往复活塞式压缩机设计【含CAD图纸、说明书】
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含CAD图纸、说明书
往复式活塞压缩机设计【
CAD图纸】
压缩机设计【
CAD图纸】往复活塞式压缩机
往复压缩机设计
含CAD图纸
往复活塞式压缩机
活塞式压缩机设计【
活塞式压缩机
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外文资料翻译Compressor is the core of the refrigeration system and the heart, it determines the ability and characteristics of the refrigeration system. This article not only from the high efficiency and energy saving, noise and vibration and refrigerant small refrigeration compressor performance is analyzed, and also analyzes the characteristics of new type, special type small compressor this year, the future trend for us to master the small compressor laid a solid technical support. This article summarize the technology research and development of small refrigeration compressor to do a review of the discussion. 1. High efficiency and energy saving of the compressor Compressor is the core of the refrigeration system components, energy consumption is the effective means to improve the efficiency of refrigeration system is to improve the compressor efficiency, it will lead to reduce system energy consumption. At the same time it also can avoid only on the system to take measures, such as blindly increasing heat exchanger area, etc.) caused by the large increase in material consumption, in recent years, with increasingly severe energy shortage in the world, all countries pay more and more attention to energy conservation, efficiency of energy products is higher and higher requirements are put forward. Due to loss of various harmful, such as friction, leakage, heat transfer, motor loss, flow resistance, noise, vibration, etc., compressor work actual efficiency is far lower than the theoretical efficiency. The objective fact led to the compressor energy-saving research range, direction, width, diversification of research and research results. Internationally at present energy-saving to furnace of compressor research work mainly focus on several aspects: studying the characteristics of lubrication, friction characteristics of the compressor bearings to reduce the power consumption of the friction, improve compressor efficiency, reduce leakage losses in order to improve the efficiency of the compressor, adopt frequency conversion or transfiguration technology through the output to the user to load the best matching of cooling system to achieve energy saving, especially about this aspect of the content variable frequency technology has been relatively mature and widely known, here is not much elaboration; Valve research study is an old topic but also is an eternal topic, improving the design of valve in order to improve the efficiency of the compressor has no end forever also reap. 2. The compressor noise and vibration research About the compressor noise, vibration, international scholars have made large and long-term study. Refrigeration compressor is the main noise sources are exhaust of radiation of the aerodynamic noise, mechanical noise and mechanical moving parts driven motor noise of three parts. 