活塞式压缩机的设计毕业论文.doc

活塞式压缩机的设计毕业论文目 录摘 要IAbstractII第1章 引 言11.1 压缩机的作用及用途11.1.1 压缩机的作用11.1.2 压缩机的用途11.2 压缩机的国内外发展历史11.2.2压缩机的国内发展历史11.2.2压缩机的国外发展历史11.3 本次设计的介绍1第2章 压缩机的总体设计22.1 主机结构方案的选择22.1.1 结构型式的选择22.1.2 级数的选择及压力比分配32.1.3 列数的选择及气缸的排列42.2 主要结构参数的确定42.3 驱动机的选择5第3章 热力计算63.1 原始数据63.2热力计算63.2.1总名义压力比63.2.2各级压力比分配73.2.3各级名义压力73.2.4各级排气温度83.2.5各级排气系数93.2.6各级气缸的行程容积113.2.7各级气缸直径123.2.8各级名义压力及温度修正123.2.9 活塞力143.3 复算排气量163.3.1 复算163.3.2 第一次复算183.3.3 复算排气量193.4压缩机功率203.4.1 指示功率203.4.2 轴功率213.4.3 电机功率213.4.4 电动机型号213.4.5 比功率22第4章 活塞组件设计234.1结构形式及选材234.2活塞的设计234.2.1设计计算244.3活塞环选材及设计274.3.1选材274.3.2设计计算284.4活塞杆选材及校核314.4.1选材314.4.2稳定性校核314.4.3凸台比压校核334.4.4静强度和疲劳强度校核34第5章 连杆组件机械设计395.1结构型式及材料的确定395.1.1结构型式395.1.2材料405.2结构设计425.3强度校核465.4 连杆螺栓的设计525.4.1主要尺寸的确定525.4.2连杆螺栓的计算54第6章 压缩机主要零部件选型606.1 活塞组件606.2 气阀组件606.3 冷却系统606.4 润滑系统606.5 气量调节系统60第7章 结 论61参考文献62致 谢63 III沈阳工业大学工程学院本科生毕业设计（论文）第1章 引 言1.1 压缩机的作用及用途1.1.1 压缩机的作用 压缩机是压缩气体提高气体的压力并输送气体的机械。1.1.2 压缩机的用途压缩机的用途极为广泛，遍布工农业、交通运输、国防甚至生活的各个领域。按照气体被压缩的目的，大致可区分为如下四类：我国的压缩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6。1.2 压缩机的国内外发展历史1.2.2压缩机的国内发展历史1.2.2压缩机的国外发展历史1.3 本次设计的介绍第2章 压缩机机组结构设计2.1主机结构设计2.1.1结构型式压缩机型式的基本特征是压缩机汽缸中心线的空间位置，按照汽缸中心线的位置，活塞式压缩机可分为立式、卧式与角式三大类，每种又可分为有十字头与无十字头两种，这些型式各有优缺点，适合于不同的场合。2.1.2级数及气缸(1)压缩机的列数压缩机的列数是指气缸中心线数或连杆数，有单列与多列之分。从动力平衡的角度看，多列机可以得到较好的惯性力平衡性与切向力均匀性，所以机器转速可较高，基础也可较小；功率相同的机器，列数多者的活塞力小，运动机构就轻巧，而且每列串的级数较少，拆装也方便。但列数过多则结构复杂，易损件数量与泄露点增加，所以压缩机的列数是由机器的型式、排气量、级数与活塞力的大小等综合考虑要决定的。通常活塞力（222） 时，取24列；所以本设计取2列。级在列中的配置原则是指级在各列中以及在一个列中的排列次序，它是列数确定后对结构方案影响最大的因素。(2)级的配置原则应争取各列内外止点时的最大活塞力的相等对某一刻，这个要求可用运动机构利用系数来表示，系数接近1最好，这时活塞往返行程的最大活塞力接近，曲柄连杆机构的强度在往返行程中得到充分利用，从而机构重量轻，惯性力小，机械效率也高。而且由于往返行程的功耗相近，切向力也较均匀，飞轮也可作地小些。一列中配一级时，作成双作用缸时的较大。力求泄漏最小泄漏取决于密封压差、密封周长、间隙及润滑剂等，所以相邻两缸的级次应相近，以减少压差，降低泄露，高压级尽量设在盖侧，这样填料设在低压侧，所以泄露也可以减少。