汽车空调压缩机设计（有全套图纸） .pdf

本科毕业设计 论文 通过答辩 第 1 页 共 34 页 目录 摘要 1 abstract 1 第一章绪论 1 1 1汽车空调的历程 1 1 2汽车空调制冷系统的构成及原理 3 1 3空调压缩机的发展 4 1 4空调压缩机的前景 5 1 5本章小结 6 第二章空调压缩机的结构与原理 5 2 1空调压缩机的分类 5 2 2汽车空调压缩机的特殊要求 10 2 3活塞斜板式压缩机的结构原理 10 2 4本章小结 12 第三章 压缩机测绘 13 3 1测绘的意义和过程 13 3 2压缩机零件的测绘 13 3 2 1电磁离合器 14 3 2 2斜板轴 15 3 2 3活塞 16 3 2 4弹片阀 17 3 2 5缸体 18 3 2 6前后端盖 19 3 3本章小结 20 第四章 空调压缩机的三维建模 21 4 1solidworks 软件介绍 21 4 2电磁离合器的三维建模 22 4 3活塞体三维建模 25 4 4前后端盖的三维建模 30 4 5缸体的三维建模 32 4 6轴的三维建模 33 4 7空调压缩机的装配 33 4 8本章小结 35 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 2 页 共 34 页 总结 36 参考文献 37 致谢 38 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 3 页 共 34 页 第一章 绪论 1 1 汽车空调的历程 汽车问世已有一百多年的历史 随着人们的生活水平的逐步提高 汽车已成为人 们生活中的必需品 成为房间生活的延伸部分 对房间环境的要求同样延伸到汽车上 空调便是其中一个重要内容 汽车上安装空调装置的主要目的在于营造一个舒适的环 境条件 1 汽车空调是从暖气开始的 最初是用煤炭脚炉取暖及把排气管从车室内通过 第 一台完整的汽车空调装置出现在 1927 年 它包括一个加热器 一套通风系统及一个 空气过滤器 从 1936 年起 美国开始着手研制汽车冷气机 到了 1940 年 美国 packard 公司首次在汽车上采用制冷装置 其后到 50 年代中在美国生产的 nash 牌轿车上安装 了冷暖兼容的整体式空调装置 60 年代空调装置才开始在汽车上普及并获得迅速发 展 根据粗略统计 截至 80 年代末 全世界车用空调装置年产量已超过 3500 万辆 发达国家中汽车空调的普及率达到 80 90 二十世纪末全世界汽车空调器市场的年 需求量达到 7000 万套 10 年功夫就翻一番 可见其发展速度之快 我国从 1971 年开始在长春一汽的红旗牌轿车上装上了空调器 上海也于 80 年代 初在上海牌轿车上装上了国产空调器 我国从 1994 年开始在桑塔纳轿车 新车型 上试装了国产 r134a 空调器 我国车用空调装置虽起步较晚 但发展速度不慢 据统 计 1992 年我国空调汽车的产量为 16 万辆 总保有量为 76 万辆 到了 2000 年空调 车产量可达 88 万辆 总保有量约 485 万辆 不到 10 年时间 增加了 4 5 倍 1 1 1 汽车空调的意义 汽车空调由五个要素组成 即温度 湿度 气流 洁净度和辐射 由于空调一定 要有空气流动 一般由风机完成 风机的噪音及空气通过风道而产生的噪音使人感到 不舒服 因而减少风机噪音及气流噪音也成了空调的任务 2 调节温度是空调的主要任务 汽车空调首先是有暖气设备 其结构比较简单 轿 车和中小型汽车一般以发动机冷却水作为暖风的热源 而大型客车或严寒地区的车辆 则常采用独立式加热器 夏季的降温则由制冷装置完成 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 4 页 共 34 页 普通车辆一般没有调节湿度的功能 高级车辆采用了冷暖合一的再加热式空调 器 可以适量地对车内空气进行去湿处理 即靠制冷设备 蒸发器的冷却 去湿 去 除空气中的绝对含湿量 再靠采暖设备降低空气的相对湿度 汽车的空气调节装置主要用来实现对车内空气的换气 加热 冷却和除湿 同时 空调装置还起到净化空气的作用 汽车安装了空调装置 可以给驾驶员创造良好的工 作环境 冬季使用暖风装置 可使车室内空气温度适中 驾驶员不必穿着笨重的衣物 也不会因手脚过冷而影响驾驶 夏季气温较高 驾驶员长时同行车容易疲劳 困倦 使 用冷风装置可使车内温度 湿度适宜 改善司机的工作条件 安装空调装置已成为衡 量汽车功能是否完备和豪华的重要标志 1 1 2 汽车空调的特点 汽车的室内工作条件比房间要恶劣得多 如汽车直接暴露在太阳下或风雪下 隔 热措施困难 汽车在行驶时有大量风沙 废气从各种缝隙钻入车厢 造成车厢内的空 气污染并增加热负荷 汽车的行驶速度变化无常 难以保证稳定的空调工况等等 汽车空调与家用空调的不同工作条件 可归纳成下表 1 1 所示 3 表 1 1 汽车空调与家用空调的不同工作条件 汽车空调家用空调 工作环境温度 30 100 30 50 太阳辐射大可遮挡 换气频率大极少 振动大几乎没有 电源 12v 24v110v 220v 直流交流 制冷剂r12 r134ar22 制冷能力 2 15 5 8 kw 中 小型车 1 9 4 1 kw 压缩机型式开放式封闭式 压缩机转速变化大小 动力来源汽车发动机电动机 连接管道软管硬管 概括起来 汽车空调有下列特点 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 