=1-0.03(3.671/1.1-1)=0.932 (3.4) v2=1-2(z1/m2-1)=1-0.05(3.51/1.15-1)=0.901 (3.5) 3.2.5 确定压力系数确定压力系数根据进气压力接近于大气压力，取压力系数;98. 01p 根据温度系数与压力比的关系，取温度系数。00. 12p 3.2.6 确定温度系数确定温度系数取。97. 0;97. 021TT 3.2.7 计算泄漏系数计算泄漏系数表 3-3 泄漏系数项目相对泄漏数级数第一级第二级气阀一级二级0.020.03无锡太湖学院学士学位论文6 续表 3-3总相对泄漏量0.050.07vl110.9520.93 3.2.8 计算气缸工作容积计算气缸工作容积 (3.6)11111ltpvhnQV 952. 097. 098. 0932. 08504 . 0 300056. 0m (3.7)222222121ltpvhTTPPnQV 93. 097. 000. 1932. 012933031067. 3108504 . 055 300016. 0m 3.2.9 确定缸径、行程及行程容积确定缸径、行程及行程容积已，选取行程 S=60mm,得活塞平均速度min/850rn (3.8)smsnVm/7 . 1308506030 一级气缸直径： (3.9)2421SDVh m (3.10)0771. 006. 000056. 02211sVDh活塞环一级二级0.030.0480 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型7 圆整后，圆整后实际行程容积mmD80131000603. 0mVh 二级气缸直径： (3.11)14222SDVh (3.12)msVDh0582. 006. 000016. 04422 圆整后，圆整后实际行程容积。mmD6023200017. 0mVh 3.2.10 复算压比或调整余隙容积复算压比或调整余隙容积气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 3-4 圆整前、后总的活塞有效面积如下表气缸直径活塞有效面积级次D（cm）（m222DAi）前后前后0.0770.0800.00930.0100.05820.0600.00530.0057由于一级缸径圆整变大使一级排气压力要反比例降低，降低率930. 001. 00093. 01由于二级缸径圆整变大使二级排气压力要反比例降低，降低率929. 00057. 00053. 02一级压力比变为 (3.13)171. 367. 3929. 0930. 01211相应地二级压力比变为 (3.14)051. 4929. 0930. 05 . 32122也可以用调整相对余隙的方法，维持压力比不变，即因第一级缸直径变大了，相对余隙容积也相应变大了，使吸进的气量不变。由此可得 (3.15)867. 0010. 00093. 0932. 011AAvivi一级新的相对余隙容积：无锡太湖学院学士学位论文8 (3.16)059. 0167. 3867. 01111 . 111111mviO二级新容积系数： (3.17)838. 00057. 00053. 0901. 02222AArr二级新相对余隙容积0.055 (3.18)15 . 3838. 0115. 112本计算中取调整相对余隙容积。 3.2.11 计算各列最大的活塞力计算各列最大的活塞力取进、排气相对压力损失： 075. 01s167. 01d 048. 02s105. 02d 气缸内实际进、排气压力Ps =（1-0.075） 10 Pd =（1+0.167） 3.67 10 =0.925151510 N/M =4.25105 N/M252Ps =（1-0.048） 3.67 Pd =（1+0.105）251025105 .12=3.494 =13.8125/10MN25/10MN 轴侧和盖侧活塞面积分别为：25511/10355. 31028. 4mnPPsd25522/10494. 31081.13mnPsPd25/10316.10mN 最大活塞力第一级： NPsPdAF351111105 . 31001. 0)(（3.19）第二级： NPsPdAF352122109 . 510316.100057. 0)(（3.20） 3.2.12 计算排气温度计算排气温度取压缩指数 n =1.35 ； n =1.412排气温度80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型9Td =T Td =T111111nn222122nn 35. 1135. 167. 32934 . 114 . 167. 35 .410 （3.21）（3.22）K5 .410K4 .430 3.2.13 计算功率计算功率（3.23）1)1 (160111011111111nnnvsinnVPnN kw38. 11)242. 01 (67. 3135. 135. 1000603. 0867. 0106085035. 1135. 15 （3.24）1)1 (160221021222221nnhvsinnVPnN kw21. 11)153. 01 (5 . 314 . 14 . 100017. 0838. 0105 . 3608504 . 