应注意降低流动损失和减少气流脉动同一级设有几个缸时，应让各缸的吸气和排气按时间错开，以减少级间管道与设备中的气流脉动。根据参考书1表1-3，选择压缩机的级数为2级，每缸都是双作用。(3)气缸形式气缸是构成工作容积实现气体压缩的主要部件。在气缸设计时，除了考虑强度、刚度与制造外，还应注意以下几个问题：气缸的密封性、气缸内壁面耐磨性以及气缸、填料的润滑性能要好。通流面积要大，弯道要少，以减少流动损失。余隙容积要小，以提高容积系数。冷却要好，以散逸压缩气体时产生的热量。进排气阀的阀腔应被冷却介质分别包围，以提高温度系数。应避免温差应力引起的开裂等。按冷却方式分，有风冷气缸与水冷气缸；按活塞在气缸中的作用方式分，有单作用、双作用及级差式气缸。本设计采用双作用水冷式气缸结构，其中第一级和第二级均为水平列，气缸轴线夹角和曲轴错角均为180，即对动式结构。2.1.3参数的确定压缩机的主要结构参数是转速、活塞平均速度、活塞行程，它反映了机器的结构面貌和工作特征，三者的关系是 （2-1）式中：活塞平均速度，； 转速，； 活塞行程，。(1)转速设计压缩机时，同样的排气量，转速取得高，则机器的尺寸小，重量轻，并有可能与电机直联，占地面积小；电动机也是如此，同样功率的电机，转速高的尺寸小，价格也便宜，所以转速高的压缩机机组总的经济性好些，正因如此，现代压缩机的转速趋向于提高。但提高转速需克服一系列的设计、制造与材料方面的问题，如会使惯性力过大而引起机器振动加剧；转速过高会使易损件寿命降低，比如使活塞环、填料、十字头、连杆轴瓦等的磨损加快，特别是气阀阀片的寿命与转速的提高成反比例降低；转速的提高还使气流通道与气阀中的阻力增加等。另外，若转速增加使得惯性力超过最大活塞力，则运动机构的设计将以最大惯性力为依据，这样的运动件，其强度在压缩机工作过程中得不到充分利用，机器笨重，浪费材料。根据参考书1表2-10，取压缩机的转速(2)活塞平均速度转速提高导致活塞平均速度提高，而活塞平均速度的增加又会使易损件的寿命低并增加摩擦功耗，这是因为提高则单位时间内活塞环、十字头、填料等在单位时间内的摩擦距离增加了；另一方面，活塞平均速度的提高还会导致气流通道的尤其是气阀的阻力增加，所以活塞的平均速度也有一个限值范围；对于采用环状阀的压缩机，大型机取下限；对迷宫压缩机，为减少泄露；聚四氟乙烯密封环压缩机考虑到活塞的寿命，超高压压缩机为了保证摩擦副的耐久性，；乙炔压缩机从安全考虑，。本设计。(3)活塞行程转速与活塞平均速度确定后，行程可由1式1-222确定，但还应考虑其他因素，如行程应按压缩机的三化标准取标准值；如要考虑压缩机的结构特点，立式及角度式机行程宜取得比卧式机小些，以免高度太大；另外，还有一个行程与第一级缸径比的取值问题；若取得太大，则机身较长而笨重；若取得过小，则活塞直径过大使活塞力太大，运动机构也将变得笨重，而且虽然气缸直径大、气阀安装方便，但过大又会使气缸接管安装空间减少，还影响到热交换与泄露等等。根据参考书1式1-222取。2.2辅助设备设计压缩机的辅助设备包括，润滑、冷却、气量调节、管路与管路附件等，它们对压缩机的运行有十分重要的关系。2.2.1冷却系统活塞式压缩机冷却系统由中间冷却器、气缸和填料的水套、润滑油冷却器、后冷却器、水管路以及其他附件组成。(1)冷却系统的配置原则保证进入中间冷却器的水温，在系统中为最低；而气缸和填料水套的进水温度不应过低。风冷式压缩机，最冷空气要先进入冷却器，故多为吸风式。经济性好，即系统耗水量小，管路简单。运行时检视和调节水量方便。(2)冷却系统配置的基本方案本设计采用串联水冷系统。冷却水首先进入中间冷却器，然后依次进入气缸水套，最后经后冷却器排除。串联冷却系统适用于两级压缩机，三级以上不予应用。它的优点：耗水量小，管路简单，检视和调节水量、水温的装置较少；缺点是：导管截面尺寸较大，安装不便，特别是各冷却部分不能单独调节，当密封性受破坏时，气体泄入冷却水中，无法检视其破坏位置。