空氣壓縮機設(shè)計

1、1 引言畢業(yè)設(shè)計是學(xué)完所有課程后應(yīng)用四年所學(xué)到的課本知識及課外的知識而進行的綜合性、開放性的訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生工程意識和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，也是考查學(xué)生四年學(xué)習(xí)成果的重要途徑。此次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是通過對活塞式壓縮機熱力性能和動力性能的計算，完成壓縮機的校核和選型工作。通過近兩個月的設(shè)計過程，對于我掌握過程流體機械選型基本方法、基本步驟和基本原則起到了明顯的效果，達到了預(yù)期的訓(xùn)練目的。同時，通過畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，使我的計算機應(yīng)用能力得到了提高，培養(yǎng)了我的設(shè)計能力和解決實際問題的能力。畢業(yè)設(shè)計要求學(xué)生正確運用和查閱與本課題相關(guān)的設(shè)計標準、規(guī)范、手冊、圖冊等技術(shù)資料，獨立的進行理論計算、結(jié)構(gòu)計算、繪制

2、工程圖樣、編寫設(shè)計說明書等。掌握機械設(shè)計的基本要求、基本方法、基本步驟，為走向工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。 V-0.17/8空氣壓縮機設(shè)計的主要任務(wù)是了解空氣壓縮機的基本原理與結(jié)構(gòu)類型，著重了解和掌握活塞式空氣壓縮機的基本原理、組成結(jié)構(gòu)、材料、制造加工工藝、冷卻潤滑方式等。1.1設(shè)計參數(shù)題目：V-0.17/8空氣壓縮機設(shè)計排氣壓力Pd=0.8MPa吸氣壓力Ps=0.1MPa排氣量Q=0.17m3/min轉(zhuǎn)速n=2840r/min1.2 空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)及工作原理空氣壓縮機是氣源裝置中的主體，它是將原動機（通常是電動機）的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。 空氣壓縮機的種類很多

3、，按工作原理可分為容積式壓縮機，速度式壓縮機，容積式壓縮機的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力；速度式壓縮機的工作原理是提高氣體分子的運動速度，使氣體分子具有的動能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。本機屬于容積式空氣壓縮機。往復(fù)式空氣壓縮機主要有曲軸連桿活塞式、曲柄連桿活塞式和曲柄滑管式三種形式。其主要由活塞、氣缸、曲軸、連桿、吸氣閥片和排氣閥片等組成。連桿小頭主要通過活塞銷與活塞相連，而連桿大頭套在曲軸的曲軸柄部分，曲軸由帶輪帶動旋轉(zhuǎn)，氣缸頂部安裝有閥板組件?；钊跉飧字兄饕ㄟ^做往復(fù)直線運動來完成對空氣的壓縮，而壓縮機每完成一次對空氣的壓

4、縮，需要經(jīng)過壓縮、排氣、膨脹和吸氣四個過程。1 排氣閥 2 氣缸 3 活塞 4 活塞桿5 滑塊 6 連桿7 曲柄 8 吸氣閥 9 閥門彈簧圖1.1壓縮機工作原理圖當活塞式壓縮機的曲軸旋轉(zhuǎn)時，通過連桿的傳動，活塞便做往復(fù)運動，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)成的工作容積則會發(fā)生周期性變化。活塞式壓縮機的活塞從氣缸蓋處開始運動時，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，這時，氣體即沿著進氣管，推開進氣閥而進入氣缸，直到工作容積變到最大時為止，進氣閥關(guān)閉；活塞式壓縮機的活塞反向運動時，氣缸內(nèi)工作容積縮小，氣體壓力升高，當氣缸內(nèi)壓力達到并略高于排氣壓力時，排氣閥打開，氣體排出氣缸，直到活塞運動到極限位置為止，排氣閥

5、關(guān)閉。當活塞式壓縮機的活塞再次反向運動時，上述過程重復(fù)出現(xiàn)?？傊?，活塞式壓縮機的曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)一次，氣缸內(nèi)相繼實現(xiàn)進氣、壓縮、排氣的過程，即完成一個工作循環(huán)。圖1.2往復(fù)式壓縮機的示意圖及工作過程 圖1.2中的四個過程分別表示了壓縮機工作中的四個過程。到最低位置(稱活塞的下止點)時，汽缸吸滿氣體。而活塞轉(zhuǎn)而向上，這時吸、排汽門都關(guān)閉，汽缸容積縮小，氣體被壓縮，一直壓縮到排汽壓力為止。圖中(b)為排汽過程：當壓力達到一定值(大于排汽管內(nèi)壓力)時，排汽閥開啟，活塞繼續(xù)上移，氣體排出，一直到活塞上移到最高位置(這位置稱活塞的上止點)時，排汽結(jié)束。圖中(c)是余隙膨脹過程：為了防止活塞與吸排汽

6、閥碰撞，活塞上移到上止點時，活塞與汽缸頂部之間留有一定間隙，稱余隙。當活塞轉(zhuǎn)而向下運動時，排汽結(jié)束時留在余隙內(nèi)的高壓氣體阻止吸汽閥開啟，吸氣不能開始。這時余隙內(nèi)的氣體隨著活塞下移而進行膨脹，一直膨脹到吸氣壓力以下時才結(jié)束。圖中之(d)是吸氣過程：吸汽閥開啟，隨著活塞往下運動而吸汽，一直進行到活塞下移到活塞下止點為止。1.3 活塞式壓縮機特點優(yōu)點： 1 、適用壓力范圍廣，不論流量大小，均能達到所需壓力； 2 、熱效率高，單位耗電量少； 3 、適應(yīng)性強，即排氣范圍較廣，且不受壓力高低影響，能適應(yīng)較廣闊的壓力范圍和制冷量要求； 4 、可維修性強； 5 、對材料要求低，多用普通鋼鐵材料，加工較容易，造

