MED无油往复式空气压缩机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 油往复式空气压缩机是一种符合医用要求的机器，它能将气体进行压缩来提高气体压力和实现输送气体的功能。 设计针对小流量、低排量的往复式空气压缩机在医学领域中应用的研究与改进。旨在分析空压机在满足基本工作要求的前提下，更深入讨论医用空气压缩机对于特殊工作环境和条件所需要的工作特点与能力的设计。要满足诸多产业如医药卫生、医疗器械、科学研究设备、日常生活以及环境保护等都应该有更便捷、洁净的气体动力源。往复活塞式空气压缩机终究是压缩机产业的源头与压缩机设计根本。设计过程中，根据压缩机的容积流量、吸排气压 力、压缩介质、使用要求等具体的技术参数和条件来对往复活塞式无油润滑空气压缩机进行分析与设计。设计工作重点在于压缩机的热力与动力的分析计算和主要零部件设计。其中，在零部件的结构设计上有所创新。 关键词： 医用，微小型，往复式，无油润滑，空气压缩机买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 ED is a to of is to a is in in at of in to of of In to as is of of to of of to on of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . I . 录 . 1 章 绪论 . 1 气压缩机总述 . 1 油往复空压机的特点与不足 . 3 题来源及医用空压机概论 . 4 题研究起源 . 4 药厂及相关设备对压缩空气质量的要求 . 4 究目的和要求 . 5 第 2 章 整体方案设计、分析及可行性论证 . 6 述 . 6 计参数与技术要求 . 6 复活塞式空气压缩机的基本结构 . 6 压机方案设计论证 . 7 章小结 . 8 第 3 章 性能分析与计算 . 9 力分析 . 9 构形式的选择 . 9 气压力与压力比 . 10 气温度估算 . 10 积流量有关系数 . 10 缸工作容积与直径 . 12 大活塞力估算 . 13 率需求及驱动装置选择 . 14 率计算 . 14 带轮传动 . 14 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 选择电机 . 16 力分析 . 16 轴连杆机构的几何结构与运动关系 . 17 柄连杆机构的运动关系 . 17 用力分析 . 20 柄连杆运动时的惯性力 . 21 对运动表面间的摩擦力 . 22 合活塞力 . 22 章小结 . 22 第 4 章 主要零部件设计 . 24 缸组件设计 . 24 缸 . 24 阀部件方案讨论 . 27 塞组件 . 29 塞 . 29 塞环 . 31 连接 . 31 杆组件 . 32 轴部件 . 34 构形式 . 34 要尺寸 . 35 承选择与润滑 . 36 滑方式 . 36 承选择与校核 . 36 身组件概要 . 37 章小结 . 37 第 5 章 设计结果价值期望 . 39 案创新及功能评价 . 39 济性概论 . 39 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 总结与展望 . 40 参考文献 . 41 致 谢 . 42 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪论 气压缩机总述 空气压缩机（ 简称空压机或压缩机， 是气源装置中的主体 。 它是将原动机（通常是电动机）的机械能 通过传动装置 转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。 空压机已经广泛地应用于国民经济和国防建设的诸多领域中，尤其是石油、机械、化工、制药、动力等工业部门。