本次设计的为角度式V型压缩机，分为两列，其中一列为一、二级气缸压缩，另外一列为一、三级气缸压缩，两列夹角为90°，平衡性达到最佳。活塞式压缩机是利用活塞在汽缸中往复运动使容积缩小而提高气体浓度、压力的。相比于其它形式的压缩机有许多优点，如：效率高；适应性强，特别是用于排气量小的情况；涉及的压力范围广，低压和高压都适用。在实际的生产、生活中，此型号的压缩机的应用范围比较广泛。

本设计的内容包括压缩机整体的设计、曲轴箱的设计、曲轴的设计。主要通过热力计算和动力计算来初步确定压缩机的整体设计。同时，对曲轴箱、曲轴进行设计，并绘出压缩机的总装配图，曲轴箱、轴承盖、曲轴、轴承座，风叶轮等的零部件设计。

关键词：压缩机；活塞；曲轴箱；曲轴

Abstract

The air compressor is a machine used to compress air, improve the gas pressure or gas transportation, is the original motivation of mechanical work into pressure energy, referred to as the compressor. While the piston compressor in this design is to rely on the piston in the cylinder for reciprocating motion and periodic variation of the volume of work to work.

The design for the angle type V type compressor, divided into two columns, one tier one or two cylinder compression, the other as a, three cylinder, two angle is 90 °, balance to achieve the best. Piston type compressor is the use of a piston in a cylinder of reciprocating motion to decrease in volume and improve the gas concentration, pressure. Compared to other forms of compressor has many advantages, such as: high efficiency; good adaptability, especially for exhaust volume small; pressure range wide, low pressure and high pressure are applicable. In the actual production, life, the scope of application of this type of compressor is widely.

The design includes the overall design, the compressor crankcase design, the design of crankshaft. Through the calculation of thermodynamic calculation and dynamic to preliminary determine the overall design of the compressor. At the same time, the design of the crankcase, crankshaft, and the general assembly drawing of the compressor, crankshaft box, bearing cover, crankshaft, bearing, impeller and other parts design.

Key words: compressor; piston; crankshaft; the crankshaft

摘要Ⅲ

ABSTRACTⅣ

目录Ⅵ

1 绪论1

1.1 本课题的研究内容和意义1

1.2 压缩机的工作原理1

2压缩机总体设计2

2.1 结构方案选择2

2.2 级数的选择和各级压力比的分配2

2.2.1级数的选择2

2.2.2 各级压力比的分配3

2.3 压缩机转数和行程的确定3

3 压缩机的热力计算5

3.1 初步确定各级公称压力和温度5

3.1.1 初步确定各级公称压力5

3.1.2 计算绝热指数k5

3.1.3 计算各级排气温度T6

3.2 计算各级排气系数6

3.2.1容积系数6

3.2.1 压力系数8

3.2.2 温度系数8

3.2.3 气密系数9

3.3 计算干气系数和抽气系数10

3.3.1 计算干气系数10

3.3.2 计算抽气系数11

3.4 压缩机各级行程容积的确定11

3.5 压缩机各级气缸直径的确定12

3.6 修正各级公称压力和温度13

3.6.1 确定圆整后各级实际行程容积13

3.6.2 确定各级压力修正系数及13

3.6.3 修正后各级公称压力和压力比13

3.6.4 修正后各级排气温度14

3.7 计算活塞力14

3.7.1 计算气缸内实际吸排气压力14

3.7.2 计算各列的活塞力15

3.8 计算轴功率，选取电机15

3.8.1 计算各级指示功率15

3.8.2 计算轴功率17

3.8.3 驱动机功率，选取电动机17

4 压缩机的动力计算18

4.1 压缩机中的作用力19

4.2 作各级气缸示功图20

4.3 作往各列气缸复惯性力图22

4.4 作各列气缸综合活塞力图24

4.5 作各列气缸切向力图26

4.6 确定飞轮矩30

5 机体的设计32

5.1 机体的结构设计32

5.1.1 机体结构设计的基本原则32

5.1.2 机体主要结构尺寸的确定32

5.1.3 机体的壁厚32

5.1.4 机体加强筋的布置32

5.1.5 连接螺栓的布置33

5.2螺栓的强度计算33

5.3 机体的基本计算要求33

5.3.1 对材料的要求33

5.3.2 对毛坯件的要求33

5.3.3 对热处理的要求34

5.3.4 对机械加工的要求34

5.4 其它34

6 曲轴基本尺寸的设计35

6.1 曲轴基本结构35

6.1.1 曲轴结构设计35

6.1.2 曲颈和曲柄35

6.1.3 过渡圆角36

6.1.4 油孔36

6.1.5 曲轴的轴向定位36

6.1.6 油封37

6.1.7 轴端37

6.1.8 平衡铁37

6.2 曲轴结构设计37

6.2.1 曲轴设计基本原则37

6.2.2 曲轴基本尺寸的设计38

6.2.3 曲轴平衡的计算38

6.2.4 曲轴受力分析39

6.2.5 曲轴基本技术要求39

7 结论与不足41

7.1 结论41

7.2 不足之处41

致谢42

参考文献43

1 绪论

1.1 本课题的研究内容和意义

空气压缩机是一种用来压缩空气、提高气体压力或输送气体的机械，是将原动机的机械能转化成压力能的工作机，简称空压机。而本次设计的活塞压缩机是依靠活塞在气缸内作往复运动从而实现工作容积的周期性变化来工作的。

压缩机的应用极其广泛，因其用途的广泛而被称为“通用机械”，几乎遍及制冷与气体分离工程、采矿业、冶金业、土木工程、石油化学工业、机械制造业以及国防工业等。

压缩空气作为动力。压缩空气供驱动各种风动机械和风动工具，压缩机的排气压力常用范围0.7～0.8MPa，用于控制仪表及其自动化装置；高压爆破采煤，在有瓦斯的矿井中，避免产生火花引起爆炸，容易实现冲击机械往复、高速、冲击强的要求；车辆的制动、门窗的启闭；制药业、酿造业中的搅拌；大、中型柴油机的启动；喷气织机中纬砂的吹送；国防工业中某些武器的发射，鱼雷的射出、潜水艇的沉浮及驱动以及沉船打捞等。

压缩机的用途还有很多。压缩空气用于制冷和气体分离，气体经压缩、冷却、膨胀而液化，用于人工制冷（冷冻、冷藏及空气调节），如氨或氟里昂压缩机，这一类压缩机一般被称为“冰机”或“制冷机”；液化的气体混合时，可在分离装置中将各组成成份分别分离出来，得到合格纯度的各种气体，如空气液化分离后，能得到纯氧、纯氮和纯的其它稀有气体；石油化学工业中，其原料气“石油裂解气”的分离，是先经压缩，然后采用不同的冷却温度，将各组份分别的分离出来；在化学工业中，气体压缩至高压，常有利于合成和聚合，例如氮和氢合成氨、氢与二氧化碳合成甲醇，二氧化碳与氨合成尿素等；压缩气体用于油的加氢精制石油工业中，用人工办法把氢加热加压后与油反应，能使碳氢化合物的重组份裂化成碳氢化合物的轻组份，如重油的轻化、润滑油加氢精制等；气体经压缩后，便于用管道输送。

1.2 压缩机的工作原理

本机为往复活塞式压缩机，属于最早的压缩机设计之一，但它仍然是最通用和高效的一种压缩机。活塞式压缩机是唯一一种能够把空气和气体压缩至高压的设计，通过连杆和曲轴使活塞在气缸中往复运动，从而压缩气体体积来提高压力。多级压缩机中，空气被分多级压缩，并逐级增大压力。

当驱动机“电机”启动后，通过皮带传动带动压缩机的曲轴运动，不断转动的曲轴使连杆不停地摆动，而牵动活塞杆和活塞，在气缸内做往复直线运动。

压缩机工作时，在活塞从外止点到内止点的运动过程中，气缸容积处于相对真空状态，缸外气体从一级进气口通过吸气阀吸入缸内，当活塞行至外止点时，气缸内充满低压待压缩气体。当活塞从外止点向内止点运动时，吸气阀自动关闭，气缸内的气体随着活塞的运动压缩，气缸内的气体压力不断提高，当气体压力大于排气阀外气体压力和气阀弹簧力时，排气阀被打开，排出一级压缩气体，当活塞运动到内止点时，排气结束，准备重新吸气。至此，完成一个膨胀、吸气、压缩、排气、再吸气的工作循环。从一级气缸排出的气体，进入中间冷却器后，再进入二级气缸，进行第二级的压缩，以此直至经过第三次压缩至需要的压力，经过三级排气阀排出压缩机。因此，周而复始，活塞不断地进行往复运动，吸入气缸的气体又不断地被吸入排出，从而不断地获得压缩的气体。

2 压缩机总体设计

已知:排气压力为5.0MPa（表压）

2.1 结构方案选择

在活塞式压缩机的结构方案选择时，应注意以下几点：机器的型式、级数、列数等。还应根据压缩机的用途、运转条件、排气量、排气压力、制造厂的可能性、驱动方式以及占地面积等条件，制定合适的方案。

