80系列微型风冷活塞式压缩机设计（V80）

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 I 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计 论论文文 题目 题目 80 系列系列 V 型风冷活塞式型风冷活塞式 缩机机设计 缩机机设计 V80 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号 0923192 学生姓名 储 延 指导教师 俞 萍 职称 高级工程师 职称 2013 年 5 月 25 日 II 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 风冷活塞式压缩机设计 V80 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 94 学 号 0923192 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 III 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 系列微型风冷活塞压缩机设计 V80 2 专题 二 课题来源及选题依据二 课题来源及选题依据 改革开放后 压缩机行业得到了快速发展 现已形成了人才培 养 科学研究 产品开发设计和制造较为完善的体系 除少数超高 压和特殊气体压缩机外 现有产品品种和数量基本能 满足国民经济 各部门的需要 压缩机产品在石油化工 冶金 矿山 电力 纺织 轻工 医药 电子 建筑 机械制造 交通运输及国防 军工等各经 济部门中得到了广泛应用 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 熟悉压缩机的发展历程 特别是往复式空气压缩机技术 完成 80V 风冷压缩机的热力计算和动力计算 熟练掌握压缩机的零件结构和设计原理 掌握压缩机的原理 性质以及它的工作流程 能够熟练 AUTOCAD 针对压缩机的具体组装零件 能使用 CAD 清晰的表达出压缩机的结构设计和零件尺寸 IV 四四 接接受受任任务务学学生生 机械 94 班班 姓名姓名 储 延 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 V 摘摘 要要 活塞式压缩机是一种容积式压缩机 是一种将空气压缩从而提高气体压力 或输送气体的机器 有着十分广泛的用途 在国民经济中占有非常大的作用 特别在石油 化工等工业中已成为不可缺少的设备 压缩机的状态需要通过性 能测试后的参数来进行衡量 所以性能的选择测试在压缩机的设计研发过程中 有举足轻重的地位 此次设计主要根据任务书提供的压缩机参数进行热力计算 动力计算和零件图配置 热力计算 动力计算是压缩机设计计算中基本 又是 最重要的一项工作 根据任务书提供的参数要求 经过计算得到压缩机的相关 参数 如容积效率 气缸直径 功率等 经过动力计算得到活塞式压缩机的受 力情况 活塞式压缩机热力计算 动力计算的结果将为各部件图形以及基础设 计提供原始数据 其计算结果的精确程度体现了压缩机的设计水平 关键字关键字 活塞压缩机 热力计算 动力计算 主要零件设计 VI Abstract Piston type compressor is a new type compressor this is a kind of compressed air to increase the gas pressure or gas transportation machinery There is a wide range of uses plays a very important role in national economy especially in the petroleum chemical and other industries has become the essential equipment Parameters through the performance test after the state of the compressor to measure so the choice of test performance has play a decisive role position in the design and development process for the compressor The design of the main thermodynamic calculation calculation and drawing configuration parameters according to the task book provides compressor Thermodynamic calculation dynamic compressor design is the basic and is one of the most important work according to the requirements