毕业设计（论文）-压缩机簧片阀设计（全套图纸）.pdf

目录目录 摘要摘要 1 关键词关键词 1 第一部分第一部分 前言前言 1 第二部分第二部分 设计要点设计要点 1 第三部分第三部分 热力计算热力计算 1 1 设计的原始数据 2 2 热力计算 2 3.2.1 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 3 3.2.6 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 4 3.2.12 所需轴功率 4 3.2.13 电动机功率 4 3.2.14 等温效率 4 3.2.15 容积比能 5 第四部分第四部分 簧片阀设计簧片阀设计 5 1 气阀的主要构成 6 2 设计的已知参数 6 3 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 S M 10 4.4.3 阀片厚度的确定 10 第五部分第五部分 结束语结束语 11 第六部分第六部分 参考文献参考文献 12 压缩机簧片阀设计压缩机簧片阀设计 摘要：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：关键词：空压机、簧片阀、优化、气缸 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 一、前言一、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 2 k及阀片厚度等. 三、簧片阀设计计算三、簧片阀设计计算 （一）设计的原始数据（一）设计的原始数据 排气量 3 0 Q0.9/minm= 进气压力 5 1 10 s pPa= （绝对压力） 进气温度 0 20 s tC= 排气压力 5 8 10 d PPa= （绝对压力） （二）热力计算（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 3 0.45/minm的气缸为准双缸单作用风冷 V 型可为 3 0.9/minm.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1450 /minnr=. 图 1-1 控制容积选取示例 2. 名义压力比 8 8 1 d s p p = 3.名义排气温度 1n n dS TT = 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 1.28n =，计算排气温度 1.28 1 1.28 (20273) 8462 d Tk =+= 0 462273189 d tC= 4.计算由排气量有关的各种系数 （1）进气系数 svpT = 计算容积系数 v ， 1 1(1) m v = 取0.04 =，m按表选取得1.2m =，计算得 1 1.2 1 0.04(81)0.7923 v = = 取压力系数 0.97 p = 由图取0.85 T = 计算得 0.7923 0.97 0.850.653 s = （2）泄漏系数 l 5.计算气缸行程容积 3 0 10.91 0.0010166 0.7923 0.97 0.851450 n VPTl Q Vm n = 6.求取气缸直径 取活塞行程 S=55 mm 计算得活塞平均速度 0.055 1450 2.66/ 3030 m sn Vm s = 由式 4 h V D sz = 知气缸直径 44 0.0010166 0.0886 3.14 0.055 3 h V Dm sz = 将缸圆整为 90Dmm= 7.圆整缸径后复算气缸容积 2223 0.090.055 30.00105 44 n VD S Zm = 8.复算排气量 3 0 0.00105 0.653 0.935 14500.93/min hsl QVnm = 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0.045 s =、0.065 d =，故实际进气压力 55 (1)10(1 0.045)0.955 10 sss PPPa= 实际压力比 泄露位置 进气阀 排气阀 活塞环 相对泄露量 0.015 0.015 0.04 0.07 1 1 l = + 0.935 5 5 8.52 10 8.92 0.955 10 d s p p = 压缩终了温度 11.28 1 1.28 293 8.92473 n n ds TTK = 0 200 d tC= 10.计算最大活塞力 向轴行程 252 0 ()(1 0.955) 100.0928 44 s gs FPPDN = 向盖行程 252 0 ()(1 8.52) 100.094784 44 c gd FPPDN = 其中 0 P为曲轴箱内的背压力，按 5 1 10 Pa计 11.计算指示功率 按式 1 (1 80)1 601 ivsh nnn NPV nn =+ 这里 3 0.00105 hh VVm= 取1.28n = 0 (1)8.92+= 1.28 1 5 1.28 14501.28 0.7923 0.9 100.00105(8.921)5.39 601.28 1 i NKW = 12.所需轴功率 取机械效率0.86 m = 5.39 6.627 0.86 i z m N NKW = 13.电动机功率 取电动机储备功率为轴功率的 10% 1.11.1 6.2676.89 ez NNKW= 14.