3. The application of new refrigerants Compressor as critical carbon dioxide air conditioning system components should be well combined with the greatest influence efficiency and reliability of redesign of supercritical carbon dioxide cycle characteristics. Carbon and nitrogen as the adiabatic index K higher value reached 1.30, this may be a compressor exhaust gas temperature on the high side, but as a result of carbon dioxide needs compressor pressure ratio is small, so there is no need for refrigeration compressor itself. As the investment of production manufacturers, in the form of CO2 compressor also is consistent with the general development trend of the automobile compressor, mainly on swing displacement and variable displacement swash plate, vortex type primarily. 压缩机是制冷系统的核心和心脏，它决定了制冷系统的能力和特征。本文不仅从高效节能、噪声和震动以及制冷剂等方面分析了小型制冷压缩机的技术性能，还解析了今年出现的新型、特种小型压缩机的特点，为我们掌握小型制冷压缩机未来发展趋势奠定了技术支持。本文就近年来小型制冷压缩机的技术研究与发展做一综述性的探讨。1.压缩机的高效节能压缩机是制冷系统的核心耗能部件，提高制冷系统效率的有效手段是提高压缩机效率，它将带来系统能耗的降低。同时这样还能避免仅在系统上采取措施（如一味加大换热器面积等）所造成的材料消耗的大量增加，近年来，随着世界上能源紧缺的日益严重，各个国家越来越重视节能工作，对耗能产品的效率提出了越来越高的要求。由于各种损失诸如摩擦、泄漏、有害传热、电机损失、流动阻力、噪声振动等的存在，压缩机工作时实际效率远低于理论效率。这一客观事实导致了对压缩机的节能研究范围广、方向宽，研究与研究成果多样化。目前国际上对压缩机的节能研究工作主要集中在几个方面：研究润滑特性、压缩机轴承部位的摩擦特性以降低摩擦功耗、提高压缩机效率、降低泄漏损失以提高压缩机的效率，采用变频或变容技术通过制冷系统的出力与用户负荷的最佳匹配来实现节能，有关这方面的内容特别是变频技术目前已经相对较为成熟且广为人知，在此不予赘述；气阀的研究研究是一个古老的课题但也是一个永恒的课题，改进气阀的设计以提高压缩机的效率永无止境也永有收获。2压缩机的噪音与震动研究关于压缩机的噪声、振动，各国学者已经进行了大量且长期的研究。制冷压缩机的主要噪声源有进排气辐射的空气动力噪声、机械运动部件产生的机械噪声和驱动电机噪声三部分组成。3新制冷剂的应用压缩机作为跨临界二氧化碳空调系统效率及可靠性影响最大的部件应当充分结合二氧化碳超临界循环具体特点重新进行设计。二氧化碳和氮一样其绝热指数K值较高达到了1.30，这可能是压缩机排气温度偏高，但由于二氧化碳需要压缩机的压比小，因此不需要对压缩机本身进行制冷。随着各大生产厂商的投入，CO2压缩机的形式也与普通车用压缩机的发展趋势相一致，主要以定排量摇摆斜盘式、涡旋式和变排量为主。 往复活塞式压缩机摘 要现代企业中，使用压缩气体的机器越来越多，例如：石油、化工、冶金、轻工、纺织、采矿等，许多工业中无不广泛使用各种各类的气体压缩机。因此，气体压缩机是近代工业生产中不可缺少的通用机器。结合所了解的中、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，最终了解设计一个设备的基本思路和方法。W型活塞式级差压缩机主要应用于船舶中气体压缩，虽然其结构有别于其它压缩机，但他们的原理相似。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。整个设计过程包括总体结构设计、热力学的计算、初定相关零部件的机构尺寸，然后借助AUTOCAD等绘图软件绘图，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。此往复式压缩机适用压力范围广。因依靠容积变化的原理工作，因而不论其流量大小，都能达到很高的工作压力。目前已制成低、中、高、超高压各种压缩机，其中工业上超高压压缩机的工作压力可达350MPa（3500kgf/cm2）。关键词：活塞式压缩机，热力计算，动力计算，气缸，曲轴 RECIPROCATING PISTON COMPRESSOR ABSTRACTIn modern enterprises, the use of compressed gas machine more and more, such as petroleum, chemical industry, metallurgy, light industry, textile, mining, etc., is widely used in many industrial all kinds of various gas compressor. Therefore, gas compressor is indispensable in the modern industrial production of general machinery. Medium and small understanding of the combination of compressors, understand its basic structure and working principle, the key to master the structure design, learn to contain components structural design method and its strength check method, in the process of design, theory