of the task book provides parameters calculated after the compressor related parameters such as the volumetric efficiency the diameter of the cylinder power force is obtained through dynamic calculation of piston compressor Thermal piston compressor calculation dynamic calculation results will provide original data for each component of graphics and basic design the calculated results reflect the grade of the compressor design Keywords piston compressor thermodynamic calculation The main parts design VII 目录目录 摘 要 V ABSTRACT VI 目录 VII 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 1 1 3 本课题应达到的要求 1 2 结构设计 2 2 1 主要参数及设计原则 2 2 2 结构方案的选择 2 3 压缩机热力计算 4 3 1 计算压力分配比 4 3 2 计算容积系数 4 3 3 确定压力系数 4 3 4 确定温度系数 5 3 5 确定泄漏系数 5 3 6 计算气缸工作容积 5 3 7 确定缸径 行程及行程容积 5 3 8 复算压力或调整余隙容积 5 3 9 计算最大活塞力 6 3 10 计算排气温度 7 3 11 计算功率 7 3 12 计算等温效率 7 3 13 选用电动机 7 4 压缩机动力计算 8 4 1 计算意义 8 4 2 参考数值 8 4 2 运动计算 8 4 3 气体力计算 10 4 4 往复惯性力计算 12 4 5 切向力计算 15 4 6 飞轮矩计算 17 5 压缩机基本零部件设计 20 5 1 曲轴 20 5 1 1 曲轴 20 5 1 2 曲轴设计基本原则 20 VIII 5 1 3 曲轴基本尺寸确定 20 5 1 4 曲轴材料 21 5 1 5 曲轴强度 22 5 2 连杆 23 5 2 1 连杆的定位 23 5 2 2 连杆的尺寸 24 5 3 活塞 27 6 结论与展望 29 6 1 结论 29 6 2 展望 29 致谢 30 参考文献 31 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 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 本设计机为往复活塞式压缩机 依靠在气缸往复运动中的活塞压缩气体体积而提高 其压力 压缩机工作时 在活塞从外止点到内止点运动的过程中 气缸容积 工作 处于 相对真空状态 缸外一级进气缓冲罐中的气体即通过吸气阀吸入缸内 当活塞行至外止 点时 气缸内充满了低压待压缩气体 当活塞由外止点向内止点运动时 吸气阀自动关 闭气缸内的气体压力山于气体被逐渐压缩而不断提高 当气体压力大于排气阀外气体压 力和气阀弹簧力时 排气阀打开 排出压缩气体 活塞运动到外止点时 排气终了 准 备重新吸气 至此 完成了一个膨胀 吸气 压缩 排气 再吸气的工作循环 周而复 始 活塞不断地往复运动 吸入气缸的气体又不断地被吸入排出 从而不断的获得脉动 的压缩气体 1 2 国内外的发展国内外的发展 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 1 3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 本课题主要研究压缩机工作中产生的热力计算和动力计算 根据得到的参数得出压 缩机的具体尺寸 并通过 CAD 画出具体组装图纸和零件图 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 结构设计结构设计 2 1 主要参数及设计原则主要参数及设计原则 取一级气缸数 直径 2 80mm 额定排气压力 1Mpa 主机转速 820r min 活塞行 程 60mm 总压力比为 7 公称容积量 0 36 2 minM 活塞式压缩机应符合的基本原则 1 满足用户提出的排气量 排气压力及有关使用条件的要求 2 有足够长的使用寿命 足够高的使用可靠性 3 有较高的运转经济性 4 有良好的动力平衡性 5 维修修剪方便 6 尽可能采用新结构 新技术 7 制造工艺性良好 8 机器尺寸小 重量轻 2 2结构方案的选择结构方案的选择 选择压缩机时 应根据压缩机的用途 运转条件 排气量 排气压力 驱动方式 占地面积等进行选择 1 立式压缩机 优点 主机直立 占地面积小 活塞重量不支撑在气缸上 因此没有产生摩 擦等损耗 缺点 大型时高度大 需要设置操作平台 操作不方便 管道布置困难 多 级间设备占地面积大 