114 . 15 总的指示功率 kwNi58. 231. 138. 1 取机械效率9 . 0m 轴功率 KWNZ87. 29 . 058. 2 电动机的功率余度取 10%，则电动机取 4kw。确定电动机型号为Y112M-2,转速为2890r/min。 3.2.14 等温功率等温功率各级等温压缩功率 kwllPnsNnnhvsi963. 067. 3000603. 0867. 01060850605111111（3.25）（3.26）963. 067. 3ln00017. 0838. 01067. 360850521sNi 总的等温指示功率 kwNisi923. 1963. 0963. 0 等温指示效率 %3 .717 . 2926. 1isi 等温轴效率 %17.646417. 09 . 0713. 0is 无锡太湖学院学士学位论文10 4 动力计算动力计算4.1 已知数据整理已知数据整理表 4-1 已知数据级数III活塞面积（m2）A0.010.005710.510.5P1j0.10.42Psj0.9253.49410.5P2j0.4515.43Pdj4.2813.81温度吸入oc20137.5k2.93410.5排出oc137.5157.4k410.5430.4相对余隙容积0.0590.072行程（mm）s60mm余隙容积折合行程（mm）s0=s3.544.32指示功率（kw） Ni1.381.32轴功率kw3kw80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型114.2 动力计算动力计算 4.2.1 计算活塞位移、速度、加速度计算活塞位移、速度、加速度 srn/97.838608502602（4.1） 6691. 297.8803. 0r（4.2） smrv/47.237733.8303. 022 取径长比：41 位移 )sin11 (1)cos1(22xrXg（4.3） )cos1 (161)cos1 (03. 0 速度 )2sin2(sin rv（4.4） )2sin81(sin6691. 2 加速度 )2cos(cos2 ra（4.5） )2cos41(cos47.237表 4-2 活塞位移、速度、加速度无锡太湖学院学士学位论文12曲柄转曲柄角度活塞位移x（m）活塞速度v(m/s)活塞加速度a(m/s2)0o00396.8415o1.270.86280.7930o4.961.62235.3445o10.662.22167.9560o17.812.689.0575o25.732.7410.0590o33.752.67-59.37105o41.262.44-112.88120o47.812.02-148.4135o53.091.55-167.92150o56.921.05-175.97165o59.230.52-177.96180o600-178.1195o59.23-1.05-177.96210o56.92-1.55-175.97225o53.09-1.55-167.92240o47.81-2.02-148.4 续表 4-180 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型13曲柄转曲柄角度活塞位移x（m）活塞速度v(m/s)活塞加速度a(m/s2)255o41.26-2.44-112.88270o33.75-2.67-59.37285o25.73-2.7410.05300o17.81-2.689.05315o10.66-2.22167.95330o4.96-1.62235.34345o1.27-0.86280.79360o00396.84 4.2.2 气体力的计算气体力的计算（1）各级气体力膨胀过程： mjdjxSSPP)(00（4.6）进气过程： sjPP （4.7）压缩过程： mjsjXSSSPP)(00（4.8）排气过程： djPP （4.9）本机属于微型压缩机，取，是活塞位移，1 . 111 mm15. 122 mmjx为代表余隙容积的当量行程，（-相对余隙容积）用运动计算中各点的ss 0位移值。因为本机为单作用活塞，所以只需将盖侧列入计算。（2）气体力 gjjgjApp（4.10）无锡太湖学院学士学位论文14 表 4-3 I 级盖侧气体力表80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型15曲轴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xg(min)Pj=PsPj=PdPgj=-Pj*Agj004.28-4280151.273.05-3050304.960.925-9254510.660.925-9256017.810.925-9257525.730.925-9259033.750.925-92510541.260.925-92512047.810.925-92513553.090.925-92515056.920.925-92516559.230.925-925180600.925-92519559.230.94-84021056.920.97-97022553.091.04-104024047.811.14-114025541.261.31-131027033.751.58-158028525.732.01-201030017.812.75-275031510.664.28-42803304.964.28-42803451.274.28-428036004.28-4280无锡太湖学院学士学位论文16I 级： NpdddAPF351028. 