7、價也較低廉； 6 、技術(shù)上較為成熟，生產(chǎn)使用上積累了豐富的經(jīng)驗； 7 、裝置系統(tǒng)比較簡單；缺點： 1 、轉(zhuǎn)速不高，機器大而重； 2 、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件多，維修量大； 3 、排氣不連續(xù)，造成氣流脈動； 4 、運轉(zhuǎn)時有較大的震動。隨著工業(yè)的發(fā)展，活塞式壓縮機的使用日趨廣泛。主要應(yīng)用于采礦、冶金、石油、化工、機械、建筑等部門。2 空氣壓縮機熱力計算2.1 熱力計算的目的壓縮機的熱力計算是以熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)，根據(jù)氣體的壓力、容積和溫度之間存在的一定關(guān)系，結(jié)合壓縮機具體的工作特性和使用要求進行的。其目的是要求得最有利的熱力參數(shù)（如各級的吸排氣溫度、壓力和所耗功等）和適宜的主要結(jié)構(gòu)尺寸（如活塞行程、氣缸直

8、徑等）。壓縮機熱力計算常用的方法有常規(guī)熱力計算、工作過程的模擬計算和優(yōu)化設(shè)計計算等。本次課程設(shè)計采用常規(guī)熱力計算方法。常規(guī)熱力計算是采用簡化的熱力學(xué)方程，根據(jù)已知壓縮機吸入氣體的熱力參數(shù)（壓力、溫度、相對濕度等）、容積流量、排氣壓力及其他一些條件和使用中的一些要求，確定壓縮級數(shù)、工作容積、轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)尺寸（如氣缸直徑、行程等）、多級壓縮機的級間壓力和溫度、功率和效率等，這種計算即為設(shè)計性熱力計算。對壓縮機的熱力過程進行分析計算，這是設(shè)計壓縮機時必須進行的。 壓縮機結(jié)構(gòu)型式與方案選擇。1.首先計算總壓力比，選擇級數(shù)，然后根據(jù)排氣量、級數(shù)及壓縮機用途等選擇合理的結(jié)構(gòu)型式及各級氣缸的布置方案；2.確定

9、各級壓力比分配，初步估算排氣溫度；3.計算并確定各級的諸系數(shù)如：v、p、T、l、0和等；4.計算各級行程容積及缸徑；5.計算各列最大活塞力、功率及壓縮機效率；6.確定驅(qū)動機功率并選定驅(qū)動機。2.2 活塞行程與氣缸直徑的確定根據(jù)往復(fù)式空氣壓縮機的實際工作情況，可以取活塞的相對余隙容積為：c=3%,膨脹指數(shù)m=1.4,壓力比=PdPs=0.80.1=8 則：容積系數(shù)：v=1-c（1m-1）=1-0.03（811.4-1）=0.8975 （2-1）壓力系數(shù)：p =1-1+cvPsPs=1-1+0.030.8975×0.05=94% （2-2）式中Ps/Ps是影響壓力系數(shù)的主要因素，Ps/P

10、s=0.050.30溫度系數(shù)：考慮到排氣壓力較高，進氣壓力損失較大，機器運轉(zhuǎn)速度高以及氣缸不易冷卻等因素，取t=0.85泄露系數(shù)：l=0.98容積效率：=vptl=0.8975×0.94×0.85×0.98=0.7028 （2-3）氣缸工作容積：Vh=Qn=0.17×100022840X0.7028=85.17cm3 （2-4）確定缸徑D、行程S和工作容積：一般（sD）=0.40.8,取0.7，由Vs=4D2S=0.74D3得 （2-5） D=34Vs0.7=5.38cm=53.8mm （2-6）選取實際缸徑D=52mm活塞行程S=0.7D=0.7

11、15;52=36.4mm （2-7）所以壓縮機的實際工作容積Vs=4D2S=4×522×36.4=77.26cm32.3 壓縮機功率與效率計算2.3.1 絕熱壓縮的指示功率Pt=1.309×10-2vp×i×n Ps×S×D2×kk-1×(1+)- （2-8）式中是吸排氣過程中平均相對壓力損失之和： （2-9）參考已有資料，取0.10,Pdmpd=0.115則0=0.2115，Pt=988.70W2.3.2理論絕熱壓縮功率 取進氣溫度=ts=25攝氏度，Ts=273+25=298K,排氣溫度td=170攝

12、氏度，Td=273+170=443K 由工程熱力學(xué)附錄7得：進口狀態(tài)下空氣的焓值h1=300.43kJkg,壓縮終了的焓值h2=446.83kJkg 壓縮機進口處的比容:=1=11.169=0.855m3kg （2-10）輸氣系數(shù) =0.7028實際質(zhì)量輸氣量 Qa=Vh/=0.7028×3.66×10-3/0.855=3.008×10-3kg/s理論絕熱壓縮功率Pts=QaWts=440.37w （2-11）2.4功率計算指示功率 t=ptsPt=440.37/988.70=0.45 （2-12）摩擦功率 取平均摩擦壓力Pm=0.3=0.3×105Pa

13、Pm=inVhph3600=1×2840×3.66×1033600×0.3×105=86.62w （2-13）理論容積輸氣量 Vh=4inD2S/60=3.66×10-3m3/s （2-14）軸功率 Pz=pt+pm=988.70+86.62=1075.32w （2-15）機械效率 m=Pt/Pz=988.70/1075.32=0.919 （2-16）軸效率 z=tm=0.45×0.919=0.414 (2-17)電效率 取電動機的效率m0=0.85， 電效率 e=zm0=0.414×0.85=0.352 (2-1