5 页 共 34 页 1 要求制冷量大 降温迅速 2 不便于用电力作为动力源 必须要用汽车发动机 简称主机 或辅助发动 机 简称辅机 来带动压缩机 因而在动力源的处理上比房间空调困难得多 3 系统中冷媒 制冷剂 流量变化幅度大 设计困难 4 冷凝温度高 5 制冷剂容易泄漏 6 由于汽车结构紧凑 制冷装置的安装位置也很紧凑 各种车型必需有专门 的车内冷气设备 蒸发箱总成通用化很困难 7 由于车厢高度低 风量分配不易均匀 因而车内温度分布不易均匀 1 2 汽车空调制冷系统的构成及其原理 汽车空调制冷系统包括制冷压缩机 冷凝器 贮液干燥器 膨胀阀 蒸发器和鼓 风机等组成 各部件之间采用铜管 或铝管 和高压橡胶连接成一个密闭系统 3 图 1 1 轿车制冷系统外观 图 1 1 是汽车制冷系统外观图 所有汽车的制冷系统都是由 4 个主要部件所组成 它们是 压缩机 膨胀阀 蒸发器和冷凝器 4 压缩机 空调系统的心脏 用来压缩和输送制冷剂 膨胀阀 一种节流装置 使 制冷剂经过此装置流入蒸发器 在蒸发器里产生压力降 蒸发器 一种热交换器 液 态制冷剂在低压下蒸发 使车厢里的空气得到冷却 冷凝器 一种热交换器 用来排 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 6 页 共 34 页 除在蒸发器中被制冷剂所吸收的热量和压缩机在压缩制冷剂时所产生的热量 制冷剂离开压缩机的排气口 经过冷凝器 使制冷剂冷却到液化点变成液态 此 时热量被排到车厢外的大气中 然后制冷剂到膨胀阀 之后离开膨胀阀进入蒸发器 当制冷剂流过膨胀阀时 其压力下降 因而蒸发成气体状态 需要吸收热量 在此时 车厢内热而湿的空气通过蒸发器时 碰到冰冷的金属管芯和传热片 空气骤冷下来 空气中的水汽被凝结附在金属壁而往下流 冷而干的空气经风机被送入车内 从蒸发 器岁来的制冷剂 经过回气管 从压缩机的吸气口进入压缩机 就这样周而复始地进 行循环 1 3 空调压缩机的发展 中国汽车工业的摇篮 长春第一汽车集团公司同时也是中国汽车空调工业的摇 篮 在 1966 年一汽接受了为中央首长制造红旗保险车的任务 当时由于受空调工业 发展的限制 车内还没有空调装置 为了车内的舒适性 经过工程技术人员的努力 历经两年多的研制时间 终于在 1969 年成功研制了第一台汽车空调装置 并安装在 红旗保险车上 这代表着结束了中国不能生产保险车的历史 同时也开创了中国自行 设计 独立制造汽车空调装置的先河 为汽车空调做出了跨区性的一步 由于汽车空调装置提高了乘座的舒适性 从 1971 年开始 一汽生产的各种型号 的红旗牌高级轿车上全部安装了空调装置 为此 当时的第一机械工业部专门拨款在 一汽轿车厂建立了生产和装配压缩机的车间 在一汽散热器厂内建立了蒸发器和冷凝 器生产车间 开始批量生产汽车空调装置 1980 年 一汽为红旗牌高级旅游车设计 制造了客车空调装置 并完成了批量生产工作 1986 年 一汽又为出口的解放牌载 重车设计制造了货车空调装置 而且还为国家完成了援苏丹广播车 援越南冷藏车 中苏边界冲突中血浆贮存车等一系列特种车辆的制冷装置的制造任务 采用在红旗高 级轿车空调装置中的主要总成的产品水平在当时都是最先进的 空调压缩机的结构为 六缸双向斜盘式结构 这种结构是美国通用汽车公司 1962 年推向市场的新产品 直 到今天 双向斜盘式压缩机仍然是汽车空调压缩机的主流产品 产量约占各种结构压 缩机的三分之二 汽车空调的蒸发器是全铝层叠式结构 该结构至今也是汽车空调用 蒸发器的发展产品 除此之外 红旗高级轿车空调装置中还采用了外平衡式膨胀阀 制冷系统中采用了防止蒸发器结霜的蒸发压力调节阀 请化工部为制冷系统输氧管路 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 7 页 共 34 页 研制了丁腈橡胶材料 在制冷系统中设计有排气消声器和吸气消声器等 继一汽生产 汽车空调装置后 1981 年上海内燃机油泵厂为上海牌轿车研制了轿车空调装置 压 缩机也是六缸双向斜盘式结构 至此 国内主要两个轿车生产基地都有了自己的汽车 空调装置生产厂 4 图 1 2 为空调压缩机的实物图 图 1 2 空调压缩机 1 4 空调压缩机的前景 随着近几年经济的飞跃发展 行业集中度有所提高 供货进一步向大企业集中 气体压缩机产业向布局逐步合理的新局面发展 通过经济战略性重组的推进 不少劣 质企业退出 优秀企业已找准定位 突出主业 不断做大做强 达到强强联合 承担 起国家重大技术装备项目 在相关政策方面 为应对全球性金融危机对我国经济的影 响 早在 09 年年初 国家已经制定了一系列的刺激经济方案 重点调整振兴包括石 化 冶金等气体压缩机的下游产业在内的十大产业 这些措施对气体压缩机产业的发 展起到了积极的影响 这也是 2009 年下半年压缩机行业经济逐渐利好的主要原因 在开拓国际市场方面 压缩机行业应积极而谨慎地探索自己的国际化道路 目前 压 缩机行业国际化步伐缓慢 尤其是在 2009 年一整年中 压缩机出口形势都不容乐观 这主要表现在国内压缩机行业技术发展水平与国外同类企业存在一定差距 尤其是目 前还没有形成真正意义上的具有国际竞争力的大型国际企业集团 未来三年 我国石 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 8 页 共 34 页 油 化工 冶金 船舶 环保 