80系列微型风冷活塞式压缩机的设计(W80II)

欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计 论论文文 题目 题目 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型型 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号 0923105 学生姓名 肖秋红 指导教师 俞萍 职称 高级工程师 职称 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计 论文 无锡太湖学院本科毕业设计 论文 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明 所呈交的毕业设计 论文 80 系列微型 风冷活塞式压缩机的设计 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 何其他个人 集体已发表或撰写的成果作品 班 级 机械 93 学 号 0923105 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一 题目及专题 一 题目及专题 1 题目 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 2 专题 二 课题来源及选题依据二 课题来源及选题依据 80 系列微型风冷活塞式压缩机是风冷单作用压缩机 使用飞 溅的有雾进行润滑 在食品 医疗 仪表等行业广泛应用 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 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 论文或其他 应达到的要求 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 1 根据设计参数进行压缩机的热 动力计算 主要包括缸径的 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 II 2 绘制主机总图及主要零件图 3 对压缩机主要零件进行强度校核 4 根据计算结果 确定压缩机结构尺寸 完成总装图 5 查阅相关资料 完成毕业设计说明书一份 不少于 30 页 四 接受任务学生 四 接受任务学生 机械 93 班班 姓名姓名 肖秋红 五 开始及完成日期 五 开始及完成日期 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六 设计 论文 指导 或顾问 六 设计 论文 指导 或顾问 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 活塞式压缩机是一种容积式压缩机 用来提高气体压力和传送气体 目前 广泛用于工业生产中 例如 石油 化工 冶金 轻功 纺织 及采矿等 因 此 气体压缩机是近代工业生产中不可缺少的通用机械 结合所学过的中小型 压缩机 了解其基本结构及其工作原理 重点掌握其结构设计学会所含零部件 的结构设计方法及其强度校核方法 在设计过程中 理论联系实际 最终了解 设计一个机械设备基本思想和方法 W 型风冷微型活塞式压缩机主要用于工业中气体压缩 虽然其结构有别于 其他压缩机 但它们原理相似 因此可以根据已知的压缩机类型 通过互相比 较进而进行设计 整个设计过程包括整体总体结构设计 热力学的计算 初定相关零部件结 构尺寸 然后借助 CAXA 等绘图软件 选定轴承等标准件 应用强度理论对其进 行必要的强度校核以满足实际的需要 最后确定压缩机的辅助设备 关键字关键字 活塞式压缩机 强度校核 行程容积 动力计算 IV Abstract The piston compressor is a positive displacement compressor used to increase the gas pressure and gas transmission now widely used in industrial production such as petroleum chemical metallurgy dodge textile and mining Therefore the gas compressor is indispensable in modern industrial production of general machinery Combined with the small and medium sized compressor we understand the basic structure and how it works focus on mastering the Society of structural design components contained in the structural design method and its strength check method theory with practice in the design process the final Learn basic ideas and methods of the design of a mechanical device W