14、8)電功率 Pe=Pts/e=440.37/0.352=1251.1w (2-19)由此可選用功率為1500w的單相異步電動機作為它的動力。3. 空氣壓縮機的動力計算3.1 曲柄連桿機構(gòu)的運動關(guān)系 動力計算是以往復(fù)壓縮機的運動機構(gòu)即曲柄連桿機構(gòu)為主要研究對象，分析曲柄連桿機構(gòu)的運動規(guī)律、受力情況以及對壓縮機動力性能的影響。這是壓縮機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，各零部件的強度、剛度計算以及壓縮機基礎(chǔ)設(shè)計的力學(xué)基礎(chǔ)。動力計算的任務(wù)是計算壓縮機中的作用力，分析壓縮機的動力平衡性能，確定壓縮機所需的飛輪矩，解決慣性力和慣性力矩的平衡問題。動力計算的任務(wù)是計算壓縮機中的作用力，分析壓縮機的動力平衡性能，確定壓縮機所需

15、的飛輪矩，解決慣性力和慣性力矩的平衡問題。(1)壓縮機中主要作用力的求解 壓縮機中的主要作用力有氣體連桿機構(gòu)運動時產(chǎn)生的慣性力和相對運動表面間產(chǎn)生的摩擦力。根據(jù)各力間的相互關(guān)系，得出壓縮機中的綜合活塞力，分析綜合活塞力對壓縮機的作用效果；(2)確定飛輪矩 通過計算各列的切向力值，作出切向力圖及幅度面積向量圖，求得壓縮機所需的飛輪矩，解決驅(qū)動力矩與阻力矩之間的不均衡問題，以保證壓縮機運轉(zhuǎn)均勻，從而減小電機和電網(wǎng)的電流、電壓波動幅度。(3)動力平衡性能分析往復(fù)壓縮機中的慣性力和慣性力矩是外力，它的大小和方向均隨曲柄轉(zhuǎn)角作周期性的變化，若在機器內(nèi)部沒有相應(yīng)的平衡力和平衡力矩與之相平衡，則會導(dǎo)致壓縮機

16、的振動，并且還會傳給基礎(chǔ)。為了確保壓縮機的平穩(wěn)安全運轉(zhuǎn)，應(yīng)力求慣性力和慣性力矩在機器內(nèi)部的完全平衡。 3.2 活塞的運動 壓縮機的曲柄連桿機構(gòu)在進行動力分析時，往往簡化成如圖3.1所示。即主要運動不見簡化為單獨的質(zhì)點，分別為活塞的往復(fù)直線運動及曲柄梢部分的等速圓周運動。圖3.1曲柄連桿機構(gòu)的運動圖 圖中X軸與氣缸軸線重合，Y軸與X軸垂直。O點為曲軸旋轉(zhuǎn)中心，OA代表曲軸，AB代表連桿，A點代表曲柄梢中心，而C為活塞外止點時的活塞銷中心位置，D點為活塞內(nèi)止點時的活塞銷中心位置。 活塞的位移從外止點C算起時為x,長度為L的連桿與氣缸中心線的夾角為，曲柄的轉(zhuǎn)角為。從圖上的幾何關(guān)系可以得出：活塞位移的

17、近似公式：X=r（1-cos）+r4（1-cos） (3-1)在空氣壓縮機中，通常在1/3.51/6的范圍內(nèi)，取=1/5有熱力計算可知：S=36.4mm,S=2r,則r=18.2mm,l=91mmX=18.2(1-cos)+18.2/16(1-cos) (3-2)活塞速度的近似公式：=rw(sin+2sin2) (3-3)W=n30=3.14×284030=297.25rad/s (3-4)r=18.2mm=0.0182m, 則 =0.0182×297.25(sin+2sin2) (3-5)活塞的加速度 a=rw2(cos+cos2)m/s2 (3-6)曲柄梢的加速度 ar

18、=rw2m/s23.3 連桿的質(zhì)量轉(zhuǎn)化 把連桿質(zhì)量ml的一部分集中在活塞銷中心B點為ml1,集中在曲柄銷中心A處的為ml2,如圖3.3所示圖3.2 連桿簡圖 根據(jù)圖3.3，運用大學(xué)物理知識得，ml=ml1+ml2, ml1l1=ml2l2 得出ml1=mlll2, ml2=mlll1 (3-7)根據(jù)已有連桿的統(tǒng)計結(jié)果，ml1=(0.30.4)ml ,ml2=(0.60.7)ml活塞、活塞銷等零件只做往復(fù)運動，可認為其質(zhì)量集中在B點，用mp表示。曲拐部分做旋轉(zhuǎn)運動，可認為曲軸、曲柄銷的質(zhì)量集中在A點，用mk表示。綜上，整個運動機構(gòu)的總往復(fù)質(zhì)量為ms=mp+ml1 (3-8) 總旋轉(zhuǎn)質(zhì)量為mr=m

19、k+ml2 (3-9)3.4 計算活塞力 壓縮機中的氣體力Fg、往復(fù)慣性力Fs和摩擦力Fmp三者的代數(shù)和為活塞力Fp. Fp=Fg+Fs+Fmp (3-10)3.4.1 氣體力 取進、排氣壓力的損失分別為s0.05,d=0.10進氣過程氣體力：Fgs=Ps(1-s)Ap=0.1×106×1-0.05×4×0.0522=201.65N排氣過程的氣體力：Fgd=Pd1+dAp=0.8×106×1+0.10×4×0.0522=1867.92N3.4.2 往復(fù)慣性力Fsmax=msrw2（1+）=1334.73N (3-1