所以 立式压缩机只适合中小型及微型 使机器高度 均处于人体高度以便于操作 2 卧式压缩机 优点 卧式压缩机都制成气缸于机身两侧 使级与级间的设备甚至可以配置 在压缩机上面 特别是缓冲容积可紧靠气缸 故中大型宜用卧式 缺点 占地面积大 活塞重量支撑在气缸上 3 角度式压缩机 优点 结构精密 每个拐角上装有两个以上的连杆 使曲轴结构简长度较短 并可采用滚动轴承 缺点 大型时高度大 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 3 单级压缩机视气量大小选 V 型 W 型及扇形均可 本设计采用单级 V 型角度式 压缩机 无锡太湖学院学士学位论文 4 3 压缩机热力计算压缩机热力计算 3 1 计算压力分配比计算压力分配比 压缩机压力比也称总压力比 是指末级排气接管处压力 名义排气压力 与第一级 进气管处压力 名义进气压力 之比 即名义压力比 用表示 3 1 7 18 3 2 计算容积系数计算容积系数 表 2 1 相对余隙取值范围 低级压0 07 0 12 中级压0 09 0 14 一般情况 高级压0 11 0 18 单作低级气阀轴向布置在汽 缸盖上 0 04 0 07 高速短行程空气压缩机第 2 级 0 14 0 18 小型压缩机高压级0 18 0 20 特殊情况 超高压压缩机0 20 0 25 根据表格得 3 2 0 04 表 2 2 按等熵指数确定膨胀过程指数 进气压力 pa 5 10 任意 k 值k 1 40 1 5 1 5 4 0 4 0 10 10 30 30 m 1 0 5 k 1 m 1 0 62 k 1 m 1 0 75 k 1 m 1 0 88 k 1 m k 1 20 1 25 1 30 1 35 1 4 取进气压力 m 1 0 62 k 1 1 0 62 1 25 1 1 155 3 3 容积系数 3 4 11 1 155 1 1 1 0 04 1 0 798 8 m v 3 3 确定压力系数确定压力系数 取 3 5 0 98 p 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 5 3 4 确定温度系数确定温度系数 取 3 6 3 5 确定泄漏系数确定泄漏系数 泄漏分外泄漏和内泄漏 外泄漏指直接泄漏至压缩机系统之外的气体 内泄漏指气体 仅泄漏出工作腔 取相对泄漏值 气阀 0 02 活塞 0 01 相对泄漏总量 v 0 03 泄漏系数 3 7 3 6 计算气缸工作容积计算气缸工作容积 转速 n 820r min 容积效率 0 798 0 98 0 98 0 97 0 743 3 8 取容积流量 Q 0 36 工作容积 3 9 3 7 确定缸径 行程及行程容积确定缸径 行程及行程容积 已知转速 n 820r min 行程 s 60mm 气缸直径 3 10 圆整后 D 80mm 圆整后实际行程容积 3 11 3 8 复算压力或调整余隙容积复算压力或调整余隙容积 汽缸直径圆整后 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 1 0 97 1 l v 0 98 t vplt v AA A 3 0 000591 s v Q n Vm A 2 2 4 22 0 000591 0 0792 3 14159 0 06 s s s D s VD V A A 2 23 0 080 06 20 000603 42 sm VD A A 无锡太湖学院学士学位论文 6 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 2 3 圆整前后的有效面积如 气缸直径 D m 活塞有效面积 A 222 dm 44 AD 层次 前后前后 I0 2710 2700 114650 11360 由于一级气缸圆整变小使一级排气压力要成正比例降低 降低率 3 12 1 0 0098 0 98 0 01 也可以用调整相对余隙的办法 维持压力比不变 即第一级缸直径缩小了 相对余 隙容积也相应缩小 使吸进的气量不变 由此可得 3 13 1 vv 0 798 0 98 0 792 A 故新的相对余隙容积 3 14 11 m1 155 v 1 1 0 792 0 0357 8 3 9 计算最大活塞力计算最大活塞力 取进 排气相对压力损失 s 0 075 d 0 115 气缸实际进 排气压力 3 15 552 s 1 0 075 10 0 925 10 mPN 3 16 552 d 1 0 115 8 10 8 92 10 mPN 实际压力比 3 17 s d 0 925 9 64 8 92 P P 盖侧活塞面积 0 005 3 18 2 c 4 AD 2 m 向盖行程活塞力 3 19 c gszdc 4090N FP A P A 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 7 3 10 计算排气温度计算排气温度 取压缩指数 进气温度 T 291n 1 25 排气温度 3 20 0 25n 1 1 25n d T 291 9 64 45738 184 8 T KC 3 11 计算功率计算功率 3 21 1 1 n1 n 1 