with practice, eventually understand design a devices basic ideas and methods. W-shaped rebound in the piston, the compressor is mainly used in ships in the gas compression, although its structure is different from the other compressor, but the principle is similar. So you can according to the known type compressor, through the comparison with each other, and then to carry on the design. The entire design process including the design of overall structure, thermodynamic calculation, the initial relative parts of body size, and then with the help of AUTOCAD drawing software such as drawing, selected bearings, standard parts, the strength theory to make the necessary intensity to meet the actual needs, finally determine the compressor of the auxiliary equipment. Thus reciprocating compressor is pressure range. By relying on the principle of volume change work, thus flow regardless of their size, can achieve very high work pressure. Has now been made into low, medium, high and ultrahigh pressure of compressor, including industrial superhigh pressure compressor working pressure up to 350 mpa (3500 KGF/cm2). KEY WORDS: Piston compressor, Thermodynamic calculation, Power calculation, Cylinder, The crankshaft 5目录前言1第1章 总体设计31.1设计依据及参数31.2总体设计原则31 .3结构方案的选择31.3.1气缸排列型式的选择41.3.2 运动机构的结构及选择41.3.3级数选择和各级压力比的分配51.3.4转速和行程的确定5第2章 热力计算72.1确定各级的容积效率72.1.1 确定各级的容积系数72.1.2 选取压力系数82.1.3 选取温度系数82.1.4 泄漏系数92.2确定析水系数92.3 各级行程容积的确定102.4汽缸直径的确定102.5活塞力的计算112.6计算轴功率122.7 驱动机的选择13第3章 动力计算143.1 压缩机的作用力143.1.1曲柄连杆机构的运动关系和惯性力143.2 往复摩擦力及飞轮设计15第4章 气缸部分的设计174.1 气缸174.1.1 结构形式的确定174.1.2 气缸主要尺寸的计算174.2 活塞184.2.1 活塞主要结构尺寸的确定:194.2.2活塞的校核19第5章 基本部件的设计225.1 曲轴225.1.1 曲轴结构设计225.1.2曲轴结构尺寸的确定225.1.3曲轴材料235.2 连杆23第6章 轴承286.1 滚动轴承及其结构确定28第7章 联轴器29第8章 填料和刮油器308.1 填料的基本要求308.2 填料的结构308.3 材料选择30第9章 润滑系统31结论32谢 辞33参考文献34附录36外文资料翻译38洛阳理工学院毕业设计（论文）往复活塞式压缩机摘 要现代企业中，使用压缩气体的机器越来越多，例如：石油、化工、冶金、轻工、纺织、采矿等，许多工业中无不广泛使用各种各类的气体压缩机。因此，气体压缩机是近代工业生产中不可缺少的通用机器。结合所了解的中、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，最终了解设计一个设备的基本思路和方法。W型活塞式级差压缩机主要应用于船舶中气体压缩，虽然其结构有别于其它压缩机，但他们的原理相似。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。整个设计过程包括总体结构设计、热力学的计算、初定相关零部件的机构尺寸，然后借助AUTOCAD等绘图软件绘图，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。此往复式压缩机适用压力范围广。因依靠容积变化的原理工作，因而不论其流量大小，都能达到很高的工作压力。目前已制成低、中、高、超高压各种压缩机，其中工业上超高压压缩机的工作压力可达350MPa（3500kgf/cm2）。关键词：活塞式压缩机，热力计算，动力计算，气缸，曲轴 RECIPROCATING PISTON COMPRESSOR ABSTRACTIn modern enterprises, the use of compressed gas machine more and more, such as petroleum, chemical industry, metallurgy, light industry, textile, mining, etc., is widely used in many industrial all kinds of various gas compressor. Therefore, gas compressor is indispensable in the modern industrial production of general machinery. Medium and small understanding of the combination of compressors, understand its basic structure and working principle, the key to master the structure design, learn to contain components structural design method and its