2D12 7004 16对称平衡型空气压缩机

1、太原科技大学毕业设计（论文）i太原科技大学毕业设计（论文）iXX科技大学业设计（论文）设计（论文）题目：2D12-70/0.4-16 对称平衡型空气压缩机学院指导教师2015年5月28日太原科技大学毕业设计（论文）任务书时间:学生姓名指导教师设计（论文）题目2D12-70/0.4-16 对称平衡型空气压缩机设计I级名义吸气压力Ri =0.14MPa （绝压）吸气温度Ti, =18 CII级名义排气压力主要研究内容P2ii =1.7MPa （绝压）排气量（i级吸入状态）Vj =70m3/mi n吸气温度T,ii =30 C相对湿度=.8学院（直属系）：照给定的设计参数，进行压缩机的热力计算和动力

2、计算。确定压缩机 的基本结构形式和主要零件的结构尺寸， 完成压缩机总体布置和设计, 完成主要零件的强度校核。研究方法计算，设计主要技术指标（或研究目标）教研室意见确定压缩机的基本结构形式和主要零件的结构尺寸，完成压缩机的总 体布置和设计，完成主要零件的强度校核，编写毕业设计说明书1份, 并画出装配图1张，主要零件图3张。教研室主任（专业负责人）签字:年 月曰太原科技大学毕业设计（论文） #太原科技大学毕业设计（论文） II2D12-70/0.4-16 对称平衡型空气压缩机设计摘要活塞式空气压缩机 是工业上使用量大、涉及面广的一种机械，有多种结构形式。对称平衡型空气压缩机属于其中一种， 属于容积

3、式压缩机，是利用活塞在气缸中 运动对气体进行挤压，使气体压力提高。活塞式空气压缩机设计需要进行的是热力、动力计算以及各种零部件的选取和校核。研究活塞式空气压缩机的目的是为了透彻理解压缩机的性能，使压缩机 拥有更好的效率及使用条件，并进行技术改造，使设计出的压缩机更加合理。关键词：活塞式压缩机；热力计算；动力计算；机械效率太原科技大学毕业设计（论文） 太原科技大学毕业设计（论文）20- The desig n of 2D12-70/0.4-16 air rec ip rocat ingcomp ressorAbstract : Pist on type air comp ressor is a

4、large in dustrial usage, wide face of a ki nd of gen eral machi nery, has a variety of structural form Symmetrical bala nee type air comp ressors bel ong to the dis placeme nt comp ressor, is the use of the piston in the cyli nder moveme nt to extrusi on of gas, i ncrease the gas p ressurePiston typ

5、e air comp ressor desig n is n eed to heat, po wer calculati on and select ion of various p arts and check. Study p ist on type air comp ressor in order to thoroughly un dersta nd the p erforma nee of the comp ressor, the comp ressor has better efficie ncy and con diti ons of use, and tech ni cal re

6、no vati on, make the desig n of the comp ressor is more reas on able.Keywords: piston compressor; thermal calculation; dynamical computation;mecha ni cal efficie ncyII摘要 第一章引言1.11.21.31.41.51.6压缩机的用途. 压缩机设计的目的 压缩机的工作原理 活塞压缩机的分类 压缩机的发展前景 压缩机设计说明.111122-第二章总体设计2.1设计依据及参数.2.2总体设计原则2.3结构方案的选择.232级数选择2.3

7、.3转速和行程的确定44555-第三章热力计算3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.133.143.153.16确定各级压力比名义进、排气压力初步计算排气温度计算排气系数各级排气系数计算计算各级凝析系数及抽气系数初步计算气缸行程容积确定活塞杆直径计算气缸直径 气缸实际行程容积，各级名义压力及压力比 按修正后的名义压力计算缸内实际压力. 计算各级实际排气温度复算排气量计算活塞面积计算功率，选取电机，热力计算结果数据66678910101010121313141415-第四章动力计算-16 -4.14.24.34.4运动计算 气体力计算. 往复惯性力计算

8、 摩擦力的计算.1618194.54.64.74.8综合活塞力计算及综合活塞力图的绘制 切向力的计算及切向力图的绘制 作幅度面积向量图 飞轮矩的计算21 -21 -2223-第五章零部件的选取及校核-24 -5.15.25.35.45.55.6曲轴 连杆 活塞轴承润滑系统 冷却系统242527293030 -第六章设计总结-31 -参考文献-33 -附录-34 -太原科技大学毕业设计（论文）- -太原科技大学毕业设计（论文）- -第一章引言1.1压缩机的用途压缩机是工业上使用量大的一种通用机械,因其用途广被称为“通用机械”。主要用途是通过压缩空气，为各种工业、农业及其他行业的机器提供原动力。

9、压缩 机在管道运输过程中起的作用非常大。在我们的生活中，压缩机的使用必不可少。因此，压缩机越来越成为我们生活中离不开的机器。1.2压缩机设计的目的综合运用所学到的知识和设计，掌握过程流体机械选型和校核等知识以及熟 练运用；更深刻了解压缩机的基本结构、 设计方法，培养对过程流体设计的认识 和独立分析问题、解决问题的能力；树立正确的设计思想，更好的掌握典型过程 流体机械活塞式压缩机的工作原理及特点。 并进行设计基本技能的训练，提 高自己的专业水平。1.3压缩机的工作原理活塞式压缩机工作时，通过曲轴旋转使连杆做往复运动，连杆带动活塞在气缸内 往复运动。由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积发生