i 1 svs nn 1 p 60n1 sd s zz VP z 压缩机进气压缩性系数 1 s Z 排气压缩性系数 1 d Z 3 21 1 25 1 5 1 25 i 820 0 798 0 925 100 000591 1 25 9 641 p 60 1 706kw 3 22 取机械效率 0 9 m 轴功率 3 23 1 706 1 896 0 9 i sh m p pkw 3 12 计算等温效率计算等温效率 等温指示功率 3 24 5 ln 60 820 100 798 0 000951 ln81 34 60 sd issvs s n zz pPV z kw A A A AA 等温指示效率 3 25 1 34 78 5 1 706 is i is i p p 等温效率 3 26 1 34 70 1 897 is is sh p p 3 13 选用电动机选用电动机 功率 Pe 3kw 电机二级转速 2890r min 其功率储备 3 27 5 5 sh sh Pep p 无锡太湖学院学士学位论文 8 4 压缩机动力计算压缩机动力计算 4 1 计算意义计算意义 动力计算的任务是计算压缩机中的作用力 确定压缩机所需的飞轮距 解决惯性力 和惯性力矩的平衡问题 4 2 参考数值参考数值 平衡曲轴 80 活塞 385g 铝制 连杆中心距 120mm 255g 连杆小头 往复 67g 大头 旋转 88g 活塞销 62mm 长度 113mm 活塞环75 重量 35g 一副 连杆顶心离大头 31 5mm 4 2 运动计算运动计算 连杆长度为 l 曲柄半径为 r 规定曲柄转角的起始位置为外止点位置 即外止点时 0 为连杆摆角 任意转角时活塞位移为 X x l r lcos rcos 4 1 由几何关系知 22 cos1sin 4 2 22 1 1 cos 11sin xr 4 3 30 dn dt 4 4 22 sin2 sin 2 1sin dx vr dt A 4 5 32 2 3 22 22 2 cos21sin 2 cos 4 1sin 1sin dv ar dt A 经简化得 4 6 1 cos 1 cos2 4 xr 4 7 sinsin2 2 vr 4 8 2 cos cos2 av 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 9 4 9 30 2 s rmm 4 9 10 83 733 30 n 取径长比 1 4 0 03 83 7332 512r 带入得下表 22 0 03 83 733210 34 rm s 表 3 1 活塞位移图 曲柄转角 活塞位移 x mm 活塞速度 v m s 活塞加速度 2 a m s 0 00262 925 15 1 270 807248 713 30 4 961 528208 452 45 10 662 090148 733 60 17 812 44578 878 75 25 732 5838 900 90 33 752 512 99 98 105 41 262 269 99 98 120 47 811 904 131 463 135 53 091 462 148 733 150 56 920 984 155 867 165 59 230 493 157 633 180 600 157 755 195 59 23 0 493 157 633 210 56 92 0 984 155 867 225 53 09 1 462 148 733 240 47 81 1 904 131 463 255 41 26 2 269 99 98 270 33 75 2 512 52 585 285 25 73 2 5838 900 300 17 81 2 44778 878 315 10 66 2 090148 233 330 4 96 1 528208 452 345 1 27 0 807248 713 360 00262 925 无锡太湖学院学士学位论文 10 4 3 气体力计算气体力计算 进气过程 4 11 52 0 925 10 js ppN m 排气压力 4 12 52 8 92 10 jd ppN m 膨胀体积 m 1 1 4 13 0 0 m jd s pp sx 3 0 0 03592 0142 10ssm 压缩过程 4 14 0 0 js ss pp sx 气体力 4 15 jijg ppA A 232 5 027 10 4 g ADm 表 4 2 活塞运动力表 曲柄 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 x 0 0 m d s p sx s p 0 0 s ss p sx d p jg pAA 0 08 924484 1 15 1 274 552287 3 30 4 960 925465 01 45 10 660 925465 01 60 17 810 925465 01 75 25 730 925465 01 90 33 750 925465 01 105 41 260 925465 01 120 47 810 925465 01 135 53 090 925465 01 续表 4 2 