【JX538】微型风冷活塞式压缩机的设计[W-80]【KT+RW+FY】[2A0]
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微型
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【JX538】微型风冷活塞式压缩机的设计[W-80]【KT+RW+FY】[2A0],jx538,微型,风冷,活塞,压缩机,设计,80,kt,rw,fy,a0
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I 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 微型风冷活塞式压缩机（ 设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 微型风冷活塞式压缩机是单作用压缩机，是由气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。在轻纺工业、冶 金工业广泛运用。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一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： 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，压缩机中的作用力分析，飞轮矩的确定，惯性力和惯性力矩的平衡）。 2、根据计算结果，确定压缩机结构尺寸，完成总装图。 3、对压缩机主要零件进行强度校核。 4、绘制主机总图和主要零件图。 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： 机械 95 班 姓名 顾佳庆 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 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 相关资料 题目： 微型风冷活塞式压缩机 (设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923208 学生姓名： 顾 佳 庆 指导教师： 俞萍 （职称： 高级 工程师 ） （职称： ） 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计（论文）开题报告 二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文 三、学生 “毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开题报告 题目： 微型风冷活塞式压缩机 (设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923208 学生姓名： 顾佳庆 指导教师： 俞萍 （职称： 高级 工程师 ） （职称： ） 2012年 11月 20日 课题来源 本课题来源于企业； 结合所学知识，老师拟定题目； 综合大学里所学知识，将理论与实践相互结合。 科学依据 （包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） 1、 化工、冶金、化肥、食品、医疗等众多企业的生产过程 需要用到气体 压缩机，而活塞式空气压缩机由于有较高的压缩比，在高压气体生产与输送中尚不能被其它设备所替代，是许多工程项目中的关键设备。 2、 活塞式压缩机在圆筒形气缸中具有一个可往复运动的活塞，气缸上有控制进、排气的阀门，当活塞作往复运动时，气缸的容积便周期性的变化，借以实现气体的吸进、压缩、和排出。 3、 随着经济的高速发展和科学技术的不断进步，各种压缩机在国民经济各大领域大显身手，压缩机是原基础材料之一的冶金工业中极为重要的设备，又是石油化工流程中的心脏设备。车辆的制动、船用内燃机启动，航空发动机的运行都需要各 种压缩机，可以说压缩机在陆海空交通运输工具中都必不可少，与人民的日常生活更是休戚相关。 4、 目前压缩机制造业已经发展成为机械制造工业的一个重要组成部分。 研究内容 1、 微型风冷活塞式压缩机的工作原理以及工作形成； 2、 微型风冷活塞式压缩机参数与结构的设计； 3、 微型风冷活塞式压缩机设计图纸的绘制。 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 研究方法：通过阅读有关资料，文献，收集筛选，整理课题研究所需的 有关数据，理论依据，综合运用所学理论知识研究论文课题。 