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空压机 机械 系统 设计

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空压机机械系统设计,空压机,机械,系统,设计

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目录摘要 1关键词 1第一部分 前言 1第二部分 设计要点 1第三部分 热力计算 11设计的原始数据 2 2热力计算 23.2.1结构型式及方案选择 2 3.2.2 名义压力比 2 3.2.3 名义排气温度 2 3.2.4 计算与排气量有关的各种系数 2 3.2.5 计算气缸行程容积 33.2.6 求取气缸直径 3 3.2.7 圆整缸径后复算气缸容积 3 3.2.8 复算排气量 3 3.2.9 考虑压力损失后实际排气压力及压缩终了温度 3 3.2.10 计算最大活塞力 4 3.2.11 计算指示功率 43.2.12 所需轴功率 4 3.2.13 电动机功率 43.2.14 等温效率 43.2.15 容积比能 5第四部分 簧片阀设计 5 1 气阀的主要构成 62 设计的已知参数 63 结构设计 6 4 簧片阀主要结构参数的确定 7 4.4.1 确定阀片特征参数 7 4.4.2 校核进气阀阀隙马赫数 10 4.4.3 阀片厚度的确定 10第五部分 结束语 11第六部分 参考文献 12压缩机设计摘要：活塞式压缩机广泛应用于机械、冶制、制冷、国防、化工等工业部门.用途广泛，品种繁多，因而保证其运转可靠性、提高经济性就至关重要.本文主要介绍应用现代化设计理论和方法来优化簧片阀，借助AutoCAD实现簧片阀的设计无纸化以及簧片阀的计算过程. 通过优化设计，基本达到气阀阻力损失小，即控制在压缩机指示功率的（612）%范围内；使用寿命长；噪声低；运动质量轻；结构简单、成本低、制造方便、易于维护等优点；更为重要的是余隙容积小.因为是微型空压机，而其一般为单级压缩，余隙容积大小特别重要，直接影响压缩机的容积效率.此设计就使余隙容积严格控制在气缸工作容积的（2.54）%左右.关键词：空压机、簧片阀、优化、气缸一、前言气阀是活塞式压缩机中的关键部件，又是易损件之一，它的好坏影响压缩机排气量和功率消耗以及运行可靠性.一个好的气阀既要有高的寿命，又要有高的效率.气阀的效率问题，主要指机器在正常运转时，产生的流动阻力损失.在设计较好的气阀中，流动阻力损失约为压缩机指示功率的（48）%，而设计不好的气阀，其流动阻力损失可以高达指示功率的（1520）%.减少流动阻力损失的主要方法是增加气阀的有效流通面积，以降低气体流经气阀是的流速，因为流动阻力损失是和速度的平方成正比的.但是，增加有效通流面积，将受到机器结构和气阀寿命的限制.例如：升程不能太高，否则寿命显著下降.此外，在计算的有效通流面积较大情况下，有时因阀片开、启不合理，使实际的通流面积小于计算值，造成附加的流动阻力损失.这一附加的阻力损失，有时甚至会达到惊人的程度.应用现代化设计理论和方法来改进和提高机械零件与系统的设计质量、降低成本、缩短开发周期、增强产品的竞争能力已被各国证明是非常有效的途径.本设计基于现代设计方法中最活跃的分支之一机械优化设计，使得机械零件及系统设计更为合理和实用.二、总体设计思路1.首先按气缸尺寸及气缸总的结构，选用或设计簧片阀的结构型式，完成气阀的平面布置，确实吸、排气阀的阀孔数目、阀孔直径、阀片的几何形状等.2.确定簧片阀的主要参数.如升程、阀座通道面积、间隙通道面积、阀片几何尺寸、阀片厚度及阀片刚性系数等.其中有些参数对簧片阀的经济性及寿命影响较大，必须在簧片阀设计时先确定下来.此些称为簧片阀的主要结构参数.它们是：阀隙马赫数M、升程h、阀片刚性系数及阀片厚度等.三、簧片阀设计计算（一）设计的原始数据 排气量 进气压力 （绝对压力） 进气温度 排气压力 （绝对压力）（二）热力计算1. 结构型式及方案选择因为是动力用微、小型空气压缩机，故可采用单级压缩，采用以排气量为的气缸为准双缸单作用风冷V型可为.