其已成为必不可少的机械装备，更是许多行业工艺流程中的核心组成部分。 常用的空压机有 往复式压缩机 （ 、 离心式压缩机 和回转 式压缩机 等。 其中 ，往复 活塞式压缩机的发展历史悠久， 在各行各业的应用中扮演着极为重要的角色 2。 早在夏商时期，中国就已经掌握了压气鼓风技术并且普遍地运用于冶炼工业。当时是一种由兽皮制成的辅助器械，称为“ 橐 ”； 建武七年（公元三十一年），杜诗创造了利用水力鼓风铸铁的机械 “ 水排 ”。而欧洲在十四世纪才实现水排的普遍使用；然后是一直沿用到现在的木制“风箱”，可以说这是现代往复活塞式压缩机的雏形。 上世纪中叶，随着空压机的设计 和广泛应用，在工业发展中逐渐提出了一些新的要求，主要概括为： 1）在气体被压缩的过程中，有的气体（如 错误 !未找到引用源。 、 错误 !未找到引用源。 等）会对润滑油起腐蚀作用降低油的粘度，使得润滑油的性能下降，无法起到正常的润滑的作用。 2）由于气缸与活塞之间的高速摩擦，使得润滑油的应用越来越广泛，在压缩气体过程中，气体不可避免得与润滑油接触，同时温度又高，当工作介质为某些助燃气体时，很可能引起爆炸而发生事故。 3）在石油工业中，某些气体要求在较低的温度下进行操作，而一旦压缩机吸入的气体温度极低，润滑油 可能凝固，无法祈祷润滑的作用，或者气体中携带的润滑油会导致反应器中的催化剂中毒等情况。 4）对于一些纯度要求较高的气体（如食品、医药工业中），被压缩的气体在有油润滑压缩机中势必受到润滑油的污染，从而达不到事先的要求。 5）一旦气体中携带了油，会造成某些气动仪的失灵，如控制系统中的压力表。 1934 年，采用有自润滑性能的石墨作密封元件，实现了气缸不用油润滑；但石墨比买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 较脆，石墨磨损后的粉末也能污染气体。 1935 年，苏尔寿公司研制成了利用曲折密封原理的迷宫式压缩机，它去消了金属密封元件，也实现了气缸无油润滑；但这 种结构制造要求极高，并且严重的泄露使其热效率较一般压缩机为低。 1952 年，具有自润滑性的塑料聚四氟乙烯开始用于压缩机作密封元件。由于聚四氟乙烯经过适当改制后的巨大优越性，因此很快得到了推广，已成为现在实现气缸无油润滑的主要手段。 到二十世纪七十年代末，随着世界生产力的飞速发展，科学技术及工艺的日新月异，活塞式压缩机也获得了较大的发展和进步。 空气压缩机的种类 繁多 ，按工作原理可分为容积式压缩机 和 速度式压缩机 ，如图 1容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力 ； 速度式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机，螺杆式空气压缩机，离心式压缩机以及滑片式空气压缩机，涡旋式空气压缩机 等 。 往复式空气压缩机的 压缩元件是一个在气缸内作往复运动 的 活塞 。 具有功效稳定、使用寿命长、用途十分广泛等优点。 图 1压机按工作原理分类 空压机中的有油与无油一般都是指空压机排气口排出气体的含油量的多少，一般有油机含油量较大，无油机的含油量为 以用这个含油量来区分空压机有油 与无油 。 还有一种是全无油的空压机，它不是采用有油润滑，而是采用树脂等特殊 材料 进行 润滑，所以最终排出的气体不含油 ，即 称为全无油空压机 。 但是以前此种空压机由于密封的润滑脂容易流失导致轴承干磨而损坏，质量 并 不 能够 令人满意 。 最新研制 的 一种在原全无油空压机基础上改进的全无油空压机，此全无油空买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 压机使用了阻热活塞，使轴承润滑脂不再受高温传导与辐射而流失，从而使全无油空压机寿命大大延长，现已完全超过同档次有油机的寿命。 然而许多 资料均显示，生产空压机的厂家现在的出产多为有油空压机。 