技术路线：分析微型 风冷活塞式压缩机的各个参数的取值情况，包括结 构参数、工艺参数、热力学参数和动力学参数。确定各参数 的具体数值或取值区间。 可行性分析：通过对论文课题的学习研究，达到巩固，扩大，深化已学 理论知识，提高思考分析解决实际问题等综合素质的目的。 研究计划及预期成果 1、 首先对微型风冷活塞式压缩机整体结构进行分析，对传动结构进行筛选，初步选择达到设计要求的结构方案； 2、 对压缩机的热力部分及动力部分进行计算，通过压缩机机构的分析计算可提高其自身的精 度； 3、 对微型风冷活塞式压缩机的主要零件进行强度校核，提高机构稳定性，稳定性。 特色或创新之处 通过对微型风冷活塞式压缩机的设计及计算，形成一整套现代的设计方法，对理论和实践的结合，起到整体的规划的作用，达到降低损耗提高效率，优化结构设计方便使用。 已具备的条件和尚需解决的问题 已具备的条件：拥有机械设计手册等参考资料及文献；对活塞式压缩机进行直观的了解与认识，对所学的机械基础知识有较好的掌握；能熟练运用 图软件，提高作图效率。 尚需解决的问题：对于微型风冷活塞式压缩机的工作原理不是非常清楚 和熟悉，缺乏设计经验。 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 外文资料翻译 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 院 （系） ： 信 机 系 专 业 ： 机械工程及自动化 班 级 ： 机械 95 班 姓 名 ： 顾 佳 庆 学 号 ： 0923208 外文出处 ： 机械专业英语教程 附 件 ： 2013年 5月 25日 英文原文 f an in a of is on in a is of on at is At of to be of an of an is We to t of s is o in to be in be as as by or of on or by or by in or in or in 5000 1,800 by or o of on h), p), T)s) at of r ),(),(),(),(su c c td hd c c c td (m, ),(),(.s u c ts u c td is c hd is c (r. is an ),(),(. s u c ts u c ts u c td is c e o r (of a be is It to be in or r)., in as as is 8 9%. is q. 3,of of by to as as be in of or a of to a be in to to of is is 5%. a 97% is to be a of : R., K. 2007). or a a in a of u a of d at of pu of pe we a of a in a ). : of a 2: R., M. a a ps at pd at of a Q) at be 11112243 3 4 a at of : R., M. 2006). a a a is by ). In to a in in a a in at or : q. 4. In a m （ : S., 2002). on be to is by a or in by an is to to in to in a on :R., 2004). a at a or is be by of is of a 000% of or It be is is of by is by of in 5 in is by a a in a 0In or of : a of a is by or ). be it is by an of to a in by a a of if it of in to or if an or is or q. 4, be to at or of by is a N) of a by a 525 6 26525 (g to 37653726557g (As it to or to in to at of of in a of in as as no in or to or is on or on of in of to of by of be by or by a of in of a As to is a to a in is to as as a or to as as to or he on P/a be to or to or of to or a is an to of be or be be of In to of a or a It be a is to or to he an as . is of a be to 00% 0% is (M., W. 2003) to be in : at on a of at of or of to of as as in an to If of of R. K. 2007. 