图1-1为方案示意图.采用异步电动机直接驱动（皮带轮连接），电动机转速取. 图1-1 控制容积选取示例 2. 名义压力比 3.名义排气温度 考虑到微小型压缩机的热交换条件及单作用高压力比条件下的泄漏情况，取压缩过程指数 ，计算排气温度 4.计算由排气量有关的各种系数（1）进气系数 计算容积系数， 取，按表选取得，计算得 取压力系数 由图取 计算得 （2）泄漏系数泄露位置进气阀排气阀活塞环相对泄露量0.0150.0150.040.070.935 5.计算气缸行程容积 6.求取气缸直径取活塞行程S=55 mm 计算得活塞平均速度 由式 知气缸直径将缸圆整为 7.圆整缸径后复算气缸容积 8.复算排气量 9.考虑压力损失后实际排气压力及压缩终了温度由图查得、，故实际进气压力实际压力比压缩终了温度 10.计算最大活塞力 向轴行程 向盖行程 其中为曲轴箱内的背压力，按计 11.计算指示功率 按式 这里取 12.所需轴功率取机械效率13.电动机功率 取电动机储备功率为轴功率的10% 14.等温效率 由式知等温功率为 应为复算后排气量等温指示效率 等温轴效率 15.容积比能 四、簧片阀设计 压缩机簧片阀基于数学建模的首要条件是：进、排气压力为常量，并等于进、排气名义压力、，即不考虑进、排气腔气流压力对于阀片运动规律的影响. 气阀是活塞式压缩机中的关键部件，又是易损坏的部件之一。它的好坏影响压缩机排气量和功率消耗以及运行可靠性。一个好的气阀有高的寿命，又要有高的效率。簧片阀是其中之一.簧片阀一般适用于直径小于100mm（最大气缸直径可到130mm）的微型空气压缩机.（一）气阀的主要构成气阀的结构如图(2-1)所示，主要由阀座、阀片、弹簧和升程器四个零件组成. 图2-1 气阀主要组成部分1阀座 2阀片 3弹簧 4升程限制器阀座：它具有能被阀片覆盖的气流通道，是与阀片一起闭锁进气（或排气）通道，并承受气缸内外压力差的零件.阀片：它是交替、地开启与阀座通道的零件，通常制成片状，故称为阀片.弹簧：是气阀关闭时推动阀片落向阀座的零件，并在阀片开启时，减少阀片撞击升程器.对于簧片阀，阀片本身具有弹性，并起一定的弹簧作用，故有时合二为一.升程限制器：是限制阀片的升起高度，并往往作为承受弹簧的零件.（二）设计的已知数据 一级气缸直径，二级气缸直径，行程S=55mm， ， 机器转速，进气压力，排气压力（表压） 进气温度（三）结构设计结构设计2V0.6/7型中压微型空压机气缸为风冷结构，气缸盖采用皇冠形结构.相应进气阀采用环形簧片阀，排气阀采用圆弧工字形簧片阀。一级进气环形阀片的几何形状如图2-2所示.因为一级气缸直径D1=90mm,阀片外径为=88mm，阀片内径为=70mm，阀片宽度B=9mm,图中阴影部线为阀片安装后定位侧翼，侧翼边离开中心线R与a=7.5mm,阀片小舌部落到气缸相应的凹槽中，起升程限制器作用. 图2-2 一级进气阀片几何形状 图2-3a为阀板上进气阀孔的平面布置情况。以OY为对称轴，两边个布置9个进气阀孔，阀孔直径1=6.5mm，阀孔中心分布在79mm的圆周上，相邻两阀孔中心线尺寸夹角为15，即1=15，2=30，3=45，4=60（相对与OX轴）.（四）簧片阀主要结构参数的确定 图2-3 一级进气阀片 a)阀片上进气孔平面布置 b)阀片工作状态 1-阀板 2-阀片 3-气缸1. 确定阀片特征行程由图2-3a可知，在OX轴上阀孔至OY轴的距离，最外端距离l=50mm,按几何关系其余个阀孔在OX轴方向上投影均可计算出.即 （1-1） 阀片工作时，个阀孔中心在OX轴方向上至侧翼边投影距离为（见图2-3b）: 则 （1-2）在OX轴上，阀片对应孔中心的升程高度定义为特征升程，OX轴外端撞到限制器的升程高度定义为阀片的最大升程用表示.阀片开启后弯形曲线近似用直线ob代替.其余个阀孔中心的升程、均可近似用指直角三角形的线段比例关系计算出.第个阀孔中心的升程高度表示为： （1-3） 阀片最大升程 （1-4） 阀片平均升程用下式计算 （1-5）则阀隙通道面积为： （1-6）式中 Z表示阀孔数目. 任意选取的数值，在图中查出相应的流量系数为，直接计算出的值.