W型空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)

1、4.2.3蓋側(cè)氣體力的計(jì)算395.5計(jì)算飛輪矩56引言空氣壓縮機(jī)是指壓縮介質(zhì)為空氣的壓縮機(jī)，主要作用是為生活、生產(chǎn)提供源源不斷地、具有一定壓力的壓縮空氣。作為一種工業(yè)裝備，壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、化工、天然氣管線、冶煉、制冷和礦山通風(fēng)等諸多重要部門；作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成元件，在航空、水、陸交通運(yùn)輸和發(fā)電等領(lǐng)域隨處可見；作為增壓器，已成為當(dāng)代內(nèi)燃機(jī)不可缺少的組成部件。在諸如大型化肥、大型乙烯等工藝裝置中，它所需投資可觀，耗能比重大，其性能的高低直接影響裝置經(jīng)濟(jì)效益，安全運(yùn)行與整個(gè)裝置的可靠性緊密相關(guān)，因而成為備受關(guān)注的心臟設(shè)備1。壓縮機(jī)按工作原理可分為容積式和動(dòng)力式兩大類；按壓縮級(jí)數(shù)分類，

2、可分為單級(jí)壓縮機(jī)、兩級(jí)壓縮機(jī)和多級(jí)壓縮機(jī)；按功率大小分類，可分為微小型壓縮機(jī)、中型壓縮機(jī)和大型壓縮機(jī)。按壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式可分為立式、臥式和角度式。而且角度式又可分為L型、V型、W型、扇形和星型等。不同形式的壓縮機(jī)具有其鮮明的特點(diǎn)，根據(jù)其工作原理的不同決定了其不同的適用范圍2。空氣壓縮機(jī)的選擇主要依據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力和流量。起源的工作壓力應(yīng)比氣動(dòng)系統(tǒng)中的最高工作壓力高20%左右，因?yàn)橐紤]供氣管道的沿程損失和局部損失。如果系統(tǒng)中某些地方的工作壓力要求較低，可以采用減壓閥來供氣?？諝鈮嚎s機(jī)的額定排氣壓力分別為低壓（0.7MPal.OMPa）、中壓（l.OMPalOMPa）、高壓（lOMPalOO

3、MPa）和超高壓（lOOMPa以上），可根據(jù)實(shí)際需求來選擇。常見使用壓力一般為0.7l.25MPa3?？諝鈮嚎s機(jī)應(yīng)用范圍極為廣泛，且由資料顯示國內(nèi)需求量呈上升趨勢，是中小型工業(yè)用壓縮機(jī)一個(gè)龐大的族群。中、小型微型工業(yè)用往復(fù)活塞式壓縮機(jī)有著相同的傳動(dòng)部件基礎(chǔ)上變換壓縮級(jí)數(shù)和氣缸直徑，迅速派生出多品種變形產(chǎn)品的便利條件。不僅其容積流量、排氣壓力變化多端，通過適當(dāng)調(diào)整部分零部件材質(zhì)還可以壓縮多種氣體，大為擴(kuò)展服務(wù)領(lǐng)域4?；钊綁嚎s機(jī)與其他類型的壓縮機(jī)相比，特點(diǎn)是（1）壓力范圍最廣。活塞式壓縮機(jī)從低壓到超高壓都適用，目前工業(yè)上使用的最高工作壓力達(dá)35OMPa,實(shí)驗(yàn)室中使用的壓力則更高。（2）效率高。由

4、于工作原理不同，活塞式壓縮機(jī)比離心式壓縮機(jī)的效率高很多。而回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)由于高速氣流阻力損失和氣體內(nèi)泄漏等原內(nèi)，效率亦較低。（3）適應(yīng)性強(qiáng)。活塞式壓縮機(jī)的排氣量可在較廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇；特則是在較小排氣量的情況下，要做成速度型，往往很困難，甚至是不可能的。此外，氣體的重度對(duì)壓縮機(jī)性能的影響也不如速度型那樣顯著，所以同一規(guī)格的壓縮機(jī)，將其用于不同介質(zhì)時(shí)，較易改造57。根據(jù)機(jī)械部JB1407-85微型往復(fù)活塞式空氣壓縮機(jī)基本參數(shù)規(guī)定，額定排氣壓力分為0.25MPa、0.4MPa、0.7MPa、l.OMPa、1.25MPa和1.4MPa幾個(gè)檔次，并規(guī)定了相應(yīng)的單級(jí)、雙級(jí)壓縮所對(duì)應(yīng)的公稱容積流量（公稱

5、排氣量）。但目前1.0MPa、1.25MPa和1.4MPa的壓縮機(jī)產(chǎn)品相對(duì)較少，無法滿足用戶對(duì)不同壓力空氣氣源的需要。因此，本課題設(shè)計(jì)一種排氣壓力為1.2MPa，排氣量為0.6m3/min的微型壓縮機(jī)，旨在我國現(xiàn)有的小型壓縮機(jī)產(chǎn)品品種的基礎(chǔ)上，開發(fā)相關(guān)的壓縮系列產(chǎn)品，以填補(bǔ)兩級(jí)空氣壓縮機(jī)產(chǎn)品的空白，符合壓縮機(jī)制造行業(yè)拓展新產(chǎn)品的開發(fā)意向。本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)是在常溫下對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，進(jìn)氣壓力為大氣壓，壓縮后排氣壓力為12MPa，排氣量不低于06m3/min。為滿足設(shè)計(jì)及技術(shù)要求，綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用W型二級(jí)壓縮，油潤滑，冷卻方式為風(fēng)冷式。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱力學(xué)計(jì)算、主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)

6、力學(xué)計(jì)算和飛輪設(shè)計(jì)五個(gè)方面。其中總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面主要包括結(jié)構(gòu)方案選擇、氣缸排列形式、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)選擇、級(jí)數(shù)選擇、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、行程的確定和驅(qū)動(dòng)選擇；主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括活塞組件的設(shè)計(jì)、曲軸結(jié)構(gòu)、連桿部件的設(shè)計(jì)和氣缸設(shè)計(jì)；動(dòng)力學(xué)計(jì)算主要是計(jì)算各級(jí)平均切向力，然后根據(jù)不同方案級(jí)數(shù)的布置，進(jìn)行疊加計(jì)算總平均切向力，選擇最優(yōu)方案，確定飛輪距；飛輪設(shè)計(jì)主要是通過根據(jù)機(jī)器允許的旋轉(zhuǎn)不均勻度、飛輪距的大小和冷卻所需風(fēng)量，參照工廠圖紙進(jìn)行尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)812?？傮w結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)時(shí)應(yīng)符合以下基本原則：（1）滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力，及有關(guān)使用條件的要求；（2）有足夠長的使用壽命，足夠

7、高的使用可靠性；（3）有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性；（4）有良好的動(dòng)力平衡性；（5）維護(hù)檢修方便；（6）盡可能采用新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料；（7）制造工藝性良好；（8）機(jī)器的尺寸小、重量輕?；钊綁嚎s機(jī)的結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成：（1）機(jī)器的型式；（2）級(jí)數(shù)和列數(shù)；（3）各級(jí)氣缸在列中的排列和各列間曲柄錯(cuò)角的排列。選擇壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案，應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)的用途、運(yùn)轉(zhuǎn)條件、排氣量和排氣壓力、制造廠生產(chǎn)的可能性、驅(qū)動(dòng)方式以及占地面積等條件，從選擇機(jī)器的型式和級(jí)數(shù)入手，制訂出合適的方案?？傮w設(shè)計(jì)的任務(wù)：選擇結(jié)構(gòu)方案、主要參數(shù)、相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方式以及大體確定附屬裝備的布置。2.1氣缸排列的型式壓縮機(jī)氣缸有多種排列型式，按氣缸