清洁能源等行业将进一步发展 压缩机市场需求前景 依然看好 如大推力往复式压缩机 工艺螺杆压缩机 大排量无油压缩机 高压大排 量压缩机 机车配套压缩机 低噪声船用压缩机等 2012 年 是压缩机行业发展的新起点 预计行业未来呈现出新的发展态势 首先 是结构调整将有重大突破 当前我国压缩机行业存在一系列深层次的结构性矛盾 包 括总体产能过剩 低水平产能比重过大 企业规模小而且分散 产业集中度低 生产 力布局不合理现象依然存在 企业节能减排的任务重 科技创新能力不强 资源控制 力不强 保障体系建设滞后等 这些深层次的结构性矛盾 决定了 2010 年压缩机行 业必须下大力量 突出抓好结构调整 实现产业升级 认真解决影响压缩机行业发展 的重大问题 第二 行业内要大力推动共性技术研究开发 掌握核心技术 关键技术 的自主知识产权 当前 压缩机行业共性技术的科研经费投入不足 研究开发力量薄 弱 2010 年 各企业应加大在我国重点培育自主知识产权的技术装备研发力量 第三 进入加快发展制造服务业阶段 当前 压缩机行业存在一些不利于产业发展的缺陷 如缺少高端技术 企业规模偏小等 面临这些问题和激烈的市场竞争 压缩机企业极 需提高自身的核心竞争力 转变增长方式 在制造过程中重视服务 从市场调研 售 后 直到产品报废回收 努力为客户提供以知识密集 附加值高为特征的服务项目 则是压缩机企业实现可持续发展的一个关键内容 现代服务业大部分是以人力资本和 知识资本作为其主要投入 这对压缩机企业在解决发展 升级问题的同时 提升竞争 力也具有重要支撑作用 与国外往复式压缩机技术水平相比 我国的主要差距为基础理论研究差 产品技 术开发能力低 工艺装备和实验手段后 产品技术起点低 规格品种 效率 制造质 量可靠性差 另外 技术含量高和特殊要求的产品还满足不了国内需求 1 5 本章小结 本章从汽车空调着手 主要介绍了汽车空调的发展简史 作用和特点 接着介绍 了汽车空调制冷系统的组成和原理 最后介绍了空调压缩机的国内外发展现状 以及 它发展的前景 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 9 页 共 34 页 第二章 空调压缩机结构与原理 压缩机是制冷系统的心脏 无论是空调 冷库 化工制冷工艺等等工况都要压缩 机这个重要的环节来做保障 制冷压缩机种类和形式很多 根据原理可分容积型和速 度型两类 其中容积式是最为普遍的 那压缩机又是如何压缩气体的简单而说就是通 过改变气体的容积来完成气体的压缩和输送过程 任何动力设备都需要一个动力来作 功完成 压缩机也是一样 它需要一个电动机来带动 容积型压缩机又分为往复活塞 式和回转式两种 往复活塞式是通过活塞在气缸内做往复运动改变气体工作容积 空 调压缩机历史悠久 生产技术成熟 回转式压缩机包括刮片旋转式压缩机 螺杆式压 缩机 目前国内生产的空调器多采用旋转式压缩机 蜗杆式压缩机主要用于大型制冷 设备 现在一些大型商场办公楼内也有很多采用蜗杆式压缩机 2 1 空调压缩机的分类 根据工作原理的不同 空调压缩机可以分为定排量压缩机和变排量压缩机 1 定排量压缩机 定排量压缩机的排气量是随着发动机的转速的提高而成比 例的提高 它不能根据制冷的需求自动改变功率输出 而且对发动机油耗的影响比较 大 它的控制一般通过采集蒸发器出风口的温度信号 当温度达到设定的温度 压缩 机电磁离合器松开 压缩机停止工作 当温度升高后 电磁离合器结合 压缩机开始 工作 定排量压缩机也受空调系统压力的控制 当管路内压力过高时 压缩机停止工 作 2 变排量压缩机 变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出 空 调控制系统不采集蒸发器出风口的温度信号 而是根据空调管路内压力的变化信号控 制压缩机的压缩比来自动调节出风口温度 在制冷的全过程中 压缩机始终是工作的 制冷强度的调节完全依赖装在压缩机内部的压力调节阀来控制 当空调管路内高压端 的压力过高时 压力调节阀缩短压缩机内活塞行程以减小压缩比 这样就会降低制冷 强度 当高压端压力下降到一定程度 低压端压力上升到一定程度时 压力调节阀则 增大活塞行程以提高制冷强度 根据工作方式的不同 压缩机一般可以分为往复式和旋转式 常见的往复式压缩 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 10 页 共 34 页 机有曲轴连杆式和轴向活塞式 常见的旋转式压缩机有旋转叶片式和涡旋式 1 曲轴连杆式压缩机 这种压缩机的工作过程可以分为 4 个 即压缩 排气 膨胀 吸气 曲轴旋转时 通过连杆带动活塞往复运动 由气缸内壁 气缸盖和活塞顶面构成的工作容积便会发 生周期性变化 从而在制冷系统中起到压缩和输送制冷剂的作用 曲轴连杆式压缩机是第 1 代压缩机 它应用比较广泛 制造技术成熟 结构简单 而且对加工材料和加工工艺要求较低 造价比较低 适应性强 能适应广阔的压力范 围和制冷量要求 可维修性强 但是曲轴连杆式压缩机也有一些明显的缺点 例如无法实现较高转速 机器大而 重 不容易实现轻量化 排气不连续 气流容易出现波动 而且工作时有较大的振动 由于曲轴连杆式压缩机的上述特点 已经很少有小排量压缩机采用这种结构形 式 曲轴连杆式压缩机目前大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中 2 轴向活塞压缩机 轴向活塞式压缩机可以称为第 