20、1) 式中msmax=Fgmaxrw2（1+）=1867.92-201.650.0182×297.252×1+14=0.83Kg在止點位置停車時，F(xiàn)pmax=Fgmax=Fgd-Fgs=1666.27N (3-13)3.4.3 摩擦力 Fmp=0.6×60Pt2Sn1m-1=0.6×60×988.70×10.919-12×0.0364×2840=15.17N (3-14)4. 空氣壓縮機結(jié)構(gòu)設(shè)計V-0.17/8空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)是將兩列氣缸相錯600安裝在機體上，機體用螺栓固定在儲氣罐的支撐板上，電機的四個機腳也用螺

21、栓固定在儲氣罐的支撐板上，傳動方式為皮帶傳動，大帶輪帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，進而使曲柄連桿機構(gòu)做往復(fù)直線運動。曲軸的固定由角接觸球軸承、端蓋及擋圈來完成。外部形狀如下圖所示：圖4.14.1 活塞設(shè)計活塞是活塞式壓縮機的一個主要零件，它與氣缸配合形成壓縮容積?；钊O(shè)計的好壞與壓縮機的性能（如排氣量）有很大關(guān)系?；钊c活塞環(huán)、刮油環(huán)、活塞銷等零件組成活塞組件?；钊O(shè)計時必須滿足的要求是：（1）具有足夠的剛度和強度 ；（2）導(dǎo)熱系數(shù)高?；钊跉飧字袎嚎s氣體時，高溫的氣體將熱量傳給活塞，因此要求活塞的導(dǎo)熱系數(shù)高，盡快的將熱量傳給氣缸體，通過氣缸體向外放熱，這樣可以降低活塞的溫度，提高輸氣系數(shù)。（3）耐磨性好，熱

22、膨脹性小；（4）工藝性良好，價格低。設(shè)計時應(yīng)使同一系列的壓縮機的活塞大部分尺寸相同，這樣，加工非常方便。材料上講，鑄鐵價格低，熱膨脹系數(shù)小，有良好的耐磨性；采用粉末冶金活塞，可以減少加工量和加工工序，節(jié)約工時，使制造成本降低。（5）鑄造性能良好，重量輕。以減少往復(fù)慣性力。圖4.2連桿式壓縮機使用的活塞活塞行程缸徑比： =SD=36.452=0.7 (4-1)活塞的平均速度：Cp=Sn30=0.03630×2840=3.45m/s (4-2)4.2 活塞的幾何尺寸與相互關(guān)系在開啟式壓縮機中，常常采用圖4.3的固定方式，即把活塞銷用壓力機壓銷孔固定，銷孔兩端壓上擋圈。圖4.3活塞的長度L

23、與直徑D之比為0.61.3，活塞銷孔中心線距活塞頂部的距離與直徑之比L1D為0.351。活塞銷孔直徑d與外徑D之比dD=0.270.45,活塞與連桿小頭的連接寬度b與直徑之比為0.320.5。圖4.4 活塞幾何尺寸的相互關(guān)系圖4.5 尺寸d、b與D的關(guān)系綜上，D=52mm,LD=0.8,L=42mmL1D=0.5,L1=26mm;dD=0.3,d=16mm;bD=0.4.b=21mm. (4-3)取活塞側(cè)壁的厚度t,=3mm?；钊敳康暮穸龋簍=0.40.5DPmaxmm， 取t=4mm (4-4)活塞材料為ZAlSi12,HBW=50,活塞外表面為加工面。活塞頂部的強度驗算：由于活塞頂部并非

24、自由支承，若圓盤厚度為，直徑D=52mm，則直徑截面處的最大彎曲應(yīng)力為： b=D42gmax (4-5)式中g(shù)max為最大氣體壓力差對于圓形活塞，可以取=0.68，D為活塞直徑；為活塞頂部最薄處的厚度。Pgmax=Pd1+d-Ps1-s=0.785MPa 則： (4-6)b=0.68×52×10-342×0.785×106b=180×105N/m2 得出：2.2mm，所以強度符合要求。 (4-7)4.3 活塞銷設(shè)計4.3.1 活塞銷的材料由于氣體力和往復(fù)慣性力作用在活塞銷上，加上活塞銷直徑一般很小，故活塞銷承受很大的交變彎曲應(yīng)力和沖擊力?；钊N

25、在交變彎曲應(yīng)力的作用下，油膜不易形成，因而潤滑條件差，易磨損。為此，應(yīng)盡可能使用表面硬度高、具有韌性的材料。取活塞銷材料為20Cr.活塞銷的長度l總是小于活塞直徑D。一般l=(0.850.95)D=46mm活塞銷的外徑d1應(yīng)使連桿小頭孔有合適的比壓K.連桿小頭孔德寬度b=21mm圖4.6 活塞銷強度驗算簡圖比壓：K=Fgmaxd1b式中 Fgmax=Fgd-Fgs=1867.92-201.65=1666.27N (4-8)許用比壓K 150200×105N/m2將上述數(shù)據(jù)代入公式得 d15.29mm取d1=18mm,d2=（0.30.7）d1, d2=12mm4.3.2 活塞銷的強度