8、軸線布置的相互關(guān)系分為：臥式、立式、L型、V型、W型、星型和對(duì)稱平衡型。臥式、對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)動(dòng)力平衡性能較好，運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，宜用于大、中型壓縮機(jī)；立式壓縮機(jī)現(xiàn)僅用于中、小型和微型，使機(jī)器高度均處于人體高度便于操作的范圍內(nèi)，且中型壓縮機(jī)主要用于無油潤滑結(jié)構(gòu)；L型、V型、W型、星型等角度式壓縮機(jī)則適用于中、小型和微型。L型、V型、W型、星型等角度式壓縮機(jī)共同的優(yōu)點(diǎn)是（1）各列的一階慣性力的合力可用裝在曲軸上的平衡重達(dá)到大部分或完全平衡。因此，機(jī)器可取較高的轉(zhuǎn)數(shù)。（2）氣缸彼此錯(cuò)開一定角度，有利于氣閥的安全與布置。因而使氣閥的流通面積有可能增加。中間冷卻器和級(jí)間管道可以直接裝在機(jī)器上，結(jié)構(gòu)緊湊。（3

9、）角度式壓縮機(jī)可以將若干列的連桿連接在同一曲拐上，曲軸的拐數(shù)可減少，機(jī)器的軸向長度可縮短，因此主軸頸能采用滾動(dòng)軸承。本設(shè)計(jì)屬于微型中壓壓縮機(jī)常規(guī)設(shè)計(jì)，綜合考慮其設(shè)計(jì)參數(shù)（壓縮介質(zhì)、排氣量及排氣壓力）及市場現(xiàn)狀，采用W型結(jié)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)活塞式壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有：無十字頭與帶十字頭兩種。無十字頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，機(jī)器高度較低，相應(yīng)的機(jī)器重量較輕，一般不需要專門的潤滑機(jī)構(gòu)。但是無十字頭的壓縮機(jī)只能作成單作用的，所以氣缸容積的利用不充分（因?yàn)榛钊c氣缸之間，只在活塞的一側(cè)形成工作腔），氣體的泄漏量也較大，氣缸工作表面所受的側(cè)向力也較大，因而活塞易磨損，另外，氣缸中的潤滑油量也難于控

10、制。無十字頭的壓縮機(jī)一般只適于作成立式、V型、W型和扇形的結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓縮機(jī)的功率大于（120150）kW時(shí)，無十字頭的壓縮機(jī)的重量要超過有十字頭的壓縮機(jī)，而且結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。因此，無十字頭壓縮機(jī)只在小功率范圍內(nèi)采用。在小型移動(dòng)裝置中用的壓縮機(jī)，要求輕便緊湊以便于搬動(dòng)，多選用無十字頭的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。帶十字頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：由于帶有十字頭，氣缸工作表面不承受連桿傳來的側(cè)壓力，所以，氣缸與活塞間的摩擦和磨損較小，充分利用了氣缸容積，潤滑油易于控制；可以設(shè)置填料密封，所以，氣體地泄漏量較小，特別是對(duì)于易燃、易爆、有毒的氣體，只能采用此種結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，帶十字頭的壓縮機(jī)增多了十字頭、活塞桿及填料等部件，使機(jī)器的結(jié)

11、構(gòu)復(fù)雜，高度和重量也相應(yīng)增加。一般固定式的壓縮機(jī)功率都較大，特別是工藝流程中用的壓縮機(jī)，要求機(jī)器長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以多用帶十字頭的壓縮機(jī)。我國固定式動(dòng)力用空壓機(jī)，排氣量在（10100）m3/min、功率在（60630）kW之間的都是帶十字頭結(jié)構(gòu)?；ぁ⑹偷炔块T工藝流程中使用的壓縮機(jī)都帶有十字頭。本設(shè)計(jì)為功率較小的W型空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)，考慮到以上因素，故采用無十字頭的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。級(jí)數(shù)選擇及各級(jí)壓力比的分配工業(yè)用的氣體，有時(shí)需要較高的壓力，此時(shí)需采取多級(jí)壓縮。多級(jí)壓縮有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）降低排氣溫度；（2）節(jié)省功率消耗；（3）提高氣缸容積系數(shù)；（4）降低作用在活塞上的最大活塞力。在選擇壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)時(shí)，一

12、般一般應(yīng)遵循下列原則：使壓縮機(jī)消耗的功最小、排氣溫度應(yīng)在使用條件許可的范圍內(nèi)、機(jī)器重量輕、造價(jià)低。要使機(jī)器具有較高的熱效率，則級(jí)數(shù)越多越好（各級(jí)壓力比越小越好）。然而級(jí)數(shù)增多，則阻力損失增加，機(jī)器總效率反而降低，結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，造價(jià)便大大上升。因此，必須根據(jù)壓縮機(jī)的容量和工作特點(diǎn)，恰當(dāng)?shù)剡x擇所需的級(jí)數(shù)和各級(jí)壓力比。本設(shè)計(jì)為W-0.6/12型壓縮機(jī)，根據(jù)市場常用壓縮機(jī)型式，選擇級(jí)數(shù)為二級(jí)。列數(shù)選擇在活塞式壓縮機(jī)中，一個(gè)連桿所對(duì)應(yīng)的氣缸活塞組即為一列。壓縮機(jī)按列數(shù)的多少分成單列和多列兩類。壓縮機(jī)列數(shù)的選擇，主要決定于排氣量、排氣壓力、機(jī)器的型式和級(jí)數(shù)。立式結(jié)構(gòu)可以制成單列和多列壓縮機(jī)；臥式結(jié)構(gòu)可以

13、制成單列和雙列壓縮機(jī)；對(duì)稱平衡型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機(jī)，而且列數(shù)必須是偶數(shù)；對(duì)置型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機(jī)。W型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機(jī)，即單重W型和雙重W型，其他型式類似。各級(jí)氣缸的排列應(yīng)根據(jù)下述原則進(jìn)行：（1）要求各列往返止點(diǎn)的活塞力相等。這時(shí)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)利用充分，重量較輕，慣性力較小，機(jī)械效率較高。由于往返行程的功也大致相等，因而飛輪較輕。（2）通過布置氣缸排列，達(dá)到使氣體的內(nèi)泄漏和外泄漏盡可能小的目的。本設(shè)計(jì)采用W型結(jié)構(gòu)，如前所述，只能制成多列壓縮機(jī)，采用單重W型結(jié)構(gòu)。25壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和行程的確定轉(zhuǎn)速和行程的選取對(duì)機(jī)器的尺寸、重量、制造難易和成本有重大影響，并且還直接影響機(jī)器的效率、壽命和

14、動(dòng)力性能。如果壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)機(jī)直接連接，則也影響驅(qū)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和成本。近代設(shè)計(jì)活塞式壓縮機(jī)的總趨勢是提高轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速、行程和活塞平均速度的關(guān)系式如下2-1)nS30式中：C活塞平均速度，m/s；mn壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；S活塞行程，m?；钊綁嚎s機(jī)設(shè)計(jì)中，在一定的參數(shù)和使用條件下，首先應(yīng)考慮選擇適宜的活塞平均速度，因?yàn)椋?）活塞平均速度的高低，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)件中的摩擦和磨損有直接的影響。對(duì)氣缸內(nèi)的工作過程也有影響。（2）活塞速度過高，氣閥在氣缸上難以得到足夠的安裝面積，所以氣閥、管道中的阻力損失很大，功率的消耗及排氣溫度將會(huì)過高。嚴(yán)重地影響壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性和使用的可靠性。移動(dòng)式壓縮機(jī)為盡量減少機(jī)器重