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 11 150 56 920 925465 01 165 59 230 925465 01 180 600 925465 01 195 59 230 937471 03 210 56 920 973489 13 225 53 091 04522 81 240 47 811 151578 61 255 41 261 326666 58 270 33 751 604806 33 285 25 732 0681039 58 300 17 812 8941454 81 315 10 668 924484 1 330 4 968 924484 1 345 1 278 924484 1 360 08 924484 1 用勃劳厄作出气体力指示图 作斜线 OE 和 OG 分别和想 x y 轴成角 应满足 m tan1 tan1 m 为所作过程曲线方向指数 m 1 1 取 tan 0 25 0 278 做出的图即为气体力图tan 无锡太湖学院学士学位论文 12 图 4 1 勃劳厄作图法 4 4 往复惯性力计算往复惯性力计算 曲柄连杆机构往复惯性力 4 16 2 cos cos2 Imr 当活塞在外止点 0 处 158 280N 4 17 2 max 1 s Im r 当活塞在外止点是 处 180 4 18 min I 1 95 036 s m rN 由数据得6020 602 s mgkg 往复摩擦力 4 19 1 1 0 6 0 7 60 2 i m f p F sn 取 0 6 得 115 58 f FN 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 13 表 4 3 往复惯性力 曲柄转角活塞加速度往复惯性力活塞力 a iss Fm a A pgisf FFFF 0 262 925158 2804757 96 15 248 713149 7252552 6 30 208 452125 488702 08 45 148 73389 537666 13 60 78 87847 484624 07 75 8 9005 358581 95 90 52 585 31 656544 93 105 99 98 60 188516 4 120 131 463 79 141497 45 135 148 733 89 537487 05 150 155 867 93 832482 76 165 157 633 94 895481 7 180 157 755 95 036481 55 195 157 633 94 895491 72 210 155 867 93 832510 88 225 148 733 89 537548 85 240 131 466 79 141615 05 255 99 98 60 188721 97 270 52 585 31 656890 25 285 8 9005 3581160 52 300 78 87847 4841617 87 315 148 73389 5374686 62 330 208 452125 4884722 57 345 248 713148 7254745 81 360 262 925158 2804755 36 无锡太湖学院学士学位论文 14 用托尔作图法绘制惯性力曲线 如图 相当于行程 s 的线段 AB 上 点 A 表示活塞的外止点 点 B 表示活塞的内止 点 在点 A 和点 B 上分别标出所得的最大往复惯性力和最小往复惯性力的线段 max I min I 得到 AC 和 BD 连接 C 和 D 线 CD 交坐标线 AB 于 E 从 E 点垂直向下作线段 EF 连 接线段 CF 和 DF 并将 CF 和 DF 等分成若干份 在 线段 CF 和 DF 标明点 a b c d 将同名点连成直线 然后通过点 C 和点 D 作这些线段的包络线 此包络线即为所求惯性力曲线 AC 158 28 CD 95 036 图 4 2 托尔作图法 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 15 图 4 3 活塞力图 4 5 切向力计算切向力计算 4 20 2 sin cos sin2 sin 2 1sin 0 129sin2 sin sin p p p F T F F 表 4 4 切向力表 曲柄转角总切向力 T 0 0 15 683 08 30 500 64 45 583 6 60 583 615 无锡太湖学院学士学位论文 16 续表 4 4 75 588 05 90 534 89 105 455 30 120 359 23 135 250 28 150 130 74 165 4 53 180 0 195 240 38 210 357 25 225 492 91 240 621 80 255 763 85 270 921 294 285 1090 14 300 1257 39 315 1068 70 330 573 28 345 20 14 360 0 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 17 图 