本次机型为角度式V型压缩机（无十字头），两列气缸中线线夹角为90°，此机型有以下优点：

1、可以将若干的连杆连结在同一曲拐上，曲轴的拐数则可减少，机器的轴向长度可缩短，因此主轴颈就可以采用滚动轴承；

2、气缸彼此之间错开一定角度，这样有利于气阀的安装和布置，因而使气阀的流通面积有可能增加，中间冷却器和级间管道也可以直接装在机器上，使结构更加紧凑；

3、各列的一阶惯性力的合力，可以用装在曲轴上的平衡块使大部分平衡或者完全平衡，可获取较高的转速；

4、无十字头的结构简单、紧凑，机器的高度偏低，相应的机器重量也较轻，一般不需要专门的润滑机构，以减少成本。

全部文件.gif

1主机组件.gif

2曲轴箱组件.gif

3曲轴组件.gif

4曲轴箱.gif

5轴承盖.gif

内容简介：: 摘要空气压缩机是一种用来压缩空气、提高气体压力或输送气体的机械，是将原动机的机械转化为压力能的工作机，简称空压机。而本次设计的活塞压缩机是依靠活塞在气缸内作往复运动而实现工作容积的周期性变化来工作的。本次设计的为角度式V型压缩机，分为两列，其中一列为一、二级气缸压缩，另外一列为一、三级气缸压缩，两列夹角为90，平衡性达到最佳。活塞式压缩机是利用活塞在汽缸中往复运动使容积缩小而提高气体浓度、压力的。相比于其它形式的压缩机有许多优点，如：效率高；适应性强，特别是用于排气量小的情况；涉及的压力范围广，低压和高压都适用。在实际的生产、生活中，此型号的压缩机的应用范围比较广泛。本设计的内容包括压缩机整体的设计、曲轴箱的设计、曲轴的设计。主要通过热力计算和动力计算来初步确定压缩机的整体设计。同时，对曲轴箱、曲轴进行设计，并绘出压缩机的总装配图，曲轴箱、轴承盖、曲轴、轴承座，风叶轮等的零部件设计。关键词：压缩机；活塞；曲轴箱；曲轴AbstractThe air compressor is a machine used to compress air, improve the gas pressure or gas transportation, is the original motivation of mechanical work into pressure energy, referred to as the compressor. While the piston compressor in this design is to rely on the piston in the cylinder for reciprocating motion and periodic variation of the volume of work to work.The design for the angle type V type compressor, divided into two columns, one tier one or two cylinder compression, the other as a, three cylinder, two angle is 90 , balance to achieve the best. Piston type compressor is the use of a piston in a cylinder of reciprocating motion to decrease in volume and improve the gas concentration, pressure. Compared to other forms of compressor has many advantages, such as: high efficiency; good adaptability, especially for exhaust volume small; pressure range wide, low pressure and high pressure are applicable. In the actual production, life, the scope of application of this type of compressor is widely.The design includes the overall design, the compressor crankcase design, the design of crankshaft. Through the calculation of thermodynamic calculation and dynamic to preliminary determine the overall design of the compressor. At the same time, the design of the crankcase, crankshaft, and the general assembly drawing of the compressor, crankshaft box, bearing cover, crankshaft, bearing, impeller and other parts design.Key words: compressor; piston; crankshaft; the crankshaft目录摘要ABSTRACT目录1 绪论11.1 本课题的研究内容和意义11.2 压缩机的工作原理12压缩机总体设计22.1 结构方案选择22.2 级数的选择和各级压力比的分配22.2.1级数的选择22.2.2 各级压力比的分配32.3 压缩机转数和行程的确定33 压缩机的热力计算53.1 初步确定各级公称压力和温度53.1.1 初步确定各级公称压力53.1.2 计算绝热指数k53.1.3 计算各级排气温度T63.2 计算各级排气系数63.2.1容积系数63.2.1 压力系数83.2.2 温度系数83.2.3 气密系数93.3 计算干气系数和抽气系数103.3.1 计算干气系数103.3.2 计算抽气系数113.4 压缩机各级行程容积的确定113.5 压缩机各级气缸直径的确定123.6 修正各级公称压力和温度133.6.1 确定圆整后各级实际行程容积133.6.2 确定各级压力修正系数及133.6.3 修正后各级公称压力和压力比133.6.4 修正后各级排气温度143.7 计算活塞力143.7.1 计算气缸内实际吸排气压力143.7.2 计算各列的活塞力153.8 计算轴功率，选取电机153.8.1 计算各级指示功率153.8.2 计算轴功率173.8.3 驱动机功率，选取电动机174 压缩机的动力计算184.1 压缩机中的作用力194.2 作各级气缸示功图204.3 作往各列气缸复惯性力图224.4 作各列气缸综合活塞力图244.5 作各列气缸切向力图264.6 确定飞轮矩305 机体的设计325.1 机体的结构设计325.1.1 机体结构设计的基本原则325.1.2 机体主要结构尺寸的确定325.1.3 机体的壁厚325.1.4 机体加强筋的布置325.1.5 连接螺栓的布置335.2螺栓的强度计算335.3 机体的基本计算要求335.3.1 对材料的要求335.3.2 对毛坯件的要求335.3.3 对热处理的要求345.3.4 对机械加工的要求345.4 其它346 曲轴基本尺寸的设计356.1 曲轴基本结构356.1.1 曲轴结构设计356.1.2 曲颈和曲柄356.1.3 过渡圆角366.1.4 油孔366.1.5 曲轴的轴向定位366.1.6 油封376.1.7 轴端376.1.8 平衡铁376.2 曲轴结构设计376.2.1 曲轴设计基本原则376.2.2 曲轴基本尺寸的设计386.2.3 曲轴平衡的计算386.2.4 曲轴受力分析396.2.5 曲轴基本技术要求397 结论与不足417.1 结论417.2 不足之处41致谢42参考文献43编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目： VF-0.8/50空气压缩机的设计整体、曲轴箱部件、曲轴部件设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923166学生姓名：李达指导教师：俞萍（职称：高级工程师）（职称：） 2013年5月25日I无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） VF-0.8/50空气压缩机的设计（整体、曲轴箱、曲轴部分设计）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其它个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械94 学号： 0923166 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目 VF-0.8/50空气压缩机的设计 2、专题整体设计、曲轴箱设计、曲轴设计二、课题来源及选题依据 VF-0.8/50一级有油，二、三级微油润滑空气压缩机是风冷单作用压缩机。