15、量和外形尺寸，所以取活塞速度為（45）m/s,而本設(shè)計(jì)就屬于此類。由于微型和小型壓縮機(jī)，為使結(jié)構(gòu)緊湊，而只能采用較小行程，所有較高轉(zhuǎn)數(shù)，但活塞平均速度卻較低，只有2m/s左右。本設(shè)計(jì)采用2m/s。在一定的活塞速度下，活塞行程的選取，與下列因素有關(guān)：排氣量的大??；機(jī)器的結(jié)構(gòu)型式；氣缸的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代活塞式壓縮機(jī)的行程與活塞力之間，按統(tǒng)計(jì)與分析，有下列關(guān)系：S=AP（2-2）式中：P活塞力，t；A系數(shù)，其值在0.0650.095之間，較小值相應(yīng)于短行程的機(jī)器，較大值相應(yīng)于長行程的機(jī)器?，F(xiàn)代活塞式壓縮機(jī)使用的氣閥，都是隨著氣缸內(nèi)氣體壓力的變化而自行開、閉的自動(dòng)閥。氣閥是活塞式壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件之一，氣閥的

16、優(yōu)劣直接影響壓縮機(jī)的性能。自70年代以來，國外微型空氣壓縮機(jī)開始普遍采用舌簧閥，以代替盤狀閥或環(huán)狀閥。在70年代末期開始，我國對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了研究和推廣。舌簧閥具有排氣系數(shù)高、比功率低、壽命長、噪聲小、制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。但舌簧閥相對(duì)盤狀閥或環(huán)狀閥壽命低，選擇轉(zhuǎn)速時(shí)要綜合考慮。選擇壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)注意到慣性力的影響，慣性力的大小與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系；通常應(yīng)遵循慣性力不超過活塞力的原則（因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)部件的強(qiáng)度是按活塞力來計(jì)算的）。另外轉(zhuǎn)數(shù)過高對(duì)閥片、活塞環(huán)、填料的使用壽命也會(huì)產(chǎn)生不利影響。一般說來，活塞力較大的機(jī)器，轉(zhuǎn)數(shù)相應(yīng)地較低，因?yàn)榛钊^大則運(yùn)動(dòng)部件的尺寸和重量也相應(yīng)的增加，慣性力增長的程度往往顯著

17、地超過活塞力增長的程度。此外，由于各種機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)的動(dòng)力平衡性不同，所以轉(zhuǎn)數(shù)也會(huì)有所區(qū)別。另外，壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)機(jī)直聯(lián)時(shí)，應(yīng)顧到驅(qū)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)。綜合考慮本設(shè)計(jì)中的上述因素，取壓縮機(jī)的行程為s=0.065m、轉(zhuǎn)速為n=800r/min,而氣閥則選用舌簧閥。2.6壓縮機(jī)潤滑方式的選擇壓縮機(jī)中,在零件相互滑動(dòng)的部位,如活塞環(huán)與氣缸、填料與活塞桿、主軸承、連桿大頭瓦以及連桿小頭襯套等處,要注入潤滑劑進(jìn)行潤滑,以達(dá)如下目的：（1）減小摩擦功率,降低壓縮機(jī)功率消耗；（2）減少滑動(dòng)部位的磨損,延長零件壽命；（3）潤滑劑有冷卻作用,可導(dǎo)走摩擦熱,使零件工作溫度不過高從而保證沿動(dòng)部位必要的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙,防止滑動(dòng)部位咬

18、死或燒傷,（4）用油作潤滑劑時(shí),尚有防止零件生銹的作用。設(shè)計(jì)和選擇潤滑系統(tǒng)的基本要求是：（1）要有可靠的供油裝置。要保證有適量的潤滑油輸送至各運(yùn)動(dòng)部位；（2）系統(tǒng)中要有便了檢查供油情況的部位和儀表；（3）要有使?jié)櫥蛢艋倪^濾裝置；（4）供油管路的布置要緊湊、整齊,便于拆裝和清洗,同一管路中管件的選擇要力求劃一。按氣缸是否用油潤滑,壓縮機(jī)的潤滑方式可區(qū)分為油潤滑和無油潤滑兩種。全無油潤滑壓縮機(jī)其實(shí)是指所有運(yùn)動(dòng)摩擦副均不采用液體潤滑劑潤滑,排出的壓縮氣體是潔凈無油的一種動(dòng)力機(jī)械。其特征是由氣缸缸體、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸、曲軸箱等組成；鋁合金或鑄鐵缸體采用表面處理工藝提高了表面硬度；連桿的兩端

19、采用軸承結(jié)構(gòu)提高了整機(jī)的使用壽命。采用自潤滑材料制成,不需添加潤滑油,排出的氣體不含油污,不污染作業(yè)環(huán)境和工作介質(zhì),使壓縮機(jī)的工作范圍更加廣泛,適用一切需要高凈化氣源行業(yè)使用。根據(jù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),所采用的有油潤滑方式大體可分為兩種:飛濺潤滑和壓力潤滑。飛濺潤滑多用于小型無十字頭壓縮機(jī)中。其特點(diǎn)是氣缸與運(yùn)動(dòng)部件的摩擦面均靠裝在連桿上的甩油桿,將油甩起飛濺到個(gè)潤滑部位進(jìn)行潤滑,氣缸和運(yùn)動(dòng)部件的潤滑劑只能采用同一種潤滑油,氣缸內(nèi)帶油量較大。壓力潤滑多用于大、中型帶十字頭的壓縮機(jī)中。這種潤滑分為兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng),即氣缸和填料部位是用供油壓力較高的注油器供油潤滑,而其它運(yùn)動(dòng)部件的潤滑則是靠油泵連續(xù)供油。鑒

20、于前述內(nèi)容,由于本設(shè)計(jì)是微小型的壓縮機(jī),考慮使用材料的成本,制造的工藝復(fù)雜程度等因素，本設(shè)計(jì)采用有油潤滑方式，并結(jié)合兩種有油潤滑方式各自的特點(diǎn)，具體采用飛濺潤滑方式。2.7壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的選擇活塞式壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)方式與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)的選擇有著密切的關(guān)系，在選擇壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)時(shí)，應(yīng)該同時(shí)考慮驅(qū)動(dòng)方式的選擇?；钊綁嚎s機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)可分三類（1）電動(dòng)機(jī)異步交流電動(dòng)機(jī)或同步交流電動(dòng)機(jī)；（2）活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃機(jī)或蒸汽機(jī)；（3）旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)。在活塞式壓縮機(jī)中，用得最普遍的是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。以市場現(xiàn)有同類產(chǎn)品為對(duì)照，本設(shè)計(jì)選擇電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)裝置為皮