T T 1500 1000 500 0 500 1000 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 曲曲柄柄转转角角 总总切切向向力力 T 4 4 总切向力指示图 4 6 飞轮矩计算飞轮矩计算 平均切向力 4 21 25 1 109 33 25 i m T T 阻力矩 4 22 0 04 y MTrT 驱动力矩 4 23 1 0 04 dMm MTrT 表 4 7 驱动力矩与阻力矩计算 曲柄转角总切向力平均切向力阻力距驱动力距 00109 3304 37 0 26683 08109 3327 324 37 0 52500 64109 3320 034 37 0 785583 6109 3323 344 37 1 05583 615109 3323 344 37 1 31588 05109 3323 524 37 1 57534 89109 3323 404 37 1 83455 30109 3318 214 37 2 09359 23109 3314 374 37 2 36250 28109 3310 014 37 2 62130 74109 335 234 37 无锡太湖学院学士学位论文 18 2 884 53109 330 184 37 3 140109 3304 37 3 4 240 38109 33 9 624 37 3 66 357 25109 33 14 294 37 3 925 492 91109 33 19 724 37 4 19 621 80109 33 24 874 37 4 45 763 85109 33 30 554 37 4 71 921 294109 33 36 854 37 4 97 1090 14109 33 43 614 37 5 23 1257 39109 33 51 024 37 5 5 1068 70109 33 42 754 37 5 76 573 28109 3322 934 37 6 02 20 14109 33 0 814 37 6 280109 3304 37 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 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 曲曲柄柄转转角角 平均切向力 阻力距 驱动力距 图 4 5 阻力矩指示图 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 19 表 4 8 各种驱动力的值 驱动机电动机柴油机 传动方式带传动弹性联轴器 刚性联轴器或 悬臂电动机 弹性连接 11 3040 1 80 1 100 11 810 取 1 30 飞轮转动惯量 4 24 2 2 3600 L GD n 所以飞轮矩与压缩机一转中的能量 4 25 ij i iTZm 0 i 1 rd r TZTMT LFFFF 42 27 4 26 maxmin L LL 飞轮矩 66 5 4 27 2 2 9 8 3600 L GD n 2 mA公斤 无锡太湖学院学士学位论文 20 5 压缩机基本零部件设计压缩机基本零部件设计 5 1 曲轴曲轴 5 1 1 曲轴曲轴 曲轴是活塞式压缩机的主要部件之一 传递着压缩机的全部功率 其主要作用 是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动 曲轴在运动时 承受 拉 压 剪切 弯曲和扭转的交变复合负载 工作条件恶劣 要求具有足够的强度 和刚度以及主轴颈与曲轴销的耐磨性 故曲轴一般采用 40 45 或 50 号优质碳素钢 锻造 但现在已广泛采用球墨铸铁铸造 压缩机曲轴有两种基本型式 即曲柄轴和曲拐轴 曲柄轴结构 连同电机轴一 起 一般只有两个主轴承 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 本设计采用曲拐轴 5 1 2 曲轴设计基本原则曲轴设计基本原则 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 2 处 要进行强度校核 3 曲轴要有足够的刚度 轴颈偏转角不应超过许用值 以保证轴承可靠的工作 在 采用悬挂电机结构时 电机转子中心的绕度应不超过许用值 以保证电机正常工 作 5 1 3 曲轴基本尺寸确定曲轴基本尺寸确定 基于以上几项要求 对于曲拐轴主要尺寸初步确定如下 图 5 1 曲轴零件图 1 曲柄销直径 D 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 21 取最大活塞力 4 758KN 5 01 F max F 5 02 4 758 46 56 46 56 32 1 39 9 8 DFmm 取 D 40mm 2 主轴颈直径 D1 5 03 1 1 1 1 1 1 1 2540 44mmDD 取 D1 45mm 3 轴颈长度 根据选取轴承宽度略大些 4 曲柄厚度 t 5 04 0 7 0 6 0 7 0 6 4024 28mmtD 取 t 25mm 5 曲柄宽度 h 5 05 1 2 1 6 1 2 1 6 