401. 01067. 3)167. 01 ()1 (（4.11） NAPFpssd3510925. 001. 010)075. 01 ()1 (（4.12）图 4.1 I 级盖侧气体力 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型17 表 4-4 II 级盖侧气体力表曲轴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xg(min)Pj=PsPj=PdPgj=-Pj*Agj0013.81-7871.7151.2710.27-5854304.963.494-1991.64510.663.494-1991.66017.813.494-1991.67525.733.494-1991.69033.753.494-1991.610541.263.494-1991.612047.813.494-1991.613553.093.494-1991.615056.923.494-1991.616559.233.494-1991.6180603.494-1991.619559.233.54-2017.821056.923.67-2091.922553.093.91-2228.724047.814.31-2456.725541.264.93-2810.127033.755.9-336328525.737.48-4263.630017.8110.16-5791.231510.6613.81-7871.73304.9613.81-7871.73451.2713.81-7871.7360013.81-7871.7无锡太湖学院学士学位论文18II 级： NAPFpddd35107 . 80058. 01081.13)105. 01 ()1 (（4.13） NAPFpssd351099. 10057. 01067. 3)048. 01 ()1 (（4.14）图 4.2 II 级盖侧气体力 4.2.3 惯性力的计算惯性力的计算往复惯性力：61935213067385m 旋转惯性力： gm188 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型19表 4-5 惯性力表曲柄转角活塞加速度复位惯性力 I=m as5 . 1旋转惯性力21wmIrA（m/s ）2I 级II 级I 级II 级00396.84368.46368.46-44.64-44.64150380.79353.56353.56-44.64-44.64300235218.2218.2-44.64-44.64450167.95155.9155.9-44.64-44.6460089.0582.6882.68-44.64-44.6475010.059.339.33-44.64-44.64900-59.37-55.13-55.13-44.64-44.641050-112.88-104.81-104.81-44.64-44.641200-148.4-137.8-137.8-44.64-44.641350-167.92-155.9-155.9-44.64-44.641500-175.97-163.39-163.39-44.64-44.641650-177.96-165.24-165.24-44.64-44.641800-178.10-165.36-165.36-44.64-44.641950-177.96-165.24-165.24-44.64-44.642100-115.97-163.39-163.39-44.64-44.642250-167.92-155.9-155.9-44.64-44.642400-148.4-137.8-137.8-44.64-44.642550-122.88-104.81-104.81-44.64-44.642700-55.6-55.13-55.13-44.64-44.642850+99.39.339.33-44.64-44.64300083.6882.6852.68-44.64-44.643150155.9155.9155.9-44.64-44.643300218.2218.2218.2-44.64-44.643450353.56353.56353.56-44.64-44.643600368.46368.46368.46-44.64-44.64无锡太湖学院学士学位论文20 表 4-6 