type air cooled micro piston compressor is mainly used for industry gas compression although its structure is different from other compressor but they are similar in principle Therefore it can be known according to the type of the compressor by mutual comparison Further design Throughout the design process including overall design of the overall structure thermodynamic calculations an initial component structure size CAXA and other graphics software and then with the selected bearings and other standard parts application strength theory be necessary strength check to meet the actual need to finalize the compressor auxiliary equipment Keywords Piston compressor Strength check Stroke volume Dynamic calculation V 目目 录录 摘 要 III ABSTRACT IV 目 录 V 1 绪论 1 1 1 本课题的研究内容和意义 1 1 2 国内外的发展概况 1 1 3 本课题应达到的要求 1 2 压缩机总体结构的设计 2 2 1 设计原则及设计任务 2 2 2 结构方案的选择 3 2 3 列数及级在列中的配置 4 3 压缩机热力计算 5 3 1 技术参数 5 3 2 热力计算 5 3 2 1 计算总压力比 5 3 2 2 压缩机级数的确定 5 3 2 3 压力比分配 5 3 2 4 计算容系数 5 3 2 5 确定压力系数 6 3 2 6 确定温度系数 6 3 2 7 计算泄漏系数 6 3 2 8 计算气缸工作容积 7 3 2 9 确定缸径 行程及行程容积 7 3 2 10 复算压比或调整余隙容积 8 3 2 11 计算各列最大的活塞力 9 3 2 12 计算排气温度 9 3 2 13 计算功率 9 3 2 14 等温功率 10 4 动力计算 11 4 1 已知数据整理 11 4 2 动力计算 11 4 2 1 计算活塞位移 速度 加速度 11 4 2 2 气体力的计算 13 VI 4 2 3 惯性力的计算 17 4 2 4 切向力的计算及切向力曲线的绘制 21 4 2 5 飞轮矩的确定 23 5 主要零部件的分析设计 26 5 1 气缸部分的分析计算 26 5 2 机身的设计 28 5 2 1 机身材料 28 5 2 2 主要尺寸确定 29 5 3 连杆的设计 29 5 3 1 概述 29 5 3 2 连杆的结构设计 29 5 3 3 杆身结构 29 6 结论与展望 33 6 1 结论 33 6 2 不足之处及未来展望 33 致 谢 34 参考文献 35 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 1 1 绪论绪论 1 1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 压缩机是一种输送气体和提高气体压力的机器 属于将原动机的动力转化 为气体压力能的工作机 它种类多 用途十分广泛 如冶金 矿山 机械和国 防等 尤其在石油 化工生产中 压缩机已成为必不可少的关键设备 由此可 见 压缩机已成为国民经济各个部门中重要的通用机械 压缩机按压缩气体的原理不同可分为容积式和速度式两大类 容积式压缩 机是使气体直接受压 从而使气体容积缩小 压力提升 其特点是压缩机 具有 容积可周期性变化的工作腔 按工作腔中运动元件不同 容积式压缩机可分为 往复式和回转式两种 动力式压缩机是使气体流动速度提高 然后通过扩压元 件使速度能转化为压力能 与此同时气体容积也相应减小 其特点是压缩机具 有驱使气体获得流动速度的叶轮 按工作腔中运动元件不同 动力式分为离心 式 轴流式 喷射式等 本设计采用容积式压缩机 压缩气体主要应用与以下几个方面 1 作为动力 压缩气体驱动各种风冷机械 风冷工具 控制表及其自动 化装置 2 气体用于气体制冷和气体分离 空气液化分离后 得到纯氧 氮等 3 用来合成及聚合 如氮氢合成氨 氢 二氧化碳合成尿素等等 4 气体输送 气瓶罐装等等 5 用以油的加氢精制 如重油的轻化 润滑油的加氢精制等等 6 天然气燃料车的气源提供 1 2 国内外的发展概况国内外的发展概况 近几十年来 我国压缩机制造业在引进国外技术 消化吸收和自主开发基 础上 克服不少难关 取得重大突破 其中活塞式压缩机已达到国际同类产品 的水平 今后压缩机的发展前景不仅仅在于努力提高技术性能指标 更应着力 于应用近代先进计算机技术进行性能模拟和优化设计 促成最佳性能的系列化 通用化 机组化和自动化 降低生产成本 完善辅助成套设备 扩大应用领域 提高综合技术经济指标 1 