(3)冷却给水要求空气压缩机的给水压力一般在0.070.3Mpa之间，冷却给水量可按热力学进行计算，通常空气压缩机的冷却水的进口温度在10以上，在夏季，实际温差可能只有23，此时所需水量也大些。冷却水质应近中性，pH值应在6.59.0之间，悬浮物含量应小于等于100mg，当用循环系统供水时，水质的热稳定性应按工业循环冷却水处理设计规范进行。在条件适合时，可用软化水复用或软化水循环使用。靠近江河水源方便，采用直流系统供水时，为防止碳酸盐结垢，排水温度不应超过一定的值。(4)冷却器冷却器的结构一般有蛇管式、淋洒式、套管式及管壳式。本设计采用管壳式冷却器，该冷却器主要由筒体、封盖、芯子组成。芯子由一束胀接在两头管板上的换热管，折流管，旁路挡板，拉杆和定距管所组成。此类冷却器的冷却水一般是在管内流动，而气体在管间流动。该冷却器结构简单，清洗方便。2.2.2润滑系统运动零件的摩擦表面需要润滑，当摩擦表面为非自润滑材料时，一般用液体作润滑剂，活塞式压缩机大多数零件的润滑就属于这种情况，这是本节要讨论的内容。(1)活塞式压缩机润滑的目的降低摩擦功耗；减少零件磨损；冷却摩擦表面，防止烧伤咬死；清除摩擦面杂志和预防锈蚀等。另外，对气缸与填料部位的润滑还有加强气缸工作容积密封的作用。(2)活塞式压缩机润滑的特点其润滑系统分为内部润滑与外部润滑两部分，气缸与填料的润滑属于内部润滑，气缸以外曲轴连杆等运动机构的润滑属于外部润滑。在内部润滑中，润滑油与高温、高压的被压缩气体直接接触，需采用特殊的专用润滑油，如压缩机油、专用润滑油或其它专用油。外部润滑中，润滑油不与被压缩气体接触，可采用一般的机械油，当然也可采用压缩机油。小型无十字头压缩机中，运动部件与气缸用同一润滑油系统，共用内部润滑用的润滑油压缩机油。外部系统润滑中，为起冷却冲洗作用，润滑油用量很大，是循环使用的。内部润滑系统中，润滑油用量很小，是一次性使用，油以每分钟数滴速度，压力注入气缸与填料，并被压缩气体带走。(3)内部润滑气缸的润滑方式由于本设计的活塞环采用聚四氟乙烯材质，故气缸为自润滑。填料的润滑方式填料的润滑也属于内部润滑，润滑的部位是活塞杆与填料的相互摩擦表面，它采用压力润滑，一个点配一个注油器，一般一个填料函设一个注油点。当气体压力大于50个大气压时，设置两个注油点。注油器填料用与气缸用的注油器是数个集装在一起统一驱动的，每个注油器均为一个真空滴油式柱塞泵。内部润滑用油因为内部润滑用油与被压缩的高温高压气体接触，所以对它的质量有一些特殊的要求。一般来说，空气压缩机内部润滑采用压缩机油；其它气体压缩机则视气体性质或采用专用润滑剂或仍采用压缩机油。(4)空气压缩机对内部润滑用油的基本要求在高温高压下应仍有适当的粘度。良好的抗氧化性。积炭倾向要小。腐蚀性小。适当的闪点与高的自燃点。(5)外部润滑 外部润滑是指曲柄连杆机构的润滑，除了微、小型机的曲柄连杆靠飞溅润滑外，其余的主要都是靠压力进行循环润滑。为冲洗与冷却摩擦表面，并在轴承处产生足够的油膜压力，外部润滑需采用流量较大的油泵。外部润滑油一般采用机械油，也可以采用压缩机油。按传动方式外部润滑的分类主机驱动方式：主轴直接传动油泵，曲轴箱又当作循环油箱，这种方式多用于中小型压缩机。采用这种方式时，在压缩机启动前，应事先人工摇转油泵注油，以避免干磨。单独电动机驱动方式：大型压缩机的油泵及油路部件较大，需另用电动机驱动油泵。采用这种方式时，在压缩机开启前，应事先启动电动机带动油泵注油，以避免干磨。这两种方式的油路都是循环的，而且在油路上设了过滤器与冷却器。曲轴连杆机构的润滑油路一般曲轴与连杆的内部都设有油孔。曲轴连杆机构的润滑油路有很多形式，本设计采用：油泵曲轴中心孔连杆大头连杆小头十字头滑道油箱油泵。对曲轴的滑动轴承，一般用油泵进行压力润滑。此外，还有几个补充来油，在曲轴功率输入端，机身有一集油槽，它可补充部分润滑油进入有轴承，同时，轴上为了防止油外泄设有的由甩油圈与反向螺纹组成的轴封也可以补充部分润滑油。在曲轴左侧，曲轴中心孔接受来自齿轮泵的润滑油，从该孔的密封圈泄露出的小部分油，也会进入左轴承，补充润滑左轴承。曲轴连杆机构润滑油的选用本设计为有十字头压缩机，所以外部的机构润滑另成系统，一般使用40号或50号机械油，但也可以使用压缩机油。