21、帶傳動(dòng)綜上所述：本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)型式為W型，屬角度式壓縮機(jī)。此類壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，每個(gè)曲柄銷上裝有兩根以上的連桿，曲軸結(jié)構(gòu)簡單、軸向長度較短，并可采用滾動(dòng)軸承，主要適用于中、小型及微型壓縮機(jī)。W型合理的列間夾角為60，在此前提下，若能保證各列往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相等，有利于慣性力的平衡。壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)方案示意圖如圖2.1所示，結(jié)構(gòu)方案采用兩級(jí)置中式結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取n=800r/min。作用方式選用單作用式，無十字頭。圖2.1壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)方案示意圖熱力學(xué)計(jì)算初步確定各級(jí)排氣壓力和排氣溫度3.1.1初步確定各級(jí)壓力多級(jí)壓縮過程中，常取各級(jí)壓力比相等，這樣各級(jí)消耗的功相等，而壓縮機(jī)的總耗功也最小。各級(jí)壓力比按下式確定。

22、8=%(3-1)it式中：8任意級(jí)的壓力比；i8總壓力比；tz級(jí)數(shù)?？倝毫Ρ龋?=1.3/0.1=13t各級(jí)壓力比：8=13=3.611在實(shí)際壓力比的分配中，為保證末級(jí)排氣溫度不致過高，可將末級(jí)(第二級(jí))的壓力比取小些。即取8=3.252則第一級(jí)的壓力比8=13/3.25=41各級(jí)名義進(jìn)、排氣壓力及壓力比已經(jīng)調(diào)整后列表如下表3-1各級(jí)名義進(jìn)、排氣壓力及壓力比級(jí)數(shù)名義進(jìn)氣壓力名義排氣壓力名義壓力比p1(MPa)p2(Mpa)I0.10.44II0.4133.253.1.2初步確定各級(jí)排氣溫度各級(jí)排氣溫度按下式計(jì)算n-1/、T=T8n(3-2)dsi式中：Td級(jí)的排氣溫度，K；dTs級(jí)的吸氣溫度，

23、K；sn壓縮過程指數(shù)。在實(shí)際壓縮機(jī)中，壓縮過程指數(shù)可按以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取。對(duì)于大、中型壓縮機(jī)：n=k對(duì)于微、小型空氣壓縮機(jī)：n=(0.90.98)k空氣絕熱指數(shù)k=1.4，則n二(0.90.98)k二(1.261.372)，取n=1.30各級(jí)名義排氣溫度計(jì)算結(jié)果列表如下。級(jí)數(shù)名義吸氣溫度t名義壓力壓縮過程名義排氣溫度t2CK比指數(shù)n)nCKI2029341.301.377130403II403133.251.301.313138411表3-2各級(jí)排氣溫度3.2確定各級(jí)的進(jìn)、排氣系數(shù)3.2.1計(jì)算容積系數(shù)九v容積系數(shù)是由于氣缸存在余隙容積，使氣缸工作容積的部分容積被膨脹氣體占據(jù)而對(duì)氣缸容積利用率產(chǎn)

24、生的影響。九二1a(sI-1)(3-3)v式中：九一容積系數(shù)；Va相對(duì)余隙容積；s壓力比。各級(jí)膨脹過程指數(shù)m按下表計(jì)算。表3-3不同壓力下的m值進(jìn)氣壓力(105Pa)任意k值時(shí)k=1.40時(shí)1.5m二1+0.5(k1)1.21.54m二1+0.62(k1)1.25410m二1+0.75(k1)1.31030m=1+0.88(k1)1.3530m=k1.40m=1+0.5(k1)=1+0.5(1.41)=1.21m=1+0.62(k1)=1+0.62(1.41)=1.252根據(jù)不同的氣閥結(jié)構(gòu)，選用各級(jí)的相對(duì)余隙容積a值。采用環(huán)狀氣閥時(shí)，一般a值在下列范圍內(nèi)選?。旱蛪杭?jí)a二0.070.12，中壓級(jí)

25、a二0.090.14，高壓級(jí)a二0.110.16。采用舌簧閥的微小型壓縮機(jī)，a二0.030.04。影響a的主要因素為在相同的活塞線速度和排氣量情況下，高轉(zhuǎn)速短行程的相對(duì)余隙容積，要比低轉(zhuǎn)速長行程的相對(duì)余隙容積大得多。2）氣閥在氣缸上的布置方式不同，相對(duì)余隙容積也不同。氣閥布置在氣缸端面上的相對(duì)余隙容積較小，氣閥徑向布置或傾向布置在氣缸的相對(duì)余隙容積較大。（3）各類型氣閥，在安裝直徑相同時(shí)，具有不同的余隙容積。環(huán)狀閥比舌簧閥的相對(duì)余隙容積大。（4）一般直徑大的氣缸具有較小的余隙容積。（5）多級(jí)壓縮機(jī)中，高壓級(jí)的相對(duì)余隙容積要比低壓級(jí)的相對(duì)余隙容積大。根據(jù)本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，選用舌簧閥結(jié)構(gòu)，由上述經(jīng)

26、驗(yàn)選取各級(jí)相對(duì)余隙容積：a=0.03,a=0.035。12由此，各級(jí)九計(jì)算如下v九=1a（&m-1）=1-0.03（412-1）=0.9348v111九=1-a（em2-1）=1-0.035（3.25可-1）=0.9451v2223.2.2確定壓力系數(shù)由于進(jìn)氣阻力和閥腔中的壓力脈動(dòng)，使吸氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的壓力低于名義進(jìn)氣壓力，從而產(chǎn)生的對(duì)氣缸利用率的影響。影響壓力系數(shù)九的主要因素一個(gè)是吸氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的彈簧力，另一個(gè)是進(jìn)p氣管道中的壓力波動(dòng)。在多級(jí)壓縮機(jī)中，級(jí)數(shù)愈高，壓縮系數(shù)九應(yīng)愈大。對(duì)于進(jìn)氣壓p力等于或接近大氣壓力的第一級(jí)，進(jìn)氣阻力影響相對(duì)較大，可在九=0.950.98范圍內(nèi)p選取，第二級(jí)

27、進(jìn)氣阻力相對(duì)于氣體壓力要小的多，可在九=0.981.0范圍內(nèi)選取。p故在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，選?。壕?0.95，九=0.97。p1p23.2.3確定溫度系數(shù)溫度系數(shù)九的大小取決于進(jìn)氣過程中加給氣體的熱量，其值與氣體冷卻及該級(jí)的T壓力比有關(guān)，一般行=0.920.98。如果氣缸冷卻良好，進(jìn)氣過程中加入氣體的熱量少,則九取較高值；而壓力比高，即氣缸內(nèi)的各處平均溫度高，傳熱溫差大，造成實(shí)際氣T缸容積利用率低，九取較低值。T影響九的因素包括T（1）壓力比大者，九取小值。T（2）冷卻效果好時(shí)，九取大值，水冷卻比風(fēng)冷卻的九大。TT（3）高轉(zhuǎn)速比低轉(zhuǎn)速的壓縮機(jī)，九大。T（4）氣閥阻力小時(shí)，九取大值。T（5）大、中型壓

28、縮機(jī)九取大值，微、小型壓縮機(jī)九取小值。TT考慮到本設(shè)計(jì)為油潤滑結(jié)構(gòu)，且為風(fēng)冷。故選?。壕?0.96，九=0.94。T1T23.2.4確定泄漏系數(shù)泄漏系數(shù)表示氣閥、活塞環(huán)、填料以及管道、附屬設(shè)備等因密封不嚴(yán)而產(chǎn)生的氣體泄漏對(duì)氣缸容積利用率的影響。泄漏系數(shù)的取值于氣缸的排列方式、氣缸與活塞桿的直徑、曲軸轉(zhuǎn)速、氣體壓力的高低以及氣體的性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于一般有油潤滑壓縮機(jī)，k廣0.900.98；無油潤滑壓縮機(jī)，九/二0.850.95。影響勺的因素包括（1）大直徑氣缸，k取大些，小直徑氣缸k取小些。ll（2）有油潤滑壓縮機(jī)，k取大些，無油潤滑時(shí)，k取小些。（3）高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)，k取大些，低轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)k取小些。