26、計算 把活塞銷作為簡支梁對待，驗算其彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力。連桿小頭的作用力為均布載荷，銷座的支反力假設(shè)為集中力，只考慮氣體力的影響，于是作用于活塞銷上的最大彎矩為： Mmax=Fgmax4lm-b2 (4-9)式中 lm為兩銷座中心的距離，lm=l-l1,取為20mm最大彎曲應(yīng)力： b=Fgmax0.4lm-b2d1d14-d24=1666.270.4×0.020-0.0212×0.0180.0184-0.0124=88.64×105N/m2 (4-10)對于碳素鋼， b 600-1200×105N/m2 (4-11)活塞銷橫截面的剪切應(yīng)力： =2Fgma

27、xd12-d22=2×1666.273.14×0.0182-0.0122=58.96×105N/m2 (4-12)對于碳素鋼， 500×105N/m2 (4-13)綜上，強度符合要求。4.4 連桿4.41 連桿基本尺寸 在曲柄連桿機構(gòu)中，曲軸的旋轉(zhuǎn)運動就是通過連桿使活塞在汽缸中作往復(fù)直線運動的。根據(jù)連桿大頭的結(jié)構(gòu)，可分為整體式和剖分式，整體式連桿（圖4.7）用于行程短的曲軸或采取偏心軸的結(jié)構(gòu)。整體式連桿的加工精度容易保證，由于加工時可以同時加工大小頭孔，又省去了連桿螺栓、螺母、墊片等零件，不但加工簡單，而且裝配也很方便，制造成本低。在這里采用整體式連桿。

28、 連桿在工作中主要承受氣體壓力和慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，對連桿的結(jié)構(gòu)要求是：具有足夠的強度和剛度；具有較高的加工精度和表面粗糙度；在保證連桿強度和剛度的條件下，應(yīng)盡量減少連桿的質(zhì)量；減小連桿大小頭孔中心距，可使壓縮機總體尺寸和重量下降；連桿大小頭孔耐磨性良好；連桿易于加工和測量，成本低等。圖4.7 整體式連桿 由前面動力計算得，連桿長度l=91mm（1）桿身中間截面尺寸當量直徑dm=1.652.45Fpmax×10-4=8.2×10-3m (4-14)（2）桿身中間截面當量面積Am=dm24=3.14×8.224=52.8mm2 (4-15)（3）桿身中間截

29、面尺寸 高度： Hm=1.7Am=1.7×52.8=9.5mm (4-16) 寬度 ： Bm=0.6Hm=5.7mm (4-17)圖4.8 連桿中間截面簡圖 圖4.9 連桿簡圖（4）連桿小頭軸向內(nèi)徑：因連桿小頭軸孔與活塞銷外徑配合，故取d=d1=18mm（5） 連桿小頭軸承寬度：B1=1.2d=21.6mm（6） 連桿大頭軸向內(nèi)徑：連桿大頭與曲柄銷配合，故取D=39mm（7）連桿中間長度：L1L-D2-B124.4.2 桿體的穩(wěn)定性計算 連桿的桿身必須具有足夠的剛度和強度，為此，多數(shù)連桿的桿身的橫截面是矩形或工字形。曲柄銷旋轉(zhuǎn)時，連桿大頭作擺動，由于離心力的作用，對桿身產(chǎn)生彎矩，因此

30、從小頭到大頭的截面組件增大。 桿身截面處所受的壓應(yīng)力為： c=FgmaxAm=1666.752.8×10-6=315.58N/m2 (4-18)在連桿擺動平面內(nèi)，連桿兩端可以看成是鉸接支承，這時，桿體中間截面在這方面的縱彎曲應(yīng)力by為： by=FgmaxcL2Jxm (4-19)式中 c=s2E,取c=6.0×10-4,Jxm=Hm3Bm6=814.5mm4 (4-20)在垂直于連桿擺動平面的平面內(nèi)，連桿兩端可以看成是固定支承，桿體中間截面在這方向上縱彎曲應(yīng)力為bx bx=FgmaxcL124Jym, Jym=Hm3Bm12=407.25N/mm4 (4-21)連桿桿體所受

31、壓縮和縱彎曲應(yīng)力的總應(yīng)力：x=c+bx, y=c+by (4-22)許用應(yīng)力 8001200N/m2,x, y 強度符合要求4.4.3 桿體的強度驗算 連桿小頭處于最小桿體截面積按最大壓差工況下的壓縮應(yīng)力考慮。其壓縮力為：=FgmaxAm=315.58N/m2 (4-23) 故強度符合要求。4.5 曲軸 曲軸是活塞式空氣壓縮機的主要部件之一（圖4.10），傳遞著壓縮機的全部功率。其主要作用是將電動機的旋轉(zhuǎn)運動通過連桿改變?yōu)榛钊耐鶑?fù)直線運動。曲軸在運動時，承受拉、壓、剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)的交變復(fù)合負載，要求具有足夠的強度和剛度以及主軸頸與曲柄銷的耐磨性。曲軸一般采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛造，這里采用45號鋼

32、。圖4.10 曲柄機構(gòu)示意圖4.5.1 曲軸的計算曲柄銷直徑：D2=（0.70.8）D，取D2=39mm (4-24)主軸頸直徑：D1=（1.01.1）D2， 取D1=40mm (4-25)4.5.2 曲軸的強度校核 曲柄銷上的彎矩為M1=Fpl4=1666.27×0.164=66.65N·m (4-26) 曲柄部分的彎矩為 M2=Fp2l12+a2=16.66N·m (4-27) 主軸頸部分的彎矩為M3=Fpl14=12.50N·m (4-28) 曲軸的平均扭矩為Md=60Pzn=26.94N·m (4-29) 合成彎矩Mr=0.35Mt+0