油往复空压机的特点与不足 （ 1） 无 油润滑空压机具有广泛的用途，在工业发展过程中有着不可取代的地位。无油润滑空压机的重要性取决于其在应用中的 显著特点 1） 输出的压缩气体中不含油污，无需脱油处理，且不污染环境。 2） 低能耗；仅以润滑油使用为例，一台无油润滑高压循环机每年节约了润滑油达3600、低压机组上，润滑油的成本节约量也十分可观；在中、低压产品成批使用的场合效果尤为明显。 3） 无油润滑压缩机系统取消了注油器，油分离器等设备。这不但大大降低系统的阻力，还有利于增加产量。另外也减少了注油器，油分离器的检修工作量和检修费用。 4） 理想的无 油润滑压缩机由于密封摩擦件的摩擦因数小所以使用寿命长。从而减少了非生产检修时间及其相关费用，因此比有油润滑压缩机的效益要高。 5） 气缸或者气缸套以及活塞杠的使用寿命提高。一般情况下，使用后的气缸或者气缸套经过一定时间的跑合期后，镜面粗糙度会有所提高，而使得摩擦较小。 （ 2） 但不可否认的是，在无油润滑空压机发挥独特作用的背后，它仍然存在一些不足之处： 1）目前 因为该类压缩机的密封元件大多采用以聚四氟乙烯为主体并添加铜粉玻璃等压制而成的密封环。所以，活塞平均速度和转速参数较之有油润滑的压缩机要取得低一些。 2） 由于密封元件由塑料等非金属制成，而塑料的导热性较差，因而工作温度不能像有油润滑那样高。故除应加强冷却之外，对压力比的选择也需合理，不应过高。 3） 在无油润滑压缩机中，阀片运动时，可能产生金属之间的摩擦。 4） 处于无油的状态下，气体中若含有微量的水份和杂质微粒，将导致起气缸的腐蚀或输出气体不符合技术参数要求，所以要考虑去杂质和防腐蚀的问题。 随着经济的高速发展，我国的空压机设计制造技术也有了长足进步，在某些方面的技术水平也已经达到国际先进水平。 而 紧跟 着工业的迅速发展，人们生活水平的提高，社会对所需品的要求有了 极大的提高 。 同时，气动元件精密度 标准 的提高，促使对买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 压缩气体含油、含水 等 要求越来越高 ； 以往无油空压机新产品因质量问题大大约束其广泛使用。 现在， 无油空压机质量的 不断 改善，使其质量发生了根本性的提高，能完全满足现代化工业生产的需要 。所以， 在 各行业的实际 使用过程中无油空压机的优越性 将会很快 得以体现 。总而言之， 无油空气压缩机 （ 研究突破将会是空压机领域发展的大趋势之一。 题来源及医用空压机概论 题研究起源 空气压缩机是各类工矿企业广泛应用的压缩空气源 。 随着人类社会的进步，社会医疗水平直接影响着全球经济的稳健发展，故对于医药技术的要求也日趋严格。而在医药行业中，医用设备及辅助器械的优劣关系到医疗效果的好坏和医用产品的质量的高低。一方面，有油润滑往复式空气压缩机润滑油消耗量大，能源较为浪费。而且使用过程中润滑油从排污口或空气中排出，严重污染周边环境。并且，这一严峻的事实已经引起了环境保护部门的重点关注。 随着人们对环境噪声污染的严格控制，许多压缩机噪声限制在 85A） 以下。 在如今这个环境污染事件频频发生的先进社会里，消除此类潜在污染已成为当务之急。而另一 方面，随着现代医药科学飞速的发展，对于空压机的应用要求也在不断的提高。特别是空气压缩机在制药行业和医疗器械上的应用，其对生产与操作过程中对于压缩空气的要求标准直接关系到广大人民群众的身体健康和就医风险。因此，无油空气压缩机在医药领域的设计应用非常具有代表性和实用性，值得学习和研究。 药厂 及相关设备 对压缩空气 质量 的要求 制药企业的压缩空气主要用于液体制剂中的灌装机，固体制剂中的制粒机、加浆机、填充机、包装机、印字机，提取工艺中的提取罐，此外，还有化验中试用气、粉体物料输送、干燥、吹料吹扫、气动仪表 元件、自动控制用气等。 