29、（4）壓力高，級(jí)數(shù)多，k取小些相反可取大些。本設(shè)計(jì)為油潤滑，故選?。簁l1二0.98，k12二0.95o3.2.5確定各級(jí)排氣系數(shù)k按下式計(jì)算dkv0.93480.9451k0.950.97pkT0.960.94kl0.980.95k=kkkk0.83550.8187dvpTlk=kkkk（3-4）dvpTl表3-4各級(jí)排氣系數(shù)級(jí)數(shù)III3.3確定各級(jí)氣缸的行程容積3.3.1凝析系數(shù)卩的確定（pi當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)口含有水蒸氣（或其它蒸汽），氣體經(jīng)過壓縮，蒸汽的分壓將會(huì)提高，當(dāng)壓縮機(jī)的蒸汽分壓超過冷卻器氣體出口溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，氣體中的蒸汽將冷凝而析出水分。水分的析出會(huì)影響第一級(jí)以后各級(jí)的吸氣量。

30、計(jì)算時(shí)，如不考慮水分的析出，將會(huì)使得實(shí)際壓力同計(jì)算結(jié)果不相同。進(jìn)口氣體的相對(duì)濕度以石家莊市的空氣相對(duì)濕度為準(zhǔn)，查文獻(xiàn)5附表56國內(nèi)各地空氣計(jì)算參數(shù)，以太原、天津等地的空氣平均相對(duì)濕度為參照，取0=0.6。1有、無水析出的判別式3-5)3-6)3-7)p匚豊vp則無水析出，卩=iTOC o 1-5 h z1Bipbi甲sipb芻pb.則有水析出，卩i1bibi甲si若本級(jí)前有水析出，則本級(jí)吸入的為飽和氣體，凝析系數(shù)可按下式計(jì)算pepp|H=si1biXsi-申1Pppsibisi式中：p,p分別為一級(jí)和i級(jí)在進(jìn)口溫度下的飽和蒸汽壓,MPa；bibip,p分別為一級(jí)和i級(jí)的名義吸氣壓力，MPa；s

31、isie,e分別為一級(jí)和i級(jí)進(jìn)口氣體的相對(duì)濕度。ii查文獻(xiàn)表3-5得：p二0.002337MPa,p二0.007375MPa。bib2已得：P二0.1MPa,p二0.4MPa。sis2第一級(jí)從大氣中吸氣，無析水問題，故卩二1。ei第二級(jí)析水系數(shù)為0.40.6x0.002337x=0.005609p0.1b2二級(jí)進(jìn)氣水蒸氣分壓小于二級(jí)進(jìn)氣溫度下的水蒸氣飽和蒸汽壓，故二級(jí)無水析出卩二1。e23.3.2抽氣系數(shù)r的確定oi有抽氣卩1，無抽氣卩二1。oioi本設(shè)計(jì)中間無抽、加氣，故卩二卩二1。o1o23.3.3壓縮機(jī)行程容積的確定壓縮機(jī)第I級(jí)的氣缸行程容積按下式計(jì)算VV=(3-8)H1九d1式中：Vd

32、壓縮機(jī)的排氣量，m3/min；d九一壓縮機(jī)第一級(jí)的排氣系數(shù)。d1多級(jí)壓縮機(jī)其余各級(jí)的氣缸行程容積按下式計(jì)算V氣2o2XX2XV(3-9)H2九pTDd2s2s1式中：p,p分別為一級(jí)和二級(jí)的名義吸氣壓力，MPa；s1s2T,T分別為一級(jí)和二級(jí)的名義進(jìn)氣溫度,K；s1s2九一壓縮機(jī)第二級(jí)的排氣系數(shù)；d2卩一壓縮機(jī)第二級(jí)的凝析系數(shù)；申2卩一壓縮機(jī)第二級(jí)的抽氣系數(shù)。o2按給定排氣量范圍，取V二0.6m3/min。則dV=0.7181m3/minhi0.8355壓縮機(jī)第二級(jí)的行程容積：卩卩pT1x1x0.1x313x0.6V=2o2xs1xs2xV=0.1957m3h2九pTd0.8187x0.4x2

33、93d2s2s13.3.4確定氣缸直徑計(jì)算出各級(jí)氣缸的行程容積后，可按一下各式計(jì)算氣缸直徑對(duì)于單作用氣缸3-10)小14VD=hi兀snz對(duì)于雙作用氣缸3-11)式中：i級(jí)氣缸的行程容積，m3/min；his活塞行程，m；n壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；z同級(jí)氣缸數(shù)；d活塞桿直徑，m。本設(shè)計(jì)采用單作用氣缸，連桿直接與活塞相連，無十字頭和活塞桿故氣缸直徑為一級(jí)氣缸：D=13.14x65x10-3x800 x24x7181x10-4二0.09379m=94mm二級(jí)氣缸：D二24x1957x10-43.14x65x10-3x800二0.06924m69mm按國家標(biāo)準(zhǔn)圓整后：D二95mm，D二70mm。12

34、修正各級(jí)名義壓力和溫度在各級(jí)氣缸直徑計(jì)算出后，要按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。圓整后，各級(jí)的壓力和溫度會(huì)發(fā)生變化，需要進(jìn)行修正。3.4.1確定圓整后各級(jí)的實(shí)際行程容積Vhi圓整后的行程容積用下式計(jì)算。兀V二一D2snz(3-12)hi4i3.14V二x0.0952x0.065x800 x2二0.7372m3/minTOC o 1-5 h zh143.14V二x0.072x0.065x800二0.2m3/minh243.4.2計(jì)算各級(jí)壓力修正系數(shù)p及Pii+1VVp=h1一hiiVVh1hiVVp=hlh(i+1)/+1VVh1h(i+1)式中：p、p同級(jí)吸、排氣的修正系數(shù)。TOC o 1-5 h zii

35、+1因此，修正系數(shù)為p=h1h1=11VVh1h1VV0.73720.1597,心=x=1.005 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document VV0.71810.2h1h23.4.3修正后各級(jí)名義壓力及壓力比p=pp2ii+12i式中：p、p圓整前的i級(jí)名義吸、排氣壓力，105Pa；1i2ip、p圓整后的i級(jí)名義吸、排氣壓力，105Pa。1i2i3-13)3-14)3-15)3-16)p二pp二1x1.0二1.0 x105Pa111p二pp二0.9023x3.09二2.788x105Pa222計(jì)算行程容積V，m3實(shí)際行程容積Vh錯(cuò)誤！未找到引用源。m

36、3修正系數(shù)名義進(jìn)氣壓力名義排氣壓力Bk%+1p1ip=pp1ii1ip2ip=pp2ii+12iI0.71810.737211.0050.10.40.402II0.19570.21.0050.40.4021.3表3-5修正后各級(jí)名義壓力及壓力比修正后的名義壓力比84.023.2343.4.4修正后各級(jí)排氣溫度表3-6修正后各級(jí)排氣溫度級(jí)數(shù)進(jìn)氣溫度T，K1壓力比8，錯(cuò)誤！未找到引用源。壓縮過程排氣溫度T,K2指數(shù)n、-n=i(8)nI2934.021.31.379404II3133.2341.31.3114103.5計(jì)算活塞力計(jì)算氣缸進(jìn)排氣過程的平均壓力由文獻(xiàn)5查得：5=6%5=4%5=9%5=