综合活塞力图曲柄转角I级II级气体力往复惯性力摩擦力综合活塞力气体力往复惯性力摩擦力综合活塞力0-4280368.46-109.6-4021.14-7871.7368.46109.6-7612.8415-3050353.56-109.6-2906.04-5854353.56109.6-5610.0430-925218.2-109.6-816.4-1991.6218.2109.6-188345-925155.9-109.6-878.7-1991.6155.9109.6-1945.360-92582.68-109.6-951.92-1991.682.68109.6-2018.5275-9259.33-109.6-1025.27-1991.69.33109.6-2019.8790-925-55.13-109.6-1089.73-1991.6-55.13109.6-2156.33105-925-104.81-109.6-1139.41-1991.6-104.81109.6-2206.01120-925-137.8-109.6-1172.4-1991.6-137.8109.6-2239135-925-155.9-109.6-1190.5-1991.6-155.9109.6-2257.1150-925-163.39-109.6-1197.99-1991.6-163.39109.6-2264.59165-925-165.24-109.6-1199.84-1991.6-165.24109.6-2266.44180-925-165.36-109.6-1199.96-1991.6-165.36109.6-2266.56195-940-165.24-109.6-1214.99-2017.8-165.24109.6-2292.64210-970-163.39-109.6-1242.99-2091.9-163.39109.6-2364.89225-1040-155.9-109.6-1305.5-2228.7-155.9109.6-2494.2240-1140-137.8-109.6-1387.4-2456.7-137.8109.6-2704.1255-1310-104.81-109.6-1524.41-2810.1-104.81109.6-3024.51270-1580-55.13-109.6-1744.73-3363-55.13109.6-3527.73285-20109.33-109.6-2110.27-4263.69.33109.6-4363.87300-275082.68-109.6-2776.92-5791.282.68109.6-5818.12315-4280155.9-109.6-4233.7-7871.7155.9109.6-7825.4330-4280218.2-109.6-4171.4-7871.7218.2109.6-7763.1345-4280353.56-109.6-4037.04-7871.7353.56109.6-7627.74360-4280368.46-109.6-4021.14-7871.7368.46109.6-7612.8480 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型21图 4.3 I 级综合活塞力图无锡太湖学院学士学位论文22 图 4.4 II 级综合活塞力图 4.2.4 切向力的计算及切向力曲线的绘制切向力的计算及切向力曲线的绘制切向力计算公式： )sin122sin(sin2pFT（4.15）80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型23 表 4-7 切向力图曲柄转角I级II级总切向力0o00015o-2043.88-3869.48-5913.3630o-1088.6-4059.78-5148.3845o-726.37-1675.35-2401.7260o-947.3-2008.75-2956.0575o-1058.87-2160.42-3219.2990o-1089.73-2156.33-3246.06105o-1024.42-1983.38-3007.8120o-863.93-1649.9-2513.83135o-624.4-1183.82-1808.22150o-331.05-625.79-956.84165o-57.55-21.2-78.75180o000195o617.561165.31782.86210o899.51711.382610.88225o1161.542219.163380.7240o1380.682691.014071.69255o1574.363123.624697.98270o1744.733299.965044.69285o1897.313527.735425.04300o2046.294287.36333.59315o2220.524104.36324.82330o1152.712145.233297.94345o37.7771.36109.13360o000无锡太湖学院学士学位论文24 图 4.5 总切向力曲线 4.2.5 飞轮矩的确定飞轮矩的确定平均切向力： 16.47336251TTTim（4.16）阻力矩： TrTMy03. 0（4.17）驱动力矩： mMdTrTM03. 