【车辆工程类】W80II系列微型风冷活塞式压缩机的设计【7张图纸】【优秀】【毕业论文说明书】
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编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （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） 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 摘 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。 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 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 ：活塞式压缩机；强度校核；行程容积；动力计算 he is a to in is in of we it on of in in of of a is is in it be to of by of an be to to V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 课题的研究内容 和 意义 . 1 内外的发展概况 . 1 课题应 达到的要求 . 1 2 压缩机总体结构的设计 . 2 计原则及设计任务 . 2 构方案的选择 . 3 数及级在列中的配置 . 4 3 压缩机热力计算 . 5 术参数 . 5 力计算 . 5 算总压力比 . 5 缩机级数的确定 . 5 力比分配 . 5 算容系数 . 5 定压力系数 . 6 定温度系数 . 6 算泄漏系数 . 6 算气缸工作容积 . 7 定缸径、行程及行程容积 . 7 算压比或调整余隙容积 . 8 算各列最大的活塞力 . 9 算排气温度 . 9 算功率 . 9 温功率 . 10 4 动力计算 . 11 知数据整理 . 11 力计算 . 11 算活塞位移、速 度、加速度 . 11 体力的计算 . 13 性力的计算 . 17 向力的计算及切向力曲线的绘制 . 21 轮矩的确定 . 23 5 主要零部件的分析设计 . 26 缸部分的分析计算 . 26 身的设计 . 28 身材料 . 28 要尺寸确定 . 29 杆的设计 . 29 述 . 29 杆的结构设计 . 29 身结构 . 29 6 结论与展望 . 33 论 . 33 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 1 1 绪论 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。 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。 课题应 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 计原则及设计 任务 排气量： Q=m /气压力： 气压力： 进气温度： 20C；进气相对湿度： = 查书得 130 m=k 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： 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 ；小型压缩机的高压级可达 。 所以取 1= 2= z1/ (z1/ (定压力系数 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 p。 定温度 系数 取 1 。 算泄漏系数 表 3漏系数 项目 相对泄漏数 级数 第一级 第二级 气阀 一级 二级 塞环 一级 二级 0 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 7 续表 3相对泄漏量 1 1 计算气缸工作容积 11111 (300056.0 m 22222212 1 (0850 5300016.0 m 定缸径、行程及行程容积 已 50 ，选 取行程 S=60活塞平均速度 506030 (一级气缸直径： 24 21 h (0 7 7 0 5 1 (圆整后 01 ，圆整后实际行程容积 31 000603.0 mV h 二级气缸直径： 14 222 h (h 0 5 8 0 1 2 (圆整后 02 ，圆整后实际行程容积 32 00017.0 mV h 。 无锡太湖学院学士学位论文 8 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整前、后总的活塞有效面积 如下表 级次 气缸直径 活塞有效面积 D（ 22 （ 前 后 前 后 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 9 3 9 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 9 2 5 0 5 一级压力比变为 1 7 (相应地二级压力比变为 0 5 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 8 6 0 9 1 (一级新的相对余隙容积： 1 (二级新容积系数： 8 3 5 0 5 222 (二级新相对余隙容积 (本计算中取调整相对余隙容积。 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 9 算各列最大的活塞力 取进、排气相对压力损失： s d s d 气缸内实际进、排气压力 1 = （ 10 5 1 = （ 1+ 10 5 =105 N/ =05 N/s2 =（ 10 =（ 1+ =5 /10 =5 /10 轴侧和盖侧活塞面积分别为： 25511 / 25522 / 25 /1031 最大活塞力 第一级： 51111 （ 第二级： 52122 （ 算排气温度 取压缩指数 ； 气温度 111 122 （ （ 算功率 1)1(160 11 10111 11111 （ 0 6 0 无锡太湖学院学士学位论文 10 1)1(160 22 10212 22221 （ 总的指示功率 取机械效率 9.0m轴功率 电动机的功率余度取 10%，则电动机取 4确定电动机型号为 速为 2890r/ 温功率 各级等温压缩功率 1111 11 （ 01 21 sN i（ 总的等温指示功率 2 等温指示效率 % 温轴效率 % 1 0 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 11 4 动力计算 知数据整理 表 4知数据 级数 I 0. 01 0. 005710. 510. 5P 1j 0. 1 0. 42P s j 0. 925 3. 49410. 5P 2j 0. 45 15. 43P 4. 28 13. 81温度吸入0 137. 5k 2. 93 410. 5排出37. 5 157. 4k 410. 5 430. 4相对余隙容积 0. 059 0. 072行程 （ s 60m s 0 =s 3. 54 4. 32指示功率 （ . 38 1. 32轴功率 力计算 算活塞位移、速度、加速度 860 8 502602 （ 6 6 9 r （ 2 取径长比：41位移 )s )c 22 g （ 无锡太湖学院学士学位论文 12 )co 61)co 速度 )2s s )2s i s i 加速度 )2c o s(c o （ )2c o c o 7 表 4塞位移、速度、加速度 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 / - 列微型风冷活塞式压缩机的设计 13 续表 4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 / 55o 0 体力的计算 （ 1） 各级气体力 膨胀 过程： (00（ 进气过程：P（ 压缩过程 ： )(00（ 排气过程：P（ 本机属于微型压缩机，取 0 为代表余隙容积的当量行程，（ 运动计算中各点的位移值。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 （ 无锡太湖学院学士学位论文 14 表 4 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(s d - 0 428015 305030 92545 92560 92575 92590 925105 925120 925135 925150 925165 925180 60 925195 840210 970225 1040240 1140255 1310270 1580285 2010300 2750315 4280330 4280345 4280360 0 428080 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 15 I 级： 5 1( （ 5 1( （ 图 级盖侧气体力 无锡太湖学院学士学位论文 16 表 4I 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 m i n) P j = P s P j = P d P - P j *A 0 13. 81 - 7871 . 715 1. 27 10. 27 - 5854304. 96 3. 494 - 1991 . 64510. 66 3. 494 - 1991 . 66017. 81 3. 494 - 1991 . 67525. 73 3. 494 - 1991 . 69033. 75 3. 494 - 1991 . 6105 41. 26 3. 494 - 1991 . 6120 47. 81 3. 494 - 1991 . 6135 53. 09 3. 494 - 1991 . 6150 56. 92 3. 494 - 1991 . 6165 59. 23 3. 494 - 1991 . 6180 60 3. 494 - 1991 . 6195 59. 23 3. 54 - 2017 . 8210 56. 92 3. 67 - 2091 . 9225 53. 09 3. 91 - 2228 . 7240 47. 81 4. 31 - 2456 . 7255 41. 26 4. 93 - 2810 . 1270 33. 75 5. 9 - 3363285 25. 73 7. 48 - 4263 . 6300 17. 81 10. 16 - 5791 . 2315 10. 66 13. 81 - 7871 . 7330 4. 96 13. 81 - 7871 . 7345 1. 27 13. 81 - 7871 . 7360 0 13. 81 - 7871 . 780 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 17 ： 5 1( （ 5 1( （ 图 I 级盖侧气体力 性力的计算 往复惯性力： 6
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