strength check method, in the process of design, theory with practice, eventually understand design a devices basic ideas and methods. W-shaped rebound in the piston, the compressor is mainly used in ships in the gas compression, although its structure is different from the other compressor, but the principle is similar. So you can according to the known type compressor, through the comparison with each other, and then to carry on the design. The entire design process including the design of overall structure, thermodynamic calculation, the initial relative parts of body size, and then with the help of AUTOCAD drawing software such as drawing, selected bearings, standard parts, the strength theory to make the necessary intensity to meet the actual needs, finally determine the compressor of the auxiliary equipment. Thus reciprocating compressor is pressure range. By relying on the principle of volume change work, thus flow regardless of their size, can achieve very high work pressure. Has now been made into low, medium, high and ultrahigh pressure of compressor, including industrial superhigh pressure compressor working pressure up to 350 mpa (3500 KGF/cm2). KEY WORDS: Piston compressor, Thermodynamic calculation, Power calculation, Cylinder, The crankshaft 6目录前言1第1章 总体设计31.1设计依据及参数31.2总体设计原则31 .3结构方案的选择31.3.1气缸排列型式的选择41.3.2 运动机构的结构及选择41.3.3级数选择和各级压力比的分配51.3.4转速和行程的确定5第2章 热力计算72.1确定各级的容积效率72.1.1 确定各级的容积系数72.1.2 选取压力系数82.1.3 选取温度系数82.1.4 泄漏系数92.2确定析水系数92.3 各级行程容积的确定102.4汽缸直径的确定102.5活塞力的计算112.6计算轴功率122.7 驱动机的选择13第3章 动力计算143.1 压缩机的作用力143.1.1曲柄连杆机构的运动关系和惯性力143.2 往复摩擦力及飞轮设计15第4章 气缸部分的设计174.1 气缸174.1.1 结构形式的确定174.1.2 气缸主要尺寸的计算174.2 活塞184.2.1 活塞主要结构尺寸的确定:194.2.2活塞的校核19第5章 基本部件的设计225.1 曲轴225.1.1 曲轴结构设计225.1.2曲轴结构尺寸的确定225.1.3曲轴材料235.2 连杆23第6章 轴承286.1 滚动轴承及其结构确定28第7章 联轴器29第8章 填料和刮油器308.1 填料的基本要求308.2 填料的结构308.3 材料选择30第9章 润滑系统31结论32谢 辞33参考文献34附录36外文资料翻译38前言压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械，属于将原动机的动力能转变为气体压力能的工作机。它的种类多、用途广，有“通用机械”之称。1.压缩机设计的意义在石化领域，往复式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展；不断开发变工况条件下运行的新型气阀，提高气阀寿命；在产品设计上，应用热力学、动力学理论，通过综合模拟预测压缩机在实际工况下的性能；强化压缩机的机电一体化，采用计算机自动控制，实现优化节能运行和联机运行； 在动力领域，活塞式压缩机目前占有主要市场。但随着人们对使用环境及能耗、环保等方面要求的提高，螺杆和涡旋空气压缩机开始占有一定的市场； 在制冷空调领域，往复式制冷压缩机作为一种传统的制冷压缩机，适用于制冷量较广范围内的制冷系统。虽然目前它的应用还比较广泛，但市场份额正逐渐减小。本设计主要针对于船舶，机械，冶金，石油，特别是国防等领域需求体积小，结构紧凑，小排量，高压力的空压机，W-1.6/10往复活塞式压缩机其结构性能正好能满足以上要求。2.活塞压缩机的工作原理活塞式压缩机包括：构架包括含有放电室和冷却室的缸盖。冷却室是邻近放电室并包围着放电室。构架还包括了一个吸入室，压缩室和一个曲柄室。冷却室是孤立于吸入室。气体是从构架外面进入吸入室。可旋转旋转轴支持整个构架。凸轮安置在曲柄室内。活塞是通过凸轮连接到旋转轴。旋转轴的旋转转换为活塞的往复。密封构件切断冷却室和外部的沟通，使得压缩机气缸盖密封。通过引入一个互连的冷却室和曲柄室。当曲轴被电动机带动旋转时，通过连杆使活塞在汽缸内往复运动。在汽缸顶部外圈装有环形吸气阀片，顶部中央则装有环形排气阀片，阀片上均设有气阀弹簧。汽缸内的活塞由上向下移动时，缸内容积增大，压力下降，于是吸气管中压力为P1的空气便顶开吸入阀进入缸内，直到行程的下死点为止，这样便完成了一个吸入过程。当活塞从下死点向上回行时，被吸入的气体受到压缩，压力因而升高，吸气阀片在缸内气体压力和弹簧的作用下迅速关闭，活塞继续上行，缸内容积不断减小，压力升高，当缸内压力升到P2时，气体便顶开排气阀进入排气管路，活塞继续上行，直到上死点。当活塞由上死点向下死点回行时，排气阀在弹簧和排气管中压力的作用下关闭，压缩机又开始下一个吸气过程。如此周而复始，完成循环。3.