压缩机由三相异步电动机作为原动机，经“V”型皮带传动，使曲轴作旋转运动，再通过连杆带动活塞在气缸内作往复运动。空气由进气阀吸入一级气缸，压缩后经排气阀进中间冷却器后再经二级气缸压缩后，再次经排气阀进入中间冷却器后三级气缸压缩后进入储气罐。采用自动停机方式控制排气压力，压缩机的冷却主要由兼作风扇的飞轮对气缸及中间冷却器进行强制对流换热来保证。三、本设计（论文或其它）应达到的要求：根据设计参数进行压缩机的热、动力计算(主要包括缸径确定，电动机功率计算及选型，压缩机中的作用力的分析，飞轮距的确定，惯性力和惯性力矩的平衡)；绘制主机总图及主要零件图；对压缩机主要零件进行强度校核；根据计算结果，确定压缩机结构尺寸，完成总装配图；查阅相关数据，完成毕业设计说明书一份，不少于30页。四、接受任务学生：机械94 班姓名李达五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日摘要空气压缩机是一种用来压缩空气、提高气体压力或输送气体的机械，是将原动机的机械转化为压力能的工作机，简称空压机。而本次设计的活塞压缩机是依靠活塞在气缸内作往复运动而实现工作容积的周期性变化来工作的。本次设计的为角度式V型压缩机，分为两列，其中一列为一、二级气缸压缩，另外一列为一、三级气缸压缩，两列夹角为90，平衡性达到最佳。活塞式压缩机是利用活塞在汽缸中往复运动使容积缩小而提高气体浓度、压力的。相比于其它形式的压缩机有许多优点，如：效率高；适应性强，特别是用于排气量小的情况；涉及的压力范围广，低压和高压都适用。在实际的生产、生活中，此型号的压缩机的应用范围比较广泛。本设计的内容包括压缩机整体的设计、曲轴箱的设计、曲轴的设计。主要通过热力计算和动力计算来初步确定压缩机的整体设计。同时，对曲轴箱、曲轴进行设计，并绘出压缩机的总装配图，曲轴箱、轴承盖、曲轴、轴承座，风叶轮等的零部件设计。关键词：压缩机；活塞；曲轴箱；曲轴AbstractThe air compressor is a machine used to compress air, improve the gas pressure or gas transportation, is the original motivation of mechanical work into pressure energy, referred to as the compressor. While the piston compressor in this design is to rely on the piston in the cylinder for reciprocating motion and periodic variation of the volume of work to work.The design for the angle type V type compressor, divided into two columns, one tier one or two cylinder compression, the other as a, three cylinder, two angle is 90 , balance to achieve the best. Piston type compressor is the use of a piston in a cylinder of reciprocating motion to decrease in volume and improve the gas concentration, pressure. Compared to other forms of compressor has many advantages, such as: high efficiency; good adaptability, especially for exhaust volume small; pressure range wide, low pressure and high pressure are applicable. In the actual production, life, the scope of application of this type of compressor is widely.The design includes the overall design, the compressor crankcase design, the design of crankshaft. Through the calculation of thermodynamic calculation and dynamic to preliminary determine the overall design of the compressor. At the same time, the design of the crankcase, crankshaft, and the general assembly drawing of the compressor, crankshaft box, bearing cover, crankshaft, bearing, impeller and other parts design.Key words: compressor; piston; crankshaft; the crankshaft目录摘要ABSTRACT目录1 绪论11.1 本课题的研究内容和意义11.2 压缩机的工作原理12压缩机总体设计22.1 结构方案选择22.2 级数的选择和各级压力比的分配22.2.1级数的选择22.2.2 各级压力比的分配32.3 压缩机转数和行程的确定33 压缩机的热力计算53.1 初步确定各级公称压力和温度53.1.1 初步确定各级公称压力53.1.2 计算绝热指数k53.1.3 计算各级排气温度T63.2 计算各级排气系数63.2.1容积系数63.2.1 压力系数83.2.2 温度系数83.2.3 气密系数93.3 计算干气系数和抽气系数103.3.1 计算干气系数103.3.2 计算抽气系数113.4 压缩机各级行程容积的确定113.5 压缩机各级气缸直径的确定123.6 修正各级公称压力和温度133.6.1 确定圆整后各级实际行程容积133.6.2 确定各级压力修正系数及133.6.3 修正后各级公称压力和压力比133.6.4 修正后各级排气温度143.7 计算活塞力143.7.1 计算气缸内实际吸排气压力143.7.2 计算各列的活塞力153.8 计算轴功率，选取电机153.8.1 计算各级指示功率153.8.2 计算轴功率173.8.3 驱动机功率，选取电动机174 压缩机的动力计算184.1 压缩机中的作用力194.2 作各级气缸示功图204.3 作往各列气缸复惯性力图224.4 作各列气缸综合活塞力图244.5 作各列气缸切向力图264.6 确定飞轮矩305 机体的设计325.1 机体的结构设计325.1.1 机体结构设计的基本原则325.1.2 机体主要结构尺寸的确定325.1.3 机体的壁厚325.1.4 机体加强筋的布置325.1.5 连接螺栓的布置335.2螺栓的强度计算335.3 机体的基本计算要求335.3.1 对材料的要求335.3.2 对毛坯件的要求335.3.3 对热处理的要求345.3.4 对机械加工的要求345.4 其它346 曲轴基本尺寸的设计356.1 曲轴基本结构356.1.1 曲轴结构设计356.1.2 曲颈和曲柄356.1.3 过渡圆角366.1.4 油孔366.1.5 曲轴的轴向定位366.1.6 油封376.1.7 轴端376.1.8 平衡铁376.2 曲轴结构设计376.2.1 曲轴设计基本原则376.2.2 曲轴基本尺寸的设计386.2.3 曲轴平衡的计算386.2.4 曲轴受力分析396.2.5 曲轴基本技术要求397 结论与不足417.1 结论417.2 不足之处41致谢42参考文献43VF-0.8/50空气压缩机的设计1 绪论1.1 本课题的研究内容和意义空气压缩机是一种用来压缩空气、提高气体压力或输送气体的机械，是将原动机的机械能转化成压力能的工作机，简称空压机。而本次设计的活塞压缩机是依靠活塞在气缸内作往复运动从而实现工作容积的周期性变化来工作的。压缩机的应用极其广泛，因其用途的广泛而被称为“通用机械”，几乎遍及制冷与气体分离工程、采矿业、冶金业、土木工程、石油化学工业、机械制造业以及国防工业等。压缩空气作为动力。压缩空气供驱动各种风动机械和风动工具，压缩机的排气压力常用范围0.70.8MPa，用于控制仪表及其自动化装置；高压爆破采煤，在有瓦斯的矿井中，避免产生火花引起爆炸，容易实现冲击机械往复、高速、冲击强的要求；车辆的制动、门窗的启闭；制药业、酿造业中的搅拌；大、中型柴油机的启动；喷气织机中纬砂的吹送；国防工业中某些武器的发射，鱼雷的射出、潜水艇的沉浮及驱动以及沉船打捞等。