01（4.18） 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型25表 4-7 驱动力矩与阻力矩计算无锡太湖学院学士学位论文26曲柄转角总切向力平均切向力阻力矩My驱动力矩Md00473.16014.19480.26-5913.16473.16-177.394814.19480.52-5148.38473.16-154.4514.19480.785-2401.72473.16-72.051614.19481.05-2956.05473.16-88.6814.19481.31-3219.29473.16-96.5814.19481.57-3246.06473.16-97.381814.19481.83-3007.8473.16-90.23414.19482.09-2513.83473.16-75.414914.19482.36-1808.22473.16-54.246614.19482.62-956.84473.16-28.705214.19482.88-78.75473.16-2.362514.19483.140473.16014.19483.41782.86473.1653.485814.19483.662610.88473.1678.326414.19483.9253380.7473.16101.42114.19484.194071.69473.16122.150714.19484.454697.98473.16140.939414.19484.715044.69473.16151.340714.19484.975425.04473.16162.751214.19485.236333.59473.16190.007714.19485.56324.82473.16189.744614.19485.763297.94473.1698.938214.19486.02109.13473.163.273914.19486.280473.16014.194880 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型27-200-150-100-5005010015020025000.521.051.572.092.623.143.664.194.715.235.766.28阻力矩My驱动力矩Md 图 4.6 阻力矩驱动力矩图2max725259325122mmf长度比例： 51260lsml（4.19）面积比例： 02. 05004. 00plmmm（4.20） 72502. 0max0fmL（4.21）飞轮转动惯量： 222/806. 672502. 03600mkgnGD（4.22）无锡太湖学院学士学位论文285 5 主要零部件的分析设计主要零部件的分析设计空气压缩机的主要零部位包括工作部件包括工作部位和运动部位,工作部位的作用是用来构成工作容积和防止气体泄漏，他有气缸、气阀、活塞组件、活塞杆。运动部件用来传输动力，它包括曲轴、连杆、十字头。5.1 气缸部分的分析计算气缸部分的分析计算气缸是活塞式压缩机中的组成压缩容积的主要部分。根据压缩机所达到压力，排气量，压缩机的结构方案，压缩气体的种类，制造气缸的材料以及制造厂的习惯等条件，气缸的结构可以有各种各样的形式。气缸结构如下图 5.1：图 5.1 气缸设计气缸的要点是：（1）应具有足够的强度和刚度。工作表面具有良好的耐磨性。（2）要具有良好的冷却，在有油润滑的气缸中，工作表面应有良好的润滑状态。（3）尽可能减少气缸内的余隙容积和气体阻力。80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型29（4）结合部分的连接和密封要可靠。（5）要有良好的制造工艺性和装拆方便。（6）气缸直径和阀座安装孔等尺寸应符合“三化”要求。气缸中孔的内圆表面为气缸的工作表面，供活塞在其中往复运动，并保持滑动部位的气密性，以形成所需的压缩容积。为了保证活塞对气缸表面的可靠密封，必须将活塞环运动时扫过的气缸工作表面精密加工，对内径 D 300mm 气缸，可按 H7 级精密加工，表面粗糙度=0.4，本设计及如此。工作表面的aRm长度应满足这样的要求：及活塞在内外止点位置时，相应的最外一道能超出工作表面 1-2mm,以避免形成凸边或积垢。根据内压容器壁厚计算公式，气缸壁厚按下式估算： cticpDP2（5.1）式中：计算厚度，mm； -计算压力，Mpa;CP 焊接接头系数为设计温度下的许用应力 Mpatt165气缸壁厚度计算结果见表 5-1厚度附加量取：c=1mm()则名义厚度结果见下表。1, 021cc,cn 表 5-1 各级气缸壁厚的计算结果级数计算压力（Mpa）cP气缸壁厚（m）名义厚度)(mmnI 级708. 428. 41 . 11 . 11PdPc mmpDPctic383. 1708. 485. 0163280708. 42mmc383. 21383. 11无锡太湖学院学士学位论文30II 级18.158 .131 . 11 . 12dcPP mmpDPctic477. 318.1585. 016326018.152mmc477. 401477. 325.2 机身的设计机身的设计机身供放置曲轴、连杆等零件以及其他辅助设备；它一段连接气缸，另一端固结于基础或底座上。因为机身中置有曲轴又呈箱型故也称曲轴箱。如下图所示：图 5.2 曲轴箱机身的结构形式取决于压缩机的形式，可分为对置式、一般卧式、立式、角度式等，本设计为角度式。微型压缩机为结构简单起见，对机身的要求如下：80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型31（1）足够的强度和刚度，尤其是刚度更为重要；（2）易于拆装运动零部件；（3）结构力求简单，各壁面与肋条设置应符合力学要求；（4）底脚法兰边与主轴承中线间距离应尽量小。 