3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 本次设计的80系列风冷活塞式微型压缩机主要用于工业生产中 主要包括 三个方面 一是热力计算 确定行程容积 最大活塞力 排气温度 功率和效 率等 二是动力计算 确定气体力 综合活塞力 飞轮矩等 三是连杆的计算 确定连杆长度 大头小头尺寸 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 压缩机总体结构的设计压缩机总体结构的设计 2 1 设计原则及设计设计原则及设计任务任务 排气量 Q 0 4 min 排气压力 P 1 25MPa 进气压力 3 m d P 0 1MPa s 进气温度 T 20 C 进气相对湿度 0 8 1 查书得 1 30m k1 4 相对余隙容积的大小 很大程度上取决于气缸上的布置方式 气阀的结构 结构形式和级数 以及同一级次的行程缸径比等 般处于下列范围 低压级 0 07 0 12 中压级 0 09 0 14 高压级 0 11 0 16 单作用式压缩机 如果气阀轴向地配置在气缸盖上 低压级可小至 速短行程压缩机 可高达 小型压缩机的高压07 0 04 0 18 0 15 0 级可达 25 0 所以取 1 0 03 2 0 05 m1 1 1 m2 1 15 得 v1 1 1 z1 m1 1 1 0 03 3 671 1 1 1 0 932 3 4 v2 1 2 z1 m2 1 1 0 05 3 51 1 15 1 0 901 3 5 3 2 5 确定压力系数确定压力系数 根据进气压力接近于大气压力 取压力系数 98 0 1 p 根据温度系数与压力比的关系 取温度系数 00 1 2 p 3 2 6 确定温度系数确定温度系数 取 97 0 97 0 21 TT 3 2 7 计算泄漏系数计算泄漏系数 表 3 3 泄漏系数 项目 相对泄漏数 级数 第一级第二级 气阀一级 二级 0 020 03 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 7 续表 3 3 总相对泄漏量0 050 07 v l 1 1 0 9520 93 3 2 8 计算气缸工作容积计算气缸工作容积 3 6 1111 1 ltpv h n Q V 952 097 0 98 0 932 0 850 4 0 3 00056 0 m 3 7 2222 2 2 1 2 1 ltpv h T T P P n Q V 93 0 97 0 00 1 932 0 1 293 303 1067 3 10 850 4 0 5 5 3 00016 0 m 3 2 9 确定缸径 行程及行程容积确定缸径 行程及行程容积 已 选取行程 S 60mm 得活塞平均速度min 850rn 3 8 sm sn Vm 7 1 30 85060 30 一级气缸直径 3 9 2 4 2 1 SDVh m 3 10 0771 0 06 0 00056 0 22 1 1 s V D h 活塞环一级 二级 0 030 04 无锡太湖学院学士学位论文 8 圆整后 圆整后实际行程容积mmD80 1 3 1 000603 0 mVh 二级气缸直径 3 11 1 4 2 22 SDVh 3 12 m s V D h 0582 0 06 0 00016 0 44 2 2 圆整后 圆整后实际行程容积 mmD60 2 3 2 00017 0 mVh 3 2 10 复算压比或调整余隙容积复算压比或调整余隙容积 气缸直径圆整后如其他参数不变 则压力比分配便改变 若忽略压力比 改变后对容积系数的影响 则压力比的改变可认为与活塞有效面积改变成比例 表 3 4 圆整前 后总的活塞有效面积如下表 气缸直径活塞有效面积 级次 D cm m2 2 2 DAi 前后前后 0 0770 0800 00930 010 0 05820 0600 00530 0057 由于一级缸径圆整变大使一级排气压力要反比例降低 降低率 930 0 01 0 0093 0 1 由于二级缸径圆整变大使二级排气压力要反比例降低 降低率 929 0 0057 0 0053 0 2 一级压力比变为 3 13 171 3 67 3 929 0 930 0 121 1 相应地二级压力比变为 3 14 051 4 929 0930 0 5 3 21 2 2 也可以用调整相对余隙的方法 维持压力比不变 即因第一级缸直径变大了 相对余隙容积也相应变大了 使吸进的气量不变 由此可得 3 15 867 0 010 0 0093 0 932 0 1 1 A A vivi 一级新的相对余隙容积 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 9 3 16 059 0 167 3 867 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 m vi O 二级新容积系数 3 17 838 0 0057 0 0053 0 901 0 2 2 2 2 A A rr 二级新相对余隙容积0 055 3 18 15 3 838 0 1 15 1 1 2 本计算中取调整相对余隙容积 3 2 11 计算各列最大的活塞力计算各列最大的活塞力 取进 排气相对压力损失 075 0 1 s 167 0 1 d 048 0 2 s 105 0 2 d 气缸内实际进 排气压力 Ps 1 0 075 10 Pd 1 0 167 3 67 10 0 925 1 5 1 5 10 N M 