33、.65Mt2+M12=96.379N·m (4-30) 對于曲柄銷部位的合成彎曲應(yīng)力： e=Mr32D23=16.56MPa80100MPa (4-31)4.6 機體和氣缸 4.6.1 機體 機體是活塞式空氣壓縮機非常重要的部件，機體支承著曲軸、連桿機構(gòu)和氣缸等零部件，并使這些零件互相保持著合適的位置與間隙。機體的作用有：承受壓縮機中的作用力；此外，機體還可以將曲柄連桿機構(gòu)的重量，電動機的重量，在有些場合還可以將缸體、活塞、級間的重量還給基礎(chǔ)。（2）給傳動機構(gòu)提供定位和導(dǎo)向基礎(chǔ)；如曲軸支承在機體的主軸承上，十字頭以機身滑道為導(dǎo)向。（3）作氣缸和某些輔助部件的承座。如某些潤滑系統(tǒng)、冷卻

34、系統(tǒng)等就安裝在機體上。對機體的要求有： 機體除承受曲軸、連桿機構(gòu)和氣缸等零件的重量外，還承受著大小和方向不斷變化的氣體力和慣性力。因此，在設(shè)計機體時，應(yīng)合理的構(gòu)型，盡量使應(yīng)力均勻分布，使機體具有足夠的強度和剛度，保證各運動零部件的正確位置和間隙。在具有足夠的強度和剛度的條件下，應(yīng)盡量減小機體的重量和尺寸。良好的鑄造工藝性和加工工藝性。機體一般采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵，機體的鑄件應(yīng)盡量造型簡單，起模簡單，便于清砂。4.62 氣缸 圖4.11氣缸 氣缸是往復(fù)式壓縮機中直接進行氣體壓縮的部分。它與活塞、氣閥等共同組成氣體的工作腔。 對氣缸的要求是：應(yīng)具有足夠的強度和剛度，工作表面具有良好的耐磨性；應(yīng)盡可能減小

35、氣缸內(nèi)的余隙容積；結(jié)合部分的連接和密封要可靠；具有良好的鑄造工藝性，拆裝方便。 氣缸的壁厚度： t=PdD2k2+=0.88×522×30+2=2.7mm (4-32)式中 D為汽缸直徑，Pd為最大排氣壓力，k2為材料的許用應(yīng)力，對于鑄鐵，k2為3040MPa, 為鑄造誤差造成增加的厚度。4.7 氣閥 閥分進、排氣閥兩種，均為單向閥，由彈簧、閥片、閥座及升程限制器組成。通過彈力和氣體壓力的作用實現(xiàn)自動開啟。閥片是活塞式壓縮機的關(guān)鍵零件之一，它控制著壓縮機吸氣和排氣，影響到壓縮和膨脹過程?；钊騼?nèi)止點移動時，余隙容積中的高壓氣體膨脹，使氣缸內(nèi)的壓力降低。當氣缸內(nèi)外的壓力差大于

36、閥片的彈簧力時，閥片打開，氣體被吸入氣缸。在活塞接近內(nèi)止點之前，進氣閥片一直是開啟的；在活塞接近內(nèi)止點時，由于活塞移動速度下降，閥片前后的壓力差減小，閥片在彈簧力的作用下關(guān)閉，吸氣過程結(jié)束?；钊竭_內(nèi)止點后，開始向外止點移動，此時，吸氣閥片和排氣閥片都是關(guān)閉的，汽缸容積縮小，氣體被壓縮，因而氣體壓力提高。當活塞接近外止點時，氣缸內(nèi)氣體的壓力與排氣閥片外的壓力差大于排氣閥片本身的彈簧力時，排氣閥片打開，這就是排氣過程。當活塞到達外止點時，排氣過程結(jié)束?；钊麖耐庵裹c向內(nèi)止點移動時，膨脹過程開始，氣體在氣缸內(nèi)膨脹時，吸氣閥片和排氣閥片都是關(guān)閉的。氣閥受閥片兩側(cè)氣體壓力差控制而自行啟閉的自動閥，它主要

37、由閥座、閥片、氣閥彈簧和升程限制器四個主要零件組成。氣閥工作是否正常，直接關(guān)系到壓縮機的性能。因此，氣閥設(shè)計的基本要求是：1 氣體流過氣閥的阻力要小；2 氣閥形成的余隙容積要?。? 氣閥及時啟閉，并且應(yīng)有良好的密封性，關(guān)閉后不允許泄露；4 氣閥的壽命要長；氣閥的使用壽命不但與閥片的材料、工藝過程有關(guān)，而且與升程、轉(zhuǎn)速等有關(guān)，閥片的壽命最好與壓縮機的壽命相同。5 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，易于維修，通用化程度高。對閥片的材料的要求：1 高疲勞強度。閥片的斷裂主要是疲勞破壞。因此閥片必須具有高的沖擊、彎曲疲勞強度以及低的疲勞缺口敏感度。閥片表面是疲勞裂紋核心容易產(chǎn)生的地方，在工作狀態(tài)下，表面處應(yīng)力最大，

38、因此應(yīng)提高閥片表面強度。對閥片進行離子氮化處理，是提高閥片表面硬度和沖擊韌性的有效措施。2 非金屬夾雜物含量和帶狀組織級別要低，閥片中的非金屬夾雜物主要是氧化物和硫化物。選擇閥片材料考慮的因素：閥片所受應(yīng)力及材料綜合性能、使用溫度、耐腐蝕性、材料質(zhì)量、價格等。故選用馬氏體不銹鋼3Cr13.4.8 帶輪的設(shè)計4.8.1 設(shè)計參數(shù)功率：Pd=1.5kw轉(zhuǎn)速：n1=2840r/min n2=980r/min傳動比：i=3.04.8.2 帶輪的計算 確定計算功率Pca ,由表8-7得，KA=1.1 Pca=PdKA=1.5×1.1=1.65kw (4-33) 由Pca 、n ,選擇Z型 確定