压缩机的用途还有很多。压缩空气用于制冷和气体分离，气体经压缩、冷却、膨胀而液化，用于人工制冷（冷冻、冷藏及空气调节），如氨或氟里昂压缩机，这一类压缩机一般被称为“冰机”或“制冷机”；液化的气体混合时，可在分离装置中将各组成成份分别分离出来，得到合格纯度的各种气体，如空气液化分离后，能得到纯氧、纯氮和纯的其它稀有气体；石油化学工业中，其原料气“石油裂解气”的分离，是先经压缩，然后采用不同的冷却温度，将各组份分别的分离出来；在化学工业中，气体压缩至高压，常有利于合成和聚合，例如氮和氢合成氨、氢与二氧化碳合成甲醇，二氧化碳与氨合成尿素等；压缩气体用于油的加氢精制石油工业中，用人工办法把氢加热加压后与油反应，能使碳氢化合物的重组份裂化成碳氢化合物的轻组份，如重油的轻化、润滑油加氢精制等；气体经压缩后，便于用管道输送。1.2 压缩机的工作原理本机为往复活塞式压缩机，属于最早的压缩机设计之一，但它仍然是最通用和高效的一种压缩机。活塞式压缩机是唯一一种能够把空气和气体压缩至高压的设计，通过连杆和曲轴使活塞在气缸中往复运动，从而压缩气体体积来提高压力。多级压缩机中，空气被分多级压缩，并逐级增大压力。当驱动机“电机”启动后，通过皮带传动带动压缩机的曲轴运动，不断转动的曲轴使连杆不停地摆动，而牵动活塞杆和活塞，在气缸内做往复直线运动。压缩机工作时，在活塞从外止点到内止点的运动过程中，气缸容积处于相对真空状态，缸外气体从一级进气口通过吸气阀吸入缸内，当活塞行至外止点时，气缸内充满低压待压缩气体。当活塞从外止点向内止点运动时，吸气阀自动关闭，气缸内的气体随着活塞的运动压缩，气缸内的气体压力不断提高，当气体压力大于排气阀外气体压力和气阀弹簧力时，排气阀被打开，排出一级压缩气体，当活塞运动到内止点时，排气结束，准备重新吸气。至此，完成一个膨胀、吸气、压缩、排气、再吸气的工作循环。从一级气缸排出的气体，进入中间冷却器后，再进入二级气缸，进行第二级的压缩，以此直至经过第三次压缩至需要的压力，经过三级排气阀排出压缩机。因此，周而复始，活塞不断地进行往复运动，吸入气缸的气体又不断地被吸入排出，从而不断地获得压缩的气体。2 压缩机总体设计已知:排气压力为5.0MPa（表压）2.1 结构方案选择在活塞式压缩机的结构方案选择时，应注意以下几点：机器的型式、级数、列数等。还应根据压缩机的用途、运转条件、排气量、排气压力、制造厂的可能性、驱动方式以及占地面积等条件，制定合适的方案。本次机型为角度式V型压缩机（无十字头），两列气缸中线线夹角为90，此机型有以下优点：1、可以将若干的连杆连结在同一曲拐上，曲轴的拐数则可减少，机器的轴向长度可缩短，因此主轴颈就可以采用滚动轴承；2、气缸彼此之间错开一定角度，这样有利于气阀的安装和布置，因而使气阀的流通面积有可能增加，中间冷却器和级间管道也可以直接装在机器上，使结构更加紧凑；3、各列的一阶惯性力的合力，可以用装在曲轴上的平衡块使大部分平衡或者完全平衡，可获取较高的转速；4、无十字头的结构简单、紧凑，机器的高度偏低，相应的机器重量也较轻，一般不需要专门的润滑机构，以减少成本。2.2 级数的选择和各级压力比的分配2.2.1级数的选择工业中用的气体，有时需要较高的压力，从而采用多级压缩。在选择压缩机的级数的时候，一般要遵循以下原则：使压缩机消耗的功达到最小，排气温度应在使用条件许可的范围之内，机器重量轻，造价则低，要使机器具有较高的热效率，则级数越多越好（各级的压力比越小越好）然而级数增多，则阻力的损失增加，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，恰当的选择所需要的级数和各级压力比。要求长期连续运转的大、中型压缩机，可靠性和经济性放在第一位。在选择级数Z时，从获得较高效率的观点出发，可以应用曲线图2.1初步确定所需的级数。图中横坐标表示级中相对压力损失，一般取平均的相对压力损失值为为，在初步的设计中，大型压缩机可取中间值，小型压缩机可取大值。纵坐标表示级中最佳压力比，按此压力比确定压缩机的级数可达较高效率。不同的曲线表示不同压缩过程指数值n。若已知压缩机的总压力比，则压缩机的级数Z为： (2.1)多级压缩机得主要优点是：(1) 功率相同的压缩机，列数增多，每列承受气体作用力就减小，每列的运动机构减轻，机器的转数从而可取得较高，因此，压缩机和驱动机紧凑，机体重量较轻。(2) 每列串联的气缸较少，气缸和活塞的装拆就比较方便。(3) 可通过合理的布置曲柄错角，来让切向力比较均匀，因此飞轮的重量可取得较轻。同时，各列的最大惯性力则不会同时发生，而且相互之间可以抵消。所以机器的惯性力平衡性比较好，机器转数可以提高，基础减小。图2.1级中最佳压力比与相对压力比损失值的关系曲线2.2.2 各级压力比的分配等级数确定后，再按等压力比的规律，求得各级的压力比为：（2.2）式中：-压缩机的总压缩比实际上，由于下列的原因，根据式2.2求出的各级压力比，往往需进行合理的调整：（1）为了确保各级排气温度比较均匀，一级的吸气温度往往取得比较低，所以有意将一级的压力比提高一些。（2.3）（2）调节方式可能要引起末级压力比的上升从而造成末级气缸温度太高，末级压力比应该取得较低，按下式：（2.4）2.3 压缩机转数和行程的确定转速和行程的选取对机器的尺寸、制造难易、重量和成本有较大的影响，并且还直接影响机器的效率、寿命和动力特性。如果压缩机和驱动机直接的相连接，也影响驱动机的经济性和成本。近代设计中活塞式压缩机的总趋势是提高转数。转数、行程、活塞的平均速度的关系式：（2.5）式中：-活塞的平均速度（m/s） n -压缩机的转数（转/分） S -活塞行程（m）活塞式压缩机设计中，在一定的参数和使用条件下，应该首先考虑选择合适的活塞平均速度，因为：（1）活塞速度过高，则气阀在气缸上难以得到相对应的安装面积，所以气阀、管道中的阻力损失就会很大，功率的消耗以及排气温度将会过高。严重的话会影响压缩机的运转的经济性、使用的可靠性。（2）活塞平均速度的高低，对压缩机运动机件中的磨擦和磨损有直接的影响。对气缸内的工作过程也有较大影响。一般说来，对于工艺流程中的大、中型压缩机，活塞速度可以取45米/秒；对于大批量生产的动力用固定式空气压缩机，为了获得较高的效率，可取34米/秒；移动式压缩机为了尽量减少机器的重量和外形尺寸，一般也取取45米/秒；微型、小型压缩机，为了使结构变得紧凑，只能采用较小的行程，虽有较高的转速，但是活塞的平均速度却较低，只有2米/秒左右。个别小型压缩机由于气阀的结构改进，也可取超过5米/秒。在这里，选转速。在一定的活塞速度下，活塞行程的选取，与下列因素有关：1、机器的结构型式。考虑到压缩机的使用和维护条件，对于V型结构的压缩机，活赛的行程不宜取得太长。2、排气量的大小。排气量大的行程应取得长一些，相反则应短一些。3、气缸结构。主要应考虑一级缸径与行程要保持一定比例，如果行程太小，则进入排气接管在气缸上的布置将发生困难。在常压进气时，一般当转速低于500转/分时，（为一级气缸直径）；转速高于500转/分时，。本机取活塞行程S=90mm,则根据式（2.5）得到活塞转速n=750转/分。结构图见图2.2。图2.2压缩机结构图3 压缩机的热力计算3.1 初步确定各级公称压力和温度压缩机的热力计算，应该根据气体的压力、容积和温度之间存在一定的关系，并且结合压缩机的具体特性和使用要求而进行，其目的是要求得最有利的热力参数（各级的排气压力、所耗动力）和适合的主要结构尺寸（活塞行程、气缸行程）。3.1.1 初步确定各级公称压力表3-1各级公称压力及压力比级次吸气压力排气压力压力比一级1.034.073.95二级4.0714.453.55三级14.45513.533.1.2 计算绝热指数k在绝热循环的压缩过程中，气体同外界没有热交换。混合气体的绝热指数k值应按下式计算：（3.1）式中：k-混合气体的绝热指数 -混合气体中某组分的绝热指数查表3-2各种成分气体的绝热指数k为：表3-2某些气体的主要物理性质【3】表3-3空气主要成分气体的绝热指数气体名称容积百分数78.0920.950.030.93k（20）1.401.401.301.66根据公式（3.1）计算：由此可得，k1.40，则3.1.3 计算各级排气温度T在压缩过程中，温度与压力间的关系，可按下式计算：（3.2）式中：，-压缩始点和终点的温度（），-压缩始点和终点的压力（公斤/）根据式（3.2），计算结果如下：表3-4各级排气温度级数吸气温度压力比k排气温度一级202933.951.40166439二级252983.551.40155428三级252983.531.401544273.2 计算各级排气系数压缩机在运行时，由于存在吸气阀的弹簧力和管道上的压力波动、余隙容积的影响、吸气时气体与气缸壁之间的热交换、气体泄漏等因素，使气缸行程容积的有效值相对减少。在气缸行程容积相同的情况下，上述四因素的影响越大，排气量则越小。设计计算中，考虑上述因素对排气量的影响而引用排气系数，以表示：（3.3）式中：-排气量 -行程容积 -容积系数 -压力系数 -温度系数 -气密系数3.2.1容积系数对于大多数压缩机来说对排气量的影响相对于其它系数的影响大，设计的时候必须充分考虑。