第7章結構設計基本概念-2學時

1、第七章 結構設計的基本概念吳偉烽 2013.4第七章 結構設計基本概念 結構設計的目標：掌握活塞式壓縮機的結構、各個零部件的特點（運動特點、受力特點）；掌握活塞式壓縮機零部件的初步設計方法。 結構設計：壓縮機的主機系統(tǒng)壓縮機的輔助系統(tǒng)第七章 基本概念 壓縮機 結構設計用于壓縮氣體借以提高氣體壓力的機械，活塞式壓縮機是其中應用非常廣泛的一種。結構：為實現(xiàn)某個功能而由各個要素按一定的關系組成而又相互作用形成的一個整體，既有整體性又有層次性。結構是功能的載體，功能決定結構 。結構設計：根據(jù)技術任務的要求，對結構的工作原理、運動方式、力和能量的傳遞方式進行設計，包含構型、選材及尺寸三要素，最后將這三個

2、方面形成數(shù)據(jù)，如圖紙和文件等。 第七章 基本概念 構型即是構造零件的形狀以及零件間的聯(lián)結關系。構型要遵循5個方面的原則：1）滿足系統(tǒng)功能的要求；2）滿足運動的要求；3）提高零部件強度、剛度及壽命；4）降低振動和噪聲；5）結構的工藝性良好，即工藝簡單、加工成型容易、能源消耗少。 第七章 基本概念 選材即確定各個零部件所使用的材料，選材時要注意以下幾個方面：1）選材最主要的依據(jù)是根據(jù)零件對材料性能的要求，包含力學性能、物理性能和化學性能等。不同零件要求的使用性能是不同的，有的要求高強度，有的要求高彈性，有的要求耐腐蝕等。即使是同一零件，不同部位的性能要求也不一樣，如齒面要求高硬度，而心部要求有一定

3、的強度、塑性和韌性。第七章 基本概念2）所選的材料應具有良好的工藝性，零件對所選材料的工藝性能要求，與其制造工藝路線相關。3）材料應具有良好的經濟性。材料的經濟性不只是選用材料的價格，更重要的是使生產零件的總成本降低，包含材料價格、零件自重、零件的加工費、試驗研究費等。第七章 基本概念4）材料的可靠性要高。材料的可靠性是指材料制成的零件在給定的壽命用期內完成給定的工作而不破壞的幾率。產品的可靠性首先由設計本身決定，設計所賦予的可靠性稱為潛在可靠性，潛在可靠性低，則在以后的制造和使用過程中無論如何努力，可靠性也不會高。5）材料的資源、能源與環(huán)?？紤]。要求在材料生產使用廢棄的全過程中，對資源、能源

4、、對環(huán)境的影響盡量小。 第七章 基本概念 尺寸 宏觀上是指主要結構尺寸以及主要尺寸之間的比例關系 微觀意義包含形位公差、表面粗糙度、材料的表面硬度、加工腐蝕余量等。 尺寸與構型是緊密聯(lián)系在一起的，其選取原則與構型一樣。 本課程即按構型、選材和尺寸三方面講述往復式壓縮機主要零部件的結構。 7-2 往復式壓縮機結構的一般特點首先，往復式壓縮機通過曲柄連桿機構曲柄連桿機構將電動機的旋轉運動，轉化為活塞的往復運動，其零部件繁多。其次，活塞式壓縮機的品種、規(guī)格特別繁品種、規(guī)格特別繁多多，就以我國生產的活塞式壓縮機為例，到現(xiàn)在為止，就有500多種不同規(guī)格。 再次，往復壓縮機零部件的受力復雜受力復雜。 結構

5、方案方面的共同的特點 都包含以下4大部件氣缸部件： 包括氣缸、活塞、活塞桿、氣閥、填函等，它們組成壓縮機氣體的可變工作容積。 傳動機構與機身部件： 組成能量的傳遞機構，把驅動機的旋轉運動，通過安裝在機身內的曲柄連桿機構，轉化為活塞在氣缸內往復運動。機身還為安裝氣缸和其它零部件提供支座。這部分包括曲軸、連桿、十字頭、機身等。結構方案方面的共同的特點輔機部件： 它是保證壓縮機運行和提高經濟性、可靠性所必需的一些輔助設備和系統(tǒng)，包括冷卻器、液氣分離器、緩沖器、濾清器、消聲器、排氣閥調節(jié)機構、潤滑系統(tǒng)以及管系等等。驅動機及其控制系統(tǒng) 它是用來驅動并控制壓縮機運行的動力設備，包括驅動機(交直流電動機、內

6、燃機、蒸汽機、渦輪機等)、啟動器、聯(lián)軸節(jié)或皮帶輪、相應的控制系統(tǒng)等。 本課程的主要內容，就是介紹上述部件的工作原理、結構型式及其特點、設計的基本方法和技術要求等。 7-3往復式壓縮機結構設計概況與展望 我國往復式壓縮機的發(fā)展歷程我國往復式壓縮機的發(fā)展歷程 我國往復壓縮機工業(yè)在解放前基本上是我國往復壓縮機工業(yè)在解放前基本上是空白空白 。 新中國成立初期新中國成立初期 ，測繪仿制測繪仿制一些國外簡單低壓一些國外簡單低壓空壓機空壓機 ，50年代，除測繪仿制外，還按國外提年代，除測繪仿制外，還按國外提供的一些圖紙，原封不動地生產一批空壓機供的一些圖紙，原封不動地生產一批空壓機 ，這些圖紙是國外這些圖紙