39、帶輪的基準直徑dd和驗算帶速V由表8-6和8-8.，取小帶輪的基準直徑dd1=112mm帶速V=dd1n160×1000=3.14×112×284060×1000=16.6m/s, 帶速符合 (4-34)大帶輪的基準直徑 dd2=i×dd1=3×112=336mm (4-35)確定V帶的中心距a和基準長度Ld 由式0.7dd1+dd2a02dd1+dd2得a0=400mm (4-36) Ld02a0+2dd1+dd2+dd2-dd124a0=1570.09mm (4-37)由表8-2選Ld=1400mm實際中心距a=a0+Ld-Ld0

40、2=315mm (4-38)驗算小帶輪上的包角1 1=180°-dd2-dd157.3°a=135.8°90° (4-39)計算帶的根數(shù)Z 由dd1=112mm和n1=2840r/min,由表8-4a得P0=0.82kw由表8-4b得p0=0.04kw ,由表8-5得k=0.882由表8-2得kL=1.14 Pr=p0+p0×k×kL=0.865kw (4-40) Z=PcaPr=1.650.865=1.90 取根數(shù)為2根。大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 采用橢圓輪輻式 dd2=355mm ,d1=1.8×d=1.8×36=64

41、.8mm 取bd=8.5mm,hf=8mm,e=12mm,f=8mm,ha=2.5mm, =6mm B=Z-1e+2f=2-1×12+16=28mm L=B=28mm, C=14B=7mm,S=C=7mm D1=dd2-2=355-12=343mm h1=2903Pn2Za=29031.5980×4=21mm f1=0.2h1=0.2×21=4.2mm b1=0.4h1=8.4mm b2=0.8b1=0.8×8.4=6.72mm h2=0.8×21=16.8mm f2=0.2h2=0.2×16.8=3.36mm 4.9 曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計

42、 曲軸是往復(fù)式壓縮機的主要部件之一，傳遞著壓縮機的全部功率。其主要作用是將電動機的旋轉(zhuǎn)運動通過連桿改變?yōu)榛钊耐鶑?fù)直線運動。曲軸在運動時，承受拉、壓、剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)的交變復(fù)合負載，工作條件惡劣，要求具有足夠的強度和剛度以及主軸頸與曲軸銷的耐磨性。故曲軸一般采用40、45或50號優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛造。在本設(shè)計中采用45號鋼。4.9.1 初步確定軸的最小直徑 dmin=A03Pn=12531.5980=14.4mm (4-41) 顯然，最小直徑是安裝大帶輪的，取d=28mm,因為是圓錐體形的，所以選d-=36mm.圖4.12曲軸簡圖帶輪的寬度B=28mm,帶輪左端用擋圈定位，查設(shè)計手冊得擋圈直徑D=5

43、0mm,為了保證擋圈完全壓在帶輪上，所以l-=26mm.4.9.2 擬定軸上零件的裝配方案 取d-=30mm,選0組游隙7026C角接觸球軸承，其尺寸為d×D×B=30×62×16,故l-=16mm端蓋：e=1.2d=1.2×6=7.2mm,蓋寬=e+m=20mmD0=62+2.5×6=77mm,D2=D0+2.5×6=92mmD5=D0-3×6=59mm , D4=62-10=52mm取l-=30mm角接觸球軸承用擋圈定位，取d-=34mm.-段是用來安裝連桿大頭的，直徑等于曲柄銷直徑。4.10 空氣壓縮機的儲氣

44、罐 空氣壓縮機是一種用來壓縮空氣、提高氣體壓力或輸送氣體的機械, 簡稱為空壓機, 被廣泛應(yīng)用于冶金、電子電力、醫(yī)藥、包裝、化工、食品、采礦、紡織、交通等眾多領(lǐng)域。在空壓機系統(tǒng)內(nèi), 空氣通過濾清器被吸入空壓機, 在空壓機中經(jīng)過壓縮, 使其達到規(guī)定壓力后進入儲氣罐, 然后由排氣管路送往使用地點。儲氣罐裝在空壓機和壓縮空氣管網(wǎng)之間, 其作用是緩和由于排氣不均勻和不連續(xù)而引起的壓力波，儲備一定數(shù)量的壓縮空氣, 維持供需氣量之間的平衡, 以及去除壓縮空氣中的油水和雜質(zhì), 凈化壓縮空氣。近年來, 空壓機儲氣罐事故時有發(fā)生, 甚至于包括重大事故, 給正常的生產(chǎn)生活以及人身安全帶來重大的損失和威脅。作為壓力容

45、器, 儲氣罐的結(jié)構(gòu)和規(guī)格是根據(jù)其技術(shù)參數(shù)和使用條件, 參照鋼制壓力容器( GB150- 1998) 5 和其它相關(guān)標準 6- 7 設(shè)計。操作壓力越大, 則設(shè)計壓力越大, 需要的殼體材料強度和厚度就越大; 操作溫度越高, 則鋼板在設(shè)計條件下的許用應(yīng)力越小, 需要的壁厚越大; 另外儲氣罐殼體焊縫的焊接接頭系數(shù), 開孔和接管, 以及腐蝕裕量的大小也同樣對容器壁厚有著直接的影響。在儲氣罐制造過程中, 若選材不當或者鋼板材料質(zhì)量差, 存在諸如鋼板壁厚不均勻, 機械性能(如抗拉強度)不達標, 或者由于焊接原因, 焊接接頭存在氣孔、夾渣、裂紋、未焊透等嚴重制造缺陷, 造成焊縫質(zhì)量不合格。在儲氣罐的使用過程中