压缩机的发展前景 目前国内压缩机产品的供需情况是：一般的动力用活塞式压缩机和微型压缩机的产品的生产能力大于市场的需求，微型压缩机的快速发展主要依赖于出口为主的生产模式，工艺用压缩机虽然有了较快的发展，但在技术水平、技术能力，特别是产品性能稳定性、可靠性方面与国际先进水平还有一段差距。“十一五”期间石化工业、化学工业、轻纺工业、冶金及采矿工业等各大领域内成套设备的加大国产化为我国压缩机行业的发展提供了巨大的商机，同时也为压缩机行业加快提升压缩机品质、赶超世界水准提供了前所未有的机遇。4.压缩机设计说明本说明书包括活塞式压缩机的总体设计，热力、动力计算，主机和辅助设备的结构设计和计算，润滑，排气量调节以及安装调整等内容，还介绍了国内已经使用的各种活塞式压缩机的结构特点。此外，压缩机设计计算时所涉及的单位换算，常用数据、公式和材料，气体特性图表。由于本人的专业知识有限，本设计的误差和缺点在所难免，希望老师批评指正，以期在以后加以充实完善。第1章 总体设计1.1 设计依据及参数公称容积流量： 1.6m3/min压缩介质： 空气进气压力： 大气压公称排气压力： 1MPa排气温度： 1801.2总体设计原则设计活塞压缩机应符合以下基本原则： a.满足用户提出的排气量、排气压力，及有关使用条件的要求。 b.有足够长的使用寿命（应理解为压缩机需要大修时间间隔的长短），足够高的使用可靠性（应理解为压缩机被迫停车的次数）。 c.有较高的运转经济性。 d.有良好的动力平衡性。 e.维护检修方便。 f.尽可能采用新结构、新技术、新材料。 g.制造工艺性良好。 h.机器的尺寸小、重量轻。1 .3结构方案的选择 活塞式压缩机的结构方案由下列因素组成：1）机器的型式；2）级数和列数；3）各级气缸在列中的排列和各列曲柄错角的排列，用上述因素组成的图形，称为结构方案图，即习惯上所说的机器纵，横剖面图。选择压缩机的结构方案时，应根据压缩机的用途，运转条件，排气量和排气压力制造厂生产的可能性，驱动方式及占地面积等条件，从选择机器的型式和级数入手，制订出合适的方案。压缩机的结构特点主要体现在两方面，即气缸排列的型式（指气缸中心线的排列位置）和运动机构的结构。1.3.1气缸排列型式的选择根据气缸排列的型式不同，有立式压缩机、卧式压缩机、对称平衡型压缩、对置型压缩机及角度式压缩机。角度式压缩机，气缸中心线具有一定的角度，但不等于零度和180。按气缸中心线的位置不同，又可以分为W型、V型、L型和扇型。由于本设计排气量和排气压力较小，选择角度式中的W型压缩机。同一曲拐上相邻列的气缸中心线夹角为60时，其动力平衡最佳；这种结构也有做成双重W型的。本机器的结构选择如下所示： 图1-1 机器的结构1.3.2 运动机构的结构及选择活塞式压缩机的运动机构有：无十字头和带十字头两种，本设计为无十字头。选择无十字头的理由是：结构简单、紧凑，机械高度较低，相应的机械重量较轻，一般不需要专门的润滑机构。但是无十字头的压缩机只能作成单作用的，所以，气体容积的利用不充分（因为活塞与气缸之间，只在活塞的一侧形成工作腔），气体的泄漏量也比较大，气缸的工作表面所受的侧向力也较大，因而活塞易磨损，另外，气缸的润滑油量也难于控制。1.3.3级数选择和各级压力比的分配工业用的气体，有时需求较高的压力，需采取多级压缩。在选择压缩机的级数时，一般应遵循下列原则：使压缩机消耗的功最小、排气温度应在使用条件许可的范围内、机器重量轻、造价低。要使机器具有较高的热效率。则级数越多越好（各级压缩比越小越好）。然而级数增多，则阻力损失增加，机器总效率反而降低，结构也更加复杂，造价便大大上升。因此，必须根据压缩机的容量和工作特点，恰当地选择所需的级数和各级压力比。是级中的相对压力损失，一般平均的相对压力损失值为1020%，取=20%，0=2.75。总压缩比a=1.1/0.1=11 Z=ln11/ln2.75=2.3704 取Z=2级根据工况的需要，选择级数为二级，按照等压力比分配的原则，1=2=111/2=3.32,但为使第一级由较高的容积系数，第一级的压力比取稍低值，各级名义压力及压力比见表1-1。表1-1 各级名义压力及压力比级数12吸气压力/MPa0.10.32排气压力/MPa0.321.1压力比3.203.441.3.4转速和行程的确定 转速，行程和活塞平均速度的关系： (1-1) 式中 Cm活塞平均速度（米/秒）； n压缩机转数（转/分）； S活塞行程（米）。小型压缩机为使结构紧凑和公司的相关要求，只能采用较小行程,取s=70mm。近代压缩机转数n通常在以下范围： 微型和小型： 1000-3000（转/分） 中型： 500-1000（转/分） 大型： 250-500 （转/分)取压缩机的转速n=1460r/min第2章 热力计算 压缩机的热力计算，是根据气体的压力，容积和温度之间存在一定的关系，结合压缩机的具体特性和使用要求而进行的，其目的是要求得最有利的热力参数(各级的吸排气温度，压力，所耗动力）和适宜的主要结构尺寸（活塞行程，气缸直径等）。计算前做以下说明：a. 压力在热力计算中使用的压力都是绝对压力，为统一起见，本说明除特别注明外，压力均指绝对压力。 b. 温度在热力计算中所采用的是绝对温度，它以K来表示。 绝对温度与摄氏温度之间具有以下关系： c. 比容单位重量气体所占容积。 理想气体在不同温度和压力下的重量。按下式计算： 2.1确定各级的容积效率2.1.1 确定各级的容积系数相对余隙容积根据统计，压缩机的相对余隙容积值多在以下范围内： 压力20321公斤/厘米2； =0.120.16微型压缩机的相对余隙容积： 排气量在0.2米3/分以下； =0.0880.10 排气量在0.3米3/分以上； =0.0350.05由于P=1.1MPa，则=0.070.12，排气量为qV=6m3, 则=0.0350.05，所以，各级相对余隙容积1=0.05 2=0.08 膨胀指数 m对于双原子气体，从常压进气的大，中型压缩机第一级气缸，根据压缩机转数范围，选取的m值如下： 压缩机转数：n200(转/分)，m=1.251.35 n 500(转/分)，m=k表2-1 不同压力下的m值本次设计中气体绝热指数取k=1.35，根据吸入压力值可知各级的膨胀系数m值如下： m 1=1.18 m2=1.2 容积系数： 2.1.2 选取压力系数当常压吸气时，p=0.95-0.98，在循环压缩机的第一级和多级压缩机的第二级，因吸气压力较高，即使同样大小的压力损失，相对压力损失仍很小，这时p=0.95-1.0。根据各级的吸入压力选择压力系数如下：p1=0.97 p2=0.99 2.1.3 选取温度系数图2-1 温度系数t与压力比的关系根据上图所示关系选系数：取温度t1=0.96 t2=0.9552.1.4 泄漏系数泄漏系数一般取值在0.900.98范围，则l1=0.917 l2=0.92 综上所述，容积系数： 2.2确定析水系数第一级无水分析出 =1.0第二级 (2-1) 干气系数 1=0.8 2=1.0 表2-2 饱和水蒸汽在170时的压力P（kgf/cm2）与重度（kgf/m2） 取定一级进气温度30,二级进气温度35由表2-2可得当T1=30o时, Psa1=4325Pa；当T2=35o ,则，Psa2=5504 Pa进气状态下的排气量 2.3 各级行程容积的确定压缩机各级的气缸行程容积按下式计算： (2-2) 式中 压缩机的排气量（米3/分）； 压缩机的排气系数， 多级压缩机其余各级的气缸行程容积按下式计算： (2-3) 式中 l级和i级的公称吸气压力； l级和i级的公称吸气温度； i级的排气系数。 