等温效率 由式 0 ln 60 iss Q Np=知等温功率 is N为 5 0 0.93 ln10ln83.22 6060 iss Q NpKW= 0 Q应为复算后排气量 等温指示效率 3.22 0.597 5.39 is i is i N N = 等温轴效率 3.22 0.514 6.267 is is z N N = 15.容积比能 31 0 6.267 6.74(min ) 0.93 z N KW m Q = 四、簧片阀设计四、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 S P、 d P，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（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（二）设计的已知数据 一级气缸直径 1 90Dmm=，二级气缸直径 2 90Dmm=，行程 S=55mm， 37.5 0.234 160 r l =， 机器转速980 /minnr=， 进气压力 52 s p1 10/N m= ，排气压力 52 12.5 10/ d PN m=（表压） 进气温度 0 20 s tC= （三）结构设计（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d1=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（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 0 h 由图2-3a可知， 在OX轴上阀孔至OY轴的距离 0 39.5lmm=，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 0 101 cos39.5cos15ll= 0 202 cos39.5cos30ll= 0cosii ll= （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）: 00 39.57.532llamm= 则 0cosiii llala= （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 0 h，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 e h表示.阀片开启后弯形曲线 ob近似用直线 ob代替.其余个阀孔中心的升程 1 h、 2 h i h均可近似用指直角三角形的线段比例关 系计算出.第i个阀孔中心的升程高度 i h表示为： 00 00 ii i lla hhh lla = （1-3） 阀片最大升程 000 0 507.5 1.33 39.57.5 e la hhhh la = （1-4） 阀片平均升程 ep h用下式计算 4 1 012340 0 4 12 2() 0.736 99 i i ep la hhhhhla hh = + + = （1-5） 则阀隙通道面积Av为： 2 100 186.5 0.736270.68() ep Avz d hhh mm= （1-6） 式中 Z表示阀孔数目. 任意选取 01 /(/2)hd的数值，在图中查出相应的流量系数 v a为，直接计算出 0 h的 值.再按式（1-6）计算出阀隙通道面积Av及有效流通面积（ vv a A） ，如表 1-1 第二数 据作出 0101 /(/2)/(/2) vv hda Ahd的曲线如图 2-4 所示. 由图可以看出，当 01 /(/2)0.60.65hd:， vv a A增长缓慢，变成曲线段.故选取 01 /(/2)0.6hd=，则 0 6.5 0.61.95 2 hmm= 用式（1-4）可计算出阀片最大升程 e h： 0 1.331.33 1.952.59 e hhmm= 圆整成2.6 e hmm=，则 0 1.95hmm= 用式（1-5）计算出阀片平均升程 0 0.7360.736 1.951.435 ep hhmm= 表 1-1 v a与 v a Av计算表格 01 /(/2)hd 0.30 0.40 0.50 0.60 0.65 0.70 0.75 0( )h mm 0.98 1.30 1.63 1.95 2.11 2.28 2.44 流量系数 v a 0.72 0.65 0.60 0.56 0.54 0.52 0.50 有效流通面 积 2 () vv a A mm 190.0 228.7 263.9 295.6 306.9 320.2 330.0 对应阀隙有效流通面积同式（1-6）计算 2 0 ()270.680.56 270.68 1.95295.58 vvv a Aahmm= 按式 2 11 (1)(1) 4 ep nd hnd +进行校核： 即 1 1 4 ep hd （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 ep h为 2.5mm. 因为 1 11 6.51.625 44 dmm=，这里1.435 ep hmm=，故 1 1 1.4351.625 4 ep hmmd=，符合式（1-7）的要求. 阀片当量撞击速度为： 3.14 980 0.00260.267/0.4/ 3030 ee n hhm sm s