10、周期性变化。活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内工作容积逐渐增大，气体沿着进气管推开进 气阀进入气缸，直到工作容积变到最大为止，进气阀关闭；活塞反向运动时，气 缸内的工作状况刚好相反，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力 达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。活塞式压缩机就是通过往复的膨胀、吸气、压缩和排气过 程，周而复始的循环运动，将能量转化，提供动力。1.4活塞压缩机的分类往复压缩机分类方法很多: 1、按在活塞的吸、排气体的单侧或者双侧，可分为单动和双动;2、按气体压缩次数可分为单极、双极和多级压缩机;3、按压缩机的压力可分为低压、

11、中压和高压；4、按排气量可以分为小型、中性和大型压缩机;5、按压缩气体的种类可分为各种气体压缩机。1.5压缩机的发展前景随着国家这几年经济越来越快的发展，行业的集中度得到了前所未有的提 高，供货越来越向大型企业集中，气体压缩机产业也朝着布局逐步合理的新局面 发展。由于经济战略性重组的推进，不少的劣质企业退出了历史舞台，更多的优 秀企业如春笋般涌现，并且已找准定位，突出主业，不断做的越来越好，达到强 强联合，承担起国家重大技术装备项目。 压缩机的发展不断在继续，不管是在国 内还是国际上，压缩机行业的发展前景始终可观。各行各业包括室友化工、环保、 冶金等等，都离不开压缩机。目前，大力推广绿色环保节

12、能无污染的压缩机，更 体现了绿色地球的宗旨。在未来几年内，压缩机的需求和新时代的要求将使压缩 机的发展成为一个新的高度。并且，压缩机的使用也将会更加贴近生活， 更加安全。近几年来，压缩机行业的发展逐渐到了一个新的高度和起点，预计在未来几 年内会呈现出一种全新的压缩机发展的形态。不仅仅在结构调整等方面，在其他 方面也会有新的突破。目前的压缩机行业还存在一些矛盾和层次性的问题， 比如 企业规模的分散，而且企业偏小，造成的结果就是生产方面的不合理， 资源分配 的不合理以及总体生产能力降低。这样的矛盾和现状决定了压缩机行业的发展方 向要逐渐朝着产业结构合理化的发展，并且控制住资源的主要使用方向，调整压

13、 缩机行业的结构，保证压缩机产品的质量问题。同时，环保也是压缩机发展的一 个方向。只有更加安全可靠贴近生活，被人们生活所承认和使用，才能使产品更 加推广。节能减排的口号也在号召着我们更加努力和进步，不断完善技术问题， 发展我们国家自己的知识能力，仓泄出我们国家自己特色的压缩机， 不断完善细 节问题，改进技术，让“中国创造”的标志走向国际，走向世界。1.6压缩机设计说明本次对称平衡型活塞式空气压缩机的设计说明书包括了设计过程中的计算 问题，比如，热力计算、动力计算等，还包括了查阅资料的环节，如各种零部件 的选取及气路、润滑和冷却系统的选择，同时，还有各种零部件的校核问题。通过自己亲自动手设计计算

14、，上网以及图书馆查阅各种文献资料来设计完成。 在设 计过程中所涉及到的计算公式，步骤以及图表等，也将亲手绘制，并附录在内。第二章总体设计2.1设计依据及参数2.1.1题目2D12-70/0.4-16 对称平衡型空气压缩机 2.1.2已知数据（1）型式:两列二级二缸双作用无油润滑对称平衡型。（2）工艺参数:吸气温度Th =18 C吸气温度=30 CI级名义吸气压力P =0.14MPa （绝压）n级名义排气压力Eii =1.7MPa （绝压）排气量（I级吸入状态）Vd =70m3/mi nII级排气温度t2II d20 =240mm电机转速:n = 496r/mi n活塞杆直径:d =70mm连杆

15、长度：I = 480mm气缸直径:I 级D| = 690mmn级 D| = 370mm相对余隙容积：口| =0.075, aII =0.095电机：JB500-12型隔爆式异步电动机，500kW联接：电动机转子直接装在曲轴端（电机转子兼作飞轮）2.2总体设计原则设计对称平衡型活塞式空气压缩机的基本原则:a.满足排气量、排气压力及有关使用条件的要求。b.有足够长的使用寿命和足够高的使用可靠性。C.有较高的运转经济性。有良好的动力平衡性。维护检修方便。尽可能采用新结构、新技术、新材料。制造工艺性良好。机器的尺寸小、重量轻。2.3结构方案的选择设计题目所需的压缩机，结构方案由下列因素组成:机器的型式

16、;级数和列数;气缸的排列和曲柄错角的排列。2.3.1气缸排列型式 本设计选择的是对称平衡型空气压缩机。2.3.2级数选择 本设计所选取的级数为二级。2.3.3转速和行程的确定 本次设计取转速为 496r/min，行程取240mm第三章热力计算计算前说明: a.压力一在热力计算过程中使用的压力都是绝对压力，并且，本说明书除了特K来表示。别注明外，压力均指绝对压力。b.温度一在热力计算过程中中所用到的都是绝对温度，它以T=t+2733.1确定各级压力比两级压缩总压力比器 01r12-14客，=讪=Js =（12.14 =3.48 （等压分配原贝U）3.2名义进、排气压力3.3初步计算排气温度Pl(