对于实际的气体，计算时要考虑气体的压缩性系数，须按照下式计算：（3.4）式中：-相对余隙容积-气缸的名义压力比-膨胀过程指数在选取a值时，应注意到：（1）各种类型的气阀，在安装的直径相同时，但是具有不同的余隙容积。那么直流阀的余隙容积较大，环状阀和网状阀的小些，而进、排气组合阀的最小。此外，气阀余隙容积的大小也会直接影响相对余隙容积。（2）一般大直径的气缸具有较小的相对余隙容积，反之小直径的气缸具有较大的相对余隙容积。（3）多级压缩机中，高压级的相对余隙容积要比低压级的相对余隙容积大。（4）气阀在气缸上的布置位置的不同，相对余隙容积也不同。气阀布置在气缸端面上的相对余隙容积较小，气阀径向布置在气缸上的相对余隙容积较大；当斜缸上布置气阀时，相对余隙容积应该介于上述两者之间。（5）在相同的活塞线速度和排气量情况下，高转速短行程的压缩机相对余隙容积，要比低转数长行程的压缩机相对余隙容积大得多。本机选取的相对余隙容积分别为：，。膨胀过程指数m，膨胀过程指数表示余隙容积中的气体膨胀时，气体和缸壁、活塞端部的热交换情况。各级的m值参考表3-5选取,得：表3-5不同压力下的m值吸入压力mk为任意值k=1.4达1.5m=1+0.5(k-1)m=1.2大于1.54m=1+0.62(k-1)m=1.25大于410m=1+0.75(k-1)m=1.3大于1030m=1+0.88(k-1)m=1.35大于30M=km=1.4容积系数按式（3.4）进行计算： 3.2.1 压力系数吸气终了压力（相应于气缸内的压力），通常应低于公称吸入压力（相应于吸气管中压力）。气缸内的压力，需要达到吸气管内的压力，要经过一段预压缩。这又相当于使有效行程容积缩小，吸气能力从而再次下降。考虑因吸气过程中的压力损失使吸气能力下降而引用的系数称为压力系数。吸气结束的时候，造成气缸内压力和吸气管中气体压力的差别的主要原因是：吸气阀存在弹簧力，吸气管中的压力波动。过强的弹簧使阀会导致提前关闭，这将降低接近吸气终点时气缸内压力，增大了管道同气缸内的压力差，使下降。由于活塞式压缩机吸气、排气过程的周期性，吸气管中的压力是呈周期性波动的。当吸气结束时，吸取阀即将关闭的瞬间，吸气管道中的压力处于波峰，气缸内的压力可能高于吸气管中的公称压力，这时压力系数应该大于1，在低于公称压力的时候，压力系数小于1。当常压吸气时，较小值适用于通道截面较小的或者具有过强弹簧的气阀。在循环压缩机的第一级和多级压缩机得第二级，因吸气压力较高，即使同样大小的压力损失，相对压力损失仍然很小，这时。一般压缩机，在第三级开始的时候就可以认为。但是在长的导管，高的气流速度或者在导管与气缸见的缓冲容积不够大的时候，可发生很大的压力波动，这时压力系数不能按上述范围选取。本机可取压力系数分别为：，。3.2.2 温度系数吸入气体的温度总是高于吸入管中气体温度（由于气缸对气体加热），折算到名义吸气压力和名义吸气温度时的气体吸入容积将比值小，因而使气缸行程容积的吸气能力再次降低。用来表示在吸气过程中，因气体加热而对气缸吸气能力影响的系数称为温度系数。图3.1温度系数与压力比的关系影响气缸内气体在吸气终了时温度的主要因素是：在吸气过程同气体接触的气缸和活塞的壁面传给气体热量的大小，膨胀终了时余隙容积中残余气体温度的高低，气体在吸气过程中阻力损失的大小。显然，在吸气过程中。气体吸收的热量越多，温度便越高，温度就越小。要全面的考虑这些因素对温度系数的影响，精确的求得是比较困难的，计算时可根据压力比的大小。根据图3.1得温度系数分别为：，。3.2.3 气密系数由于气阀、活塞环、填料以及管道、附属设备等密封不严而造成泄漏，使得压缩机的排气量总是要比气缸的吸气量小。压缩机泄漏的部位不同，对工作所造成的后果也会不同。填料、管道连接处以及单作用活塞的活塞环密封不严密，第一级吸气阀或延迟关闭，所漏出的气体将分别漏出的气体将分别漏人大气、吸气管或者与第一级吸气管相通的容积，这样的泄漏称之为外泄漏。外泄漏使压缩机的排气量降低，同时也会影响各级的压力。选取时应考虑到：（1）压力大小和级数：压力高，则级数多，气密系数取得小一些；反之取得大些。（2）气体性质：分子量小的气体，其具有较大的渗透性，容易泄漏。低粘度的气体，泄漏性也大。（3）压缩机的结构方案：列数和气缸排列型式会影响到值。增加压缩机列数，就增多了填料的数目，使外泄漏增加；多级活塞的串联和在高压缸的背面安装低压平衡缸，也会使泄漏量增加。（4）压缩机转数：高转数压缩机的气密系数可取得大一些，反之低转数取得小一些。（5）气阀、活塞、填料结构：不同结构的气阀、活塞、填料，其密封性能相差大。无油润滑压缩机的气密系数一般都较低。（6）气缸的直径：大直径的气缸，气密系数可以取得大一些，小直径气缸则应该取得小一些。表3-6各级相对泄漏系数各级相对泄漏系数一级二级三级气阀一级0.02二级0.02三级0.02活塞环一级0.01二级0.01三级0.010.030.030.030.970.970.97因此可得气密系数风别为，。综上可得： 3.3 计算干气系数和抽气系数3.3.1 计算干气系数若空压机一级进口含有水蒸气，那么气体经过压缩后，蒸汽的分压将被提高，而后在冷却器中冷却，当压缩机的蒸汽分压超过了冷却器气体出口温度下水的饱和蒸汽压时，气体中的蒸汽将冷凝，析出水分。水分的析出将会影响第一级以后各级的吸气量。计算时，如果不考虑水分的析出，那么使得各级实际压力同计算结果不相同。压缩机各级的干气系数，表示在不考虑中间抽气和泄漏的情况下，该级的吸气容积（换算到一级吸气状态）与一级吸气容积的比值，用下式计算：（3.5）式中：，-一级和i级吸气压力（公斤/零米），-一级和i级在进口温度下的饱和蒸汽压（公斤/厘米），-一级和i级进口气体的相对温度表3-7饱和水蒸汽在时的压力p（公斤/厘米）与重度（公斤/米）计算干气系数时应注意：（1）若，则i级前无水分析出，其中表示i级吸气压力与一级吸气压力的比值，；（2）一级为常压吸气的压缩机，在第三级以后，一般其压力已经超过10公斤/厘米，气体中遗留的水分会很少，可按下式计算：（3.6）（3）以上方法同样适用于其它蒸汽（如石油气中重组分）冷凝时干气系数的计算。查表3-7：（20），（25）一级无水析出：二级根据式（3.6）得：三级压力超过10公斤/厘米，则根据3-6得： 3.3.2 计算抽气系数在化工流程中，经常遇到从级间抽气或者加气的情况，例如在合成氨生产中，要在不同压力下清除有害气体，这样会使得压缩机隔断的重量流量不相等。在确定各级的气缸行程容积时，也要考虑到它的影响。本机取各级抽气系数分别为：3.4 压缩机各级行程容积的确定压缩机一级的气缸行程容积按下式计算：（3.7）式中：-压缩机的排气量（） -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式(3.8)至式(3.9)计算。（3.8）或简写成： (3-9)以上各式中：，-一级和i级的公称吸气压力，-一级和i级的公称吸气温度 -i级的排气系数根据式(3.7)得一级行程容积：根据式(3.8)得二级行程容积: 三级行程容积： 3.5 压缩机各级气缸直径的确定表3-8气缸的公称直径二级气缸直径：三级气缸直径：一级气缸直径：查表3-8圆整后，各级气缸直径分别为：，。3.6 修正各级公称压力和温度3.6.1 确定圆整后各级实际行程容积3.6.2 确定各级压力修正系数及修正系数：修正系数： 3.6.3 修正后各级公称压力和压力比表3-9修正后各级公称压力和压力比级数一级二级三级计算行程容积1.700.330.077实际行程容积1.440.380.11修正系数11.360.11 续表3-9修正系数1.361.681公称吸气压力1.034.0714.451.035.5424.28公称排气压力4.0714.45515.5424.2851修正后的公称压力比5.384.392.1 注：3.6.4 修正后各级排气温度表3-10修正后各级排气温度级次一级二级三级压力比5.384.392.1吸气温度2932982981.621.531.25排气温度474.66455.94372.53.7 计算活塞力3.7.1 计算气缸内实际吸排气压力图3.2按指示图确定指定功率多级压缩机中，各级的公称吸气压力表示各级吸气阀前的压力；而各级的公称排气压力，又是指后一级的公称吸气压力。已知公称压力再求得各级间气体通过中间冷却器、管道、气阀等阻力损失，就可以计算气缸的实际吸排气压力。对于大、中型压缩机，在计算时可从图3.2按各级公称压力查得吸排气过程的相对压力损失和，而后按下式求得实际压力：（3.10）式中：，-i级的实际的公称吸气压力（公斤/厘米）；，-i级的实际和公称排气压力（公斤/厘米）。选取压力损失的时候应注意：（1）在具有较大阻力的气阀和管路系统时，应该从实线查得;在具有较小阻力时，应该从虚线查的。（2）图3.2是根据空气以及重度非常接近于空气的气体，在活塞的平均速度是3.5米/秒的机器绘出。当应用于其它气体及别的活塞平均速度时，应该考虑适当修正。