2 R., M. 2006. 0063 S. R. 2002, in a T 4 R. 2004. 5 M. W. 2003, 中 文原文 离心式和往复式压缩机的工作效率特性 复式压缩机和离心式压缩机具有不同的工作特性，而且关于效率的定义也不同。本文提供 了一个公平的比较准则，得到了对于两种类型机器普遍适用的效率定义。这个比较基于用户最感兴趣的要求提出的。此外，对于管道的工作环境影响和在不同负载水平的影响给出了评估。 乍一看，计算任何类型的压缩效率看似是很简单的：比较理想压缩过程和实际压缩过程 的工作效率。难点在于正确定义适当的系统边界，包括与之相关的压缩过程的损失。除非这些边界是恰好定义的，否则离心式和往复式压缩机的比较就变得有缺陷了。 我们也需要承认，效率的定义，甚至是在评估公平的情况下，仍不能完全回应操作员的主要关心问题：压缩过程所需的驱动力量是什么？要 做到这一点，就需要讨论在压缩过程中的机械损失。 随着时间的推移效率趋势也应被考虑，如非设计条件，它们是由专业的流水线规定，或者是受压缩机的工作时间和自身退化的影响。 管道使用的压缩设备涉及到往复式和离心式压缩机。离心式压缩机用燃气轮机或者是电动马达来驱动。所用的燃气轮机，总的来说，是两轴发动机，电动马达使用的是变速马达或者变速齿轮箱。往复压缩机是低速整体单位或者是可分的“高速”单位，其中低速整体单位是燃气发动机和压缩机在一个曲柄套管内。后者单位的运行在 75000围内（ 1,800单位）并且通常都是由电动马达或者四冲程燃气发动机来驱动。 效率 要确定任何压缩过程的等熵效率，就要基于测量的压缩机吸入和排出的总焓 (h)，总压力 (p)，温度 (T)和熵 (s)，于是等熵效率 s 变为： ),(),(),(),(su c c td hd c c c td (并且加上测量的稳态质量流 m，吸收轴功率为： ),(),(.s u c ts u c td is c hd is c (考虑机械效率 m 。 理论（ 熵）功耗（这是绝热系统可能出现的最低功耗）如下： ),(),(. s u c ts u c ts u c td is c e o r (流入和流出离心式压缩机的流量可以视为“稳态”。环境的热交换通常可以忽略。系统边界的效率计算通常是用吸入和排出的喷嘴。需要确定的是，系统边界要包含所有内部泄露途径，尤其是从平衡活塞式或分裂墙渗漏的循环路径。机械效率 m ，在描述轴承和密封件的摩擦损失以及风阻损失时可以达到 98%和 99%。 对于往复式压缩机，理论的气体马力也是由 出的，鉴于吸 力缓冲器上游和排力缓冲器下游的吸气和排气压力脉动。往复压缩机就其性质而言，从临近单位需要多方面的系统来控制脉动和提供隔离（包括往复式和离心式），以及可以自然存在的来自管线的管流量和面积管道。对于任何一个低速或高速单位摘 要 活塞式压缩机是一种容积式压缩。它是用来提高气体压力和输送气体。目前活塞式压缩机广泛应用于工业生产中，如石油裂解气的分离、石油加氢精制、气流纺纱、谷物的气力输送、制冷等领域。 本次设计的压缩机主要用于轻纺工业、冶金工业中。通过了解该压缩机的基本结构极其工作原理，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，我最终了解设计一个机械设备的基本思路和方法。 整个设计过程主要包括三个部分。第一部分是热力计算，包括气缸行程容、最大活塞力、排气温度、功率和效率以及 压缩机其他主要结构尺寸的确定；第二部分是动力计算与分析，包括曲柄连杆机构的受力情况的分析计算、主要零部件的强度校核以及力矩平衡；第三部分主要是曲轴的平衡计算。整个设计过程与设计内容是按设计标准要求进行的，符合工程需求。 关键词： 活塞式压缩机；结构尺寸；行程容积；主要零部件强度校核； is a of It is to At is in as of is of is in In I of a of is of as as of is of of of of is of to of of 目 录 摘 要 目 录 1 绪论 误 !未定义书签。 课题的研究内容和意义 误 !未定义书签。 内外的发展概况 误 !未定义书签。 课题应达到的要求 误 !未定义书签。 2 压缩机总体结构的设计 误 !未定义书签。 计原则及设计要求 误 !未定义书签。 构方案的选择 误 !未定义 书签。 3 压缩机的热力计算 误 !未定义书签。 术参数 误 !未定义书签。 压力比的确定 误 !未定义书签。 