4048 64mmhD 取 h 52mm 5 1 4 曲轴材料曲轴材料 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 制造曲轴可 以节省原材料和大量减少加工工时 并且有条件把曲轴的形状设计地更合理 铸铁曲轴 是采用高强度铸铁 目前最常用的是球铸铁 QT600 3 球墨铸铁加入少量稀土元素 能进 一步提高材料的性能 球墨铸铁不仅加工方便 而且疲劳强度也胜于钢 球墨铸铁的耐 磨性也很好 表 5 1 球墨铸铁与钢光滑试件在不同弯扭复合疲劳负荷作用下的疲劳极限 疲劳极限 52 10 N m 材料 MM 1 1 球墨铸铁 正火 0 1 428 3 732 0 0 714 1 866 28 80 25 20 13 50 18 00 25 10 28 00 45 钢 正火 0 1 428 3 732 0 0 714 1 866 24 00 14 90 7 76 10 65 14 50 16 00 无锡太湖学院学士学位论文 22 表 5 2 球墨铸铁曲轴与钢曲轴耐磨性比较 材料 运行时间 h 主轴颈磨损量 mm 曲柄销磨损量 mm 锻钢曲轴 表面淬火 稀土球面铸铁曲轴 正火 1000 1500 0 020 0 064 0 002 0 006 0 030 0 110 0 001 0 004 5 1 5 曲轴强度曲轴强度 图 5 2 曲轴受力图 为使计算简单 对曲轴的受力情况先作如下简化假定 1 对于多支承曲轴 作为在 主轴承中点处被切开的分段筒支梁考虑 2 连杆力集中作用在曲柄销中点处 3 略去 回转惯性力 4 略去曲轴自重 静强度校核 5 06 33 47 58 95500009550000 820 22 17MPa 0 20 2 50 T F T n Wd 曲轴的材料是球墨铸铁 所以满足静强度要求 MPa25 20 疲劳强度校核 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 23 通过实验验证 符合条件 满足要求 1 22 1 n nn nn n 5 25 2 连杆连杆 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 连杆包括杆体 大头 小头三部分 杆体的截面有圆形 环形 矩形 工字形等 工字 形截面的杆体在同样强度时 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 圆形截面的杆体 机械加工最方便 但在同样强度时 具有最大的运动质量 适用于低速 大型以及小批生产的压缩 图 5 3 连杆零件图 5 2 1 连杆的定位连杆的定位 为了防止连杆在运动时的左右摆动 以及考虑曲轴的热膨胀引起的轴向移动对连杆 的影响 连杆必须加以定位 定位的方法有大头定位与小头定位两种 大头定位是在连杆大头轴瓦两端面与曲轴销的配合端面采用较小的配合间隙 约 0 2 0 5 毫米 而在小头衬套端面与活塞销的配合端面则取较大的间隙 约为 2 5 毫米 小头定位是在小头衬套端面与活塞销的配合端面采用 0 20 0 50 毫米的配合间隙 而在大 头端面与曲柄销的配合端面 取 2 5 毫米的间隙 大头定位适用于大头轴瓦为后壁瓦的情况 无锡太湖学院学士学位论文 24 5 2 2 连杆的尺寸连杆的尺寸 连杆长度 L 即连杆大小头孔中心距 由曲柄半径 R 与连杆长度 L 的比值决定 R L 愈大 压缩机的外形愈小 愈容易使连杆在运动时与滑道壁相碰 值小了的话 就 会使压缩机的外形愈大 所以选取要适当 因为 V 型压缩机要求结构紧凑 所以 选取 11 63 5 1 4 27 行程 s 60 mm 曲柄半径 V0 5 07 60 30mm 22 s R 连杆长度 L 30 128mm 1 4 27 R L 连杆小头衬套尺寸的确定 图 5 4 小头衬套 连杆小头瓦内径按活塞销决定 d 20mm 连杆小头轴瓦近年来采用衬套的结构 衬套的厚度 s 以及宽度 b 选取 5 08 0 060 08 0 06 0 08 201 2 1 8mms d 取 s 1 6mm b 1 1 4 d 1 1 4 20 22 26mm 5 09 取 b 25mm 小头衬套与活塞销的间隙 5 10 0 0007 0 0012 0 0007 0 0012 200 014 0 024mm d 小头衬套材料多采用铜合金 连杆宽度 B 的确定 从工艺上考虑连杆大小头宽度取相等 对于连杆宽度取 B 0 9b 式中 b 为轴瓦的宽度 对于大头定位时 为大头宽度 对于小头定位时 则为小头衬套宽度 5 11 0 90 9 2522 5mmBb 取 B 22mm 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 25 连杆杆体的主要尺寸确定 杆体中间截面的尺寸 当量直径 对于活塞力 1 2 吨 短行程的连杆 为了增强刚 1 65 2 45 m dF 性 系数选取为 1 65 2 15 所以选择 5 12 1 65 2 15 4 758 1 65 2 15 1 138 1 483 10 m dF cm 取 15mm m d 由于本设计选择工字型连杆 对于非圆形截面的杆体 计算出杆体的中间截面面积 