外部润滑用的润滑油泵润滑泵多用齿轮泵或转子泵，它们都是容积式泵，能产生很高的压力，流量也比较大。2.2.3气量调节系统从压缩机的作用原理得知，容积式压缩机的排气量不会由于背压的升高而自动降低，因此，如不进行有效的调节，在有些场合，会出现危险的事故，所以必须设置调节控制机构，以进行调节。全行程完全顶开进气阀调节方法的工作原理是：当排气压力超过规定值时，高压气体便通过压力调节器进入调节装置的小气缸，将其中的小活塞连同压叉压下，压叉将进气阀的阀片强行顶开，使气体自由进出气缸，泄漏系数近似等于零，从而气缸的排气量也接近于零。这时用户靠储气罐及管网中的剩余气体供气，当压力降至规定值时，弹簧又通过小活塞使压叉复位，气阀正常工作，排气量恢复正常。进气阀完全顶开后的示功图面积很小，此时的功耗仅用于克服气流进出全开进气阀的阻力，所以经济性较高。各种调节方式的不断出现，是由于现代工业中，使用者不因达到调节就满足，而且还要求能经济的、方便的进行调节。在设计调节装置时，如何节省消耗，是值得注意的问题。不同的调节方式，经济性的差异很大。例如一台排气量为8400的六级压缩机的擦顶指出：排气量调节到额定值的70%时，用压开吸气阀的调节，比用吸入与压出连通的调节，能少耗96千瓦的功率。至于调节的方便与可靠，同样必须考虑。应该通过不断的实践，总结经验，进一步提高使用的可靠性，逐步改变现用的一些不经济的调节方式。所以本设计采用压开吸气阀调节系统。这种调节方法的经济性好，但因阀片受额外的载荷，故寿命较短，密封性变差，大中型压缩机作卸荷或空载启动时，常用该方法。第3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的一定关系，结合压缩机的具体特性和使用要求而进行的。其目的是得到最有利的热力参数，比如：各级的吸排气温度、压力、所耗动力；适宜的主要结构尺寸：活塞行程、气缸直径等，最终确定驱动型式。因此，新设计的压缩机必须进行热力计算。3.1 原始数据型号： D30/8型空气压缩机压缩介质： 空气排气量： 302 m3/min吸气压力： 1.0105 Pa（绝压）排气压力： 8.0105 Pa（表压）级吸气温度： 25级吸气温度： 35相对湿度： 0.8空气的绝热指数： 1.4活塞行程： 180 mm压缩机的转速： 600 r/min3.2热力计算3.2.1总名义压力比由参考文献3式（187）计算总压力比 （31）式中总压力比； 级名义吸气压力,Pa； 级名义排气压力，Pa。则总的名义压力比： 3.2.2各级压力比分配如总体设计中所述，为了使压缩机的功耗最小，各级的名义压力比应相等，按等压力比分配原则，由参考文献3式（188） （32）式中各级名义压力比；总压力比；压缩级数。故各级压力比为： 3.2.3各级名义压力级：名义吸气压力Pa（绝对压力） 名义排气压力Pa（绝对压力）级：名义吸气压力Pa（绝对压力） 名义排气压力Pa（绝对压力）表31 各级名义吸、排气压力及各级名义压力比 项 目级 别名义吸气压力/105 Pa（绝压）名义排气压力/105 Pa（绝压）名义压力比 级 级1339333.2.4各级排气温度由参考文献3式（1117）计算各级排气温度 （33）式中各级名义排气温度,K；各级名义吸气温度,K；空气的绝热指数（）。级：名义吸气温度K名义排气温度K级：名义吸气温度K 名义排气温K表32 各级名义温度及压力级次名义吸气温度t/ T/K名义压力比绝热指数名义排气温度t/ T/K级级25 298 35 308331.41.41.3691.369134.962 407.962148.652 421.6523.2.5各级排气系数（1）容积系数按参考文献3表12查得各级膨胀系数为： 按参考文献4，查得当压力小于等于1.936MPa时，压缩机的相对余隙容积值为=0.070.12，参照同类机器产品取，。则各容积系数为：由参考文献3式（174） （34）将已知数据代入式（34）得（2）压力系数根据参考文献4，取，（3）温度系数根据参考文献3表116，取，（4）凝析系数 第级无析水问题：第级由参考文献3表14查得吸气条件时，不饱和水蒸汽压力KPa，则KPa。