缩机级数的确定 误 !未定义书签。 定容积系数 误 !未定义书签。 定压力系数和温度系数 误 !未定义书签。 算泄漏系数 误 !未定义书签。 步计算气缸工作容积 误 !未定义书签。 定行程、缸径及实际行程容积 误 !未定义书签。 算压力比或调整余隙容积 误 !未定义书签。 算缸内实际压力，确定最大活塞力 误 !未定义书签。 算实际排气温度 误 !未定义书签。 算轴功率 误 !未定义书签。 温效率 误 !未定义书签。 4 压缩机的动力计算 误 !未定义书签。 知数据整理 误 !未定义书签。 动计算 误 !未定义书签。 体力的计算 误 !未定义书签。 复惯性力的计算 误 !未定义书签。 擦力的计算 误 !未定义书签。 合活塞力的计算及综合活塞力曲线的绘制 误 !未定义书签。 向力的计算及切向力曲线的绘制 误 !未定义书签。 轮矩的确定 误 !未定义书签。 5 主要零部件的分析设计 误 !未定义书签。 动部件分析计算 误 !未定义书签。 动部件分析 误 !未定义书签。 轴的平衡计算 误 !未定义书签。 动部件受力校核 误 !未定义书签。 作部件分析计算 误 !未定义书签。 阀组件 误 !未定义书签。 塞组 件 误 !未定义书签。 缸 误 !未定义书签。 6 结论与展望 误 !未定义书签。 论 误 !未定义书签。 足之处及未来展望 误 !未定义书签。 致 谢 误 !未定义书签。 参考文献 误 !未定义书签。 周次 起止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容 存在问题、改进方法 指导教师意见并签字 备 注11月12日 2月 2日教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书问题：刚开始拿到资料，感觉无从下手，不知道从哪边开始；改进方法：通过俞老师的耐心指导和手边资料的查看，初步了解了压缩机的构成。42月3日 0日指导专业实训通过查找相关压缩机的资料，了解毕业设计的内容，对毕业设计怎么着手有一个概括性的认识。问题：自学参考资料的过程中，很多概念知识不是很理解； 改进方法：通过多次跟指导老师的交流，解决了相关问题。11月21日 月 1日指导毕业实习了解压缩机的总体结构以及工作过程，特点及应用，分类及形式等等。问题：刚开始接触，对热力过程，实际循环过程很陌生；改进方法：多跟指导老师沟通，多查阅资料手册，得到俞老师的指点后，自己能够很快的掌握。132013年 3月 4日 日开始着手压缩机的热力计算自己先查阅翻看相关的资料，了解相关概念，例如容积系数等等，进行热力计算。问题：在热力计算过程中，在确定缸径和计算最大活塞力那块有些问题。改进方法：在俞老师的指导下，对这些问题耐心讲解，从而可以按照进度顺利往下计算。142013年 3月11日 行动力计算 翻看压缩机资料，了解压缩机所受的作用力，进行动力计算。问题：在动力计算中往复惯性力和摩擦力飞轮矩以及难以确定；改进方法：俞老师给我很多的指导，从而让我很快掌握其中的原理。152013年 3月18日 始着手零件图纸的绘制自己读懂压缩机装配图，试着从装配图上拆分主要零件，进行绘制。问题：绘制零件图的过程中，很多尺寸不确定，有些结构也不是很确定；改进方法：俞老师给了我们一定的手册和资料，同时在专业知识上给了我们相应的辅导。162013年 3月25日 据装配图，爆炸图等绘制气缸气缸盖零件图。问题：在制图过程中，有一些尺寸要从相关范围内选取，自己不知道那些经验值。改进方法：通过俞老师的悉心指导，我得以顺利进行。172013年 4月 1日 日根据零件图，绘制组件图 本周主要的任务就是绘制组件图问题：在这个过程中，我发现之前的零件图又有些不对的地方，不能组装起来；改进方法：后来在俞老师的指点和相关资料的查询下，我发现了错误，最终改正并且完成组件图。182013年 4月 8日 2日主要零部件的分析设计由于这个工作量相对比较大，所以本周主要的任务是进一步完善这项工作，并对前面做的进行复核问题：发现很多数据其实按照书上说的，算出来很不实际，达不到企业节省成本的目的；改进方法：俞老师给以指导，让我明白设计和实际操作还是有一定差距的。存档编码：无锡太湖学院 2013 届毕业作业周次进度计划、检查落实表系别：信机系 班级：机械 95班 学生姓名：顾佳庆 课题（设计）名称：微型风冷活塞式压缩机 (设计 开始日期： 止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容 存在问题、改进方法 指导教师意见并签字 备 注192013年 4月15日 周主要是分析曲轴上的平衡铁与惯性力之间的关系问题：一开始对这些概念很模糊，不知道怎么着手，主要是不熟悉压缩机方面的知识。