17、kH1 )= P 2k表3-2 各级名义进、排气压力（MPa）级次名义吸气压力R名义排气压力I0.140.4872n0.48721.7排气温度用下式求解：nJT2订汀过程指数n可取n=（0.90.98）k，这里取n=0.9。介质为空气，k=1.4。计算结果如表3-3所示。计算结果表明排气温度T214O C，符合要求。表3-3 各级名义排气温度名义吸气温计算参数名义排气温度级次n_l182913.481.261.293376.26103.26303033.481.261.293391.78118.783.4计算排气系数由于压缩机工作压力不高，介质为空气，计算过程按理想气体 处理。排气系数：3.4

18、.1计算容积系数多变膨胀指数m的计算查表3-4 :表3-4 不同压力下的m值Jrt!i为任亘# =1.4达1-5m -14fe - 1Jjn ssl. 2大于大于jeiowt = l+0.7Si：-)pt 1.3大于药$0m = l+O.S( i - 1)771 = 1.35农于$0w = tfn = 1. 4I级多变膨胀指数m:mi = 1 +0.5(k -1 )=1 +0.51.4-1 )=1.2II级多变膨胀指数mi :mII =1+0.62(k1)=1+O.62(1.4-1)=1.25各级容积系数为：/ 1mI引V= 0.863、f1JkJ=0.837-A1 mll/-vii= 一 a

19、 II I 呂111-1 =1 -0.075 3.4812 -13.4.2压力系数知的选择选取兀Pl = 0.97，入pII =0.98。3.4.3温度系数治的选取从图3-5查得，可选取几t=0.94,冷=0.95。59唧Oss姿 figggjfiggajaa“jiw 乞 sisssiesssaaiejSffisafiBs1-52-02-53.0354.D4,55,0墟力tt 图3-5 温度系数与压力比的关系3.4.4气密系数几1的选取般取气密系数在0.90-0.98 范围内。取和=|2 =0.9653.5各级排气系数计算太原科技大学毕业设计(论文)- -太原科技大学毕业设计（论文）- -表3

20、-6 各级排气系数计算结果级数/w vZ p入T右人=A V k p k T k 1I0.8630.970.940.9650.759n0.8370.980.950.9650.7523.6计算各级凝析系数及抽气系数3.6.1计算各级凝析系数计算在级间冷却器中有无水分凝析出来% 3 -7曲和水嶷汽在1TOTBf的试会斤/壓井与Sy(良斤/棗巧iPVitrTf.t1ty(Ti(出斤/用来J0.070233G*貯 192Co.nws:0.(12# 鮎SOfl jas7ffo.dflin3cn学把ft17j(1卫蔦冷SI0.1J2150 .0飾讯4C.32&2(G2u”0血M5潍2皿a忙肿E阳0.UE7

21、50.PA535S0,00553C .fOj：G9ft0.34a：5P-rt3C35i0.152930沖5070,0JD3W饷冷31o.：i5ao0.033OfS50.14CS)0.1044i0,O10&32仏理骞T0 帖J56(hi胖器5!0.1US3fl :0.111703$C.Dsl：o,oa5f1种(hire10d.扪f .004014C.DS4S3叭。沖讥st*OrJisyj.0.】翊11onisaeGJlOtd35C JS7330 0396CS&rtj報怕0.1347liO.OH2Sc.niMO5ao.TcflsrD-OgTE60n.2c3i11C .01IJ437c.JejaeC

22、l.O43fSdL0 江 157O.iSCJJ4O.QIZC甘36C. JG7S5OJU 口 3ii5.2fl.2；SI6.1 JI i)11n-012f23PDjkLFQ心-fU冷關t347弭0o.uaaIGo,otsaft. 01in0.0762V(14Q卫斗開(i.iSid17CniO7541o.ovsfaufln0尼、閒(i ifny10*0131030.3JSSG40n.0543冏U也t*G删1&fl蕊脑o.LiiftaoJ?“EEOgD.J593b671).2787O.tZoS7闘D.3CC.lOOi33Off 阴 4翻0,103SdO.XiMilJTOn.3i7?Cl JflS?

23、23 ”盟BfiJ 4叱/4?U.10U2I0,072帖2aD.oarMi6*02177O.：13B20,07557查表3-7得水在18 C和30 C时的饱和蒸汽压Psai= 0.02103kPa (18 C )Psaii = 0.04325 kPa (30 C )计算各级凝析系数.3.6.2抽加气系数卩。=0.14_0.82021叭進=0.9660.140.4872-0.04325因级间无抽气，无加气，故3.7初步计算气缸行程容积V主也.Vi = n.=0hI 打 n 0.759 496=0.186m3Vhi亠扎IIPiiTqn0.966x10.14303=XXX0.7520.4872291

