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无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开题报告 题目： 80 系列微型风冷活塞式压缩机 机 电 系 机械工程及自动化 专业 学 号： 0923105 学生姓名： 肖秋红 指导教师： 俞 萍 （职称：工程师 ） （职称： ） 2012 年 11 月 25日 课题来源 “ 80 系列微型风冷活塞式压缩机 ” 的课题来源于企业 ； 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、 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。 3、 微型风冷活塞式压缩机结构简单，成本低 ， 安装方便， 是当前活塞式 压缩机的发展方向。 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、 80 系列微型风冷活塞式压缩机 的工作原理以及工作形成； 2、 80 系列微型风冷活塞式压缩机 参数与结构的设计； 3、 80 系列微型风冷活塞式压缩机 设计图纸的绘制。 研究计划及预期成果 1、 首先对 80 系列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 80 系列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 80 系列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；到企业进行参观， 对空气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 80系列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 指导老师签名： 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 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： 61935213067385 m 旋转惯性力： 88 无锡太湖学院学士学位论文 18 表 4性力表 曲柄转角 活塞加速度 复位惯性力 I=ms a 旋转惯性力 21 r A（ m/ I 级 I 级 00 50 00 235 50 00 50 00 050 200 350 500 650 800 950 100 250 400 550 700 850 +000 150 300 450 600 0 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 19 表 4合活塞力图 曲柄转角 I 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 - 4280 - 3050 5854 - 925 188345 - 925 - 925 - 925 - 925 - - 925 - - 925 - 2239135 - 925 - - 925 - - 925 - - 925 - - 940 - - 970 - - 1040 - - 1140 - - 1310 - - 1580 - 3363 - - 2010 - 2750 - 4280 - 4280 - 4280 - 4280 20 图 级综合活塞力图 80 系列微型风冷活塞式压缩机的设计 21 图 I 级综合活塞力图 向力的计算及切向力曲线的绘制 切向力计算公式： )s s 无锡太湖学院学士学位论文 22 表 4向力图 曲柄转角 I 级 总切向力0 015 63. 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 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 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： 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）； 、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： 机械 93 班 姓名 肖秋红 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： 80 系列微型风冷活塞式压缩机 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 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 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 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 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。13 2013年 3月 4日 0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 7日热力计算改进后，进行动力计算 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 4日动力计算改进后，开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 1日绘制零件图 根据装配