4 25 105 N M2 52 Ps 1 0 048 3 67 Pd 1 0 105 2 5 10 2 5 10 5 12 3 494 13 81 25 10MN 25 10MN 轴侧和盖侧活塞面积分别为 255 11 10355 3 1028 4mnPP sd 255 2 2 10494 31081 13mnPsPd 25 10316 10mN 最大活塞力 第一级 NPsPdAF 35 1 111 105 31001 0 3 19 第二级 NPsPdAF 35 2 122 109 510316 100057 0 3 20 3 2 12 计算排气温度计算排气温度 取压缩指数 n 1 35 n 1 4 12 排气温度 无锡太湖学院学士学位论文 10 Td T Td T 111 1 1 1 n n222 1 2 2 n n 35 1 135 1 67 3 293 4 1 14 1 67 3 5 410 3 21 3 22 K5 410 K 4 430 3 2 13 计算功率计算功率 3 23 1 1 160 1 1 1 011 1 1 1111 n n nvsi n n VP n N kw38 1 1 242 01 67 3 135 1 35 1 000603 0867 0 10 60 850 35 1 135 1 5 3 24 1 1 160 2 2 1 021 2 2 2221 n n hvsi n n VP n N kw21 1 1 153 0 1 5 3 14 1 4 1 00017 0 838 0 105 3 60 850 4 1 14 1 5 总的指示功率 kwNi58 2 31 1 38 1 取机械效率9 0 m 轴功率 KWNZ87 2 9 0 58 2 电动机的功率余度取 10 则电动机取 4kw 确定电动机型号为Y112M 2 转速为2890r min 3 2 14 等温功率等温功率 各级等温压缩功率 kwllP n sN nnhvsi 963 0 67 3000603 0867 0 10 60 850 60 5 1111 11 3 25 3 26 963 0 67 3 ln00017 0838 0 1067 3 60 850 5 21 s Ni 总的等温指示功率 kwN isi 923 1 963 0963 0 等温指示效率 3 71 7 2 926 1 isi 等温轴效率 17 646417 0 9 0713 0 is 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 11 4 动力计算动力计算 4 1 已知数据整理已知数据整理 表 4 1 已知数据 级数III 活塞面积 m2 A0 010 0057 10 5 10 5 P1j 0 10 42 Psj 0 9253 494 10 5 P2j 0 4515 43 Pdj 4 2813 81 温度 吸入 oc 20137 5 k2 93410 5 排出 oc 137 5157 4 k410 5430 4 相对余隙容积 0 0590 072 行程 mm s60mm 余隙容积折合行程 mm s0 s 3 544 32 指示功率 kw Ni1 381 32 轴功率kw 3kw 无锡太湖学院学士学位论文 12 4 2 动力计算动力计算 4 2 1 计算活塞位移 速度 加速度计算活塞位移 速度 加速度 sr n 97 838 60 8502 60 2 4 1 6691 2 97 8803 0 r 4 2 smrv 47 237733 8303 0 22 取径长比 4 1 位移 sin11 1 cos1 22 xrX g 4 3 cos1 16 1 cos1 03 0 速度 2sin 2 sin rv 4 4 2sin 8 1 sin6691 2 加速度 2cos cos 2 ra 4 5 2cos 4 1 cos47 237 表 4 2 活塞位移 速度 加速度 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 13 曲柄转曲柄角度 活塞位移x m 活塞速度v m s 活塞加速度a m s2 0o00396 84 15o1 270 86280 79 30o4 961 62235 34 45o10 662 22167 95 60o17 812 689 05 75o25 732 7410 05 90o33 752 67 59 37 105o41 262 44 112 88 120o47 812 02 148 4 135o53 091 55 167 92 150o56 921 05 175 97 165o59 230 52 177 96 180o600 178 1 195o59 23 1 05 177 96 210o56 92 1 55 175 97 225o53 09 1 55 167 92 240o47 81 2 02 148 4 续表 4 1 无锡太湖学院学士学位论文 14 曲柄转曲柄角度 活塞位移x m 活塞速度v m s 活塞加速度a m s2 255o41 26 2 44 112 88 270o33 75 2 67 59 37 285o25 73 2 7410 05 300o17 81 2 689 05 315o10 66 2 22167 95 330o4 96 1 62235 34 345o1 27 0 86280 79 360o00396 84 4 2 2 气体力的计算气体力的计算 1 各级气体力 膨胀过程 