因为制剂用的压缩空气与药品直接接触，所以压缩空气必须经过净化处理；必须经过验证，以证明系统符合生产要求；还须通过 认证检查。制剂用气 ， 如干燥，压料等用气，必须要控制压缩空气中的油 、 水和固体粒子以及生物粒子等的含量，同时还地要求无气味。仪表用气，主要是气动仪表和精密（压力，流量）调节器等用气 。 除了不控制生物粒子，不要求无气味外，其它控制项目和制剂用气相同。仪表用气的质量标准，可由 13277一般用压缩空气质量等级中查得。这个标准根据固体粒子尽买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 寸和含量，水蒸汽含量和含油 量 四 项控制指标划分质量等级，见表 1动仪表对用气质量等级要求，推荐 四 项指标均为 3 级 。 具体指标为：颗粒尺寸最大 5m，颗粒含量5误 !未找到引用源。 ，水含量（压力露点）最高 ，油含量最大值为 1误 !未找到引用源。 。现在气动执行机构，对气源含尘粒径的要求，一般为 1m。 表 1动仪表对用气质量等级要求 项目名称 参数指标 等级 1 2 3 4 5 6 颗粒尺寸（ m） 5 40 - - 颗粒含量（ 错误 !未找到引用源。 ） 5 10 - - 水含量（压力露点） 40 7 10 油含量（ 错误 !未找到引用源。 ） 5 25 - 制剂用气质量指标一般要求为：制造和工艺操作包括灭菌工艺所采用的压缩空气应是：（ 1）由无油空压机供应，无油及无油气的，在非控制的环境区域里排放的除外。（ 2）为防止在管道里出现冷凝水，空气要经过除湿处理。 究目的和要求 首先，本课题所要研究的要求是对传统的往复式空气压缩机进行改良完善，使其具备相应的功能来应用于医药领域的生产和工作当中去，与自身所学专业相关性较 高。油空气压缩机是一种医院、医药专用的小型机械 ,具有体积小、结构紧凑、效率高、运行平稳等特点 ,要求气体在压缩时不被润滑油所污染 ,而目前大多数空气压缩机采用有油润滑。因此 ,研制与开发高纯度小流量压缩空气的无油润滑压缩空气机具有重大的现实意义。 其次，设计的主要对象是往复活塞式空气压缩机。它是压缩机设计与应用领域中的基础，更是当今社会生产的重要的机型。作为最早的压缩机类型，广泛地被各个行业使用并改进，得到了最大程度的认可。然而， 随着 压缩机 技术的不断革新， 使得 新型 压缩机 的出现， 如膜式压缩机、涡旋式压缩机等 。 活塞式空压机 虽在中小机型中仍然占据市场主导地位，但新型压缩机 越来越突出 的优越性能时刻提醒着活塞式压缩机急需再一次突破。基于此，往复活塞式压缩机的设计创新就应运而生。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 第 2 章 整体方案设计、分析及可行性论证 述 往复活塞式压缩机是 油往复式空压机设计的基础，故以它为本次空压机的设计类型。诸多实例充分证明，存在着一种或数种较严重缺陷的方案设计，在压缩机制造后，很难予以弥补。压缩机方案设计直接关系到压缩机运行的可靠性、经济性及本身的结构合理性。 计参数与技术要求 1）排气量 错误 !未找到引用源。 ； 6）进气湿度错误 !未找到引用源。 0； 2）排气压力 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 压）； 7）转速 n 500r/ 3）吸气压力 于大气压； 8）压缩对象：自然空气； 4）大气压 9）结构类型： W 型，风冷； 5）进气温度： 10 ； 复活塞式空气压缩机的基本 结构 图 2复活塞式空压机的基本结构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 活塞式空压机的总体结构主要由工作腔部分、传动机构、机身和辅助部分等组成。其中，工作腔部分是指直接处理气体的部位，包括了气阀、气缸、活塞杆和活塞等。传动部分是把原动机（一般指电机）的运动转换为活塞的往复运动一组驱动机构，包括连杆、曲轴和十字头等。