表3-11气缸内实际的吸排气压级次修正后公称压力相对压力损失（%）气缸内实际压力气缸内实际压力比一级1.035.544.570.9551.0700.985.936.05二级5.5424.282.750.9731.0505.3925.494.73三级24.285123.90.9801.03923.7952.992.233.7.2 计算各列的活塞力本机为角度式V型压缩机，分为两列，一、二级为一列，一、三级为一列。一、二级：一、三级： 3.8 计算轴功率，选取电机3.8.1 计算各级指示功率压缩机在单位时间内消耗于实际循环中的功被称为指示功率。在运转的压缩机上，用示功器测得气缸的指示图3.3,再按照下式3.11算出该气缸的指示功率：（3.11）式中:-指示图的压力坐标比例尺（公斤/厘米/厘米）； -指示图的容积坐标比例尺（）； n -压缩机主轴转速（转/分）-指示图面积（厘米）若压缩机为多级压缩机，需把每一气缸的指示功率相加，即为压缩机总的指示功率。设计大、中型压缩机时，指示功率可以根据考虑了压力损失后的气缸的实际压力比（按绝热过程）来计算，其计算公式如下：（3.12）式中：-公称吸气压力（公斤/厘米） -气缸的行程容积（/分） -容积系数，-气缸的实际排气压力和吸气压力（公斤/厘米） k -理想气体的绝热指数根据式（3.12）求各级指示功率一级：二级：三级：则总功率为：3.8.2 计算轴功率驱动机传给压缩机曲轴的实际功率被称为压缩机的轴功率。轴功率应由以下的几个部分组成：（1）压缩机的指示功率；（2）由压缩机曲轴直接驱动的附属机构所需的功率：在压缩机中常常将润滑油泵和注油器（空冷式的压缩机则还有风扇）直接联结在压缩机的主轴上，它们消耗的功率一般不单独分开计算，所以往往包含在压缩机的轴功率内。但是如果附属机构不连接在曲轴上，那么压缩机轴功率就不包括这部分所消耗的功率，在比较压缩机轴功率时需要注明。（3）克服压缩机运动部件各磨擦部分所需的磨擦功率；那么，压缩机的轴功率为。因为需要计算磨擦功率和辅助功率是很困难的，故轴功率通常按下式计算：（3.13）式中：-压缩机的指示功率（千瓦），按式（3.12）计算； -压缩机的机械功率。机械效率表示压缩机运动机构完善程度，与压缩机的结构方案、制造质量、装配质量以及机器的运行状态有关联。大、中型压缩机取：小型压缩机取：微型压缩机取：高压循环压缩机，机械效率会较低，取。无油润滑的压缩机比同类有油润滑的压缩机的机械效率低些。本机机械效率选取0.86.根据式（3.13）得： 3.8.3 驱动机功率，选取电动机对于中、小型的压缩机，如果在驱动机和压缩机之间有传动装置时，驱动机的输出效率为：（千瓦）（3.14）式中：-传动效率按各种传动方式选取，皮带传动取:;齿轮传动取：。本机为皮带传动，选取。考虑到压缩机运转时候负载的波动、吸气状态的变化、冷却水温度的变化以及压缩机的内泄漏等等因素，会引起功率的增加，驱动机应留有的储备功率，则选用驱动机功率为：（3.15）根据式（3.14），得：选用异步电动机：功率，转数n=1470转/分（Y180M-4）功率储备：（满足式（3.15）一般压缩机电动机功率储备在，既选择的电动机满足本机的要求。4 压缩机的动力计算动力计算的目的在于计算压缩机的作用力，确定压缩机的所需额飞轮矩以及各种型式压缩机惯性力、惯性力矩的平衡状况。初步设计压缩机所需的基础。已知活塞行程S=90mm,曲轴转速n=750rpm，以及第三章热力计算中所得到的有关资料。4.1 压缩机中的作用力压缩机中进行作用力的分析，是进行压缩机零件强度、刚度计算的基础，也是判断这些力对压缩机装置影响的依据。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。曲柄连杆机构的运动关系和惯性力：活塞的位移：经运算可得：（4.1）式中：l -连杆长度（米）； r -曲轴半径（米）； -连杆摆角(度)，即为气缸中心线与连杆中心线之间的夹角；-曲轴半径和连杆长度之比假定曲轴旋转角速度为定值: 对式4.1对时间t微分后，得活塞运动速度：（4.2）将式4.2对时间t微分，得活塞加速度：（4.3）往复品质在运动时产生的往复惯性力I为：（4.4）再将式4.3代入上式得：（4.5）惯性力I可看作两部分之和，即：（4.6）一阶：（4.7）二阶：（4.8）从数值上说，一阶惯性力最大值为二阶惯性力的倍。压缩机中，通常取，因此准复惯性力中，一阶起主要作用，准复惯性力沿着气缸中的作用线。设计中规定：从曲轴中心向外的力，引起拉伸的力为正，相反，惯性力的符号与由活塞外止点算起的曲轴柄转角余弦符号是一致的。将曲柄连杆机构未平衡的质量分为两个部分： (4.9) 式中：-活塞，活塞杆，十字头的质量；-连杆的质量；-往复运动部件总质量；由式4.9可得：，。4.2 作各级气缸示功图压缩机中曲轴的旋转角速度如果变化太大，对压缩机的工作将产生以下不利影响： (1) 根据允许的旋转角速度的波动范围，算出所需要的飞轮矩。（2）在压缩机运动机件的连接处引起了附加动载荷，并在垂直于曲轴的平面内产生振动、影响机件的强度和降低机械效率。（3）如果是用电动机直接驱动，那么要引起电动机中电流脉动和供电网中的电压波动。一、二级气缸活塞力为1817.55公斤，一、三级气缸活塞力为1456.26公斤。与值有如下关系：（4.10）取，得,则，。图4.1一、二列第一级设计示功图图4.2一、二列第二级设计示功图图4.3一、三列第一级设计示功图图4.4一、三列第二级设计示功图4.3 作往各列气缸复惯性力图由热力计算得知绕用活塞杆直径d=90mm，取连杆径长比，曲轴转角速度 78.5rad/s。曲柄旋转角度与活塞位移x关系：（4.11）根据式4.11，可得各列往复运动的惯性力，见表4-1和表4-2。表4-1一、二列往复惯性力I(kgf)x/rx(mm)a(度)01.21317.73600360101.17271287.8080.0182080.000819350201.09291200.1290.0720050.003340300.9661060.8050.1589740.007330400.8008879.34110.2752730.012320500.6081667.71730.4158940.019310600.4439.24640.5749990.026300700.1888207.33740.7462810.03429080-0.014-15.6910.9233350.04228090-0.2-219.6211.0999990.05270100-0.362-397.0621.2706310.057260110-0.495-543.8161.4303210.064250 续表4-1 120-0.6-658.8671.5749990.071240130-0.678-743.991.7014690.077230140-0.731-803.0661.8073610.081220150-0.766-841.1821.8910240.085210160-0.786-863.6481.951390.088200170-0.797-875.0521.9878230.089190180-0.8-878.4920.09180表4-2一、三列往复惯性力I(kgf)x/rx(mm)a(度)01.21266.15800360101.1731237.4010.0182080.000819350201.09291153.1550.0720050.00324340300.9661019.2840.1589740.007154330400.801844.9230.2752730.012387320500.608641.5820.4158940.018715310600.400422.0540.5749990.025875300700.1889199.2220.7462810.03358329080-0.014-15.0770.9233350.0415528090-0.199999-211.02491.0999990.0495270100-0.362-381.5201.2706310.057178260110-0.495-522.5301.4303210.064364250120-0.59999-633.07781.5749990.070875240130-0.6776-714.8691.7014690.076566230140-0.731-771.6321.8073610.081331220150-0.766-808.2571.8910240.085096210160-0.787-829.8431.951390.087813200170-0.797-840.8021.9878230.089452190180-0.8-844.10520.09180图4.5一、二列往复惯性力曲线图图4.6一、三列往复惯性力曲线图4.4 作各列气缸综合活塞力图把压缩机各列各气缸的气体作用力，往复运动的惯性力以及往复运动的摩擦力按各列活塞行程展开，并叠加绘成一个综合作用力的曲线，即为综合活塞力图。图4.7和图4.8为本机的综合活塞力图。图的纵坐标表示公斤力，为绘图的方便，力的比例尺应与惯性力图、示功图的比例尺相同。