m j dj xS S PP 0 0 4 6 进气过程 sj PP 4 7 压缩过程 m j sj XS SS PP 0 0 4 8 排气过程 dj PP 4 9 本机属于微型压缩机 取 是活塞位移 1 1 11 mm15 1 22 mm j x 为代表余隙容积的当量行程 相对余隙容积 用运动计算中各点的 ss 0 位移值 因为本机为单作用活塞 所以只需将盖侧列入计算 2 气体力 gjjgj App 4 10 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 15 表 4 3 I 级盖侧气体力表 无锡太湖学院学士学位论文 16 曲轴转角活塞位移膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力 xg min Pj PsPj PdPgj Pj Agj 0 04 28 4280 15 1 273 05 3050 30 4 960 925 925 45 10 660 925 925 60 17 810 925 925 75 25 730 925 925 90 33 750 925 925 105 41 260 925 925 120 47 810 925 925 135 53 090 925 925 150 56 920 925 925 165 59 230 925 925 180 600 925 925 195 59 230 94 840 210 56 920 97 970 225 53 091 04 1040 240 47 811 14 1140 255 41 261 31 1310 270 33 751 58 1580 285 25 732 01 2010 300 17 812 75 2750 315 10 664 28 4280 330 4 964 28 4280 345 1 274 28 4280 360 04 28 4280 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 17 I 级 N pddd APF 35 1028 401 01067 3 167 0 1 1 4 11 NAPF pssd 35 10925 0 01 0 10 075 0 1 1 4 12 图 4 1 I 级盖侧气体力 无锡太湖学院学士学位论文 18 表 4 4 II 级盖侧气体力表 曲轴转角活塞位移膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力 xg min Pj PsPj PdPgj Pj Agj 0 013 81 7871 7 15 1 2710 27 5854 30 4 963 494 1991 6 45 10 663 494 1991 6 60 17 813 494 1991 6 75 25 733 494 1991 6 90 33 753 494 1991 6 105 41 263 494 1991 6 120 47 813 494 1991 6 135 53 093 494 1991 6 150 56 923 494 1991 6 165 59 233 494 1991 6 180 603 494 1991 6 195 59 233 54 2017 8 210 56 923 67 2091 9 225 53 093 91 2228 7 240 47 814 31 2456 7 255 41 264 93 2810 1 270 33 755 9 3363 285 25 737 48 4263 6 300 17 8110 16 5791 2 315 10 6613 81 7871 7 330 4 9613 81 7871 7 345 1 2713 81 7871 7 360 013 81 7871 7 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 19 II 级 NAPF pddd 35 107 80058 0 1081 13 105 0 1 1 4 13 NAPF pssd 35 1099 10057 0 1067 3 048 01 1 4 14 图 4 2 II 级盖侧气体力 4 2 3 惯性力的计算惯性力的计算 往复惯性力 61935213067385 m 旋转惯性力 gm188 无锡太湖学院学士学位论文 20 表 4 5 惯性力表 曲柄转角活塞加速度复位惯性力 I m a s 5 1 旋转惯性力 2 1 wmI r A m s 2 I 级II 级I 级II 级 0 0 396 84368 46368 46 44 64 44 64 15 0 380 79353 56353 56 44 64 44 64 30 0 235218 2218 2 44 64 44 64 45 0 167 95155 9155 9 44 64 44 64 60 0 89 0582 6882 68 44 64 44 64 75 0 10 059 339 33 44 64 44 64 90 0 59 37 55 13 55 13 44 64 44 64 105 0 112 88 104 81 104 81 44 64 44 64 120 0 148 4 137 8 137 8 44 64 44 64 135 0 167 92 155 9 155 9 44 64 44 64 150 0 175 97 163 39 163 39 