2 代压缩机 常见的有摇板式或斜板式压缩机 这 是汽车空调压缩机中的主流产品 斜板式压缩机的主要部件是主轴和斜板 各气缸以压缩机主轴为中心圆周布置 活塞运动方向与压缩机的主轴平行 大多数斜板式压缩机的活塞被制成双头活塞 例 如轴向 6 缸压缩机 则 3 缸在压缩机前部 另外 3 缸在压缩机后部 双头活塞在相对 的气缸中一前一后的滑动 一端活塞在前缸中压缩制冷剂蒸气时 另一端活塞就在后 缸中吸入制冷剂蒸气 各缸均配有高低压气阀 另有一根高压管 用于连接前后高压 腔 斜板与压缩机主轴固定在一起 斜板的边缘装合在活塞中部的槽中 活塞槽与斜 板边缘通过钢球轴承支承 当主轴旋转时 斜板也随着旋转 斜板边缘推动活塞作轴 向往复运动 如果斜板转动一周 前后 2 个活塞各完成压缩 排气 膨胀 吸气一个 循环 相当于 2 个气缸工作 如果是轴向 6 缸压缩机 缸体截面上均匀分布 3 个气缸 和 3 个双头活塞 当主轴旋转一周 相当于 6 个气缸的作用 斜板式压缩机比较容易实现小型化和轻量化 而且可以实现高转速工作 它的结 构紧凑 效率高 性能可靠 在实现了可变排量控制之后 目前广泛应用于汽车空调 3 旋转叶片式压缩机 旋转叶片式压缩机的气缸形状有圆形和椭圆形 2 种 在圆形气缸中 转子的主轴 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 11 页 共 34 页 与气缸的圆心有一个偏心距 使转子紧贴在气缸内表面的吸 排气孔之间 在椭圆形 气缸中 转子的主轴和椭圆中心重合 转子上的叶片将气缸分成几个空间 当主轴带动转子旋转一周时 这些空间的容 积不断发生变化 制冷剂蒸气在这些空间内也发生体积和温度上的变化 旋转叶式压 缩机没有吸气阀 因为叶片能完成吸入和压缩制冷剂的任务 如果有 2 个叶片 则主 轴旋转一周有 2 次排气过程 叶片越多 压缩机的排气波动就越小 作为第 3 代压缩机 由于旋转叶片式压缩机的体积和重量可以做到很小 易于在 狭小的发动机舱内进行布置 加之噪声和振动小以及容积效率高等优点 在汽车空调 系统中也得到了一定的应用 但是旋转叶片式压缩机对加工精度要求很高 制造成本 较高 4 涡旋式压缩机 这种压缩机可以称为第 4 代压缩机 涡旋压缩机结构主要分为动静式和双公转式 2 种 目前动静式应用最为普遍 它的工作部件主要由动涡轮与静涡轮组成 动 静 涡轮的结构十分相似 都是由端板和由端板上伸出的渐开线型涡旋齿组成 两者偏心 配置且相差 180 静涡轮静止不动 而动涡轮在专门的防转机构的约束下 由曲柄轴 带动作偏心回转平动 即无自转 只有公转 涡旋式压缩机具有很多优点 例如压缩机体积小 重量轻 驱动动涡轮运动的偏 心轴可以高速旋转 因为没有了吸气阀和排气阀 涡旋压缩机运转可靠 而且容易实 现变转速运动和变排量技术 多个压缩腔同时工作 相邻压缩腔之间的气体压差小 气体泄漏量少 容积效率高 涡旋式压缩机以其结构紧凑 高效节能 微振低噪以及 工作可靠性等优点 在小型制冷领域获得越来越广泛的应用 也因此成为压缩机技术 发展的主要方向之一 汽车空调压缩机与家用空调器的压缩机不同 它的负荷较大 运行工况相对恶劣 运行转速也经常变化 另外 由于压缩机靠皮带驱动 安装位置非常有限 车用空调 压缩机对外形尺寸的要求也非常严格 经过几十年的发展 汽车空调压缩机的结构形 式主要经历了以下几种结构类型 4 5 曲轴连杆式 属传统结构 工艺成熟 可靠性好 但震动较大 排气脉冲较大 容易产生噪音 斜板式 分回转斜盘式 双向活塞 和摇摆斜盘式 单向活塞 两种 现在应用 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 12 页 共 34 页 最多的机型 滚动活塞式 体积小 重量轻 效率高 但扭矩波动角度 涡旋式 结构紧凑 高效节能 微振低噪 可靠性高等特点 旋叶式 由于体积小 重量轻 启动力矩小 力矩平衡性能好等优势 成为一 种很有发展希望的新机型 2 2 汽车空调压缩机的特殊要求 制冷压缩机是汽车冷气系统的心脏 是推动制冷剂在冷气系统中不断循环的动 力 起着输送制冷剂蒸气 保证制冷剂循环正常工作的作用 6 10 由于这种压缩机是用在汽车空调上 在性能方面的要求就与一般用途的压缩机不 同 因此 对汽车空调压缩机在性能和结构上提出了下列特殊要求 1 要求在低速行驶或怠速时具有效率高 制冷能力强的特点 而在高速行驶时 要求输入功率低 这样不仅能节省油耗 而且能降低发动机用于空调方面的功率消耗 提高汽车动力性 2 对于轿车等车型的汽车来说 压缩机必须在发动机和水箱风扇之间的有限空 间内安装固定 因此要求压缩机的体积和质量都要小 3 汽车在高温怠速情况下 发动机舱里的压缩机温度可达成 120 汽车行驶 时颠簸振动也很大 要求压缩机在高温和颠振的情况下能正常工作 4 对汽车的不利影响要小 要求压缩机运转平稳 噪声低 振动小 开 停压 缩机时对发动机转速的影响不应太大 启动扭矩要小 工作可靠 5 由于压缩机采用开式结构 要能经受恶劣的运行条件 对密封性能要求高 2 3 活塞斜板式压缩机的结构原理 空调压缩机包括 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 8 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 13 页 共 34 页 