横坐标取为曲轴旋转一周后的时间行程展开值，即2倍的行程；其比例尺也应与惯性力图、示功图的比例尺相同；图中的左边行程表示向轴行程，右边行程表示离轴行程。将行程分成若干等分，然后将往复惯性力图、示功图上对应值转移过来。在转移时要考虑力的方向。在压缩机计算中，凡是使连杆发生拉伸的力都定为正值，而使连杆发生压缩的力定为负值。往复运动部分的摩擦力假定沿行程数值不变，可近似按下式计算确定：（4.12）向轴行程，往复运动摩擦力为正；离轴行程，往复运动摩擦力为负。根据式4.12计算各级摩擦力：将一列中所有的力都绘入展开的活塞力图上之后，再在每个活塞位置上，按各力的正负求它们的代数和，并将各和值的纵坐标连成光滑曲线，即为这一列的综合活塞力曲线。图4.7一、二列气缸综合活塞力曲线图图4.8一、三列气缸综合活塞力曲线图4.5 作各列气缸切向力图作用在曲柄销的连杆力P可分解为两个方向的分力,垂直于曲柄的切向力T和沿曲柄半径方向的径向力: (4.13) (4.14)确定飞轮矩之前，先要求出各个曲柄转角时的切向力值，然后以曲柄转角为横坐标做出的切向力曲线称为切向力图。作图法秋儿的的综合活塞力通常是以行程等分的，而切向力图是以角度等分的。因此，在求各点的切向力前，需要把综合活塞力图上的位移转化成相应的转角，为此应作一辅助图。在综合活塞力图上，沿与横坐标轴平行的另一辅助在线。画两个半圆。半圆的直径等于，圆心在行程中点。从两个圆心开始各向内止点的方向移过的距离，得另一圆心，由作任一圆，求半径为，将这些角点投影到活塞力图的横坐标上并延长至综合活塞力曲线上，既得各转角所对应的活塞位置以及综合活塞力值。在图4.9和图4.10中，力的比例尺，长度比例尺。图4.9 一、二列切向力曲线图在总的合成切向力图中，还必须考虑旋转运动摩擦力。其值近似地按下式确定：（4.15）由于旋转摩擦力的方向总是要与曲轴旋转方向相反，则为正。把合成切向力图的横坐标按力的比例向下移过相当于值的距离，便得包括旋转摩擦力包含在内的总切向力图。求得切向力图面积后，平均切向力：（4.16）式中：-切向力图的长度比例尺； l -切向力图形长度（厘米）； -切向力图的比例尺（公斤/厘米）；图4.10一、三列切向力曲线图平均切向力乘以曲轴半径r，即表示一转中驱动力矩的大小：（4.17）切向力图的正确性可以用热力计算中所算出的功率或者指示图所得的平均指示压力来校核。按照功率计算得到的平均切向力为：（4.18）式中：N-压缩机轴功率（千瓦）； n-压缩机转数（转/分）； r-曲柄半径（米）。按照平均指示压力求得的平均切向力： (4.19)式中：-各气缸容积平均指示压力之总和（公斤）； -压缩机机械效率。作图的误差：或误差值不应超过。根据式4.15得，根据式4.16得，根据式4.18得。校核：即在要求范围内，满足要求。切向力曲线围绕平均切向力的变化范围内，即表示在曲轴旋转一周中阻力矩与驱动力矩相对变化的关系。位于平均切向力上方的面积规定为正值，反之为负值。如果把沿平均切向力上、下各个正的和负的面积值各用一个对应的向量来表示。把所有这些向量依次收尾相衔，平行作出（最末一个向量的终点应与第一个向量的始点在同一水平线），得到向量图上最高点与最低点间的差值F。这个差值所表示的面积称为幅度面积。它表示压缩机在一转中能量变化的范围。根据幅度面积所求出的所需的飞轮矩。图4.11综合切向力曲线图方案A图4.12综合切向力曲线图方案B比较方案A和方案B，A方案幅度面积为11721cm，B方案得幅度面积为12230cm，故选择方案A。4.6 确定飞轮矩飞轮矩计算公式：（4.20）式中：G -转化到直径D上的飞轮重量（kg）； D-飞轮轮缘接口重心的圆周直径（m）；F-幅度面积（cm）；n-转速（转/分）；-允许的旋转不均度，各和驱动方式的值见表4-3。压缩机若以电动机驱动，压缩机的切向力图疚表示作用在电动机轴上的旋转阻力矩的变化。旋转阻力矩过大的变化，会引起电动机中的电流波动和供电网中的电压波动，从而图4-3各种驱动方式的值驱动机电动机柴油机传动方式皮带弹性联轴器刚性联轴器或悬臂电机弹性连接破坏了电网和电动机的正常运行。所以，允许的电流波动不得超过66%。为了满足这一要求，使压缩机应有比较均匀的切向力图和足够的飞轮矩。如果压缩机改变操作条件，切向力图形可能发生变化。这时，压缩机除了进行复算性的热力计算外，切向力图也要重新绘制。根据新的切向力图来判断原设计的飞轮矩是否满足运行要求，如果经核算不合格，则必须重新设计飞轮。按式4.20，并从表4-3选用，5 机体的设计5.1 机体的结构设计5.1.1 机体结构设计的基本原则（1）机体下部面积应满足运转时稳定性要求。（2）应有足够的强度与刚度。（3）由于内应力、温度变化引起的结构变形应最小。（4）结构简单，工艺性良好。（5）适合压缩结构型式的要求。5.1.2 机体主要结构尺寸的确定（1）主轴承座孔的确定；（2）机体的主轴承轴线高度H的确定：H值的确定，要考虑机体须有足够的刚度、机器对总高度的要求以及轴线下部机体容积贮油的多少。一般可根据主轴颈直径d或机体上主轴承孔座直径d来确定，由第二章压缩机结构设计中两列夹角90，取中心距H=220mm。（3）油标高度的确定：在确定油标高度的时候应该保证油位在最高位时，平衡铁、连杆大头不碰到油，以次减少运动中的功耗。同时，油标最低点时，抛油环有足够的高度浸在润滑油中，确保润滑油由抛油环带到油槽。（4）放油螺栓孔的确定：放油螺栓孔的位置应该放在曲轴箱的较低位置，保证每次清理时，能够清理完全，本机取放油螺栓孔的高度为27mm。5.1.3 机体的壁厚机身、机座、曲轴箱的壁厚S参考表5-1选取。表5-1不同活塞力时机身、机座、曲轴箱的壁厚S（毫米）材料活塞力（吨）小于1大于8铸铁本机机身、机座、曲轴箱的壁厚S取8mm。5.1.4 机体加强筋的布置机体要获得足够的刚度，除了结构型式、壁厚外，很主要的方面是筋的布置。主轴承支承部分：图5.1a 是轴承有一个板壁支承，板壁上筋条成辐射状，这种结构铸造很方便，但刚性稍比b图结构所示结构差。图5.1b是轴承有两个板支承，两板中间用筋隔成两室，并在下面开出砂孔，这种结构铸造工艺复杂，但刚性很好。图5.1轴承板壁筋的布置5.1.5 连接螺栓的布置（1）基础螺栓的布置及基础底边的高度h，基础螺栓的布置，根据机身受力的情况都布置在轴承中心线上。底边高度可取，式中为基础螺栓直径。基础螺栓的长度可取。（2）机体间连接螺栓的间距t及法兰厚度h按下列公式确定：，。式中为连接螺栓的直径。5.2 螺栓的强度计算（1）主轴承螺栓的强度校核。（2）机体间连接螺栓的强度校核，机体间连接包括机座与机身、机身与中体、中体和汽缸体等的连接。为了简化计算，仅校核连接螺栓的拉应力，其值应按下式计算：（5.1）式中：P-最大活塞力（公斤）；Z-连接螺栓个数；f-连接螺栓最小截面积（厘米）；k-系数，连接面没有气密性要求时，取k=2.5。许用应力值对于合金钢取；对于碳素钢取，式中，为材料的屈服强度（公斤/厘米）。根据式5.1，得：一、二级螺栓连接：一、三级螺栓连接:5.3 机体的基本计算要求5.3.1 对材料的要求机体材料通常用灰铸铁铸造，一般选用HT150、HT200、HT250等材料。也有采用钢板焊接的机体，对钢板的材质要求采用焊接良好的优质低碳钢板5.3.2 对毛坯件的要求铸件的质量应符合JB207-62的规定。在铸件承受主要作用力的不加工部分（如主轴承凹窝部分，主要加强筋部分，与中体及气缸连接的端平面及法兰部分，以及两侧开有窗孔的横截面上）；不允许有裂纹等影响强度的缺陷存在。铸件的重要加工面（如主轴承座孔，十字头滑道工作表面）经最后加工后，允许有少数单个、分散、清净的气孔存在，但不得用焊补和其他方法修补，以防加工时脱下。焊接件的焊缝质量须符合化工通用机械专业标准TH23-61的规定。机体零件焊接后必须进行煤油渗漏试验。5.3.3 对热处理的要求机体的铸件必须进行自然时效或退火处理。焊接件必须在焊接后进行退火处理。5.3.4 对机械加工的要求（1）各轴承孔、定位孔、滑道的加工精度、椭圆度和锥形度不大于直径公差范围;（2）安装中体和气缸用的贴合面，对十字头滑道中心线不垂直度，在100毫米长度上不大于0.02毫米。（3）各轴承孔的中心线必须在同一直线上，其不同的轴度；对于安装滚动轴承的：在100毫米长度上不大于0.01毫米。对于安装滑动轴承的：当轴承孔直径D200时，允差0.02毫米；当轴承孔直径时，允许误差为0.03毫米。（4）安装中体和气缸用的贴合面对轴承中心线的不平行度，在100毫米长度上不大于0.02毫米。5.4 其它渗漏试验：机体由于储存机油，必须进行渗漏试验。6 曲轴基本尺寸的设计6.1 曲轴基本结构6.1.1 曲轴结构设计压缩机曲轴有两种基本型式，即曲柄轴和曲拐轴。曲柄轴的结构，连同电机轴一起，一般只有两个主轴承。对于支撑轴偏斜较不敏感，便于曲轴的安装。由于曲柄轴的曲柄销是外伸梁。使连杆结构简单。安装方便，但是，采用曲柄轴的压缩机，一般只能取卧式型式，致使机器笨重，基础庞大，目前新设计的压缩机，除微型压缩机和超高压压缩机等特殊情形外，已极少采用曲柄轴。