一级的形成容积 ：Vh1=Q/nv1p1T1L1 =1.6/14600.8780.970.960.917 =2.13 m3同上 Vh2=0.758m32.4汽缸直径的确定对于单作用气缸： 气缸直径计算公式 （2-4） 气缸的行程容积（米3/分）； 活塞行程（米）； 压缩机的转速（转/分）； 同级气缸数； 活塞杆直径（米）。一级气缸直径：D1=0.115 m二级气缸直径：D2= =0.09 m2.5活塞力的计算取进、排气相对压力损失: s1=0.045 d1=0.075 s2=0.03 d2=0.055气缸内实际进排气压力: 一级:P/s1=(1-0.045)105=0.955105N/ P/d1=(1+0.075)1053.32=3.57105N/ 二级:P/s2=(1-0.03)3.32105=3.22105N/m2P/d2=(1+0.055)10.6105=11.12105N/计算最大活塞力: 第一级: F=(1-0.955)105D2/4 =(1-0.955)1053.14/40.1152 =46 N 第二级: F=(1-0.322)1050.072/4/4 =-1400 N 向盖行程: F=(1-3.57) 1050.1152/4 =-2600N F=(1-11.12) 1050.072/4 =-6400 N2.6计算轴功率Nid=1.634P5Vtv(P/d/P/S) -1 （2-5） Ps公称吸气压力 Vt气缸行程容积 v容积系数 P/d、P/S 气缸的实际排气压力和吸气压力 K理想气体的绝热指数 Vt=D2Sni/4 （2-6） D气缸直径 (m) S活塞行程 (m) n曲轴转数 (转/分) i同级气缸数 Vt1=21460()2/4=2.12 Vt2=1460()2/4=0.65 取 K=1.4 所以 Nid1=1.634Ps1Vt1v1(P/d1/P/S1) -1 =1.63412.120.914.36-1 =5.77 kw Nid2=1.6343.870.650.894.22-1 =6.52 kw综上总的指示功率为: Ni= Nid1+ Nid2 =5.77+6.52 =12.29 kw2.7 驱动机的选择活塞式压缩机的驱动包括驱动机和传动装置。驱动方式和压缩机的结构方案和主要参数的选择有着密切的关系，在选择压缩机结构方案和主要参数时，应该同时考虑驱动方式的选择。驱动活塞式压缩机的却大多数是交流电动机，而交流电动机中又以鼠笼式异步电动机为最多。中、小功率的鼠笼式电动机可按我国电动机系列（JS、JK、JSQ等）选取。不管是异步电动机还是同步电动机，共同的特点是启动电流大而启动力矩小。传动效率取 m=0.85 则轴功率则电机功率取15kw。查机械设计课程设计手册第十章，定为Y160L-4型电动机。其满载转速为 1460r/min。13洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章 动力计算3.1 压缩机的作用力图3-1 曲柄连杆机构示意图压缩机中作用力的分析，是进行压缩机零件强度和刚度计算的依据，也是判断这些力对压缩机装置影响的基础。压缩机中主要的作用力有气体压力、曲柄连杆机构运动时产生的惯性力和摩擦力。 3.1.1曲柄连杆机构的运动关系和惯性力活塞的位移、速度和加速度可从曲柄连杆机构的几何关系和运动关系中确定。图3-1表示曲柄连杆机构的几何关系。活塞位移x和曲柄转角： （3-1）往复惯性力： （3-2）3.2 往复摩擦力及飞轮设计1.给定条件: 活 塞 力: F1=46 N F/1=-2600 N F2=-1400 N F/2=-6400 N 活塞行程: S=70 转 速: n=1460 r/min 曲轴旋转角速度: w=n/30=3.14*1460/30=152.8 rad/s 曲轴旋转半径: r=S/2=70/2=35 相对余隙容积: a1=0.14 a2=0.18相对余隙容积折合长度:Sc1=a1S=0.1470=9.8 Sc2=a2S =0.1870=12.6 绝热指数K: K=1.4 (tg+1)k=tgV+1 tg=0.2 tgV=0.291 =0.2查活塞式压缩机设计编写组表2-10求得每列最大往复运动质量 MP=19kg Imax=Mprw2(1+) =190.0359.8152.82(1+0.2) =18257 N Imin=-MPrw2(1-) =-190.0359.8(1-0.2)152.82 =-12172 N-3MPrw2=-3190.0350.29.8152.82 =-9134 N2.往复摩擦力 取机械效率 m=0.85 f=0.69.8 f1 =180 N f2=203 N 16 第4章 气缸部分的设计4.1 气缸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。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。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4.1.1 结构形式的确定气缸因工作压力不同而选用不同强度的材料，这个设计工作压力1.378kgf/cm2低于60kgf/cm2，本设计采用水冷空气压缩机的单层壁气缸，气缸用铸铁制造，铸铁具有良好的铸造性能，对气缸结构形状的限制较小，所以铸铁气缸的形式较多。极差式的铸铁气缸，根据级在气缸中的布置方式和气缸的尺寸，可以制成整体式和分段的。本设计的气缸左右侧为一级缸，中间为二级缸。在水冷气缸中，应特别注意气阀部分的冷却，一方面要使气阀有充分的冷却，另一方面把吸气阀和排气阀用冷却水隔开，以保证气缸有较高的吸气系数。4.1.2 气缸主要尺寸的计算由经验公式初步确定气缸基本尺寸：气缸壁厚= (4-1) 气缸工作压力 -气缸内径 a-0.50.8 -气缸材料的许用拉伸应力气缸布置在气缸盖上，气缸形状较简单且用高强度铸铁，取。壁厚的附加项a，其值按0.50.8cm选择，则a=8mm。计算得 4.2 活塞活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列 压缩机的活塞均采用筒形结构，它由顶部 ，环部和群部三部分组成。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，使活塞环由一定的活动余地。活塞裙部在气缸中起导向作用并承受侧压力。活塞材料一般为铝合金或铸铁。