24、49670 = 0.054m33.8确定活塞杆直径取活塞杆直径d=70mm3.9计算气缸直径3.9.1计算非贯穿活塞杆双作用气缸直径根据Dr需+，有:Di=佟工戶莎匸更=0.703mV 兀SZ 2 V3.14X0.24X12Dll 4+匚戶叱 +遊=0.380mV 兀SZ 2 V3.14X0.24X123.9.2确定各级气缸直径将计算缸径圆整为公称直径：D| = 700mm ；D| = 380mm3.10气缸实际行程容积，各级名义压力及压力比I3.10.1计算各级实际行程容积Vh非贯穿活塞杆直径双作用气缸行程容积:兀22v4（2Dd）azVhT = (2D；-d2) S Z =兀(2X0.72

25、 -0.0702)x0.24X1 = 0.184m3 TOC o 1-5 h z 1414咒223T223Vhii =-(2D2 -d2) S”Z =-(2x0.382 -0.0702)x0.24x1 =0.053m3443.10.2各级名义压力及压力比I因各级气缸实际行程容积Vhk发生变化，名义压力比以及进、排气压力也发生相应的变化。(1)各级进气压力修正系数：Pii Jhj 辿=0 遊=0.971VhVhu0.186 0.054(2)各级排气压力修正系数：Vh Vh(k刑吐=吐4遊=0.971VhiVh(f0.186 0.054= P2L =1_ Vhi Vh(ii 卅)IVh I Vh(

26、II 卅)P211修正后各级名义压力及压力比Rk =RkP1k3.10.3计算结果太原科技大学毕业设计（论文）太原科技大学毕业设计（论文）表3-8 气缸直径圆整后的数据计算行程容积Vhk / m30.1860.054实际行程容积Vhk / m30.1840.053修正1Pk _必1 ,虫Vhi Vhk10.971系数Pk+_VhI Vh)Vh I Vh(k41)0.9711名义吸气压力Pk0.140.4872(MPa)Rk = Pk Ek0.140.473名义排气压力P2k0.4731.7(MP a)P2k = 3k岀 P2k0.4731.7修正后名义压 力比.J2kPk3.383.59In级

27、 次3.11按修正后的名义压力考虑压力损失后计算缸内实际压力缸内实际压力：Ps 語(1-6)Pd 二 P2(1 +5)由图3-9 ,查得6 , 6 ,计算结果见表3-10 。m ：i勺忖01?翔压力下的幅对E41U夫昶武S占liE璋5太原科技大学毕业设计（论文）- -太原科技大学毕业设计（论文）- -表 3-10考虑压力损失后的缸内实际压力及压力比修正后名义相对压力缸内实际压实际 压力 比级 次压力(MPa)损失1 - &1 +瓦力(MPa)PP2Pd密Pd yI0.140.4730. 040.070.961.070.1340.5063.78n0.4731.70. 030.050.971.05

28、0.4591.7853.883.12计算各级实际排气温度nJE=T&n按k=1.4计算，计算结果见表3-11。从中可以看出，按k=1.4 计算出的排气温度在140 C的允许范围表3-11 各级实际排气温度级次吸气温度实际 压力比Jk=1.4nJ.八n=1.26T2 ( K)T )(C )(K)I182913.781.316382.96109.96n303033.881.323400.82127.823.13复算排气量由于气缸直径的变化，引起各级压力比的变化，从而容积系数 也发生变化。厂，丄）1屮-1=1-0.0753.781.2-1X丿X/r 1飞1II引m -1= 10.0953.88125

29、丿= 0.848= 0.8141)如=1 - a為二1 一口如其它系数不变，则排气系数为:r =0.759= 0.746/-VI0.863如=0.752=0.7315|0.837经上述修正后的排气量为：IIIQVd =Vhi Jy| n = 0.184 X 0.746 X 496 = 68.08 m / min计算结果与题目要求接近，选用的气缸合适。3.14计算活塞面积3.14.1活塞面积盖侧：Fg T =兀22=X0.72 =0.385m24轴侧:Fzi =Fg|-fd =0.385-兀22-X0.07 =0.381m43.14.2 第 n（1）活塞面积盖侧：FgII兀Dii盲心亦“伽23.

30、15轴侧：FziIF giifd =0.1132 20.07= 0.109 m3.15.1NikNiiNiii3.15.2计算功率，选取电机计算各级指示功率k c 、/PSk 扎vk V hkk -1I Ek k-1k -11.41.428060Psi 兀VI Vhi-160-1X 0.134X 0.848X 0.18421.4 _11.4-1491x10660KW,_ PSII VII VhIIk -11.4 -1271 KW-1J600.459 X 0.814(X 0.053 13.88 1.4 -11.4 -J整机总指示功率Nj -N,刑 =280 + 271 = 551KW咒斗0660

31、轴功率Nz:取机械效率nm =0.92，则：N-Ni兰1 =598.9 KW0.92实际本机选用JB500-12型隔爆式异步电动机，功率为 500KW是不够的，取 功率为600kW3.16热力计算结果数据1.各级名义，实际压力及压力比表3-12 各级名义、实际压力及压力比级 次名义压力(MPa)z实际压力（MPa）PP2PsPd1zI0.140.4733.380.1340.5053.78n0.4731.73.590.4591.7853.88各级实际排气温度T2I =382.96KT2I =109.96 CT211 =400.82KT2II气缸直径D| = 700mm,Dii=380mm气缸行程