改进方法：在俞老师的指点下，我认识到平衡铁的作用。202013年 4月22日 6日曲轴中的平衡计算 本周主要是曲轴的平衡的计算，如何抵消往复惯性力和旋转惯性力 问题：不知道如何平衡往复惯性力和旋转惯性力；改进方法：俞老师耐心的讲解指导，最终顺利完成。212012年 4月29日 日气阀的分析 了解气阀的相关概念问题：一开始不理解气阀的概念，也不知道选什么形式的气阀； 改进方法：俞老师给以一定的手册，让我能够很顺利的进行毕业设计。222013年 5月 6日 0日活塞组件的设计 筒形活塞的分析计算问题：筒形活塞材料和技术要求自己不敢确定；改进方法：俞老师给了一定的意见和资料，让我很顺利的完成了计算。232013年 5月13日 周完善好说明书很相关资料，并让老师复核，并进行改进问题：发现某些排版方面的设置不太熟悉；改进方法：通过网络和老师同学的帮助，很顺利的解决。242013年 5月20日 5日不足的地方改进，打印，装订，上交主要就是对不满足要求的地方改进，然后进行打印，最终装订好了上交 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 微型风冷活塞式压缩机（ 设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923208 学生姓名： 顾佳庆 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） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 微型风冷活塞式压缩机（ 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 95 学 号： 0923208 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 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 微型风冷活塞式压缩机（ 设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 微型风冷活塞式压缩机是单作用压缩机，是由气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。在轻纺工业、冶金工业广泛运用。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一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： 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，压缩机中的作用力分析，飞轮矩的确定，惯性力和惯性力矩的平衡）。 2、根据计算结果，确定压缩机结构尺寸，完成总装图。 3、对压缩机主要零件进行强度校核 。 、绘制主机总图和主要零件图。 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： 机械 95 班 姓名 顾佳庆 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 要 活塞式压缩机是一种容积式压缩。它是用来提高气体压力和输送气体。目前活塞式压缩机广泛应用于工业生产中，如石油裂解气的分离、石油加氢精制、气流纺纱、谷物的气力输送、制冷等领域。 本次设计的压缩机主要用于轻纺工业、 冶金工业中。通过了解该压缩机的基本结构极其工作原理，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，我最终了解设计一个机械设备的基本思路和方法。 整个设计过程主要包括三个部分。第一部分是热力计算，包括气缸行程容、最大活塞力、排气温度、功率和效率以及压缩机其他主要结构尺寸的确定；第二部分是动力计算与分析，包括曲柄连杆机构的受力情况的分析计算、主要零部件的强度校核以及力矩平衡；第三部分主要是曲轴的平衡计算。整个设计过程与设计内容是按设计标准要求进行的，符合工程需求。 