机身用于支撑或安装部分零件，如机箱。而辅助设备就是除上述主要部件以外，辅助空压机正常工作的装置 。 压机方案设计论证 对于无油润滑空气压缩机的设计（尤其是微小型），选择正确合理的压缩机类型以及相应的结构特征是至关重要的，也直接影响设计结果的可行性。所以，对中小型无油空气压缩机类型及部分结构的选择进行如下分析与论证。 在中小型空气压缩机的应用中，较为常见类型有活塞式和螺杆式。两者主要的技术参数列于表 2。 表 2见中小型压缩机性能分析 类型 压缩过程 余隙容积 基础占地 效率 功耗 应用 费用 螺杆式 实际为多变过程，趋近于绝热压缩； 螺杆压缩机的齿间封闭容积，较难改善； 无基础运行，重量轻，但无油润滑时，需辅助装置去油，占地大； 气体泄漏因素多，不易克服，中低温工况下效率相对较低； 加、卸载运行存在浪费，能耗相对较大 运行平稳、低噪音、排气压力稳定；一般只用于排气压力小于3合；容积流量大于 未找到引用源。 /才具有优越性； 制造成本高，易于维护； 活塞式 实际为多变过程，趋近于等温压缩； 气阀附近的容积余隙，可以通过结构设计改善； 可实现无油润滑且无需去油装置，不用专门基础固定，占地小；但本身体积较大重量重 部分组件和填料采用特殊材料，效率稳定； 相对较小 应用很广，排气压力较高且稳定，能实现小排量、高压力；可靠性不高，易损件的理想寿命为8000h； 制造成本低，但需要相对多的维护； （ 1） 活塞式 压缩机的应用范围最为广泛，属于往复式类型，也是最早开发及发展程度最高的压缩机。工作时 气体的压缩是间歇、周期性 地 进行 的。 但是， 其 间歇时间极短 且 运动速度 较 快 ，再加上 一般压缩机进、排气均有足够大的空间，可维持进、排气近乎连续而稳定， 所以 工作过程可视为稳定流动 。 实际压缩过程介于等温过程与绝热过程买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 之间 ，即 多变过程。由于活塞压缩机一般采用多级压缩 、 中间冷却，所以 总体上来说 更接近等温压缩 。 等温压缩是所有压缩过程 类型 中耗功最低的。 （ 2）螺杆式压缩机属于回转式类型，是目前使用较多的压缩机类型之一。因其可观的性能及结构特点近年来得到了很快的发展。其实际压缩过程也是多变过程，但螺杆式无油润滑压缩机在工作时可视为绝热压缩过程。绝热压缩过程，显然功耗较大。许多螺杆式压缩机是没有像活塞式压缩机一样的气阀的，相对地减少了气阀阻力损失。就无油润滑压缩机来说，螺杆式压缩机还存在一些不足。比如 由于没有起密封作用的液体存在，气体通过泄漏三角形、接触线、转子齿顶和排气端面的泄露较为严重，因此效率较低。 （ 3）同类产品中，作为微小型特殊应用的空气压缩机，与同类型的其他机型（如无油螺杆式、无油离心式、谁润滑压缩机等）相比较，往复活塞式空气压缩机有一定的优势。首先，根据表 2知，活塞式压缩机能够达到预期的小排量、高压力的目标。其次，往复活塞式压缩机一直是中小型压缩机的主流。利用已有的技术可以对活塞式压缩机进行改进，丰富往复式压缩机的规格。如使用聚四氟乙烯等非金属材料做为活塞环，成本低廉而效果显著。第三，活塞式无油润滑压缩机通过先进的密封技术以及完善的结构，使得压缩空气更大程度地洁净环保和更高的容积效率。 基于以上各种原因，选择往复活塞式压缩机作为微小型空气压缩机设计的基本机型是可行的。 章小结 往复式压缩机的开发应该还有较大空间。近年，在世界生产力发展的同时，科学技术和制造工艺也在稳步提高着，因而活塞式压缩机的设计水平得到了较大程度的改进。首先，较低的阀隙流速和相对大的缓冲容积，进一步降低了压缩机的功率损耗。第二，对动式等新的结构形式的广泛运用，能在较大程度上改善大、中型压缩机运行时的动力平衡性能。第三，也是最重要的一点，就是压缩机气缸能在一定的压力范围内能够实现无油润滑。即压缩机工作过程中，被压 缩气体不再为润滑油所污染，提高了排出气体的质量。