44 64 44 64 165 0 177 96 165 24 165 24 44 64 44 64 180 0 178 10 165 36 165 36 44 64 44 64 195 0 177 96 165 24 165 24 44 64 44 64 210 0 115 97 163 39 163 39 44 64 44 64 225 0 167 92 155 9 155 9 44 64 44 64 240 0 148 4 137 8 137 8 44 64 44 64 255 0 122 88 104 81 104 81 44 64 44 64 270 0 55 6 55 13 55 13 44 64 44 64 285 0 99 39 339 33 44 64 44 64 300 0 83 6882 6852 68 44 64 44 64 315 0 155 9155 9155 9 44 64 44 64 330 0 218 2218 2218 2 44 64 44 64 345 0 353 56353 56353 56 44 64 44 64 360 0 368 46368 46368 46 44 64 44 64 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 21 表 4 6 综合活塞力图 曲柄转角I级II级 气体力 往复惯性力 摩擦力 综合活塞力气体力往复惯性力 摩擦力 综合活塞力 0 4280368 46 109 6 4021 14 7871 7368 46109 6 7612 84 15 3050353 56 109 6 2906 04 5854353 56109 6 5610 04 30 925218 2 109 6 816 4 1991 6218 2109 6 1883 45 925155 9 109 6 878 7 1991 6155 9109 6 1945 3 60 92582 68 109 6 951 92 1991 682 68109 6 2018 52 75 9259 33 109 6 1025 27 1991 69 33109 6 2019 87 90 925 55 13 109 6 1089 73 1991 6 55 13109 6 2156 33 105 925 104 81 109 6 1139 41 1991 6 104 81109 6 2206 01 120 925 137 8 109 6 1172 4 1991 6 137 8109 6 2239 135 925 155 9 109 6 1190 5 1991 6 155 9109 6 2257 1 150 925 163 39 109 6 1197 99 1991 6 163 39109 6 2264 59 165 925 165 24 109 6 1199 84 1991 6 165 24109 6 2266 44 180 925 165 36 109 6 1199 96 1991 6 165 36109 6 2266 56 195 940 165 24 109 6 1214 99 2017 8 165 24109 6 2292 64 210 970 163 39 109 6 1242 99 2091 9 163 39109 6 2364 89 225 1040 155 9 109 6 1305 5 2228 7 155 9109 6 2494 2 240 1140 137 8 109 6 1387 4 2456 7 137 8109 6 2704 1 255 1310 104 81 109 6 1524 41 2810 1 104 81109 6 3024 51 270 1580 55 13 109 6 1744 73 3363 55 13109 6 3527 73 285 20109 33 109 6 2110 27 4263 69 33109 6 4363 87 300 275082 68 109 6 2776 92 5791 282 68109 6 5818 12 315 4280155 9 109 6 4233 7 7871 7155 9109 6 7825 4 330 4280218 2 109 6 4171 4 7871 7218 2109 6 7763 1 345 4280353 56 109 6 4037 04 7871 7353 56109 6 7627 74 360 4280368 46 109 6 4021 14 7871 7368 46109 6 7612 84 无锡太湖学院学士学位论文 22 图 4 3 I 级综合活塞力图 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 23 图 4 4 II 级综合活塞力图 4 2 4 切向力的计算及切向力曲线的绘制切向力的计算及切向力曲线的绘制 切向力计算公式 sin12 2sin sin 2 p FT 4 15 无锡太湖学院学士学位论文 24 表 4 7 切向力图 曲柄转角 I级 II级 总切向力 0o000 15o 2043 88 3869 48 5913 36 30o 1088 6 4059 78 5148 38 45o 726 37 1675 35 2401 72 60o 947 3 2008 75 2956 05 75o 1058 87 2160 42 3219 29 90o 1089 73 