32、容积3Vh| = 0.184m，Vhii=0.053m3实际排气量Vd = 68.08m3/min电动机功率Ne =600KW活塞杆直径d=70mm第四章动力计算动力计算已知数据汇总见表4-1。表4-1 动力计算已知数据级次In活塞面积Fg0.3850.113(m2)Fz0.3810.109Pl0.140.4872吸入压力Ps0.1340.472(MPa)P20.48721.7排出Pd0.4591.785t s( r)1830吸入Ts ( K)291303温度t d( r)109.96127.82排出Td ( K)382.96400.82相对余隙容积ot0.0750.095行程（mn）S240

33、240余隙容积折合行程S0 = os1822.8(mm)指示功率（kW）Ni280271轴功率（kWNz600机械效率n m0.92转速（r/min ）n496连杆长（mml4804.1运动计算作x a, c a, a a运动曲线图=120 mmr =，一=12%80 = 0.252;in 496 兀o =6030 Em =0.12x51.94 = 6.23m/s r2 = 0.12% 51.942 = 323.73 m/s24.1.2位移:盖侧：xg= r(1 -cos) +1(1-j1-A2sina) =La轴侧：Xz=S - Xgc=wisi n + 上si r2a ) 速度：I 2 丿

34、加速度：a = r2 ( C oc6 + 几 c 0 2a)其运动曲线如图：I2ifa 位移 X = 0.25 (1 - cosG) + 4(1 - dl - 0.0625sin2a)b、速度 c = 6.23s(kh 0. 1 25Si n2C、力卩速度 a = 323. 73(cOs 0. 25cos记录表格每隔10?按上述计算Xg,Xz,C, a,将结果列入附表-1，其中a是第I列及第n列本列的曲柄转角。4.2气体力计算各过程压力：ym膨胀过程P =pdF S So十Xj丿进气过程Pi =Ps压缩过程排气过程Pi =pd取 m=1.3 ,421 气体力：盖侧s + s。 0 + Xi 丿

35、Xi表示活塞位移0=-Pi Fg轴侧= PFz轴侧气体力列表计算。分别计算出同一转角情况下的气体力，并计算其合力。符号规定：轴侧气体力使活塞杆受拉，为正；盖侧气体力使活塞杆受压，为负。将计算结果列入表中：分别将各级盖、轴侧气体力以及合力列入表,附表26 04.3往复惯性力计算图4-2往复惯性力曲线往复惯性力为 Fp =mpa = mpg2(cosa +几 cos2a)由图知，当o =0时惯性力最大。431 往复运动质量的计算表4-3运动部件质量（kg）名称I级n级活塞组件188.76162.69连杆和十字头组件175.0175.0I级活塞组件及十字头组件质量mPI =18 8.746 1耳5

36、3 63.7n级活塞组件及十字头组件质量mP=1 6 2.69 1 75 33l7g6活塞加速度加速度值由运动计算已知。计算各级往复惯性力I = ms a计算结果记录附表-7。关于惯性力的符号规定：以使活塞杆受 拉为正，受压为负。活塞的最大惯性力为Fp 1MAX =147.20kNF p2MAX = 136.65kN4.4摩擦力的计算往复摩擦力与旋转摩擦力分别计算如下： 4.4.1 往复摩擦力的计算 各部分零件间的总摩擦功往复运动部分占60% 70%,取70%0.7 X NikRs =(1 、 -1 X60 nL m J2SnI级往复摩擦力0. 7 2 -609 2丿Rs =4. 29KN2天

37、0. 2沟 496n级往复摩擦力f 1)0. 7 2 71阂 60Rsii =2. 92 丿=4. 1 5KN0. 24 496关于往复摩擦力的符号规定：（1）仍以使活塞杆受拉为正，受压为负。（2）在0 -180之间为向轴行程，活塞杆受拉为正。在180 -360之间为向盖行程，活塞杆受压为负。旋转摩擦力的计算丄一讣602 =2.306KN般情况下，总机械摩擦功率中，旋转摩擦占30% 40%，取30 %。0.3Ni-1 k 0.3X551X71X0.24X496Ri =_L_ =4.5综合活塞力计算及综合活塞力图的绘制综合活塞力P邓勺结果为将气体力、往复惯性力及往复摩擦力合成结Py = P +

38、I + Rs活塞力Pl是随着曲柄转角a而变化的其正负号规定同前。4.6切向力的计算及切向力图的绘制4.6.1切向力的计算T=p严 J)1 cos P/=Py sina +ksi n 22丿1 -几2 sin丿计算结果列入附表-89 0总切向力的计算将I、n列切向力和旋转摩擦力合成就得出总切向力。合成结 果列入附表-10 0作切向力图横坐标为a比例尺为1 /Cm,换算为长度比例尺m =史=” 0.24 丄=0.00209 m / cm l 360 cm(2)纵坐标为切向力，比例尺：mT =1kN/Cm(3)根据切向力的计算表作切向图。4.6.4平均切向力的计算由列表计算的切向力求平均切向力Tm3

39、6_ 斗 T 3371.25_ _ .Tm = = =93.65 kN3636(2)由热力计算所得的轴功率计算平均切向力Tm 二込二551 滅30=88.40kN兀 rn 兀 X 0.12 X 496(3)计算作图误差心=Tm -Tmioo% = 93.65-88.4x 100% = 4.93%Tm88.40(4)将平均切向力Tm水平线画在切向力图上。y/kNI93, 65图4-4 切向力图4.7作幅度面积向量图4.7.1 求得平均切向力与总切向力曲线所包围的面积：2 2 2R = -2690.59cm , F 1654.95cm , F -297.82cm ,F4 =720.19cm2,F5