37、7%s1s2d1d2表3-7氣缸內(nèi)進(jìn)、排氣過程的平均壓力級(jí)數(shù)修正后名義壓力（MPa）相對(duì)壓力損失（）1-6s1+6d氣缸內(nèi)實(shí)際壓力實(shí)際壓力比8，=聳ps錯(cuò)誤！未找到引用源。p，1p26s6dp=p，(15)sisp=p，(1+5)didI0.10.402690.941.090.0940.43824.662II0.4021.3470.961.070.38591.3913.6053.5.2計(jì)算活塞力列的活塞力是各列氣缸中作用在活塞工作面積F上的氣體壓力的代數(shù)和ip=工pxF（3-17）ii最大活塞力（氣體力）發(fā)生在內(nèi)、外止點(diǎn)處，規(guī)定：使連桿受拉為正，使連桿受拉為負(fù)。軸側(cè)錯(cuò)誤！未找到引用源。p=工p

38、F一工pF（3-18）zdizisigi蓋側(cè)錯(cuò)誤！未找到引用源。p=工pF一工pF（3-19）gsigidizi式中：p，p分別為同列缸各級(jí)的實(shí)際吸、排氣壓力，Pa；sidiF，F(xiàn)錯(cuò)誤！未找到引用源。分別為同列缸內(nèi)各級(jí)對(duì)應(yīng)級(jí)的軸側(cè)、蓋側(cè)活塞gizi表3-8各列活塞力級(jí)次內(nèi)止點(diǎn)活塞力P(106N)軸側(cè)(+)蓋側(cè)(-)pdFzpFdzpsFgpFsgI0.43820.0070850.0031050.0940.0070850.000666p=pF-pF=錯(cuò)誤！未找到引用源。0.002439z1dzsgII1.3910.0038470.0053510.38590.0038470.001485p=pF-

39、pF=0.003866錯(cuò)誤！未找到引用源。z2dzsg級(jí)次外止點(diǎn)活塞力P(106N)軸側(cè)(+)蓋側(cè)(-)psFzpFszpdFgpFdgI0.0940.0070850.0006660.43820.0070850.003105p=pF-pF=-0.002439g1szdgII0.38590.0038470.0014851.3910.0038470.005351p=pF-pF=-0.003866g2szdg一級(jí)最大活塞力為2439N,二級(jí)最大活塞力為3866N。工作面積，m2。軸側(cè)活塞工作面積為兀DF=z4蓋側(cè)活塞工作面積為3-20)錯(cuò)誤！未找到引用源。則3-21)兀D23.14x0.0952F=

40、F=z1g144=0.007085m2F=Fz2g23.14x0.072=0.003847m23.6計(jì)算軸功率，選擇電機(jī)計(jì)算各級(jí)指示功率及總指示功率壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)消耗于實(shí)際循環(huán)中的功稱為指示功率對(duì)于理想氣體，各級(jí)的指示功率按下式計(jì)算kN二p(1-8亦Vik11svhP(1+8)2dP(18)1sk603-22)對(duì)于實(shí)際氣體，各級(jí)的指示功率按下式計(jì)算：kN二p(18)XVik11svhP(1+8)2dP(18)1sk1kkz+z602z13-23)式中：p,p分別為級(jí)的名義吸、排氣壓力，Pa；12z，z錯(cuò)誤！未找到引用源。分別為同列缸內(nèi)各級(jí)對(duì)應(yīng)級(jí)的軸側(cè)、蓋側(cè)活塞工12作面積，m2。本設(shè)計(jì)中工

41、質(zhì)為看做為理想氣體，故用式（3-22）計(jì)算N二x0.094x106x0.94x0.9348x0.7372x11.41,0.402x1.09嚴(yán)()1.40.1x0.941.4-1x麗=2747WN二1.4x0.402x106x0.96x0.9451x0.2x11.411.391x1.07)1.40.402x0.961x1.4=2803W60壓縮機(jī)的總指示功率為N=N+N二2747+2803二5550Wi123.6.2壓縮機(jī)軸功率Nz指示功率是壓縮機(jī)活塞作用于氣體的功率，屬內(nèi)功率。驅(qū)動(dòng)機(jī)傳給壓縮機(jī)主軸的功率為軸功率，它除了提供內(nèi)部功率以外還要克服摩擦副之間的機(jī)械摩擦功率，通常摩擦損失耗功都用機(jī)械效

42、率耳表示，故軸功率為mNN=i（3-24）z耳m根據(jù)已有機(jī)器的統(tǒng)計(jì)，帶十字頭的大、中型壓縮機(jī)：n二0.900.95m小型不帶十字頭的壓縮機(jī)：n二0.850.92m高壓循環(huán)壓縮機(jī)：n二0.800.85m無油潤滑壓縮機(jī)的機(jī)械效率還要低些。另外如果主軸同時(shí)要驅(qū)動(dòng)油泵或風(fēng)扇等，則n要取下限。m根據(jù)以上經(jīng)驗(yàn)，取n二0.9，則mN5550N=i-=6167Wzn0.9m3.6.3電機(jī)輸入功率Nc對(duì)于中、小型壓縮機(jī)，若用皮帶、齒輪等傳動(dòng)時(shí)，還要考慮傳動(dòng)損失，則驅(qū)動(dòng)機(jī)的效率為z3-25)cqc式中：耳一傳動(dòng)效率。c一般皮帶傳動(dòng)耳二0.960.99；齒輪傳動(dòng)耳二0.970.99。cc一般驅(qū)動(dòng)功率還應(yīng)留有(515

43、)%的功率儲(chǔ)備，故驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)為3-26)NN=(1.051.15)cqc本設(shè)計(jì)選用皮帶傳動(dòng)，耳二0.98，按10%的裕度計(jì)算。故cN=1.10N=1.10 x6167=7.066kWcq0.96c所以選用Y系列Y132M-4，其功率為7.5kW,滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min,38mm。主要零部件設(shè)計(jì)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的主機(jī)包括傳遞動(dòng)力并將電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)以及來實(shí)現(xiàn)壓縮工作循環(huán)的氣缸、活塞以及密封等組件。下面將分別對(duì)各組件進(jìn)行設(shè)計(jì)?；钊M件設(shè)計(jì)活塞組件與氣缸構(gòu)成了壓縮容積?；钊M件必須有良好的密封性，此外還要求（1）有足夠的強(qiáng)度和剛度。（2）活塞與活塞桿（

44、或活塞銷）的連接和定位要可靠。（3）重量輕。兩列以上的壓縮機(jī)中應(yīng)根據(jù)慣性力平衡的要求配置各列活塞的重量。（4）制造工藝性好。對(duì)本設(shè)計(jì)來說，活塞組件的設(shè)計(jì)包括活塞環(huán)的設(shè)計(jì)、刮油環(huán)的設(shè)計(jì)、活塞的設(shè)計(jì)和活塞銷的設(shè)計(jì)。它們?cè)跉飧字凶魍鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，與氣缸一起構(gòu)成了行程容積。4.1.1活塞環(huán)設(shè)計(jì)活塞環(huán)是密封氣缸鏡面和活塞間的縫隙用的零件。另外，它還起布油和導(dǎo)熱的作用。對(duì)活塞壞的基本要求是密封可靠和耐磨損。它是易損件，在設(shè)計(jì)中盡量用標(biāo)誰件和通用件，以利生產(chǎn)管理。在活塞式壓縮機(jī)中，活塞環(huán)是關(guān)鍵的零件之一，它設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響到壓縮機(jī)的排氣量、功率、密封性及可靠性，從而影響到壓縮機(jī)的使用成本?；钊h(huán)的材料及結(jié)構(gòu)