当冷却至时，水蒸汽饱和蒸汽压KPa，因为，所以第级进口前必有凝析发生。根据参考文献3式（1111） （35）式中压缩机第级进口处空气的相对湿度；,分别为第级与第级的进气压力，105Pa；,对应于第级与第级进气温度时的饱和水蒸气压力，105Pa。将已知代入式（25）得（5）抽气系数该压缩机中间无抽气，则。（6）泄漏系数根据参考文献3，取，。3.2.6各级气缸的行程容积按参考文献1式（351）计算行程容积 （36）将已知数据代入式（36）得 m3/次 m3/次3.2.7各级气缸直径由设计值根据参考文献4表210的选择方法，初选活塞杆直径mm。由参考文献3式（155）计算气缸直径 （37）式中S活塞行程，mm。将已知数据代入式（37）得m按参考文献4表28进行圆整，取mm。m按参考文献4表28进行圆整，取mm。3.2.8各级名义压力及温度修正（1）确定圆整后的各级实际行程容积由参考文献3式（1135） （38）将已知数据代入式（38）得 m3/次 m3/次（2）确定各级压力修正系数由参考文献3式（1146）求压力修正系数 （39）将已知数据代入式（39）得 表33 修正后的名义压力及压力比级 次级级计算行程容积 ，m3/次计算行程容积 ，m3/次修正系数 名义吸气压力 ，105Pa ，105Pa名义排气压力 ，105Pa ，105Pa修正后的名义压力比 0.06330.0647 11 132.912.910.02220.02340.9732.91993.093表34 修正后的各级排气温度级次压力比吸气温度T, K排气温度T, K2.913.092983081.3571.380404.386425.043.2.9 活塞力（1）计算气缸实际平均压力相对压力损失查参考文献3图118得， ，由于m/s，而图是按3.5m/s绘制的，故需进行修正。修正后的相对压力损失为： 表35 气缸实际吸、排气压力级次修正后的名义压力/105Pa /105Pa相对压力损失% %气缸内实际压力实际压力比1 2.912.91 95.2 8.43.5 6.50.948 3.1542.808 9.5853.3273.413（2）计算活塞力按气缸内的实际平均压力分配，计算活塞力，表中、分别为活塞盖侧与轴侧的面积，、分别为活塞外止点、内止点位置时的活塞力。计算结果如下表：表36 内、外止点活塞力级次内止点活塞力/105Pa外止点活塞力/105Pa轴侧（+）盖侧（-）轴侧（+）盖侧（-）3.1540.17860.9480.18100.9480.17863.1540.18109.5850.06372.8080.06612.8080.06379.5850.0661注：a.表中轴侧活塞有效工作面积m2；b.盖侧活塞有效工作面积 m2；c.压力的单位为Pa，活塞力的单位为N。可见该机活塞力中最大值为N，它产生在第级活塞的外止点时，负号表示它对活塞杆产生一个压缩力，按此活塞力查参考文献3附录三，可知初选活塞杆直径mm是正确的。3.3 复算排气量3.3.1 复算（1）确定各级行程容积由前述知： m3/次 m3/次（2）初定各级的压力分配MPaMPaMPa两级名义压力比分别为：（3）确定各级新的容积系数膨胀指数 ，相对余隙容积 ，（4）确定各级工况系数C根据参考文献4有精确度 0.97分别计算各级的C值后，精确度B值应在下述范围，0.910.97。由此说明，与相差较大，所取初值精度不够重新取值，再进行复算。3.3.2 第一次复算（1）重新确定初值PaPa（2）确定压力分配（3）确定容积系数（4）确定工况系数精确度 精度已够，所以确定的值成立。3.3.3 复算排气量由前文计算得数据：，吸气系数 凝析系数 每转排气量 m3/次排气量 m3/min 满足工艺要求 m3/min3.4压缩机功率3.4.1 指示功率根据参考文献3式（181） （310）式中低压级可取（0.950.99）k，对中压与高压级取。将已知数据代入式（310）得第级：式中，kw第级：式中，kw压缩机的总指示功率：kw3.4.2 轴功率根据参考文献3，取机械效率 kw3.4.3 电机功率考虑到压缩机运转时常会因工况的变化、冷却的恶化等引起功率消耗增加而造成驱动机负荷超过正常工作的需要，因此，一般驱动机还应留有一定的储备功率。