40、 =-5527.26cm2, F6 = 7729.08cm2,2F7 = -2654.20cm ,作幅度面积向量图将平均切向力下方的面积定为负，平均切向力上方的定为正，把所有这些向量依次首尾相接平行作出，得到向量图上最高点与最 低点间的差值ifmax=1 3256. 3m。比例尺：1c m= 1 0cm。4.8飞轮矩的计算4.8.1压缩机一转中的能量最大变化量L :L心fmax =0.00209x 1x13256.34 = 27.71N m4.8.24.8.3旋转不均匀度S的选取丄35飞轮矩的计算MD23600L3600X27.7,2=2 2广r = 1.43kgm兀n右221n 3.1424

41、962咒一35第五章零部件的选取及校核5.1曲轴5.1.1曲轴结构的选择在选取压缩机零部件的时候，需要进行曲轴的选择。曲轴的一般结构分为2种, 分别是曲柄轴和曲拐轴。曲柄轴曲柄轴的结构是连同电机轴一起，在一般情况下，曲柄轴只有两个主轴承。安装方面虽然有些差，但是可以实现结构紧凑和重量轻等特点。曲拐轴曲拐轴的结构是两拐间的轴颈，两者之间的连接是连杆轴承。使用曲拐轴的优点是方便简洁，在选择方面受到的限制很少，更加合理。本次设计采用的是曲拐轴。5.1.2曲轴结构的设计 曲轴设计的基本原则:刚度。在轴颈的偏转过程中，不应该超过许用数值，才能保证曲轴的工作质量。强度。因为曲轴要承受交变弯曲和交变扭曲之间

42、的力的相互联合作用，曲轴的强度必须满足足够的强度要求。因此，曲轴也需要进行强度校核。尺寸。每个零件都有自己的尺寸，曲轴也不例外。曲轴选择的尺寸必须合适于压缩机设计的使用要求。使用适当的尺寸，才能使配合使用的轴承之间有允许的负荷能力。5.1.3曲轴尺寸的确定 对于以上的要求，尺寸确定如下:曲柄稍直径Dd =(4.65.6)Jp , p最大活塞力 139.39KND = (4.6 -5.6)7P = (4.6 -5.6)咒 9 = 17.34-21.11 cm取 D=200mm主轴颈直径D1D(1 1.D1)=200220mm,取 D1 =210mm曲柄厚度tt=(0.60.7) D=120140

43、mm,取 t=130mm曲柄宽度hh=( 1.21.6) D=240320mm，取 h=250mm过度圆半径rr=(0.060.09) D=1218mm，取 r=15mm5.1.4曲轴材料的选择曲轴材料有很多种选择，根据近几年来的发展趋势及材料应用铸造技术的发 展，铸造曲轴采用的材料大多用稀土镁球墨铸铁。用这种材料有很多优点，可以 节省原材料来减少加工用量及加工费用， 同时，材料本身的性能可以使曲轴的设 计更合理。所以本次设计所选用材料是球墨铸铁。5.1.5曲轴强度校核 为使计算方便，我们对曲轴的受力情况简化: 1）连杆力集中曲柄稍中段;2）略去回转惯性力;3）略去曲轴自重。本次空气压缩机的设

44、计轴承不容易断裂，所以只需要进行刚度校核。5.2连杆5.2.1连杆结构的设计连杆是一种将活塞上传递的推动力传递到曲轴上， 然后又将曲轴的旋转运动 提供为活塞的往复运动的机件。换个说法就是连杆机件的两端分别与主动件及从 动件之间相连接，由此来传递力或运动。连杆的主体部分截面为圆形或工字形在连杆的两端有装着青铜衬套或滚针轴承的孔，用以通过轴销进行铰接。杆体的 截面形状很多，包括圆形、环形、矩形、工字形等等。工字形截面的杆体优点是 在同样强度具有最小的运动质量，缺点是它的毛坯必须用模锻或铸造，更适用于 高速及大批量生产的压缩机。圆形截面的杆体优点在于机械加工方便， 因为其同 样强度的条件下，运动质量

45、最大，所以适用于低速、大型以及小批生产的压缩机。因此本次设计采用圆形截面的杆体，采用大头组合式连杆，大头和连杆分别制造, 最后用螺栓紧固到一起。小头部分的制造时，活塞与连杆采用球头连杆的连接方 式，更有效的降低了机器的尺寸。下图为连杆的基本结构。Alil車1 一畑 2一梯,3大A大畑图5-1连杆的基本结构5.2.2连杆的定位连杆在运动时会左右摆动，考虑到这个问题以及曲轴的热膨胀引起的问题,连杆必须定位，定位的方法有大头定位与小头定位两种。 大头定位与小头定位的区别是大头轴瓦两端面与曲轴稍之间的配合间隙不同，大头定位适用于大头瓦为 后壁瓦的情况。5.2.3连杆尺寸的计算 连杆长度取480mm活塞