7、是國外30年代產品，性能和經濟指標年代產品，性能和經濟指標都比較差。都比較差。 60年代初，根據(jù)年代初，根據(jù)經驗類比設計經驗類比設計壓縮機。壓縮機。 90年代至今，逐步步入年代至今，逐步步入現(xiàn)代化設計現(xiàn)代化設計的階段的階段 。壓縮機結構設計的分類經驗類比設計經驗類比設計 ：參考已有的同類樣機或參考已有的同類樣機或技術資料技術資料，憑借設計者的主觀經驗和意，憑借設計者的主觀經驗和意向，進行結構方案的選擇，設計中缺乏向，進行結構方案的選擇，設計中缺乏新技術、新方法、新材料的應用。但比新技術、新方法、新材料的應用。但比較保險可靠。隨著時間的推移，設計隊較保險可靠。隨著時間的推移，設計隊伍不斷壯大，設

8、計經驗積累豐富，這類伍不斷壯大，設計經驗積累豐富，這類設計還是能解決實際問題的，而且設計設計還是能解決實際問題的，而且設計水平不斷提高，在我國壓縮機的結構方水平不斷提高，在我國壓縮機的結構方案設計中，一直沿用至今。案設計中，一直沿用至今。 經驗類比設計的4個步驟 確定結構的確定結構的初步方案初步方案。憑借分析機理或。憑借分析機理或類比已有的同類型結構，確定結構形式、類比已有的同類型結構，確定結構形式、主要尺寸和材質。主要尺寸和材質。 構件力學分析構件力學分析。用材料力學或彈性力學。用材料力學或彈性力學中的有關方法和計算公式，加上壓縮機中的有關方法和計算公式，加上壓縮機行業(yè)的經驗修正，對初步的構

9、件進行力行業(yè)的經驗修正，對初步的構件進行力學計算求得構件中的載荷響應參數(shù)如應學計算求得構件中的載荷響應參數(shù)如應力、位移和穩(wěn)定件等。力、位移和穩(wěn)定件等。 經驗類比設計的4個步驟 檢驗可行性檢驗可行性。將求得的響應參數(shù)與設計。將求得的響應參數(shù)與設計規(guī)范中規(guī)定的許用值進行比較，以檢驗規(guī)范中規(guī)定的許用值進行比較，以檢驗初定的結構設計是否可行，如結構能滿初定的結構設計是否可行，如結構能滿足強度、剛度等判據(jù)條件，即說明結構足強度、剛度等判據(jù)條件，即說明結構可行?？尚小?調整設計調整設計。末通過可行性檢驗的構件，。末通過可行性檢驗的構件，就要進行調整設計。主要修改構件的形就要進行調整設計。主要修改構件的形狀

10、和截面尺寸或另選材質。調整設計后狀和截面尺寸或另選材質。調整設計后的新設計方案，又必須重復上述第（的新設計方案，又必須重復上述第（2）步、第（步、第（3）步的分析，直到滿意為止。）步的分析，直到滿意為止。 冰箱壓縮機的經驗類比設計零件結 構Slim系列N系列J系列曲軸箱曲軸孔直徑121616曲軸孔長度485448.5氣缸孔偏置222氣缸孔曲軸支承面距離14.014.514.5曲軸孔氣缸面距離56.2561.554.5曲軸凸臺定子面13. 516.7514.5氣缸面螺孔間距352840323330定子螺孔間距48-802782.5582.557878曲軸長軸直徑11.99115.99115.99

11、1偏心軸直徑11.9813.9813.98連桿大孔直徑121414小孔直徑7.947.947.94兩孔中心距3640.536活塞銷孔7.9387.9387.938長度18.52118.52118.521轉子外徑555656沖片厚度404535內孔11.94715.94715.947臺階孔20.513.7523.51723.514.75下殼體支承彈簧間距48-8027109737878第七章 基本概念 現(xiàn)代化設計：現(xiàn)代化設計：以計算機輔助設計（以計算機輔助設計（CAD）技）技術為主體，以多學科知識為依托，并以相術為主體，以多學科知識為依托，并以相應的方法和技術為手段，從事產品研究、應的方法和技術

12、為手段，從事產品研究、改進和創(chuàng)造，是多學科有效融合的產物，改進和創(chuàng)造，是多學科有效融合的產物，是傳統(tǒng)設計的繼承、延伸和發(fā)展。是傳統(tǒng)設計的繼承、延伸和發(fā)展。 優(yōu)化設計：優(yōu)化設計：是現(xiàn)代化設計的一個分支。在是現(xiàn)代化設計的一個分支。在工程設計中，總存在一定條件的最佳方案，工程設計中，總存在一定條件的最佳方案，尋找這個最佳方案的過程就稱為優(yōu)化設計。尋找這個最佳方案的過程就稱為優(yōu)化設計。優(yōu)化設計是以數(shù)學規(guī)劃為理論基礎，以計優(yōu)化設計是以數(shù)學規(guī)劃為理論基礎，以計算機為求解工具，尋找最佳方案的先進設算機為求解工具，尋找最佳方案的先進設計方法。計方法。 第七章 基本概念 結構最優(yōu)化的一般步驟是：結構最優(yōu)化的一般步驟是：（1）建立供優(yōu)化設計用的）建立供優(yōu)化設計用的數(shù)學模型數(shù)學模型，是，是解決結構設計最優(yōu)化問題的基礎。解決結構設計最