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 空气压缩机的内部原理图 如图 2 1 所示 图 2 1 压缩机内部结构图 空调工作过程如下 1 压缩过程 压缩机吸入蒸发器出口处的低温抵压的制冷剂气体 把它压缩成 高温高压的气体排除压缩机 2 放热过程 高温高压的过热制冷剂气体进入冷凝器 由于压力及温度的降低 制冷剂气体冷凝成液体 并放出大量的热 3 节流过程 温度和压力较高的制冷剂液体通过膨胀装置后体积变大 压力和 温度急剧下降 以雾状 细小液滴 排除膨胀装置 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 14 页 共 34 页 4 吸热过程 雾状制冷剂液体进入蒸发器 因此时制冷剂沸点远低于蒸发器内 温度 故制冷剂液体蒸发成气体 在蒸发过程中大量吸收周围的热量 而后低温低压 的制冷剂蒸气又进入压缩机 9 上述过程周而复始进行下去 便可达到降低蒸发器周围空气温度的目的 制冷循 环就是利用有限的制冷剂在封闭制冷系统中 周而复始地将制冷剂压缩 冷凝 膨胀 蒸发 在蒸发器中吸热汽化 对乘室内空气进行制冷降温 下图是其构造图 2 2 图 2 2 压缩机构造图 1 高压 2 低压 3 顶部 4 活塞 5 转轴 6 斜盘 7 调节阀 2 4 本章小结 本章节主要介绍了汽车空调压缩机按照工作原理不同分为定排量压缩机和变排 量压缩机 按照工作方式的不同 一般可以分为往复式和旋转式 常见的往复式压缩 机有曲轴连杆式和轴向活塞式 常见的旋转式压缩机有旋转叶片式和涡旋式 介绍了 汽车空调压缩机的特殊要求 还特别介绍了活塞斜板式压缩机的工作原理 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 15 页 共 34 页 第三章压缩机测绘 3 1 测绘的意义和过程 当在产品设计 改进设计或积累技术资料时 常常需要进行装配体测绘 测绘过 程是在了解部件工作原理的基础上 绘出部件装配示意图 测量并绘制出零件的草图 然后由零件草图及装配示意图整理绘制装配图 再由装配图拆画出全套零件工作图 零件测绘是对装配体中的的零件实物进行绘图 测量和确定技术要求的过程 非标件应绘制 零件草图 并测量标注全部尺寸和技术要求 9 零件测绘的方法和步骤 1 了解和分析测绘对象 2 了解零件的名称 用途 材料以及它在部件中的位置和作用 对零件进行 结构分析和加工方法的分析 3 确定视图表达方案 4 将零件归类 按零件的加工位置或工作位置确定主视图 再按零件的内外 结构特点选用必要的其他视图和剖视 剖面等表达方法 视图表达方案要求完整 清 晰 简明 使零件形状唯一确定 5 绘制零件草图 徒手绘制草图不用绘图仪器和工具 而按目测比例徒手画 出图样 草图仍应基本做到 图形正确 线型分明 比例匀称 字体工整 图面整洁 草图绘制要求速度快 6 零件尺寸的测量 零件上全部尺寸的测量应集中进行 这样不但可以提高工 作效率 还可以避免错误和遗漏 测量零件尺寸时 将测量的尺寸对应的标注在绘制 的零件草图上 应根据零件尺寸的精确度选用相应的量具 常用的量具有钢尺 卡钳 游标卡尺和螺纹规 圆弧规等 3 2 压缩机零件的测绘 在本设计中测量的是活塞斜板式汽车空调压缩机 选用游标卡尺对压缩机主要零 件进行测绘 此压缩机的主要零件有 电磁离合器 斜板轴 活塞 弹片阀 压缩机 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 16 页 共 34 页 缸体 前后端盖 3 2 1 电磁离合器 电磁离合器的作用是根据需要接通和断开发动机与压缩机之 间的动力传递 其 工作是受温度控制器 空调开关 a c 压力开关 环境温度监 测开关等元件的控制 电磁离合器安装在压缩机皮带盘内而成为压缩机总成的一部 分 主要由电磁线圈 皮带轮 结合盘 轴承等部件组成 当电磁线圈不通电时 在 3 个弹簧片的作用下 使衔铁与皮带盘外端面之间保持 一定的间隙 约 0 4 mm 1 0 mm 皮带盘在曲轴皮 带带动下而空转 压缩机不工作 当电磁线圈通电时 在皮带盘外端面产生很强的 电磁吸力 在铁紧紧地吸附在皮带 盘端面上 皮带盘便通过结合盘带动压缩机轴一 起转动而使压缩机工作 10 电磁离合器的工作原理当电流通过离合器绕组时 产生较强的磁场 使压缩机的 转动盘和自由转动的皮带轮结合 从而驱动压缩机主轴旋转 电磁离合器也可以当空 调控制器把电流截断 磁场就消失 靠弹簧作用驱动盘和皮带轮脱开 压缩机便停止 工作 电磁离合器的结构主要结构是电磁线圈固定在前缸盖 嵌藏在带轮的凹槽内 如 图 3 1 所示 前缸盖凸缘压装轴承 而带轮装在轴承上 衔铁和前压板用三片弹簧铆 接 当电磁线圈通电时 磁场吸引衔铁 并克服弹簧力 将前压板也吸引结合在一起 紧贴皮带轮 压板上的轴套套装在压缩机主轴上的键 这样 皮带轮带动衔铁 压板 再驱动主轴转动 压缩机开始工作 图 3 1 离合器零件分解图 1 压板2 带轮3 滚珠轴承4 电磁线圈5 压缩机6 弹簧片 3 片 7 衔铁 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 17 页 共 34 页 3 2 2 斜板轴 1 结构特点 在压缩机主轴与传动板之间增加了一个既可以在主轴上滑动又可以在传动板内 孔摆动的滑套 滑套与传动板通过两个同心短销连接 主轴上装有驱动杆 以驱动传 动板转动 