本设计按10%的裕度取值。则 kw3.4.4 电动机型号根据kw选择电动机，由参考文献10选用电动机：型 式：开启式单伸轴三相同步电动机型 号：TK20018/1430额定功率：200kw转 速：600r/min效 率：90.5%电 压：6000V重 量：1743kg外形尺寸：145713501260励磁方式：可控硅励磁3.4.5 比功率压缩机的比功率是指单位排气量所消耗的轴功，表达压缩机效率的另一种方式。这个指标反映了同类型压缩机在相同的进排、气条件下，其能量消耗指标的先进性。根据参考文献3式（331）有kw/(m3/min)据目前统计，一般动力用空压机，排气量小于10 m3/min时，其比功为5.46.3 kw/(m3/min)，排气量为10100 kw/(m3/min)时，其比功为5.05.3 kw/(m3/min)。此台压缩机的排气量是30 m3，在10100 m3/min范围内，其比功率的值也在要求范围内，所以本台对动式压缩机的设计是合理的。第4章 活塞组件设计活塞组件包括活塞、活塞环、活塞杆等。它们在气缸中作往复运动，与气缸一起构成压缩容积。4.1结构形式及选材根据活塞的作用和它的运动规律及受力特点，对活塞的主要要求是：有足够的强度、刚度、耐磨性、密封性好、重量轻，活塞与其连接件的传递动力元件（如活塞杆）应连接可靠。根据结构形式的不同，活塞可分为筒形活塞、盘形活塞、级差式活塞、组合式活塞及柱塞等几种形式8。本设计为4D-40/7 型活塞式压缩机，由于该型压缩机所采用的活塞用于有十字头的双作用汽缸中，故用盘形活塞较合适。为减轻重量，常制成中空结构。活塞两端面设有筋板一增强断面的刚性。活塞圆柱面上开有活塞环槽。为防止热膨胀和活塞与气缸磨损下沉时加剧磨损，活塞的外圆与气缸内圆应留有12mm的间隙（承压面除外）。为避免铸铁应力和缩孔，以及防止工作中心受热而造成不规则变形，铸铁活塞的筋不能与毂部和外壁相连。在活塞端面每两条筋之间开清砂孔，清砂后用螺塞封闭，但必须采取防漏防松措施。 盘形活塞铸造的通常采用的材料有ZL7、ZL109、ZL108、T20-40、T25-47、T30-54等，本设计采用ZL108，其在铸造时有良好的流动性，并且铸件的致密度也高，具有较低比重，较高耐蚀性和较小线收缩率等优点，故选此材。4.2活塞的设计已知参数：级活塞质量： 61.5kg级活塞杆质量： 34.7kg级活塞杆长： 1125mm支撑面长： 38mm包角 ： 4.2.1设计计算(1)活塞的高度 活塞的高度取决于所需安装活塞环的多少及气阀配置的方式等。没有支撑面的活塞，还需考虑考虑支撑面许用比压的需要。第一道活塞环与活塞之间的距离应根据气阀安置，并保证其越出汽缸镜面12mm要求来确定。本设计压缩机中的滑动活塞的高度应按支撑面上的许用比压校核。根据参考书1 4-64式 mm （4-1）式中： H除去活塞环后的承压面高度，mm； B-承压表面的投影宽度，mm； G-活塞重量与活塞杆一半重量的和，kg。 K-盘形活塞承压表面的许用比压，该金属对填充聚四氟乙烯K，铸铁对铸铁K，铸铁对巴氏 合金K，根据参考书7图8可知由于支撑环选用的材料是填充聚四氟乙烯，即K=0.049，则由于，所以满足要求。(2)活塞的毂部外径和活塞外壁的内径取 取mm，mm。图4-1有加强筋的双端面活塞计算简图(3)活塞顶端面的厚度t 本设计压缩机的活塞面是有加强筋的双端面活塞，为方便起见，计算时以一个面积与扇形面积相等的当量圆来代替扇形面积。根据14-676式 （4-2）式中：考虑铸造偏差的附加项，可取=25mm铸铝的许用弯曲应力； 汽缸中最大气体力，Mpa； 当量圆的直径，mm。 （4-3）为加强筋数，取；则(4)活塞端面的最大弯曲应力 根据参考书2式4-68计算根据参考书7所提供的铸铝的许用剪切应力为，所以安全。(5)活塞与活塞杆连接处的毂部应力计算剪应力根据参考书7提供的铸铝许用剪切应力，所以满足要求。