2156 33 3246 06 105o 1024 42 1983 38 3007 8 120o 863 93 1649 9 2513 83 135o 624 4 1183 82 1808 22 150o 331 05 625 79 956 84 165o 57 55 21 2 78 75 180o000 195o617 561165 31782 86 210o899 51711 382610 88 225o1161 542219 163380 7 240o1380 682691 014071 69 255o1574 363123 624697 98 270o1744 733299 965044 69 285o1897 313527 735425 04 300o2046 294287 36333 59 315o2220 524104 36324 82 330o1152 712145 233297 94 345o37 7771 36109 13 360o000 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 25 图 4 5 总切向力曲线 4 2 5 飞轮矩的确定飞轮矩的确定 平均切向力 16 473 36 25 1 T T T i m 4 16 阻力矩 TrTMy03 0 4 17 驱动力矩 mMd TrTM03 0 1 4 18 无锡太湖学院学士学位论文 26 表 4 7 驱动力矩与阻力矩计算 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 27 曲柄转角总切向力平均切向力阻力矩My驱动力矩Md 00473 16014 1948 0 26 5913 16473 16 177 394814 1948 0 52 5148 38473 16 154 4514 1948 0 785 2401 72473 16 72 051614 1948 1 05 2956 05473 16 88 6814 1948 1 31 3219 29473 16 96 5814 1948 1 57 3246 06473 16 97 381814 1948 1 83 3007 8473 16 90 23414 1948 2 09 2513 83473 16 75 414914 1948 2 36 1808 22473 16 54 246614 1948 2 62 956 84473 16 28 705214 1948 2 88 78 75473 16 2 362514 1948 3 140473 16014 1948 3 41782 86473 1653 485814 1948 3 662610 88473 1678 326414 1948 3 9253380 7473 16101 42114 1948 4 194071 69473 16122 150714 1948 4 454697 98473 16140 939414 1948 4 715044 69473 16151 340714 1948 4 975425 04473 16162 751214 1948 5 236333 59473 16190 007714 1948 5 56324 82473 16189 744614 1948 5 763297 94473 1698 938214 1948 6 02109 13473 163 273914 1948 6 280473 16014 1948 无锡太湖学院学士学位论文 28 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0 0 52 1 05 1 57 2 09 2 62 3 14 3 66 4 19 4 71 5 23 5 76 6 28 阻力矩My 驱动力矩Md 图 4 6 阻力矩驱动力矩图 2 max 725259325122mmf 长度比例 5 12 60 l s ml 4 19 面积比例 02 05004 0 0 pl mmm 4 20 72502 0 max0 fmL 4 21 飞轮转动惯量 2 2 2 806 6 72502 0 3600mkg n GD 4 22 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 29 5 5 主要零部件的分析设计主要零部件的分析设计 空气压缩机的主要零部位包括工作部件包括工作部位和运动部位 工作部位 的作用是用来构成工作容积和防止气体泄漏 他有气缸 气阀 活塞组件 活 塞杆 运动部件用来传输动力 它包括曲轴 连杆 十字头 5 1 气缸部分的分析计算气缸部分的分析计算 气缸是活塞式压缩机中的组成压缩容积的主要部分 根据压缩机所达到压 力 排气量 压缩机的结构方案 压缩气体的种类 制造气缸的材料以及制造 厂的习惯等条件 气缸的结构可以有各种各样的形式 气缸结构如下图 5 1 图 5 1 气缸 设计气缸的要点是 1 应具有足够的强度和刚度 工作表面具有良好的耐磨性 2 要具有良好的冷却 在有油润滑的气缸中 工作表面应有良好的润滑状态 3 尽可能减少气缸内的余隙容积和气体阻力 无锡太湖学院学士学位论文 30 4 结合部分的连接和密封要可靠 5 要有良好的制造工艺性和装拆方便 6 气缸直径和阀座安装孔等尺寸应符合 三化 要求 气缸中孔的内圆表面为气缸的工作表面 供活塞在其中往复运动 并保持 滑动部位的气密性 以形成所需的压缩容积 