45、尺寸的選擇對(duì)其壽命起至關(guān)重要的作用。4.1.1.1活塞環(huán)的材料如果沒有特殊要求，活塞環(huán)一般用鑄鐵或合金鑄鐵制造。不同活塞環(huán)直徑宜選用的灰鑄鐵牌號(hào)見表4-1。對(duì)于小直徑活塞環(huán)或高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)用的活塞環(huán)，可選用合金鑄鐵制造。表4-1灰鑄鐵活塞直徑與鑄鐵牌號(hào)關(guān)系活塞環(huán)直徑mmD200200D300灰鑄鐵牌號(hào)HT300或HT250HT200或HT250HT200本設(shè)計(jì)采用的活塞環(huán)材料為灰鑄鐵，牌號(hào)為HT250。4.1.1.2活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常用的活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)有4種：直切口式、斜切口式、搭接口式、組合式。直切口式。該結(jié)構(gòu)加工簡單，但壓縮機(jī)氣體泄漏量大，因此一般很少采用。斜切口式。該結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)氣體泄漏量及加

46、工難易程度介于直切口式與搭接口式之間，使用最為廣泛。大部分進(jìn)口壓縮機(jī)及國產(chǎn)壓縮機(jī)的活塞環(huán)均采用該結(jié)構(gòu)。搭接口式。該結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)氣體泄漏量很少，加工最復(fù)雜，一般用于壓力較大的場合。本設(shè)計(jì)采用直切口式。4.1.1.3活塞環(huán)環(huán)數(shù)的確定活塞環(huán)的數(shù)目按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算：Z=、瓦(4-1)式中：Ap活塞環(huán)兩邊的最大壓差，105Pa?；钊h(huán)的數(shù)目按上述公式進(jìn)行計(jì)算后，根據(jù)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速的行程進(jìn)行圓整。Z=弋耳二(0.43820.094)二1.855，取Z=2。Z=二$(1.3910.3859)二3.17，取Z=3。4.1.1.4主要尺寸的確定(1)徑向厚度t徑向厚度T一般取匸(1/221/36)D。D為活塞環(huán)外

47、徑(mm),且大直徑活塞環(huán)的t取小值，小直徑活塞環(huán)的t取大值，最后應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值。T=(1/221/36)D=(1/221/36)x95=(2.54.32)mm,取T=4mm。111T=(1/221/36)D=(1/221/36)x70=(1.843.18)mm,取T=3mm。222(2)軸向厚度h軸向厚度H一般取H=(0.41.4)T。較小值用于大直徑活塞環(huán)，較大值用于小直徑活塞環(huán)和壓差較大的活塞環(huán)，最后應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值。H=(0.41.4)T=(0.41.4)x4=(1.65.6)mm，取H=3mm。TOC o 1-5 h z111H=(0.41.4)T=(0.41.4)x3=(1.24.2)mm，

48、取H=3mm。222(3)開口熱間隙8開口熱間隙8按下式計(jì)算8=A兀D(tT)(4-2)21式中：D活塞環(huán)外徑，mm；T活塞工作時(shí)的溫度，通常取排氣溫度，C；2t在檢驗(yàn)尺寸5時(shí)活塞環(huán)本身的溫度，通常取室溫20C；1a活塞環(huán)材料的線膨脹系數(shù)(1/C),鑄鐵a二1.1x10一5/C。5二亦D(t-1)二1.1x10-5x3.14x95x(13120)二0.36mm,取5=0.6mm。112115二a兀D(t-1)二1.1x10-5x3.14x70 x(137-20)二0.36mm,取5=0.5mm。22212(4)自由開口寬度A查文獻(xiàn)資料1得：A=11.8mmA2=7.5mm工作面有鋒利的邊緣，以

49、便把氣缸上的潤滑油刮下，刮下的油順著活塞上的導(dǎo)油孔導(dǎo)出。為把潤滑油引出，在環(huán)中間加工出圓弧形槽。在設(shè)計(jì)中，刮油環(huán)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，以利于生產(chǎn)管理。根據(jù)一、二級(jí)活塞直徑查文獻(xiàn)1表4-36選擇刮油環(huán)的型號(hào)和尺寸見圖4.2、圖4.3。3l-ljJ11r圖4.2一級(jí)活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)簡圖LI24220.54.5f9（Q4）2.58油孑L均布圖4.3二級(jí)油環(huán)的結(jié)構(gòu)簡圖4.1.3活塞的設(shè)計(jì)對(duì)于小型、微型無十字頭的壓縮機(jī)，活塞銷與連桿直接相連。當(dāng)壓縮機(jī)工作時(shí)，側(cè)向力將活塞壓向氣缸表面，這樣側(cè)向力主要由活塞群部承受。此時(shí)為防止活塞的外表面造成氣缸的損傷，通常銷座附近的群部略向下凹?；钊綁嚎s機(jī)中采用的活塞基本

50、結(jié)構(gòu)型式有：簡形、盤形、級(jí)差式、組合式、柱塞等。（1）筒形活塞：用于小型無十字頭壓縮機(jī)，通過活塞銷與連桿連結(jié)。（2）盤形活塞：用于低壓中壓氣缸中。為了減輕重量，一般鑄成空心的。兩個(gè)端面用加強(qiáng)筋互相連結(jié)，以增加剛性。（3）級(jí)差式活塞：用在串聯(lián)兩個(gè)以上壓縮級(jí)的級(jí)差式氣缸中。（4）隔距環(huán)組合型活塞：高壓級(jí)中，活塞環(huán)徑向厚度與它的直徑D的比值，比一般情況取得大些，以提高活塞環(huán)彈力和它對(duì)氣缸表面的比壓。（5）柱塞：活塞直徑很小時(shí)，采用活塞環(huán)密封在制造上有困難。因此采用不帶活塞環(huán)的柱塞結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用筒型活塞。4.1.3.1活塞材質(zhì)的選取根據(jù)參考文獻(xiàn)1表4-20，選擇本設(shè)計(jì)一級(jí)氣缸的材質(zhì)為HT200,二級(jí)

51、氣缸的材質(zhì)為HT200。4.1.3.2活塞結(jié)構(gòu)尺寸的確定不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時(shí)的活塞高度4-3)h-Dmn1式中：N最大側(cè)向力N二九P；九為連桿徑長比，P為最大活塞力;maxmaxmaxmaxD活塞直徑，m；k1筒形活塞支撐面的許用比壓，kJ=0.15MPa0.30MPa。取k=0.2MPa，九=1/4.51不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時(shí)的一級(jí)活塞高度N2439x10-6x1H1max=45=0.0285m=28.5mm1Dk0.095x0.211不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時(shí)的二級(jí)活塞高度N3866x10-6x1H2max=4.5=0.0614m=61.4mm2DkJ0.070 x0.221活塞的總高