关键词： 活塞式压缩机；结构尺寸；行程容积；主要零部件强度校核； is a of It is to At is in as of is of is in In I of a of is of as as of is of of of of is of to of of V 目 录 摘 要 V 目 录 1 绪论 课题的研究内容和意义 内外的发展概况 课题应达到的要求 2 压缩机总体结构的设计 计原则及设计要求 构方案 的选择 3 压缩机的热力计算 术参数 压力比的确定 缩机级数的确定 定容积系数 定压力系数和温度系数 算泄漏系数 步计算气缸工作容积 定行程、缸径及实际行程容积 算压力比或调整余隙容积 算缸内实际压力，确定最大活塞力 算实际排气温度 0 算轴功率 0 温效率 0 4 压缩机的动力计算 1 知数据整理 1 动计算 1 体力的计算 3 复惯性力的计算 6 擦力的计算 7 合活塞力的计算及综合活塞力曲线的绘制 8 向力的计算及切向力曲线的绘制 9 轮矩的确定 1 5 主要零部件的分析设计 4 动部件分析计算 4 动部件分析 4 曲轴的平衡计算 5 动部件受力校核 6 作部件分析计算 9 阀组件 9 塞组件 0 缸 2 6 结论与展望 4 论 4 足之处及未来展望 4 致 谢 5 参考文献 6 微型风冷活塞式压缩机（ 设计 1 1 绪论 意义 压缩机 是 将低压气体提升为高压的一种从动的 流体机械 。是制冷系统的 心脏 ，它从吸气管吸入低温低压的 制冷剂 气体，通过 电机 运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为 制冷循环 提供动力，从而实现 压缩 冷凝 膨胀 蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环。 首先按照压缩气体的原理，压缩机可区分为容积式和速度式两大类。容积式压缩机按照活塞运动方式的不同，分为往复活塞式和回转活塞式两种结构形式。本设计采用的是往复活塞式压缩机， 按作用方式分类，有 单作用压缩机 和 双作用压缩机 。其制冷剂蒸气仅在活塞的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次。而双作用压缩机制冷剂蒸气轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次。所以同样大小的气缸，双作用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压缩机的结构较复杂 ，因而目前大都是采用单作用压缩机。 活塞式压缩机在圆筒形气缸中具有一个可往复运动的活塞，气缸上有控制进、排气的阀门。当活塞作往复运动时，气缸容积便周期的变化，借以实现气体的吸进、压缩和排出。 活塞的往复运动，可有多种驱动方式：当原动机主轴作旋转运动时，可通过曲轴连杆机构图 1旋转运动转化为往复运动，在压缩机中，这种机构运用最普遍，也可以用偏心轮连杆机构图 1是由于偏心轮尺寸不宜过大，故一般仅用于小型压缩机中。 图 1无锡太湖学院学士学位论文 2 图 1所以本次设计采用曲轴连杆机构。 往 复活塞式压缩机的工作原理： 气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失（即理想工作过程），则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和压缩过程、排气过程。 压缩过程：活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关闭状态，气体在密闭的气缸中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压力相等。 排气过程：活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀开启，气缸内的气体在活塞的推动下 等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。 至此，压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。此后，活塞又向下运动，重复上述三个过程，如此周而复始地进行循环。 随着经济的高速发展和科学技术的不断进步，各种压缩机在国民经济各个领域大显身手。压缩机是原基础材料之一的冶金工业中极为重要的设备；压缩机又是石油化工流程中的心脏设备，象征国家经济实力的乙烯装置中有所谓“乙烯三机”（裂解气压缩机、丙烯压缩机、乙烯压缩 机），化肥工业中有原料空气压缩机、氮氢混合气压缩机、二氧化碳压缩机、加氢炼制用氢气压缩机是保证炼油工业出好油，多出油的关键设备，氢气压缩机也是柴油、汽油等燃油替代技术煤液化装置中的重要设备；原油开采中的开矿、筑路、制造业需要各种动力用空气压缩机，单机排量可以从 31.0 m /00 3m /辆的制动、微型风冷活塞式压缩机（ 设计 3 船用内燃机启动，航空发动机的运行都需要各种压缩机，可以说压缩机在陆海空交通运输工具中都必不可少。压缩机与人民的日常生活 更是休戚相关，生产纺织原料的的化纤厂需要多种压缩机，纺织厂气流纺纱新工艺需要无油空气压缩机，谷物的气力输送需要低压压缩机，食品工业、制药工业都需要高洁净度的无油压缩机。