4.3活塞环选材及设计4.3.1选材活塞环是活塞式压缩机中的关键零件之一，它的好坏直接影响压缩机的排气量、功率及气密性和可靠性，即影响压缩机的经济性。(1)密封原理活塞主要依靠节流和阻塞来密封，当环装入汽缸后，由于环的弹性而产生预紧压力，使环紧贴在汽缸上。当气体通过环表面高低不平的间隙时，受到节流和阻塞作用，压力自降至，同时由于活塞环与槽间有侧间隙，环紧靠在压力低的一侧，故在活塞内表面与环槽之间的间隙处由一个近似等于的气体压力作用，而沿活塞处表面作用的气体压力是变化的，从降至，其平均值为（+）/2，这样便产生了一个压力差，这个压力差使活塞紧贴在汽缸上，达到密封作用。同理，在轴向也有一个压力差把环紧压在环槽的侧面达到其密封作用。(2)工作条件、结构形式和材料选择 活塞环为一开口的圆环，作为密封元件组装在活塞上，通过活塞的往复运动实现压缩机的吸、排气的过程。在自由状态下，其外径大于汽缸的直径，装入汽缸后，环径缩小仅在切口处留下一个膨胀间隙。活塞环的主要作用是密封汽缸与活塞之间的间隙，防止气体从压缩容积的一侧漏向下一侧，并且还有均匀分布润滑油的作用。但是它会引起粘着、疲劳、变形和腐蚀等多种形式的磨损，其磨损寿命很大程度上取决于材料的性质。为保证活塞环的外圆能够全部均匀地紧密靠在汽缸上，要求活塞环具有良好的正圆度和适当大小并且应具有均匀持久的弹力；又因为活塞环的工作处于高温、高压、和较高的应力下，并且与汽缸、活塞相摩擦，因此要求活塞环不仅要密封可靠，并且要有一定的强度，并耐热、耐磨、和导热性好。活塞的结构形式一般有三种：直切口、斜切口、和塔接口。压缩机工作时，气体通过活塞环切口的泄露是和切口列面积成比例的。直切口形式泄露横截面最大，在切口间隙相同时，斜切口泄露面积较小。塔切口则不会造成直接通过切口泄露，并且使气体不能直接通过切口，需经二次折流，从而大大减少泄漏量。由此，本设计采用的是塔接口形式。为了增加塔接口处的强度，防止其变形折断，故活塞环轴的高度取较大。活塞的材料通常可用灰铸铁或合金铸铁制造。但在无油润滑压缩机中，多采用填充氟材料活塞环密封，其特点是无毒、自润滑、没有污染介质、耐酸碱、耐溶剂、不磨损汽缸等。一般来说，填充聚四氟乙烯的使用寿命都比金属环寿命长。填充聚四氟乙烯具有如下特点：良好的自润滑性能；密封效果好；允许的比压比金属环小等。本设计的压缩机属于无油润滑压缩机，所以我们采用填充聚四氟乙烯。4.3.2设计计算(1)环数Z根据7P46式(1)(2)计算： (1) （4-4） (2) （4-5）式中：活塞两端最大压差，； 作用在活塞环上的压力，； 活塞平均速度，。取，则所以满足要求。(2)热间隙（开口间隙）根据参考书6P108式1-225计算 （4-6）式中：活塞环外径，即汽缸直径，； 检验活塞环时的温度，； 活塞环工作时的温度，。根据参考书6由于难于得到运转时初步设计时使用下列推荐参考值： （4-7）即(3)环的径向厚度t根据6式1-231根据参考书6表1-14取(4)轴向高度h根据参考书6所知环的轴向高度应该保证环的必要性，但过大，将导致摩擦功增加，而且加剧环对槽的冲击。一般取，考虑到活塞环采用塔接形式，应取较大值，一般取。(5)槽宽间隙根据参考书6得知，由于难以得到运转的、初步设计使用下列推荐参考值： （4-9）即(6)环的自由开口间隙根据参考书6式1-226 （4-10）式中：值由活塞环所需的预紧密封压力决定。 （4-11）式中：汽缸直径，； 环的径向厚度，； 环材料弹性模量，； 所需预接触压力，。当时，。因为本压缩机的活塞直径大于，根据参考书8取。4.4活塞杆选材及校核活塞杆将活塞与十字头连接成一个整体，传递作用在活塞上的力并带动活塞运动。活塞靠活塞杆上的凸肩及螺纹用螺母固定在活塞杆上，由于活塞杆承受交变载荷，活塞杆上的连接螺纹应采用细牙螺纹，而且根部应倒圆，以减小应力集中。因此，本设计采用细牙螺纹联接。同时，为防止螺纹松动，必须采用防松措施，如加开口销、加锁紧垫片等，本设计采用开口销来防止螺母松动，以保证活塞杆紧固于活塞上。在无油润滑压缩机中，为防止油进入填料函和汽缸要适当加长活塞杆长，使活塞杆通过刮油器的部分不进入填料函。(1)对活塞杆的主要要求活塞杆要有足够的强度、刚度和稳定性。