52、度HH+nh+mh(4-4)3式中：n，m活塞環(huán)數(shù)；h，h3一活塞環(huán)的軸向高度，mm。一般取h=(1-2)h。根據(jù)刮油環(huán)的設(shè)計(jì)知：h=4.5mm33一級(jí)活塞高度：HH+nh+mh=28.5+3+4.5=36mmTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark150 o Current Document 11113二級(jí)活塞高度：HH+nh+mh=61.4+2x3+4.5=71.9mm22223活塞總高度一般與活塞直徑D的關(guān)系為 HYPERLINK l bookmark265 o Current Document H=(0.651.5)D(4-5)一級(jí)活塞高度范圍：H=（0.6

53、51.5）D=（0.651.5）x95=61.75142.5mm11二級(jí)活塞高度范圍：H=（0.651.5）D=（0.651.5）x70=45.5105mm22綜上所述：取一級(jí)活塞高度H=72mm，取二級(jí)活塞高度H=72mm。12活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離為c=（1.23）h（4-6）一級(jí)活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離c=（1.23）h=（1.23）x3=3.69mm11二級(jí)活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離c=（1.23）h=（1.23）x3=3.69mm22取c=6mm，c=6mm。12活塞環(huán)之間的距離為C=(0.81.5)h(4-7)一級(jí)活塞活塞環(huán)之間的距離c二(0.81.5)h二(0.81.

54、5)x3二(2.44.5)mm11二級(jí)活塞活塞環(huán)之間的距離c二(0.81.5)h二(0.81.5)x3二(2.44.5)mm22取c二3mm,c二3mm。12裙座到底邊的距離約為L二0.75H(4-8)一級(jí)活塞裙座到底邊的距離L=0.75H二0.75x72二54mm11二級(jí)活塞裙座到底邊的距離L二0.75H二0.75x72二54mm22活塞銷中心線到底邊距離約為h=0.6L(4-9)一級(jí)活塞活塞銷中心線到底邊距離h=0.6L二0.6x54二32.4mm,取為32mm。11二級(jí)活塞活塞銷中心線到底邊距離h二0.6L二0.6x54二32.4mm,取為32mm。22活塞銷孔徑均為20mm?；钊幕?/p>

55、結(jié)構(gòu)見圖4.4。4.1.4活塞銷的設(shè)計(jì)4.1.4.1活塞銷的材料活塞銷連接了活塞和連桿，在活塞運(yùn)動(dòng)過程中,承受連桿的重量和連桿作用在活塞銷的力，所以活塞銷要有足夠的強(qiáng)度和剛度。綜合考慮選擇20Cr。4.1.4.2活塞銷的主要結(jié)構(gòu)尺寸活塞銷的尺寸，根據(jù)最大活塞力作用下活塞銷投影工作面上的許用比壓初步確定后，按彎曲和剪切作用校核其強(qiáng)度。活塞銷的計(jì)算尺寸如圖6所示。PdlAmax（4-10）0k2式中：p最大活塞力，N；maxd活塞銷直徑，m；l0連桿銅套長度，按l0=（1.11.4）d的范圍選??；k2活塞銷許用比壓，活塞力始終在一個(gè)方向時(shí)，k2120X105Pa150X105Pa；活塞力的方向有變

56、化時(shí)，k20.02439，d0.0105m=10.5mm，取d=20mm200二級(jí)活塞銷：（1.11.4）d20.03866，d0.0133m=13.3mm，取d=20mm200活塞銷座處的表面壓力按下式確定q=卩max（4-11）2dl式中：d一如圖6所示，為活塞銷外徑，mm；T活塞銷在一側(cè)銷座中的支撐長度，mm。表面壓力的許用值q活塞銷在銷座中為緊固支撐，鑄鐵活塞q35Mpa40MPa。鑄鋁活塞q20MPa25MPa。一級(jí)活塞：d=20mm，取T=20mm，貝V2439q=3.05MPa，在允許范圍內(nèi)。2x20 x20二級(jí)活塞：d=20mm，取T=10mm，貝Vq=3866=9.67MPa

57、，在允許范圍內(nèi)。2x20 x10IIL圖4.6II舌塞銷座計(jì)進(jìn)行彎曲驗(yàn)算時(shí)，把活塞銷看作兩端自由支撐的載荷，中間截面I-I的彎曲應(yīng)力最大，（】1）0.4I2丿d4d40算尺寸勺梁，與連桿接觸長度10上承受均布4-12)式中：P最大活塞力，N；maxl活塞銷座支撐長度中點(diǎn)間的距離，mml0連桿軸承的寬度，mm；d0活塞銷中心孔徑，mm，般取d0=（0.60.7）d。許用彎曲應(yīng)力：碳素鋼b90MPa；合金鋼b150MPa。BB一級(jí)活塞連桿小頭的寬度10=24mm；活塞銷中心孔徑選擇d0=8mm；連桿銅套與活塞銷座之間應(yīng)留出一定間隙，取間隙為5=8mm，5=3mm。則活塞銷總長為12L=25+21+

58、1（4-13）0一級(jí)活塞銷：L=2x8+2x20+24=80mm1二級(jí)活塞銷：L=2x3+2x15+24=60mm2一級(jí)活塞銷c=b0.42=54.75MPa2439xf80-20I2丿204-84二級(jí)活塞銷38660.4(x602丿204-842=62MPaPmax2-d24-14)活塞銷的材料為20Cr，是合金鋼，一、二級(jí)活塞銷的cB在允許范圍內(nèi)。截面II-II上的剪切應(yīng)力為T=冗0許用剪切應(yīng)力：碳素鋼T50MPa；合金鋼T100MPa?；钊N的材料為20Cr,為合金鋼，T100MPa。一級(jí)活塞銷：2x2439兀x(20282=4.62MPa100MPa，在允許范圍內(nèi);二級(jí)活塞銷：T=27

59、3866=7.33MPa0.3,曲柄厚度t可酌情減少10%20%。那么t=(0.60.7)xD二(22.826.6)mm,取t=24mm。曲柄寬度hh=(1.21.6)D(4-20)鑄造曲軸以取小大的曲柄寬度為宜，以減少機(jī)加工切削量。則h=(45.660.8)mm,取h=50mm。曲柄半徑r根據(jù)所給定的活塞行程65mm的一半來確定曲柄半徑，則曲柄半徑r=32.5mm。連桿的設(shè)計(jì)4.4.1連桿的結(jié)構(gòu)型式及選材連桿是將作用在活塞上的推力傳遞給曲軸,有將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件。連桿包括桿體、大頭、小頭三部分。桿體截面有圓形、環(huán)形、矩形、工字形等。圓形截面的桿體,機(jī)械加工最方便,但在

60、同樣強(qiáng)度時(shí),具有最大的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,適用于低速、大型以及小批生產(chǎn)的壓縮機(jī)。工字形截面的桿體在同樣強(qiáng)度時(shí),具有最小的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,但其毛坯必須用模鍛或鑄造,適用于高速及大批量生產(chǎn)的壓縮機(jī)。本設(shè)計(jì)采用工字形。在連桿的大頭小頭處分別設(shè)置大小軸瓦,以方便裝配調(diào)整,降低連桿的磨損。連桿材料一般采用35號(hào)、40號(hào)、45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼或球墨鑄鐵,高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)可采用40Cr、30CrMo等優(yōu)質(zhì)合金鋼。本設(shè)計(jì)中連桿采用的材料為LY12。4.4.2連桿主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定連桿長度的確定連桿長度L，即連桿大小頭孔中心距，由曲柄半徑r與連桿長度L的比值九=riL決定。九愈大，愈容易使連桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)與滑道壁相碰；九值取小了，就會(huì)使壓