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，可以实现对称平衡式，角式，立式等的结构式型，使压缩机结构紧凑，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。因此，在压缩机上采用曲拐轴的，正日趋增多。压缩机曲轴通常都是设计成整体式，在个别情形，例如在制造和安装各方面有要求，也可把曲轴分成若干部分分别制造，然后用热压配合，法兰，键销等永久或可拆的连接方式组装成一体，构成组合式曲轴。压缩机上用得较多，制造经验较成熟的，是中碳刚锻造。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，铸造曲轴可以节省原材料和大量减少加工工时，并且有条件吧曲轴的形状设计的更合理。本机采用的是曲柄轴，整体式设计，并采用的是球墨铸铁，单拐。曲轴基本结构见图6.1。图6.1曲轴的基本结构6.1.2 曲颈和曲柄曲颈，是指主轴颈和曲柄销。曲轴，是主轴颈和曲柄销间的连接部分。锻造曲轴的曲颈，除特殊原因（如为了减轻重量和增加强度），都是制成实心的圆柱体。而曲柄，则取矩形体作为基本形式。一般把曲柄在曲柄销端靠外的棱角剃去，一减少不平衡的旋转质量，同时也有利于力的传递。6.1.3 过渡圆角曲颈和曲柄连接处，应取成圆角圆滑过渡，以避免发生过大的应力集中现象，致使曲轴破坏。图6.2过渡圆角形式(1)圆角表面粗糙度应不低于0.4（）:此为最常见的圆角形式，轴颈表面和圆角表面为一次磨出，以保证衔接处平滑。(2)圆角表面粗糙度应不低于0.8（）:适合大型曲轴，是用成型车刀最后加工出来的。角应有微量径向沉割，以保证衔接处不出现明显凸台。(3)圆角表面粗糙度应不低于1.6（）：便于连杆用大头定位，以减少曲柄销长度，在压缩机轴向长度有要求时可以采用。由于轴向沉割圆角受载情况较好，圆角表面关洁渡可取略低。在图6.2中，a图和b图所示圆角的圆角半径，式中D为曲柄销直径。c图所示圆角的圆角半径r可取得略小些，以便不过分削弱曲柄。对圆角表面施以滚压，使之冷却硬化，可以使曲轴疲劳强度明显提高。同一曲轴上的圆角（包括轴颈突然改变处的过渡圆角），应尽量取同一半径，以便利加工。本机粗糙度具体见零件图。6.1.4 油孔曲颈上的油孔，一般采取斜油孔或直油孔形式，根据曲轴形状和供油方式而定。油孔直径约为轴颈直径的倍，但不应该小于3mm。油孔与曲颈表面相贯处，应倒圆抛光，倒园圆角直径约为油孔直径的一半，以提高曲轴的疲劳强度。关于油孔的位置，轴瓦内壁上有环向油槽时，一半多从加工工艺性出发，沿曲拐平面开油孔。6.1.5 曲轴的轴向定位为防止曲轴在运转过程中的轴向窜动，要由主轴承对曲轴进行轴向定位。但考虑到曲轴的热膨胀，在定位处要保留有热间隙。为使定位处的热间隙尽可能小些，曲轴上的两个定位面要尽量选得彼此近些。在主轴承为滚动轴承时，一般由两只主轴承从两端对曲轴进行轴向定位。在主轴承为滑动轴承时，曲轴的轴向定位一般由端部一只主轴承来完成；采用厚壁轴瓦的，轴瓦有起止推作用的翻边；采用薄壁轴瓦的，在定位主轴承座的两个端面上，镶有由耐磨材料制成的半环状止推环；相应于翻边或止推环，在曲轴上布置有定位台肩。6.1.6 油封曲轴从曲轴箱侧壁穿出处须设置轴封，以防止润滑油外漏。最常用的轴封结构，是在轴上装设抛油圈，并辅之以螺旋挡油槽，螺旋挡油槽固定在曲轴箱上，螺旋旋向与轴的旋转方向相同；螺旋挡油槽随曲轴一道转动，螺旋旋向与轴的旋转方向相反；如果把旋转槽分成两段，并把靠外一段螺旋槽的旋向改变一下，除应当有防止由外漏的作用外，还应有防止灰尘进入曲轴箱的作用，还应有防止灰尘进入曲轴箱的作用。橡胶轴封是标准件产品，可以根据轴径大小选用。6.1.7 轴端曲拐轴的两端，分别称轴前端和轴后端。轴前端功率输入端，要传递由运动计算确定的总扭矩。轴前端一般是与皮带轮、联轴器。驱动机等相连接，要求连接牢固可靠。常见轴前端结构，有圆锥轴端、圆柱轴端和法兰轴端。圆锥轴端便于装拆，但锥面的加工较麻烦，要用锥度量规检验，接触面须在65%以上；锥面的锥度，通常取1:10，也有取1:15和1：20的；扭矩是用键传递。圆柱轴端加工方便，但拆装较麻烦；圆柱面的配合公差一般取D/gd或D/gc；扭矩也是用键传递。法兰轴端使压缩机轴向尺寸紧凑，适合于与电机直联的大型压缩机；扭矩是由抗剪切的铰制孔用螺栓传递；铰制孔用螺栓与螺栓孔的配合公差，推荐取D/gc。为了减少应力集中的影响和增加接近轴颈处法兰的厚度，法兰与轴颈相接处，要用较大的圆角圆滑地过渡。轴后端常须拖动齿轮油泵、注油器以及风扇、水泵等，为此，在轴后端的轴端面上常要设置方头活络联轴节，以拖动从动轴；在轴后端的轴面上，有时要装设齿轮、链轮、皮带轮等，以输出功率。6.1.8 平衡铁平衡铁的基本形式是扇形体。平衡铁尺寸的确定，是在保证压缩机运转时平衡铁不与十字头（或活塞）和连杆相碰的条件下，尽量增大平衡铁外缘半径和平衡铁厚度，然后调整平衡包角，使平衡铁重心回转半径与平衡铁的质量G的乘积满足动力计算提出的要求。平衡铁与曲柄的连接，最常见的是用抗拉螺栓连接。在大型压缩机时，为了分组一部分载荷，可在曲柄的两个侧面上增设两个键，以减轻螺栓受力。为了防止松动，连接件均应死锁。铸造曲轴的平衡铁，一般都是与曲轴铸为一体。连杆的强度，以平衡铁的离心力P为载荷，按静强度进行校核。平衡铁的离心力：（6.1）式中：G-平衡铁重量（公斤）； -平衡铁重心回转半径（厘米） n-压缩机转数（转/分）6.2 曲轴结构设计6.2.1 曲轴设计基本原则(1)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。（2）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。曲轴的各险端面，尤其是有高度应力集中现象存在的轴颈与曲柄间过渡圆角处，要进行强度校核。(3)曲轴要有足够的刚度。轴颈偏转角不应该超过允许值，以保证轴承可靠地工作。在采用悬挂电机结构时，电机转子中心的挠度应不超过允许值，以保证电机正常工作。6.2.2 曲轴基本尺寸的设计（1）曲柄销直径：（厘米）（6.2）式中 P最大活塞力（吨）。在式中，当压缩机活力小，列数少，行程短，往返行程中活塞力较接近，以及曲轴材料允许应力高，轴承负荷能力强时，系数取值可偏小；反之，系数取值应偏大。根据式6.2得曲柄销直径：，本机选取曲柄销直径为65mm。（2）主轴颈直径：（6.3）确定轴颈尺寸时，应顾及轴颈合度S，应尽量避免S/D等于零或者接近零。(3)轴颈长度：轴颈长度要与轴承宽度相适应。在非定位轴颈处，轴颈直圆柱部分的长度要比轴承的宽度适当大一些，使轴颈与轴承沿轴线方向有相互窜动的余地，以适应制造偏差和曲轴热膨胀的影响。根据计算及实际情况，本机曲颈长度取76mm。（4）曲柄厚度：（6.4）大的曲柄厚度相应于小的曲柄宽度；小的曲柄宽度相应于大的曲柄宽度。在轴颈重合度S较大时，例如S/D0.3，曲柄厚度t可酌情减小。根据计算及实际情况，本机曲柄厚度取53mm。（5）曲柄宽度：（6.5）铸造曲轴应取大的曲柄宽度。对于曲柄轴，由于受力情况与曲拐轴不同，结构尺寸的大小也就不同。根据计算及实际情况，本机曲柄宽度取80mm。6.2.3 曲轴平衡的计算压缩机在工作时需要平衡的惯性力由两个部分组成：往复惯性力和旋转惯性力。往复惯性力包含：活塞质量、活塞环质量、活塞销质量、连杆小头质量、挡圈质量。旋转惯性力包含：两个连杆大头质量、轴瓦质量。为使压缩机正常运行，惯性力必须平衡，本机采用平衡铁平衡，具体计算如下：往复惯性力为：旋转惯性力为：所需平衡的总惯性力为： 349.425+321.3=670.725本机设计的曲轴平衡块可平衡：可以看出两者相差不大，即视为平衡。见图6.3为本机曲轴。图6.3曲轴的三维视图6.2.4 曲轴受力分析为使计算简单，对曲轴的受力情况先作了如下简化假设：(1) 连杆力集中作用在曲柄销中点处；(2) 略去回转惯性力；(3) 对于多支承曲轴，作为在主轴承中点处被切开的分段简支梁的考虑；(4) 略去曲轴自重。作了上述简化假定以后，曲拐轴的计算简图可归纳为单拐和双拐两种，本机取单拐设计，为了后面的计算方便，规定了轴颈与曲柄的坐标系，见图6.3。在图6.3中，T为作用在曲柄销上的切向力；为作用在曲柄销上的法向力；、为三个主轴承处支反力沿坐标方向的分量；M为输入扭矩；为相邻一跨传来的阻力扭矩。6.2.5 曲轴基本技术要求（1）毛坯应进行正火处理，以改善材料组织提高材料机械性能，消除应力。在小件时，工件应调制处理，以期得到更好的机械性能。粗加工后进行回火或人工时效，消除内应力，保证精加工精度。（2）压缩机曲轴一般是用45和40优质碳素钢铸造，或用QT600-3稀土镁球墨铸铁铸造。铸造曲轴的铸造比，在以钢锭为原材料时，在轴颈处应不下于3，在曲柄处应不小于2；在刚坯为原材料时，在轴颈处应不小于2，在曲柄应不小于1.3。铸造曲轴的冒口。应设在负荷最轻的轴后端，以保证曲轴要受力的材质质量。图6.3单拐轴受力图（3）主轴颈、曲柄销的椭圆度与圆锥度，不大于2级精度孔公差之半。各主轴

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