再按式（1-6）计算出阀隙通道面积及有效流通面积（），如表1-1第二数据作出的曲线如图2-4所示.由图可以看出，当时，图中线段近似为直线，当图2-4，增长缓慢，变成曲线段.故选取，则 用式（1-4）可计算出阀片最大升程： 圆整成，则 用式（1-5）计算出阀片平均升程 表1-1与计算表格0.300.400.500.600.650.700.750.981.301.631.952.112.282.44流量系数0.720.650.600.560.540.520.50有效流通面积190.0228.7263.9295.6306.9320.2330.0 对应阀隙有效流通面积同式（1-6）计算 按式进行校核： 即 （1-7） 也就是说，若阀孔为70mm，簧片阀可能设计的最大平均升程为2.5mm. 因为，这里，故 ，符合式（1-7）的要求. 阀片当量撞击速度为： 当量撞击速度符合式的要求，说明阀片特征升程，与最大升程正确.2.校核进气阀阀隙平均马赫数为：活塞平均速度活塞面积则阀隙平均速度空气的气体常数,绝热指数，一级气缸进气温度，则当地音速为 一般进气阀的阀隙平均马赫数为：M的指数在推荐范围内（）.3.阀片厚度的确定1） 计算阀孔迎风面积之和的等效面积阀片气体推力计算，式中为各阀孔迎风面积之和的等效面积.等效原则是按个阀孔气体力对阀片固定端取钜，与集中力对固定端取钜相等（见图2-3），即（1-8）工程设计时，各阀孔迎风面积均近似按阀孔出口通道面积计算.这里，各阀孔直径为，各阀孔迎风面积均相等，用代替，则式（1-8）变成 （1-9） 式（1-9）与比较，等效面积等于 2） 计算新设计阀片的刚性系数按工程设计要求，选取阀片推力系数，按式计算阀片最大气体推力： 按式，的简切范围，选取，按式和计算阀片单位宽度上刚性系数： 由图2-2可知，阀片在固定端实际宽度为阀片宽度B的两倍，则新设计阀片总刚性系数为： 按新设计阀片的几何形状和相同材质，任选取阀片厚度作为模型阀片，再用数学方法模拟测量阀片刚性系数的实验装置，模拟测出模型阀片刚性系数.因为新设计阀片与模型阀片材质相同、几何形状相同，具有，则按式可以简化计算出设计阀片厚度为： 到此，进气阀片主要结构参数的设计计算完毕.五、结束语 经过一个月的努力,我终于将机械设计课程设计做完了.在这次作业过程中,我遇到了许多困难,一遍又一遍的计算,一次又一次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足.刚开始在簧片阀设计时,由于以前高等数学学的不扎实，对着那么多的机械设计优化书里的数学知识，是看的一头雾水，沮丧极了.后来，总算有些思绪，开始尝试着用数学软件LINDO去求解.但是，往往漏掉条件，使的偏差很大，令我非常苦恼.后来在丁老师的指导下,我找到了问题所在之处,将之解决了.在此期间,我还得到了许多同学和老师的帮助.在此我要向他们表示最诚挚的谢意.丁素珍老师在我课程设计的过程给予全程指导，在此特向丁素珍老师表示感谢. 尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的.不仅仅掌握了簧片阀的设计步骤与方法;也不仅仅对制图有了更进一步的掌握;LINDO和Auto CAD ,Word这些仅仅是工具软件,熟练掌握也是必需的.对我来说,收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力.在整个过程中,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节.总体来说,我觉得做这种类型的设计对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进.有时候,一个人的力量是有限的,合众人智慧,我相信我们的作品会更完美!参考文献： 1 李立主编，制冷空压机，中国商业出版社，19972 苏：M.N.弗廉克尔著,活塞式空压机，化学工业出版社，19603 成大先主编，机械设计手册第四版，化学工业出版社，2002 4 国家机械工业委员