5 13 22 2 3 14 16 200 1mm 44 m m d F 再根据工字型的尺寸的公式计算 5 14 2 52 5 200 122 3mm mm HF Bm 0 65 0 75 Hm 0 65 0 75 22 3 5 15 14 5 16 725mm 取 Bm 16mm 小头孔直径 1 2dd 取 23 2mm 1 d 在处 5 16 1 1 1 1 2 1 1 1 2 23 225 52 27 84mmld 取处 取 26mml 0 80 8 22 317 84mm m HH 18mmH 无锡太湖学院学士学位论文 26 在处 5 17 1 1 1 1 2 1 1 1 2 4549 5 54mmlD 取处 取 30lmm 1 21 2 11 213 44mm m HH 14mmH 连杆大头盖的尺寸确定 截面 A A 面积 5 18 2 1 38 1 60 1 38 1 60 200 1276 14 320 16mm Am FF 截面 B B 面积 5 19 2 1 30 1 40 1 30 1 40 200 1260 13 280 14mm Bm FF 因为是工字形的截面 所以系数取大值 5 20 2 320 16mm A F 2 280 14mm B F A A 截面的厚度 5 21 320 33 14 56mm 22 A A F S B B B 截面的厚度 5 22 280 14 12 43mm 22 B B F S B 连杆小头的截面 其中 D D 与 C C 截面一样 5 23 2 0 85 1 00 0 85 1 00 200 1170 01 200 1mm CD m FFF 当活塞力 P 2 吨时 因活塞销比压要求 尺寸可稍大些 5 24 2 200 1mmCDFF mm 5 25 200 1 9 22 c cD F SS B 螺栓在大头体内长度 图 4 5 大头螺栓结构 5 26 1 0 55 0 65 0 55 0 65 4022 26mmlD 取125mml 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 27 5 27 2 0 5 0 65 0 5 0 65 4020 26mmlD 取 225mml 连杆螺栓要求强度高 塑性好的材料 螺母的材料可以与其不同 连杆螺栓的直径 5 28 0 0 18 0 25 0 18 0 25 407 2 10mm dD 取 选择螺栓为 M9 1 509mmd 连杆螺栓长度的确定 螺栓总长度 不包括螺栓头 5 29 1 2 1 5 1 2 1 5 4048 60mm lD 取48mml 连杆螺栓的个数 Z 2 连杆及螺栓的材料选取铝合金 LY100 5 3 活塞活塞 图 4 6 活塞零件图 活塞组 活塞组是活塞 活塞销及活塞环的总称 活塞组在连杆带动下 在汽缸内 作往复直线运动 从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积 以实现吸气 压缩 排 气等过程 无锡太湖学院学士学位论文 28 活塞 活塞可分为筒形和盘形两大类 我国系列制冷压缩机的活塞均采用筒形结 构 它由顶部 环部和裙部三部分组成 活塞顶部组成封闭气缸的工作面 活塞环部的 外圆上开有安装活塞环的环槽 环槽的深度略大于活塞环的径向厚度 使活塞环有一定 的活动余地 活塞裙部在气缸中起导向作用并承受侧压力 活塞的材料一般为铝合金 ZL102 或铸铁 灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较广 但由于铸铁活塞的质量大且导热性能差 因此 近年来系列制冷压缩机的活塞都采用铝 合金活塞 铝合金活塞的优点是质量轻 导热性能好 表面经阳极处理后具有良好的耐 磨性 但铝合金活塞比铸铁活塞的机械强度低 耐磨性差也差 活塞销 活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件 在工作时承受复杂的交变载 荷 活塞销的损坏将会造成严重的事故 故要求其有足够的强度 耐磨性和抗疲劳 抗 冲击的性能 因此 活塞销通常用 20 号钢 20Cr 钢或 45 号钢制造 活塞环 活塞环包括气环和油环 气环的主要作用是使活塞和气缸壁之间形成密封 防止被压缩蒸气从活塞和汽缸壁之间的间隙中泄漏 为了减少压缩气体从环的锁口泄漏 多道气环安装时锁口应相互错开 油环的作用是布油和刮去气缸壁上多余的润滑油 气 环可装一至三道 油环通常只装一道且装在气环的下面 常见的油环断面形状有斜面式 和槽式两种 斜面式油环安装时斜面应向上 80 系列微型风冷活塞式压缩机设计 V80 29 6 结论与展望结论与展望 6 1 结论结论 V80 空气往复压缩机的设计 主要是热力计算和动力计算 对压缩机的曲轴 连杆 以及活塞的尺寸设计 根据任务书提供的物体 重量 压力等参数要求 经过计算得到 压缩机的相关参数 经过动力计算得到活塞式压缩机的受力情况 机组受力情况准确地 分析 对于消除机组的振动非常重要 活塞式压缩机热力计算 动力计算的结果将为各 部件图形以及基础设计提供原始数据 在设计过程中 通过不断地选定参数 根据前人 的经验 从而达到构件强度要求 虽然毕业设计