虽然其他类型的压缩机发展也很热门，但是活塞式空气压缩机毕竟是压缩机的起源，从研究的源头总有一些新的内容将会被人们逐渐地开发和利用起来。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第 3 章 性能分析与计算 力分析 根据设计任务的要求，进行压缩机的热力性能进行分析与计算。一般在已知空压机吸入气体的热力参数（压力、温度、相对湿度等）、容积流量、排气压力以及其他一些条件（具体使用要求），要确定压缩机级数、各级热力参数、各级工作容积大小、转速、结构尺寸（如往复空压机的气缸直径、行程等）、多级压缩机的级间 压力和温度、所需轴功率以及相应的效率等，也是设计压缩机是必要的计算说明。而最后，对机器可以进行复算性计算，根据已有的结构参数求取各热力参数与功耗并进行验证合理性。本处采用计算方法是传统的常规热力计算。 图 3气成份示意图 构形式的选择 根据选定方案可知，选择单级压缩、 W 型空压机，结构方案如图 2示。 压缩机结构型式的选择要考虑诸多因素，例如：工艺流程、现场条件，制造方的系列构成、外协状况等。根据设计要求选立式压缩机。因为与其他结构型式相比，立式压缩机的气缸、活塞环及填料磨损最小而且均匀 气体密封条件最佳，气缸和气密元件工作寿命较长。而且气缸、中间接筒和机身的截面中心，多与气缸中心线重合，故作用在机身或中间接筒上的气体力，都不会使其壁面产生弯曲应力。所以壁厚可以较薄，这样既减轻重量又节省原材料。立式压缩机的未平衡往复惯性力，垂直作用于基础，较比水平方向作用于基础时，易被基础承受。这是因为土壤的抗压力远抗拉剪力要大得多。另外，它占地面积小，比卧式压缩机具有较高的抗基础不均匀沉陷能力。在一定的倾斜度内，立式压缩机不致使零件产生附加变形应力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 气压力与压力比 单级压缩过程中排气压力即为 总压力比为： 错误 !未找到引用 源。 ；（进气压力为大气压） （ 3 表 3气压力和压力比计算值 级次 名义进气压力 义排气压力 力比 错误 !未找到引用源。 排气温度估算 查参考文献 2， 18图 1空气绝热过程指数： k 压缩过程指数 错误 !未找到引用源。 等于空气 绝热过程指数 （即等熵指数） k，吸气温度 10 , 压力比 错误 !未找到引用源。 式（参考文献 2， 23式 1 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 ；（式中温度单位均为 K) （ 3 即排气温度 错误 !未找到引用源。 218 。列表 3 表 3气温度计算值 级次 名义吸气温度 名义排气温度 压力比 错误 !未找到引用源。 压缩过程指数 错误 !未找到引用源。 10 18 容积流量有关系数 （ 1）容积系数 错误 !未找到引用源。 由文献 2， 141式 4 错误 !未找到引用源。 （ 3 故有： 错误 !未找到引用源。 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 式中， 错误 !未找到引用源。 为相对余隙容积，由参考文献 2， 142表 4查得；相应于排气终了与进气开始状态的气体压缩性系数，由参考文献 2， 7图 1常都取 Z 1； 错误 !未找到引用源。 为名义压力比； 错误 !未找到引用源。为实际气体温度等熵指数，对于 理想气体其值等于膨胀过程指数 错误 !未找到引用源。 m， m 的值可结合等熵指数 k 值由参考文献 2， 138表 4定。 表 3积系数参数 参数名称 k m 数值 2） 压力系数 错误 !未找到引用源。 定义： 错误 !未找到引用源。 式中， 错误 !未找到引用源。 为名义进气压力； 错误 !未找到引用源。 为进气终了工作腔中的压力，大小与气阀的配置及进气系统设计有关。所以