驱动杆与传动板之间通过长销构成活动连接 驱动杆上开有腰形槽 这样 在主轴旋转运动时 传动板在外力推动下 既可旋转又可轴向摆动 传动板的摆动带 动了摆盘的摆动 从而改变活塞行程 实现排气量的调节 11 其主要部件有主轴 主 轴滑套 驱动杆及传动板组件 斜板的简体尺寸如图 3 2 所示 图 3 2 斜板轴 图 3 2 中 d1 12 5 mm h1 9 mm d2 14 5 mm h2 17 5 mm d3 17 5 mm l1 24 5 mm d4 92 1 mm 3 2 3 活塞 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 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 18 页 共 34 页 摆盘和传动板之间装有滚动轴承 见图 3 3 变滑动摩擦为滚动摩擦 为保证传 动板推动摆盘运行平稳 摆盘装有滑履 导向球 见图 3 4 滑履和导向球构成万向 节 导向球在导向杆上滑动 使摆盘平稳的往复运动 在其中起到导向和防摆盘旋转 的作用 空调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 筒形活塞组的主要结构如下图 3 4 所示 图 3 3 摆盘和传动板之间的滚动轴承图 3 4 摆盘与活塞组件 1 摆盘滑履 2 摆盘 图 3 3 中轴承的最大外径尺寸为 d 80 mm 轴承内径尺寸为 d 57 3 mm 活塞尺寸如图 3 5 所示 图 3 5 活塞 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 19 页 共 34 页 图 3 5 中 h1 36 mm d1 6 mm h2 2 5 mm d2 34 9 mm h3 3 mm h4 17 mm 活塞材料的一般用 20 钢和 20cr 钢制的 外圆柱表面硬度为 hrc57 67 各点硬 度差不大于 3 个 hrc 单位 12 硬化层的显微组织应符合以下规定 1 渗碳层影视细密的马氏体组织 不允许 有针状或连续网状的游离渗碳体 2 高频淬火硬化层应是细针状的马氏体组织 其 转变区为索氏体组织 并允许有碳素体的晶粒存在 外圆表面不允许有裂纹 凹痕 擦伤 斑疤以及肉眼可见的非金属夹杂物等缺陷 销子加工完后 应进行磁粉探伤 不得有裂纹 3 2 4 弹片阀 弹片阀在压缩机缸体的底部 在缸体和底端盖的中间 外圈的孔是吸气孔 上面 有弹片 压缩机缸内活塞运动时 运动到活塞的上止点时 压力向上 会把活塞对应 的吸气孔上的弹片吸起 通过吸气孔来吸气 内圈的孔是排气孔 在孔的下面有弹片 压缩机缸内活塞运动时 运动到活塞的下止点时 压力向下 会把活塞对应的排气孔 上的弹片弹开 通过排气孔来排气 弹片阀的简单尺寸如图 3 6 所示 图 3 6 弹片阀 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 20 页 共 34 页 图 3 6 中外面一圈的 5 个圆孔是吸气孔 d1 9 mm 内圈的 5 个圆孔是排气孔 d2 9 mm d1 弹片阀的整体外径是 d3 118 4 mm 阀板上面的弹片在工作时需要承受 很大压力 所以一般弹片都以进口材料精密加工制造疲劳强度特高 3 2 5 缸体 缸体是压缩机进行气体压缩的关键部位 它关系到整个压缩机的摩擦 泄露和效 率 直接影响到压缩机的性能 其简单尺寸如图 3 7 所示 图 3 7 缸体 图 3 7 中 d1 是活塞缸尺寸为 35 mm d2 是活塞转销的孔尺寸为 23 mm d3 是缸体的内直径尺寸为 106 mm h1 63 6 mm h 112 3 mm 活塞高速地在活塞缸内转动 缸体承受的摩擦非常大 因而缸体要选择耐磨的材 料 又为了减轻压缩机的总体质量和经济性及材料来源的方便性等综合考虑一般选用 硼合金铸铁为气缸材料 3 2 6 前后端盖 前端盖简体尺寸如图 3 8 所示 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 21 页 共 34 页 图 3 8 前端盖 图 3 8 中 d1 14 mm h1 12 mm d2 15 mm h2 8 mm d3 18 mm h3 48 5 mm d4 94 mm d5 109mm 前端盖与斜板上的转轴配合 通过电磁离合器把动力转到斜板转轴上 来带动整 个压缩机工作 后端盖简体尺寸如图 3 9 所示 图 3 9 后端盖 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 22 页 共 34 页 图 3 9 中 d1 孔是排气孔 连通的是弹片阀上内圈的排气孔其尺寸 d1 19 mm d2 孔是吸气孔 连通的是弹片阀上外圈的吸气孔其尺寸 d2 22 mm d 是整个后端盖的 外径 d 117 9 mm 在前端盖与斜板转轴之间有油道 以便润滑油可以对轴承等需要润滑的零件进行 润滑 延长其工作寿命 前后端盖的材料一般都是从这几方面考虑 1 从实用性来考虑 2 从经济性来考虑 3 从减轻重量来考虑 从这三点作为基本参考方向确定选用前后端盖的材料 3 3 本章小结 本章节介绍了测绘的意义和零件简单的测绘方法步骤 主要介绍了活塞斜板式压 缩机的主要零件 电磁离合器 斜板轴 活塞 弹片阀 压缩机缸体 前后端盖测绘 后的简单尺寸以及简单构造作用和材质 