随着人民生活水平的不断提高，制冷空调业更是蓬勃兴旺。 到的要求 本次设计的微型压缩机主要用于轻纺工业、冶金工业等等。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；三是主要零部件的结构设计包括曲轴的平衡计算，确定主轴颈直径，曲轴的强度校核计算，活 塞组件的尺寸确定等等。 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 压缩机总体结构的设计 计原则及设计要求 本次设计的压缩机需要达到的要求是：排气量： Q=m /气压力： 要达到的标准工况是：进气压力： 气温度： 20C；进气相对湿度： = 不同场合活塞平均速度也不同，目的是保证运转经济性、可靠性、延长运动部件寿命。 1 环状阀、网状阀大中型压缩机： .5 。 大中型固定式动力用的空压机： 直流阀大中型低压移动式空压机： 微型压缩机（转速高，冲程低，速度较低）： .5 所以本次设计的微型压缩机选取的平均速度为 据活塞平均速度： 30（ 当速度 得出 s 的取值范围是 以本次设计选取行程 s 为 60 同样得出压缩机转速 n 的取值范围是 500r/250r/以本次设计选取转速为 800r/ 设计要求 1 ： （ 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） 有足够长的使用生命（压缩机大修时间间隔长）、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） 维修检修方便。 （ 6） 尽可能采用新结构、新材料、新技术。 （ 7） 制造工艺性良好。 （ 8） 机器的 尺寸小、重量轻。 构方案的选择 活塞式压缩机的结构方案由下列因素组成 1 ： 微型风冷活塞式压缩机（ 设计 5 一、 机器的形式； 二、 级数和列数； 三、 各级气缸在列中的排列。 选择压缩机的结构方案时，应根据压缩机的用途，运转条件，排气量和排气压力制造生产的可行性，驱动方式以及占地面积等条件，从选择机器形式和级数入手，制定出合适的方案。 一、压缩机的形式可以分为： （ 1） 立式压缩机 其优点是：主机直立，占地面积小；活塞重量不支承在气缸上，没有因此而产生的摩擦和磨损：机身受力良好，形状简单，重量轻；转速高 ，活塞速度大；不装辅助支座。缺点是：大型时高度大，需设置操作平台，操作不方便；管道布置困难，不易变型。所以，立式压缩机现仅用于中、小型及微型，使机器高度均处于人体高度便于操作的范围内，且中型压缩机主要用于无油润滑结构 活塞无需支承而仅需向导；此外，级数以少为宜，以避免管道布置的麻烦。 （ 2） 卧式压缩机 卧式压缩机包括一般卧式、对称平衡型和对置式。 一般卧式压缩机气缸位于曲轴的一侧，最多只有两列。其优点是：管理维护方便；运动件和填料函数量小，可避免高压填料函，机身曲轴结构简单；管路布置方便，厂房低。缺点是 ：惯性力平衡差，转速低；气缸串联，气缸活塞安装困难。 对称平衡型压缩机的优点是：管理维护方便，管路布置方便；惯性力可完全平衡，惯性力矩很小或为零，转速大大提高；相对两列活塞力方向相反，压缩机主轴承受力为二者之差，改善了主轴承和主轴颈的磨损情况，降低摩擦功率；气缸、活塞安装方便，检修方便。缺点是 2D 型切向力曲线不均匀； H 和 M 型运动部件、填料函、曲轴、机身结构复杂，机器制造质量要求高。 对置式压缩机是气缸在曲轴两侧不同位的运动。 （ 3） 角度式压缩机 角度式压缩机是指气缸中心线间有一夹角但不等于 180，有 V 型 、 L 型、 W 型、扇型等。其优点是结构紧凑，每个曲拐上装有两根以上的连杆，使曲轴结构简单、长度较短，并可能采用滚动轴承；缺点是大型时高度大。所以角度式压缩机的适用于小、微型移动式压缩机（无十字头，单作用）。 单级压缩机，如冷冻压缩机，视气量大小采用 两级压缩机，若采用 V 型和扇型则级的布置较方便。 W 型的结构在两级压缩机中也可看到，并且通常是一级分设两缸中，从而使一、二级的往复质量容易相等，且一级气阀布置较方便；但与 缺点是：结构复杂，空间尺寸大，一级连杆强度使用不充分，一、二级连杆 轴瓦的耐久性也不均等。在两列的双作用式压缩机中，也常可见到 型可认为是 5，通常水平列气缸的磨损较大，机器的重心与机身底面形心不易处于一条垂线上，与 V 型相比其管道布置较方便，此外并无什么独特的优点。 二、级数和列数的选择 无锡太湖学院学士学位论文 6 1、级数的选择 功耗最小，满足排气温度，重量轻，造价低。 2、列数的选择 一般选择多列，因为单列又笨又重。 多列的优点：曲柄错脚合理配置，切向力均匀，飞轮轻，惯性力平衡性好；功率相同的，列数越多，列的活塞力小，结构轻巧，运动机构轻，原动机，机器本身结构紧凑；活塞拆装方便 。