耐磨性好并有较高的加工精度和表面粗糙度。在结构上尽量减少应力集中的影响。保证连接可靠，防止松动。活塞杆的结构设计要便于活塞的拆装。4.4.1选材活塞杆的常用材料有35钢、45钢、38CrMoAlA、2Cr13、3Cr13等。合金钢材料具有很高的硬度、耐磨性、抗疲劳强度和较高的耐腐蚀性能。在能达到性能要求的同时，考虑经济性，本设计所采用的是2Cr13，它具有较高性价比的材料。4.4.2稳定性校核不贯穿活塞杆的稳定校核可看作两端为关节连接的杆，其长度按十字头销中心盘形活塞中点或级差活塞起点之间的距离计算。(1)当柔度时按书14-69计算 （4-12）(1)当柔度时按14-70计算 （4-13）(3)当时按14-71计算 （4-14）(1)(2)(3)式中: ；弹性模数；惯性半径，；截面惯性矩，；杆的截面积，；最大活塞力，N；系数，合金钢R=4700；系数，合金钢C=0.0049。 因为,所以按4-70式计算,根据动力学设计计算最大活塞力P=58300N。由于，所以安全。4.4.3凸台比压校核活塞与活塞杆之间的凸肩连接时，支撑面上的比压按式4-72计算 （4-15）式中：比压许用值， 活塞杆凸肩的外径，d=90mm 活塞杆直径，mm因为，即计算比压超过许用值，所以可用加钢衬环的办法来降低比压。4.4.4静强度和疲劳强度校核压缩机工作时，螺纹部分承受总的轴向载荷，按1式4-73 （4-16）式中：螺纹预紧时预紧力； 载荷系数； 最大活塞力，N。其中预紧力 （4-17）式中：预紧系数，取； 最大活塞力，N。载荷系数 （4-18）式中：活塞柔度系数，； 活塞材料的弹性模量，Mpa； 活塞高度； 活塞的毂部截面积，； 活塞杆柔度系数，； 活塞材料的弹性模数，Mpa； 活塞杆任意相等直径段的长度，mm； 活塞杆任意相等直径段的截面积，。由1附录二表19查得从螺母到凸肩之间分为六个圆柱体其直径长度分别为：在轴向载荷作用下螺纹中产生的正应力。据式4-37 （4-19）式中：螺纹根部截面积，。此外，还由于旋紧螺母时，在扭转力矩作用下产生剪应力：根据式4-74 （4-20）式中：螺纹根部截面的直径，。扭转力矩，根据式4-74a计算 （4-21）式中：系数，无油润滑时为； 螺纹外径，。螺纹安全系数根据式4-75计算 （4-22）式中：安全系数，许用值； 活塞杆材料的屈服强度，据表4-22查得。由于 ，所以。活塞杆螺纹承受的是交变载荷，其最大轴向载荷为，最小载荷为T,疲劳计算应校核应力幅的安全系数和最大应力安全系数。据2式4-76和4-77计算 （4-23） （4-24）式中：材料受拉时的疲劳强度； 应力循环时对称系数； 应力集中系数。据12表4-2查得取据1附录三表33查得据1附录三表34，根据，查得据1表4-19查取据1图4-123查取因为，所以安全。由于，所以安全。第5章 连杆组件机械设计5.1结构型式及材料的确定5.1.1结构型式连杆是将作用在活塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动的机件。连杆由杆体、大头、小头三部分组成。杆体截面有圆形、工字型、环形、矩形等。圆形截面的杆体，适用于低速、大型以及小批生产的压缩机；工字形截面的杆体在同样的强度时，具有最小的运动质量，但其毛坯必须用模锻或铸造，适用于高速及大批量生产的压缩机。杆体内一般设有油路，用来保证压缩机运转时，从曲轴来的润滑油能送入大头、小头和十字头滑道等处。根据本次设计的对动式压缩机的特点，连杆杆体采用工字形截面，大头选用开式结构。图5.1 连杆杆体主体结构尺寸5.1.2材料小型、微型压缩机的连杆，通常采用LD5、LD8、LD10等锻铝材料。大中型连杆多采用30、40、50、优质碳素钢，也有采用30CrMo、40Cr等合金钢。近年来更趋于采用QT400-15、QT600-3及稀土合金球墨铸铁。对于锻造连杆，其锻造比应不小于3，并应进行金相检查、化学成分及力学性能试验；对于铸造连杆，除作以上各项试验外，铸件表面应十分光洁，不得有严重的铸造缺陷，例如粘砂、冷隔等存在。一般锻造连杆多采用正火处理，或调质处理；铸造连杆多采用