5.2.1 机身材料机身材料因为是微型压缩机，为了减轻重量，所以采用 HT200。 5.2.2 主要尺寸确定主要尺寸确定(1)气缸之间选取 W 型布局，角度为 60。(2)机身的主轴承轴线高度 H 的确定：H 值得确定要考虑机体须有足够的刚度，机器对总高度的要求及轴线下部机体容积贮油多少。一般可根据主轴颈直径 d 或主轴承孔座直径 d 来确定，H=（22.5）d=133mm。(3) 在机身受力方向增加筋条保证机身的刚度，本设计机身壁厚取 8mm.(4)在上油位时，连杆和曲轴上曲拐都不能浸到油中，下油位时保证油针还有 10mm 还浸在油里面，所以油标到中心轴的高度：h=85mm。(5)放油孔应设计在箱体的最低点，保证油能够放干净。5.3 连杆的设计连杆的设计 5.3.1 概述概述连杆式压缩机运动机构中主要零件之一。其任务是与曲轴一起将输入压缩机的旋转运动转化为活塞的往复运动。如下图所示：无锡太湖学院学士学位论文32 图 5.3 连杆其端面与活塞销相连，称为小头；另一端与曲轴箱相连，称为大头；中间部分称为杆身。 5.3.2 连杆的结构设计连杆的结构设计连杆的结构分类：形式连杆闭式连杆大头组合式连杆主副连杆。本设计采用形式连杆，如图 5-1 所示，大头是剖分的。装配时置于曲柄销上后，用连杆螺栓紧固大头。 5.3.3 杆身结构杆身结构1、杆身截面形状连杆是一个受压杆载荷的零件，杆身截面形状决定于杆身的载荷情况和形成工艺。本设计的杆身截面形状是工字型截面，如下图所示：图 5.4 杆身截面形状工字型截面大轴处在连杆摆动的平面内，使连杆材料利用合理。80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型33 （1）杆身中间截面尺寸 (5.2)4max10)45. 265. 1 (Fdm 41084.7612)45. 265. 1 ( m02. 0102004 为杆身间截面面积的当量直径(m)。md (2)截面高度。mHm222、小头结构（1）结构现代压缩机连杆小头多采用环形的整体结构，这种结构简单制造方便，工作时应力分布比小头剖分式均匀，材料利用率高。小头衬套的润滑方式有两种：靠从连杆体钻孔输送过来的润滑油进行压力润滑在小头上方开有集油孔槽，承接曲轴箱中飞溅的油雾进行润滑，汇集的润滑油可通过衬套上开的油槽和油孔来分配。本设计采用的是第二种润滑方式。（2）连杆小头最小截面的确定截面 C-C 面积 (5.3)2174.225)00. 185. 0()00. 185. 0(mmAAmc 2200mm （3）受力分析连杆小头应力如图所示：无锡太湖学院学士学位论文34 图 5.5 连杆小头受力分析图小头外缘 13 处及其杆身过渡 56 处拉伸应力较大；小头内孔处的拉伸应力也比较严重。所以小头设计应于 5、6 处，即小头与杆4身的过渡部位适当加强，如图 5-4 所示，图 b 是图 a 的改进，图 d 是图c 的改进。 a b c d 图 5.6 连杆小头设计比较图3、大头结构（1）结构大头为整体式的特点是不要连接件，结构简单，强度提高，而且尺 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计W80II 型35寸也可以缩小。本设计因为是铝制材料连杆，不用大小轴瓦，直接在连杆大、小头孔内制出油槽，连杆大头锻有击油杆，实现飞溅润滑。（2）剖分方式剖分式连杆大头有两种切口形式：平切口和斜切口。斜切口的优点是大头安装方便；缺点是制造麻烦，且受拉伸负荷时情况欠佳。本设计采用平切口式。（3）结构尺寸及应力集中为了提高连杆大头结构的刚度和紧凑性，连杆大头的尺寸按下述方法选取：连杆螺栓孔之间的距离应尽量小，一般 l, ，D 为曲柄销直径。Dl)31. 124. 1 (mm50 连杆大头上螺栓的支撑高度为，对大头体的刚度和强度影响较 2l大，值一般不小于（1.21.6）D，。2lmml502 大头盖截面尺寸，A-A 截面面积mAAA)60. 138. 1 ( 174.297)60. 138. 1 ( 2450mm B-B 截面面积。为了减少应力集中，2450)40. 130. 1 (mmAAmB 连杆大头各处形状都应圆滑，特别是螺栓头或螺母支承面到杆身或大头盖的过渡处，都必须避免尖角。（4）大头盖为了提高大头盖的结构刚度，大头盖中部截面用工字型截面与加强肋时刚度最好。4、连杆在机器中的定位（1）大头定位：这时在连杆大头端面与曲柄销的配合端面，采用较小的配合间隙 0.2 0.5mm，同时在小头端面与销座端面间，则取较大间隙25mm。大头定位连杆可能受偏心负荷。（2）小头定位：这时在连杆小头端面与曲柄销的配合端面，采用较小的配合间隙 0.2 0.5mm，同时在小头端面与销座端面间，则取较大间隙25mm。本设计为了减小轴向长度，所以采用小头定位。无锡太湖学院学士学位论文366 结论与展望结论与展望6.1 结论结论本设计的是 80 系类微型压缩机，其结构形式为角度式（W 型）压缩机。确定电动机型号为 Y112M-2,转速为 2890r/min，功率为 4Kw。本次设计的内容重点包括：动力计算、热力计算以及曲轴的平衡计算、校核。该活塞式压缩机由三相异步电

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