46、, 也有可能產(chǎn)生材質(zhì)劣化、壁厚減薄、嚴重腐蝕或裂紋等缺陷。這種制造或者使用中產(chǎn)生的缺陷會嚴重削弱殼體材料的強度, 即使儲氣罐仍在原額定壓力下工作, 仍然可能因其強度不夠發(fā)生爆炸。因此必須嚴格按要求設(shè)計空壓機儲氣罐。 儲氣罐容積V=（0.10.14）Q=（0.10.14）×0.17=0.0204m3 (4-42)綜上，選取儲氣罐內(nèi)徑D=300mm,hl=75mm,L=25mm,Sh=6mm5電動機的選擇 根據(jù)前面的熱力計算得，電動機的轉(zhuǎn)速n1 =2840r/min,功率Pd=1.5kw.根據(jù)轉(zhuǎn)速和功率，選擇Y90S-2三相異步電動機。Y系列三相異步電動機是按照國際電工委員會（IEC）標

47、準設(shè)計的，具有國際互換性的特點。其中，Y系列電動機為一般用途全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，具有防止灰塵、鐵屑或其他雜物侵入電動機內(nèi)部之特點，B級絕緣。適用于無特殊要求的機械上，如機床、泵、風(fēng)機、運輸機、攪拌機、農(nóng)業(yè)機械等。型號：Y90S-2額定功率：Pd=1.5kw 額定電壓：V=220V電源頻率：f=50HZ 額定電流：I=6.82A效率：=85%6壓縮機的振動與防振壓縮機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動消耗能量，會加劇零件的磨損，振動力傳到機殼外，使機殼振動，增大噪音，特別是壓縮機在啟動和停機時，由于轉(zhuǎn)速在瞬時發(fā)生急劇的變化，不但使噪音增大，還容易引起連接管道的疲勞破損。因此，應(yīng)重視解決壓縮機的振動問

48、題，并提出有效地措施。此外，氣流脈動也是引起壓縮機振動的原因之一。壓縮機的減振方法常常從以下幾個方面考慮。1排氣管的減振 壓縮機的排氣管一端與機體焊接在一起，另一端與排振動，氣消聲器連接。為了減小由于氣流脈動引起的排氣管應(yīng)使排氣管的固有振動頻率遠離氣柱的固有振動頻率，因此排氣管的長度需通過計算確定。為了減小排氣管的剛度，常常使它具有較復(fù)雜的形狀，如盤成彎曲的蛇狀。有的壓縮機還在排氣管上套有一個細而長的彈簧，用來吸收排氣管的振動。2防過振動裝置壓縮機啟動和停止時，以及運輸中，會產(chǎn)生較大的振動，即過振。壓縮機是否一定要設(shè)防振裝置以及防過振是否有效，應(yīng)通過實驗決定。將壓縮機固定在振動試壓機上，進行垂

49、直及水平兩個方向的振動，經(jīng)過規(guī)定時間的振動之后，檢查壓縮機是否損壞。此實驗稱為過振試驗或運輸試驗。7壓縮機的潤滑、冷卻和噪聲處理7.1 壓縮機的潤滑7.1.1 潤滑的作用 把潤滑油輸送到各零件表面，并使零件的表面形成油膜，減小零件的磨損，提高壓縮機的使用壽命，減小由于摩擦阻力產(chǎn)生的摩擦功率和摩擦產(chǎn)生的熱量。 潤滑油在氣缸和活塞表面形成的油膜不但起到潤滑的作用，而且起到密封氣體的作用，以減小高壓氣體的泄露。3 冷卻的作用。壓縮機在各零件表面流過時，零件上的熱量傳給潤滑油，潤滑油將零件上的熱量帶走，且向機體噴灑，最后由機體將內(nèi)部的熱量傳遞給外部的空氣?？諝鈮嚎s機為無油潤滑，但在高速運行下，轉(zhuǎn)動副之

50、間、活塞與氣缸內(nèi)表面之間必須有潤滑，潤滑與壓縮機運轉(zhuǎn)性能和使用壽命有密切關(guān)系，應(yīng)根據(jù)使用的要求特性選擇合適的潤滑劑。油脂潤滑其作用有：、潤滑摩擦面，使摩擦面完全被油脂分隔開來，從而降低摩擦功、摩擦熱和磨損；、在密封部位充滿油，起密封作用。壓縮機的潤滑方式有兩種：飛濺潤滑和壓力潤滑。飛濺潤滑是利用曲柄的旋轉(zhuǎn)運動拍擊油面，使油飛濺到各個運動零件的摩擦面上，飛濺潤滑不需要專門的潤滑機構(gòu)。壓力潤滑是采用專門的潤滑機構(gòu)，以一定的壓力將潤滑油強制送到各個運動機構(gòu)的摩擦表面。在V-0.17/8空氣壓縮機中可以采用飛濺潤滑。7.2壓縮機的冷卻 7.2.1壓縮機過熱的危害 壓縮機過熱時，對壓縮機一般有以下危害： 潤滑油粘度下降，運動零件的表面不能形成完全的油膜，特別是連桿小頭部位，負荷較大，在正常情況下潤滑條件就較惡劣。壓縮機過熱時，連桿小頭產(chǎn)生不正常的磨損，甚至發(fā)生燒壞。2 電動機燒毀。對于B級絕緣，壓縮機在130°的溫