所以本设计采用三列。 三、各列气缸在列中的排列 四大原则： 1、 力求各列中最大活塞力相等或相近，力求同一列中内外止点活塞力相等或相近。 2、 力求减少气体的内外泄漏。 3、 降低流动阻力损失，减少气流脉动。 4、 力求制造、装拆、维修方便。 综合上述优缺点及任务参数要求，本次设计的压缩机排气量为 m /于微型压缩机，考虑到压缩机参数等因素，所以选择角度式压缩机且为 W 型单作用式压缩机如下图 示。 图 压缩机示意图 微型风冷活塞式压缩机（ 设计 7 3 压缩机的热力计算 这一章主要 目的是确定功率、气缸行程容积、缸径及活塞行程。 术参数 排气量： Q=m / 排气压力： 进气压力： 进气温度： 20C； 进气相对湿度： = 压缩机转速： n=800r/ 行程： s= 压力比 的确定 总压力比为： =（ 所以总压力比为表压s=7+1=8。 缩机级数的确定 表 3复压缩机级数与压力之间的关系 1 终压 /50数 1 2 3 4 5 根据排气压力，压缩机的级数确定为单极压缩 定容积系数 相对余隙容积的大小，很大程度上取决于气阀在气缸上的布置方式，气阀的结构形式和级次，以及同一级次的行程缸径比等。一般 处于以下范围 1 ： 低压级： 压级： 压级： 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 =型压缩机的高 压级可达 =超高压压缩机中可高达 =锡太湖学院学士学位论文 8 本次设计的压缩机为单作用式压缩机，相对余隙容积可以取小一点，选取 为 表 3绝热指数确定膨胀系数 1 进气压力 25 /10 任意 k 值 K=.5 m=1+ m=1+ m=1+ 0m=1+ 30 m=k 表可知 k 为 时膨胀系数 m 为 容积系数为： v=111 = （ 定压力系数和温度系数 根据进气压力接近于大气压力，取压力系数p= 根据温度系数与压力比的关系，取温度系数t= 算泄漏系数 对于不严密和延迟关闭的气阀：v=取气阀相对泄漏量为 对于单作用式气缸的活塞环： r =活塞环相对泄漏量为 所以总相对泄漏量为 得泄漏系数： 1 1= （ 步计算气缸工作容积 工作容积： 34107 2 5.8 （ 定行程、缸径及实际行程容积 根据排气量 之间的关系： 52.0 微型风冷活塞式压缩机（ 设计 9 （ m 243 （ 行程 H 即为 60转速 n 为 800r/入上式中得缸径 D 为 所以圆整后为 80且圆整后的实际行程容积为 34100432.9 m 。 算压力比或调整余隙容积 表 3整前、后总的活塞有效面积 气缸直径 )(活塞有效面积22 （ 2m ） 前 后 前 后 于缸径圆整以后变大，使得排气压力要成正比例升高。 提高率： 0 0 所以压力比变为 s= s 。 调整余隙容积，因为缸径圆整后变大，相对余隙容积也变大，似的吸进的气量要不变。则： （ 所以新的相对余隙容积： （ 算缸内实际压力，确定最大活塞力 取进、排气相对压力损失： 075.0s 167.0d 气缸内实际进、排气压力： 255 /s 55 /103 3 6 盖侧活塞面积为： 010048.0直列上止点处： )(（ 代入数据得最大活塞力为 无锡太湖学院学士学位论文 10 算实际排气温度 取压缩指数 n=气温度： T 1 （ 代入相关数据得排气温度为 算轴功率 公式： 1)1() 1(60 1 n （ 代入已知数据得功率为 总的指示功率为 取机械效率 90.0m，所以轴功率为： z 电动机的功率余度取 10%，则计算得所需要的功率是 所以 根据该功率确定电动机额定功率 3 为 4满载转速为 2890r/号为 温效率 等温压缩功率： 60（ 代入已知数据得等温压缩功率为 总的等温指示功率为 等温指示效率： s %=等温轴效率： 1 6 s %=微型风冷活塞式压缩机（ 设计 11 4 压缩机的动力计算 这一章主要目的有两个方面，一是求得施加在各零部件上的作用力以及这些力与曲柄转角 间的变化规律。二是确定压缩机所需的飞轮矩。主要作图是气体力指示图、列的活塞力图、压缩机总切向力图等。 知数据整理 动力计算部分需使用热力计算部分所得的结果，先将动力计算所需数据整理如下表： 表 4知数据 活塞面积 )( 2m 力 吸入 出 度 吸入 K 293 排气 K 473 相对余隙容积 程 )(s 60 余隙容积折合行程 )(示功率 )(N 功率 )(械效率 )(mm速 (r n 800 曲柄半径 )(r 30 动计算 计算活塞位移、速度、加速度。 002602 （ 无锡太湖学院学士学位论文 12 r 2 取径长比： 4112030 位移：
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