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，今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。 活塞与气缸构成了压缩容积。活塞必须有良好的密封性， 此外还有要求：1，有足够的强度和刚度；2，活塞与活塞销的连结和定位要可靠；3，重量轻，两列以上的压缩机中，应根据惯性力平衡的要求配置各列活塞的重量；4，制造工艺性好。活塞式压缩机中采用的活塞基本结构型式有:筒形、盘形、级差式、组合式、柱塞等。本次设计采用外形为圆筒形,其上各装有二个活塞环和一个刮油环. 筒形活塞的主要结构尺寸如下图所示： 图4-1 筒形活塞主要结果尺寸 4.2.1 活塞主要结构尺寸的确定:一级活塞: H=(0.651.5)D C=(1.23)h =8 mm =80 mmC1=(1.23)h C2=(0.81.5)h =4 mm =8 mm L=0.7H L1=0.7H =56 mm =4 mm=0.6L=0.656=34 mm4.2.2活塞的校核活塞顶部的强度计算:1. 可将活塞顶部作为圆周固定的圆板来计算,在圆板上受到气体压力的均匀载荷,在四周边缘的最大弯曲应力为: (4-2) 气缸中最大气体 压力 r活塞顶接合外缘半径 t活塞顶的厚度2. 活塞销座处的表面压力: (4-3) 最大活塞力 d如图所示,为活塞销处直径 活塞销座中的支持长度 取=20 mm =6.4=10 3. 中间截面上的弯曲应力最大: 最大活塞力 活塞销座支撑长度中点间的距离 连杆轴承的长度 取 =644. 截面上的剪切应力: (4-4) =1050 b. 二级活塞 H=(0.651.5)D =43 mm C=(1.23)h =8 mm=(0.81.5)h =4 mm L=0.7H =24 mm=0.6L =16 mm 29第5章 基本部件的设计5.1 曲轴 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。5.1.1 曲轴结构设计曲轴设计基本原则：a. 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。b. 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。c. 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。5.1.2曲轴结构尺寸的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曲柄的主要尺寸曲柄销直径: D=(4.65.6) =45mm 主轴颈直径: =(11.1)D =50mm 曲柄厚度: T=(0.70.6)D=27mm曲柄宽度: H=(1.21.6)D=72mm5.1.3曲轴材料压缩机上用的较多，制造经验较成熟的，是中碳钢锻造曲轴，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。本次设计中曲轴材料选用球墨铸铁。5.2 连杆连杆属于杠杆类零件，它是活塞式压缩机重要的传动零件。连杆大头通过轴瓦与曲轴的曲柄销相连，小头通过衬套，活塞销与活塞相连，从而将曲轴的旋转运动变为活塞的直线往复运动。连杆在工作时，沿杆身中心线交替地传递很大的拉伸和压缩力，所以它承受的是反复作用的交变载荷。 此型号压缩机的连杆由球墨铸铁铸成，杆身为工字形截面，连杆大头为剖分式的，内装挂有轴承合金的薄壁瓦。杆身内钻有贯穿的油孔，以便将润滑油从大头瓦处输送至小头轴套内。表5-1 连杆主要尺寸的确定序号名称代号 单位公式及其计算说明1最大活塞力P NP=6400已知条件2曲柄半径RmmR=S/2=70/2=3以至行程.S=70m3连杆长度LmmL=R/l=35/0.20=171动力计算已知l=1/54曲柄销直径DmmD=5.6=5.6=46取D=50 P的单位：吨5大头孔直径D1 mmD1=55查表5-136小头衬套内径dmmd=257小头衬套宽度bmm查表5-10取b=268小头衬套厚度SmmS=（0.060.08）d=1.759小头孔直径d1mm查表5-13或d1=d+25=25+1.75=28.510杆体中间直径dmmmdm=(1.652.45)=2.3=18.411杆体中间面积Fmmm2Fm=d2m/4=3.14 282 4=31412近小头处杆体直径dmmd=0.9dm=0.9 20=1813近大头处中间直径d”mmd”=1.120=2214连杆宽度Bmm查表5-13或B=0.9b=0.926=23.4取B=2415大头处截面A-A面积FAmm2FA=（1.381.6）Fm=1.52314=447取FA=48016截面A-A的厚度SAmmSA= FAB=48024=2017大头处截面B-B面积FBmm2FB=(1.31.4)Fm=1.35314=424取FB=42418截面B-B的厚度SBmmSB=FBB=42424=1819小头处截面C-C面积FCmm2FC=(0.81.0)Fm=0.85314=267取FC=27020截面C-C的厚度SCmmSC=FCB=27024=1121连杆螺栓直径d0mmd0=（11.6）=1.2 取d0=10选取M12 222螺栓定位部分直径d2mmd2=d0+(0.10.2)=10+0.2=10.223螺栓弹性部分直径d3mmd3=(0.90.92)di=0.923.03=2.79查GB70-85M202的di=3.0324两连杆螺栓间的距离l0mml0=7025螺栓在大头体l1mml1=(0.550.65)=0.650=3026螺栓在大头体内长度l2mml2=(0.550.65)=0.650=3027连杆螺栓个数ZZ=2根据以上计算所得连杆各主要尺寸，画出连杆结构图。连杆材料选用球墨铸铁，连杆螺栓材料选用40Cr钢。 表5-2 连杆的计算序号名称代号 单位公式及计算说明1小头衬套的比压PN P=P/db=98.52杆体的惯性直径immi=dm/4=2 4=53柔度L/iL/i=171 5=344杆体拉压应力N/mm2=P/Fm=6400/314=20.45系数cc=1.5210-4查表5146惯性矩Jxmm4Jx=dm4/64=204/64=80007连杆摆动平面纵弯应力CBN/mm2CB=pcl2/Jx=3.68杆体的长度L1mmL1=L-D1/2=171-5.5/2-2.85/2=1309惯性矩JYmm4JY=dm4/64=204/64=800010垂直于连杆摆动平面纵弯应力N/mm2“CB=PCL1/(4Jy)=64001.5210-41302/ (48000)=0.511在连杆摆动平面总应力1N/mm21=P+CB=24 