46、杆的直径取70mm 5.2.4连杆连接 连杆的连接采用螺栓连接。连接螺栓要求强度和塑性都比较好的材料。螺母的材料可以与螺栓不同。表常用连杆聽栓疑聽母的材料嫦栓材4540Cr30CrVo35CrMoA25CriVDV3SCrMoAl40CrMnV料婢母材3520Cr30Vn3OMn，HMn： 30CrMo料JOCrMo30CrMo连杆的材料选45锻钢。螺栓的材料选40Cr钢。5.3活塞5.3.1活塞结构的选择活塞是对称平衡型空气压缩机里主要的一个部件。活塞的主要最用就在在气 缸内，通过往复运动来压缩气体，气体获得压力之后，带动连杆曲轴的运动，然 后进行动力输出。活塞可以分为活塞顶、活塞头和活塞裙

47、3个部分。活塞顶是燃 烧室的组成部分，通常可以制成不同的形状。活塞头是由活塞顶至最下面一道活 塞环槽之间的部分。活塞头的主要作用就是承受气体压力，防止漏气。活塞环槽 以下的所有部分称为活塞裙。其作用是引导活塞在汽缸中作往复运动并承受侧压 力。5.3.2活塞的基本结构形式筒形活塞的主要结构尺寸如右图所示:DDe图5-2活塞的主要尺寸结构533 I级活塞尺寸 活塞环：对活塞环的基本要求是密封可靠和耐磨损。活塞环的径向厚度t：1111t =()D =()700 =31.82 19.44mm22 3622 36取 t=25mm活塞环的轴向高度h:h= (0.41.4) t= (0.41.4) 25=1

48、035mm,取 h=25mm 刮油环的轴向高度:h3= (12) h= (12) X25=2550mm,取 h3=40mm 活塞直径：D=700mm 活塞总高度H与活塞直径D 一般为:H= (0.651.5) D= (0.651.5) X700=4551050mm,取 H=500mm 活塞顶面至第一道活塞环的距离:C= (1.23) h= (1.23) X?5=3075mm,取 C=50mm 活塞环之间的距离:Ci= (0.81.5) h= (0.81.5) X25=2037.5mm,取 Ci=30mm 裙座到底边的高度L约为0.7H。L=0.7H=0.7 X00=350mm 活塞销中心线到底

49、边的距离hi约为0.6L0 hi=0.6L=0.6 X50=210mmn级活塞尺寸1111活塞环的径向厚度t: t=()D =()X380 =17.27 10.56mm22 3622 36取 t=15mm活塞环的轴向高度h:h= (0.41.4)t= (0.41.4) X5=621mm,取 h=15mm刮油环的轴向高度:h3= (12) h= (12) X15=1530mm,取 h3=20mm 活塞直径：D=380mm活塞总高度H与活塞直径D 一般为:H=(0.651.5) D=(0.651.5) X380=247570mm,取 H=300mm 活塞顶面至第一道活塞环的距离:C= (1.23)

50、 h= (1.23) X15=1845mm,取 C=30mm 活塞环之间的距离:Ci= (0.81.5) h= (0.81.5) X15=1222.5mm,取 Ci=15mm 裙座到底边的高度L约为0.7HL=0.7H=0.7 ：300=210mm 活塞销中心线到底边的距离hi约为0.6Lhi=0.6L=0.6 忽10=126mm 5.3.5活塞材料的选择活塞材料选用HT20-40。活塞销材料选用20钢。5.4轴承活塞式压缩机中常用的轴承有两大类： 滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承和滑 动轴承的对比：滚动轴承的优点是维护方便，价格合适，效率高，而且通用标准 化程度很高。相比来说，滑动轴承的结构简单

51、紧凑，精度高、制造方便、安装方 便。一般来讲，中、小型的压缩机米用滚动轴承；大型压缩机及多支承的压缩机 普遍米用滑动轴承。5.4.1滚动轴承及其结构确定本设计采用滚动轴承。轴承内径取D=65mm 轴承代号:根据GB/T2761994查得深沟球轴承:轴承代号：6313D:65mmD:140mmB:33mm5.5润滑系统无论什么机器，在零件互相接触的部分都需要进行润滑， 润滑的一般方式是 注入润滑剂。如活塞与气缸、填料与活塞杆、等这些地方，用来达到以下作用:减少摩擦功率，降低消耗;减少滑动磨损，延长寿命;冷却。减少摩擦放热;防止零件生锈。5.6冷却系统5.6.1概述冷却系统的配置有3个原则:保证水

52、温。经济性好。运行时检视和调节水量。活塞式压缩机工作时，气体被压缩会使温度升高。为了降低排气温度，必须 进行实时冷却。冷却的原因:降低排气温度，避免温度过高导致填料物质变质,提高排气量;提高效率。对于对称平衡型活塞式空气压缩机来说， 冷却器结构的要求是紧凑，流动阻 力小，工艺性好，消耗材料少和便于清洗。5.6.2冷却介质的选择冷却介质为水或空气。对于中、大型压缩机来说，一般选用水作为冷却介质。因为其排气量较大，压力高，热负荷大。水作为冷却介质的缺点是运行时间久了后，会有水垢在内壁形成。 水垢会使水流通道截面积减小，阻碍正常的热交换。 这样的后果会造成设备冷却不良，增加功率消耗甚至发 生事故。因