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 23 页 共 34 页 第四章 空调压缩机的三维建模 4 1 solidworks 软件介绍 solidworks 软件是世界上第一个基于 windows 开发的三维 cad 系统 14 solidworks 软件功能强大 组件繁多 solidworks 功能强大 易学易用和技术创 新是 solidworks 的三大特点 使得 solidworks 成为领先的 主流的三维 cad 解决 方案 solidworks 能够提供不同的设计方案 减少设计过程中的错误以及提高产品质 量 solidworks 不仅提供如此强大的功能 同时对每个工程师和设计者来说 操作简 单方便 易学易用 solidworks 软件的特点 1 在 solidworks 中 当生成新零件时 你可以直接参考其他零件并保持这种 参考关系 在装配的环境里 可以方便地设计和修改零部件 对于超过一万个零部件 的大型装配体 solidworks 的性能得到极大的提高 2 solidworks 提供了生成完整的 车间认可的详细工程图的工具 工程图是 全相关的 当你修改图纸时 三维模型 各个视图 装配体都会自动更新 3 solidworks 用捕捉配合的智能化装配技术 来加快装配体的总体装配 智 能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系 4 solidworks 可以动态地查看装配体的所有运动 并且可以对运动的零部件 进行动态的干涉检查和间隙检测 5 用智能零件技术自动完成重复设计 智能零件技术是一种崭新的技术 用 来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中 而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的 装配 6 从三维模型中自动产生工程图 包括视图 尺寸和标注 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 24 页 共 34 页 4 2 电磁离合器的三维建模 运用 solidworks 软件 通过草绘命令 画出两个圆环 经拉伸命令得出连线装 置的整体尺寸 其次 以其中的一端面为基准面 切除连接孔的尺寸 通过阵列命令 得出整周的连接尺寸 如图 4 1 所示 图 4 1 连线装置图 4 2 电磁离合器部件 通过草绘命令 画出圆行尺寸 经拉伸命令得出带螺纹部分的整体尺寸 其次 以其中的一端面为基准面 通过草绘命令 拉伸出圆环的厚度尺寸 最后 在大圆面 上绘制螺旋线 经扫描命令 得出螺纹形状 其他部分的小孔 经阵列命令得出 如 图 4 2 所示 电磁离合器端盖的三维建模过程由下 首先经拉伸命令绘制圆片尺寸 绘制完后 通过阵列命令进行修饰 得出整体的外观尺寸 如图 4 3 所示 图 4 3 电磁离合器端盖 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 25 页 共 34 页 电磁离合器连接法兰的三维建模如下 经拉伸命令得出圆盘尺寸 建立基准面 在基准面上绘制圆环 经拉伸切除命令 得出沟槽 其次经过拉伸切除 阵列命令得 出其他形状的尺寸 如图 4 4 所示 图 4 4 电磁离合器连接法兰图 4 5 电磁离合器装配图 当电磁离合器的所有零部件绘制完成后 对其进行装配 在装配中 用到同心 重合命令 电磁离合器的装配图如图 4 5 所示 4 3 活塞体三维建模 首先草绘一个圆形 经拉伸命令拉出一个圆柱 建立基准轴 绘制一个封闭的半 环体 对其进行旋转 得出活塞杆的外形尺寸 如图 4 6 所示 图 4 6 活塞杆图 4 7 活塞 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 26 页 共 34 页 活塞的三维建模如下 以前视图为基本视图 草绘一个圆形 经拉伸命令得出圆 盘尺寸 建立基准面 在基准面上绘制圆环 经拉伸切除命令 得出沟槽 经拉伸切 除命令得出连接孔尺寸 如图 4 7 所示 活塞连接支架的三维建模过程如下 以前视图为基本视图 通过草绘命令 画出 圆行尺寸 经拉伸切除命令切除圆盘边的形状 以前端面为基准面 通过拉伸命令得 出端面上面的形状 连接安装孔由阵列命令得出 活塞连接支架的正面和侧面的三维 图如图 4 8 4 9 所示 图 4 8 活塞连接架正面图 4 9 活塞连接架侧面 锥齿轮的三维建模过程如下 以前视图为基本视图 通过草绘命令 画出圆形尺 寸 指定平移尺寸 建立基准面 在基准面上一个小圆 经放样命令 绘制椎体 分 别在两个不同的基准面上绘制渐开线齿形 经放样命令 得出锥齿轮的形状 建立基 准轴 以基准轴为阵列中心 经阵列命令得出剩余齿的分布 如图 4 10 所示 图 4 10 锥齿轮图 4 11 圆柱轴承 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 27 页 共 34 页 圆柱轴承的三维建模过程如下 以前视图为基本视图 通过草绘命令 画出圆形 尺寸 得出圆环的整体尺寸 以上视图为基准面 切换至草绘命令 建立一条中心线 在中心线的一侧建立封闭曲线 通过旋转命令 得出圆柱滚子的形状 同时建立基准 轴 以基准轴为阵列中心 以圆柱滚子为阵列滚子为阵列对象 得出其他滚子的形状 如图 4 