为了保证活塞对气缸表面的可靠 密封 必须将活塞环运动时扫过的气缸工作表面精密加工 对内径 D 300mm 气 缸 可按 H7 级精密加工 表面粗糙度 0 4 本设计及如此 工作表面的 a Rm 长度应满足这样的要求 及活塞在内外止点位置时 相应的最外一道能超出工 作表面 1 2mm 以避免形成凸边或积垢 根据内压容器壁厚计算公式 气缸壁厚按下式估算 c t ic p DP 2 5 1 式中 计算厚度 mm 计算压力 Mpa C P 焊接接头系数 为设计温度下的许用应力 Mpa tt 165 气缸壁厚度计算结果见表 5 1 厚度附加量取 c 1mm 则名义厚度结果见下表 1 0 21 cc c n 表 5 1 各级气缸壁厚的计算结果 级数 计算压力 Mpa c P 气缸壁厚 m 名义厚度 mm n I 级708 4 28 41 1 1 1 1 PdPc mm p DP c t ic 383 1 708 485 0 1632 80708 4 2 mm c 383 2 1383 1 1 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 31 II 级18 15 8 131 1 1 1 2 dc PP mm p DP c t ic 477 3 18 1585 0 1632 6018 15 2 mm c 477 4 01477 3 2 5 2 机身的设计机身的设计 机身供放置曲轴 连杆等零件以及其他辅助设备 它一段连接气缸 另一 端固结于基础或底座上 因为机身中置有曲轴又呈箱型故也称曲轴箱 如下图 所示 图 5 2 曲轴箱 机身的结构形式取决于压缩机的形式 可分为对置式 一般卧式 立式 角度式等 本设计为角度式 微型压缩机为结构简单起见 对机身的要求如下 无锡太湖学院学士学位论文 32 1 足够的强度和刚度 尤其是刚度更为重要 2 易于拆装运动零部件 3 结构力求简单 各壁面与肋条设置应符合力学要求 4 底脚法兰边与主轴承中线间距离应尽量小 5 2 1 机身材料机身材料 因为是微型压缩机 为了减轻重量 所以采用 HT200 5 2 2 主要尺寸确定主要尺寸确定 1 气缸之间选取 W 型布局 角度为 60 2 机身的主轴承轴线高度 H 的确定 H 值得确定要考虑机体须有足够的 刚度 机器对总高度的要求及轴线下部机体容积贮油多少 一般可根据主轴颈 直径 d 或主轴承孔座直径 d 来确定 H 2 2 5 d 133mm 3 在机身受力方向增加筋条保证机身的刚度 本设计机身壁厚取 8mm 4 在上油位时 连杆和曲轴上曲拐都不能浸到油中 下油位时保证油针还 有 10mm 还浸在油里面 所以油标到中心轴的高度 h 85mm 5 放油孔应设计在箱体的最低点 保证油能够放干净 5 3 连杆的设计连杆的设计 5 3 1 概述概述 连杆式压缩机运动机构中主要零件之一 其任务是与曲轴一起将输入压缩 机的旋转运动转化为活塞的往复运动 如下图所示 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 33 图 5 3 连杆 其端面与活塞销相连 称为小头 另一端与曲轴箱相连 称为大头 中间 部分称为杆身 5 3 2 连杆的结构设计连杆的结构设计 连杆的结构分类 形式连杆 闭式连杆 大头组合式连杆 主副连杆 本设计采用形式连杆 如图 5 1 所示 大头是剖分的 装配时置于曲柄销上后 用连杆螺栓紧固大头 5 3 3 杆身结构杆身结构 1 杆身截面形状 连杆是一个受压杆载荷的零件 杆身截面形状决定于杆身的载荷情况和 形成工艺 本设计的杆身截面形状是工字型截面 如下图所示 图 5 4 杆身截面形状 工字型截面大轴处在连杆摆动的平面内 使连杆材料利用合理 无锡太湖学院学士学位论文 34 1 杆身中间截面尺寸 5 2 4 max 10 45 2 65 1 Fdm 4 1084 7612 45 2 65 1 m02 0 10200 4 为杆身间截面面积的当量直径 m m d 2 截面高度 mHm22 2 小头结构 1 结构 现代压缩机连杆小头多采用环形的整体结构 这种结构简单制造方 便 工作时应力分布比小头剖分式均匀 材料利用率高 小头衬套的润滑方式有两种 靠从连杆体钻孔输送过来的润滑 油 进行压力润滑 在小头上方开有集油孔槽 承接曲轴箱中飞溅的油 雾进 行润滑 汇集的润滑油可通过衬套上开的油槽和油孔来分配 本 设计采 用的是第二种润滑方式 2 连杆小头最小截面的确定 截面 C C 面积 5 3 2 174 225 00 1 85 0 00 1 85 0 mmAA mc 2 200mm 3 受力分析 连杆小头应力如图所示 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 W80II 型 35 图 5 5 连杆小头受力分析图 小头外缘 1 3 处及其杆身过渡 5 6 处拉伸应力较大 小头内孔 处 的拉伸应力也比较严重 所以小头设计应于 5 6 处 即小头与杆 4 身的过 渡部位适当加强 如图 5 4 所示 图 b 是图 a 的改进 图 d 是图 c 的改进 a b c d 图 5 6 连杆小头设计比较图 3 大头结构 1 结构 大头为整体式的特点是不要连接件 结构简单 强度提高 而且尺 无锡太湖学院学士学位论文 36 寸也可以缩小 本设计因为是铝制材料连杆 不用大小轴瓦 直接在连 杆大 小头孔内制出油槽 连杆大头锻有击油杆 实现飞溅润滑 2 剖分方式 剖分式连杆大头有两种切口形式 平切口