12垂直于连杆摆动平面总应力2N/mm22=P+“CB=20.40+0.5=20.913大头盖截面A-A的抗弯截面系数WAmm3WA=bSA2/6=262026=173014截面A-A弯曲应力BN/mm2B=P(L-D/2)4WA=41.615大头盖截面B-B的抗弯截面摸数WBmm3WB=BSB2/b=24(1800)26=130016截面B-B重心到连杆螺栓轴线距离bMm从图中量得b=1717截面B-B与连杆螺栓轴线的夹角从图中量得=4518截面B-B弯曲应力BN/mm2B=Pb2WB=64001721300=41.819截面B-B拉压应力pN/mm2p=5.320截面BB剪应力= =5.321截面B-B总应力N/mm2 = =47.16022小头处截面C-C的抗弯截面模数WCmm3WC=BSC26=2.4(0.11)26=0.523小头侧壁中心间距lmm从图中测得，或l=d1+SD=2.85+1.1=424截面C-C弯曲应力BN/mm2B=P(ld3)8WC=6400(402.53)8 0.5=51.2608025截面D-D弯曲应力BN/mm2B=pl8WD=64004080.5=6426截面D-D拉应力PN/mm2P=P2FD=64002270=11.927截面D-D总应力N/mm2=P+B=11.9+64=75.98010028连杆大头薄壁瓦过盈力P1NP1=188029连杆螺栓欲紧力TNT= P1+(2.12.5)PZ=1880+2.364002=830030扳手上的扭矩MNmmM=kTd0=0.15830010=12531螺栓轴向力QNQ=p1+(2.42.8)pz=(1880+2.66400)2=926032每个螺栓应力PN/mm2P=4Qd32=49260314(10)2=11833螺栓抗弯截面模数Wtmm3Wt=0.2d33=0.2103=20034系数=0.0835剪切应力N/mm2=Qd0Wt= =44.536每个螺栓总应力N/mm2= = =140.937安全系数nN=S=80001409=5.7按YB-59=800038动载荷时最小应力maxN/mm2max=4Qd32=492603.14102=117.939动载荷时最小应力minN/mm2min=4Td32=105.740应力幅aN/mm2a=(117.9-105.7)2=6.1 41对称循环抗拉疲劳极限-1-1=340042应力集中系数kk=4查表4-2043尺寸系数=0.4查图4-12344应力循环对称系数=0.0545应力幅安全系数nana= =5.46 446最大应力安全系数nn= =1.47 1.2第6章 轴承压缩机常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承使用、维护方便，机械效率较高，结构虽然复杂，但由专业厂制造，价格也不很贵，而且通用化标准化程度很高。滑动轴承的结构简单紧凑，制造方便、精度高、振动小、安装方便。一般中、小型压缩机适宜采用滚动轴承；大型压缩机及多支承的压缩机普遍采用滑动轴承。本设计是小型压缩机，采用滚动轴承。6.1 滚动轴承及其结构确定滚动轴承使用、维护方便，机械效率较高，结构虽然复杂，但由专业厂制造，价格也不很贵，而且通用化，标准化程度很高。此压缩机选用滚动轴承，能同时承受轴向载荷和径向载荷的联合作用。图6-1 滚动轴承因为曲柄销的直径d=45mm, 轴承宽B=(0.550.8)d=27 mm所以选取轴承6409型: d=45 mm D=120 mm B=27 mm 第7章 联轴器图7-1 弹性联轴器压缩机与驱动机的连接，一般分为：1）压缩机与驱动机为同一轴的直连；2）压缩机与原动机两轴间有速比的皮带传动；3）压缩机与原动机两轴间没有速比的联轴器连接。对于中、小型压缩机与电动机的连接，多采用弹性与半弹性的联轴器。常用的弹性圈柱销联轴器及弹性联轴器（图25），后一种联轴器适用于高速、起动频繁的情况下，安装时允许在径向上与转角上有稍许偏移。弹性圈柱销联轴器通常以不装圈的一半为主动轴。我国已有弹性圈柱销联轴器标准，见JB10860。它的缺点是加工要求较高，寿命较低，弹性圈常易损坏。为了提高寿命，我国维修工人在实践中创造了木销联轴器。经过几年来的使用，可代替弹性圈柱销联轴器，且结构简单，寿命长，轴向允许有较大的窜动。其中的木销材料可采用：玻璃布层压板，环氧酚醛玻璃布棒，酚醛布棒，酚醛层压板，胡桃木，榆木，白桦木等。以上材料可以就地取材， 因此深受广大工人欢迎。联轴器根据传递的扭矩，转数及连接的直径，可按JB10860选取，一般不需计算。如需计算时，主要是校核联轴器中弹簧圈工作表面的挤压应力c，柱销的弯曲应力。第8章 填料和刮油器8.1 填料的基本要求填料是阻止气缸内气体自活塞杆与气缸之间泄漏的组件。堆填料的要求是密封性能好并耐用。它是易损件，故设计中尽量采用标准化或通用化的元件，以便于生产管理，提高生产效率，降低成本。8.2 填料的结构压缩机中的填料，都是借助于气体的压力差来获得自紧密封的。根据气体的压差、性质、密封要求的高低、及其结构的不同和使用上的习惯，选择不同类型的密封圈。密封圈主要有平面和锥形两类，前者用于低、中压，后者用于高压。本次设计的压力为低压，所以选择平面密封圈。由于低压三瓣密封圈适用于压力差在10公斤/厘米2以下的密封，故采用三瓣密封圈，且该元件结构简单，易于制造。该密封圈为单向斜口，由于它对活塞杆的比压不均匀，锐角的一方比压较大，因此其内圈磨损也不均匀，主要发生在锐角的一方。密封圈磨损后，在相邻两瓣接口处不可避免的留有间隙，无法阻挡气体的泄漏。8.3 材料选择平面密封圈一般用HT20-40灰铸铁。第9章 润滑系统压缩机中，在零件相互滑动部位，如活塞与气缸、填料与活塞杆、主轴承、连杆大头瓦、连杆小头瓦衬套以及十字头滑道等处，要注入润滑剂进行润滑，已达到以下目的：1）减少摩擦功率，降低压缩机功率消耗；2）减少滑动部分的磨损，延长零件寿命；3）润滑剂有冷却作用，可导走摩擦热，使零部件温度不高；4）用油作润滑剂时，尚有防止零件生锈的作用。设计和选择润滑系统的基本要求是：1）要有可靠的供油装置，要保证有适量的润滑油输送至各运动部位；2）系统中要有便于检查供油情况的部位和仪表；3）要有使润滑油净化的过滤装置；4）供油管路的布置要紧凑，整齐，便于拆装和清洗，同一管路中管件的选择要力求划一。本次设计采用飞溅润滑。飞溅润滑适用于无十字头压缩机。该润滑方式是借助于连杆上的溅油器将曲轴箱内的润滑油飞溅至汽缸镜面，是溅油环产生的旋转运动的力是主轴与溅油环接触处的摩擦力。采用上述润滑方式能使汽缸和传动机构同时得到润滑，但二者润滑油只能相同。尽管该润滑方式存在润滑油量过多的缺点，但结构极为简单，况且通过对溅油器形状的不断改进（例如，设计成窄片状或针状），以及对溅油深度的合理控制，已能使耗油量指标达到甚为理想的程度。所以，除干运转压缩机外，飞溅润滑几乎成为泛用微型压缩机润滑的普遍方式。32 结论毕业设计是大学期间一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的W-1.6
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