11 所示 通过拉伸命令得出圆柱滚子轴承的密封片 如图 4 12 所示 图 4 12 密封片图4 13 活塞装配体 活塞装配体的三维建模如下 打开软件 点击新建命令 打开装配体 点击添加 部件 选中活塞支架命令 再点击添加部件菜单 在文件目录下选择活塞杆 运用同 心命令将活塞杆的圆头与支架的三自由度臼口连接 通过装配体中的阵列命令 将活 塞杆阵列 活塞杆的装配与活塞的装配方法相同 锥齿轮选用同心重合命令来安装 圆柱轴承以及轴承密封片的安装也采用同心重合命令来完成 装配体的三维建模如图 4 13 所示 4 4 前 后端盖的三维建模 前端盖的三维建模过程如下 以前视图为基本视图 通过草绘命令 画出圆形尺 寸 得出圆环的整体尺寸 经拉伸命令得出端盖的整体尺寸 以端盖的上端面为基准 面 通过拉伸切除命令得出轴的支撑孔 其次 建立端面的连接法兰 然后在法兰上 面的孔经切除命令得到 同时建立基准轴 以基准轴为阵列中心 以法兰安装孔为阵 列对象 前端盖的其他部分的三维模型 最后 将其他零部件用螺栓固定 如图 4 14 所示 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 28 页 共 34 页 图 4 14 前端盖图 4 15 后端盖 后端盖的三维建模过程如下 以前视图为基本视图 通过草绘命令 画出圆形尺 寸 得出圆环的整体尺寸 经拉伸命令得出端盖的整体尺寸 以端盖的上端面为基准 面 通过阵列命令得出花纹的形状 后端盖的进气出气管道上面的螺纹有扫描命令完 成 其次建立端面的连接法兰 法兰上面的孔经切除命令得到 同时建立基准轴 以 基准轴为阵列中心 以法兰安装孔为阵列对象 以端盖的上端面为基准面 通过拉伸 切除命令得出内孔直径 其次 经阵列命令建立缸体的上下法兰 法兰上面的孔经切 除 阵列命令得到 前端盖的其他部分的三维模型 最后 将其他零部件用螺栓固定 如图 4 15 所示 4 5 缸体的三维建模 缸体的三维建模过程如下 以前视图为基本视图 通过草绘命令 经拉伸命令得 出绘制出圆柱整体尺寸 以端盖的上端面为基准面 通过拉伸切除命令得出内孔直径 其次 经阵列命令建立缸体的上下法兰 法兰上面的孔经切除 阵列命令得到 活塞 孔的尺寸也是由切除 阵列得到 如图 4 16 所示 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 29 页 共 34 页 图 4 16 缸体 4 6 轴的三维建模 轴的三维建模过程如下 通过草绘命令 画出圆尺寸拉伸凸台 拉成圆柱 经过 新建和调整新建基准面 去掉新建基准面小半面得到斜盘斜面 通过旋转凸台和剪切 实体命令 在柱面得到内切半圆环 再以圆柱上视面为基准面 通过拉伸切除得到内 半圆环 通过异形孔命令得到圆孔 经拉伸得出阶梯轴的整体尺寸 最后 在最小直 径轴面上绘制螺旋线 经扫描命令 得出螺纹形状 轴的三维模型如图 4 17 所示 图 4 17 轴 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 30 页 共 34 页 4 7 空调压缩机的装配 打开 solidworks 软件 进入装配体模式 首先建立电磁器和活塞的局部装配体 打开总装配 体 选择添加部件命令 打开缸体零件 其次打开弹片零件 选择同心命令 将弹片与缸体的同 心 其次选择重合命令 将弹片的上边面选中 再选择缸体的下表面 即完成弹片的装配过程 后端盖的装配过程 打开后端盖零件 选择同心命令 将后端盖与弹片的同心 其次选择重合命 令 将弹片的上边面选中 再选择弹片的下表面 即完成后端盖的装配过程 活塞连杆的装配过 程 将装配好的活塞连杆作为添加部件 选择活塞支架的中心 与缸体的中心对其 选择单个活 塞的中心 与缸体的各个活塞缸中心对其中心 即完成活塞杆的安装 前端盖 电磁器的安装同 上述一样 装配图如图 4 18 所示 图 4 18 空调压缩机的装配体 爆炸图生成 切换到 configurationmanag 右击装配体配置 选择 添加配置 配置名称 爆炸视图 单击 确定爆炸方向 输入距离 按应用 然后按完成 也可 以在装配体里 有生成爆炸视图的按钮 点击即可 在依次选中各零部件 通过生成 的坐标轴拉伸 可以随意的拉伸长度 放置在适当的位置即可即 可得装配图如图 4 19 所示 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 31 页 共 34 页 图 4 19 空调压缩机的爆炸视图 4 8 本章小结 运用 solidworks 软件以前视图为基本视图 通过草绘命令 经拉伸 阵列 切 除 放样 扫描等命令建立了连线装置 电磁离合器部件 电磁离合器端盖 电磁离 合器连接法兰 电磁离合器装配图 活塞杆 活塞 活塞连接架 锥齿轮 圆柱轴承 密封片 活塞装配体 前端盖 后端盖 缸体 轴和空调压缩机的装配体 通过对以 上零部件的三维设计 使我掌握了三维软件的基本功能 为以后的工作打下了坚实的 基础 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 32 页 共 34 页 总结 汽车空调装置已成为汽车中具有举足轻重的功能部件 而压缩机又是汽车空调中 的最重要的部件 汽车空调压缩机的种类很多 不但可以根据工作原理的不同 空调压缩机可以分 为定排量压缩机和变排量压缩机 还可以根据工作方式的不同 一般可以分为往复式