53、此，使用前必须对冷却水进行软化处理，并且，当水垢超过一定的厚度时，必须 及时将水垢清除掉。第六章设计总结历时几个月的奋战，我的毕业设计终于接近了尾声，在这一过程中，遇到了 很多挫折困难，都在老师和同学的帮助以及自己的辛苦努力下， 都得到了完美的 解决，学习到了很多知识。通过这次毕业设计，我得到了很多感触，不仅仅是知 识方面的补充，还有心理素质的提高。我原以为毕业设计也仅仅和之前的课程设 计相差不多，可是在设计过程中，我渐渐的认识到了自己思想上的错误。 毕业设 计的严谨性都让我改变了自己的想法，其中出现的许多学术性的问题都让我手忙 脚乱，我也由刚开始的敷衍了事到后来的认真计算， 改正了自己的认识

54、错误，改 正了眼高手低的毛病，不懂的地方认真请教老师和同学，同时自己也多下功夫上 网查阅资料和文献，最终完成了本次毕业设计。这次毕业设计，包括了前言、设计综述、热力计算、动力计算以及零部件的选取。前言主要介绍了关于活塞式压缩机的基本特性、原理以及发展前景，并对设计总体进行了说明。设计综述部分主要说明了任务书的基本要求以及给定的理 论数据。热力以及动力计算是本次设计最重要的部分， 热力计算主要是计算所需 设计的活塞式压缩机的基本参数。热力计算过程需要了解压缩机基本的条件，比如压力比、气缸、连杆等等。由理论数据到计算实际数据，查阅各种图标资料。 动力计算主要是计算压缩机运行过程中的一系列动力变化，

55、包括活塞的位移、速 度、加速度的变化，以及这些变化从而影响到的压力变化。计算数据并且列表分 析，由表格又能画出具体变化的曲线图， 更加直观的看出来这一系列过程。 最后 的部分就是零部件的选取校核以及润滑和冷却。毕业设计是一个学习和积累的过程，它把我们在课堂上所学到的知识真正运 用到了实际中，由一种陌生的、抓不住的思路变成了可以亲自体验的学习过程。通过设计认识到了自己的不足之处， 才明白自己需要学习的地方更多。设计过程 中遇到的各类问题都亲自解决，自己动手查阅资料，自己动手计算设计，培养了 自己独立工作的能力，我体会到了自己探索研究并获得成功的乐趣， 这对于即将 到来的社会工作生活也同样适用。最

56、后感谢我的指导老师宋素芳老师以及同组的 同学对我的帮助，有些理解不了的问题在老师认真的讲解下都得到了很好的解 决，让我学到了很多专业性的知识，更加深刻的体会到了本次毕业设计的宗旨。同时，我也感受到了同学师生之间友谊的温暖。 我也会将这种温暖传递下去，助 人为乐，与人为善。这次毕业设计使我受益匪浅。参考文献1234李云、姜培正主编过程流体机械（第二版）化学工业出版社郑津洋、董其伍、桑芝富主编过程设备设计（第三版）化学工业出版社濮良贵、陈国定、吴立言主编机械设计（第九版）蔡仁良、顾伯勤、宋鹏云主编过程装备密封技术活塞式压缩机设计编写组编著活塞式压缩机设计高等教育出版社（第二版）化学工业出版社机械工

57、业出版社石油大学出版社田桂中编著现代机械设计理论与应用张湘亚、陈宏石油化工流体机械王明强、朱永梅、刘志强、邱小虎、出版社往复压缩机热力计算软件开发李新制冷压缩机技术及其应用王伦-活塞压缩机CAD设计系统研究唐良宝活塞式空压机的使用与维修赛玉玲往复式压缩机冷却系统的研究朱玉峰CNG和LNG燃气气源的经济性分析宋晖基于ANSYSworkbench的汽车发动机连杆力学性能分析胡小青-制造业自动化-2014聚酰胺用于压缩机活塞环的试验研究朱洪江邢万坤 何丽红-润滑与密封-2003国防工业陈浩 李鹏-机械设计与制造-2011北京电力高等专科学校学报：自然科学版-2010:白亮亮-流体机械-2008任奎东

58、-俪人：教师-2014-河北工业科技-2007油气世界-2007附录附表-1活塞位移、速度、加速度计算表曲柄转角活塞位移/mm活塞速度活塞加速度a / XgXzc(m/s)a(m/s2)002400404.66102.28237.721.35394.86208.99231.012.63366.203019.84220.163.79320.824034.31205.694.77262.055051.75188.255.54194.046071.39168.616.07121.407092.39147.616.3548.7280113.94126.066.40-19.8490135.24104.7

59、66.23-80.93100155.6184.395.87-132.27110174.4865.525.35-172.72120191.3948.614.72-202.33130206.0233.984.01-222.14140218.1621.843.24-233.94150227.6912.312.44-239.89160234.525.481.63-242.21170238.631.370.82-242.76180240.0000-242.80190238.631.37-0.82-242.76200234.525.48-1.63-242.21210227.6912.31-2.44-239

60、.89220218.1621.84-3.24-233.94230206.0233.98-4.01-222.14240191.3948.61-4.72-202.33250174.4865.52-5.35-172.72260155.6184.39-5.87-132.267270135.24104.76-6.23-80.93280113.94126.06-6.40-19.8429092.39147.61-6.3548.7230071.39168.61-6.07121.4031051.75188.25-5.54194.0432034.31205.69-4.77262.0533019.84220.16-