壓縮機(jī)論文教材

蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是容積式壓縮機(jī)的一種，是利用活塞在氣缸中對(duì)流體進(jìn)行擠壓，使流體壓力提高并排出的壓縮機(jī)械。隨著醫(yī)藥、紡織、食品、化工等工業(yè)部門(mén)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的進(jìn)一步提高以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)潔凈無(wú)油污的壓縮空氣的需求越來(lái)越大，全無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)已成為壓縮機(jī)行業(yè)研究的熱點(diǎn)之一，往復(fù)式風(fēng)冷全無(wú)油壓縮機(jī)與往復(fù)式水冷型全無(wú)油壓縮機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于移動(dòng)和操作、不需要水源、適應(yīng)性更強(qiáng)等特點(diǎn)，因而越來(lái)越得到廣泛的關(guān)注、研究和應(yīng)用。熱力、動(dòng)力計(jì)算是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算中基本的，又是最重要的一項(xiàng)工作，根據(jù)用戶提供的成分、氣量、壓力等參數(shù)要求，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到壓縮機(jī)的相關(guān)參數(shù)，如級(jí)數(shù)、列數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等。經(jīng)過(guò)動(dòng)力計(jì)算得到活塞式壓縮機(jī)的受力情況。準(zhǔn)確地分析機(jī)組受力情況，對(duì)于消除機(jī)組的振動(dòng)非常重要?；钊綁嚎s機(jī)熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算的結(jié)果將為各部件圖形以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供原始數(shù)據(jù)，其計(jì)算結(jié)果的精確程度體現(xiàn)了壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)水平，也是壓縮機(jī)研究方面的一個(gè)課題。關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī)，熱力計(jì)算，動(dòng)力計(jì)算，氣缸，曲軸1緒論1.1無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)在生產(chǎn)上使用的意義及發(fā)展趨勢(shì)一般壓縮機(jī)所供給的含油氣體，常常給生產(chǎn)工藝帶來(lái)一系列不良后果。譬如，合成氨廠中的氮?dú)浠旌蠚怏w進(jìn)入合成塔如果夾帶有油，便會(huì)使觸媒中毒，降低使用壽命；空氣分離部門(mén)的氧氣壓縮機(jī)為防爆而不能用油潤(rùn)滑；石油氣壓縮機(jī)中的碳?xì)浠衔飼?huì)使?jié)櫥拖♂專(zhuān)_(dá)不到潤(rùn)滑效果；是氣動(dòng)儀表用的空氣壓縮機(jī)如果帶油，會(huì)很容易堵塞細(xì)小的儀表管路，嚴(yán)重影響靈敏度；降溫工程用的壓縮機(jī)，潤(rùn)滑油會(huì)被凝固；食品工業(yè)和制藥工業(yè)的產(chǎn)品不允許被油污染等等。無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)可以滿足這類(lèi)工藝和產(chǎn)品的特殊需要。此外，無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)還可有以下特點(diǎn)：（1）由于氣體不帶油,減少和消除了油污染沉積在熱交換器管壁上的可能，使換熱效率提高氣體的阻力損失也可以減少。（2）可以取消注油器、油分離器等設(shè)備，并因此降低了系統(tǒng)阻力。在合成氨工藝流程中，合成塔入口壓力可相對(duì)的提高，有利于增加合成氨的產(chǎn)量。（3）可以節(jié)約大量的潤(rùn)滑油，一臺(tái)高壓循環(huán)機(jī)每年可以省油3600公斤。（4）由于使用了自潤(rùn)滑材料的填料函密封元件基本上省去了對(duì)原金屬填料函繁重的刮研工作量。尤其是高壓填用的巴氏合金錐形填料函，當(dāng)被具有自潤(rùn)滑性能的填充聚四氟乙烯的平面填料函取代后，檢修工作量只有原來(lái)的六分之一，而且勞動(dòng)強(qiáng)度也大大降低。（5）理想的無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，由于密封摩擦件摩擦系數(shù)低，而是用壽命長(zhǎng)?；钊h(huán)、填料函在中、低壓差的條件下，使用壽命可達(dá)10000小時(shí)，約為原金屬填料函的1.5~2倍，并減少了非生產(chǎn)的檢修時(shí)間和開(kāi)車(chē)用電。（6)提高了氣缸或汽缸套、活塞桿的使用壽命。一般情況下，使用后的氣缸或汽缸套的鏡面光潔度都很高，而且磨損較小。雖然無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)采用工程塑料或金屬塑料做密封元件，成本比金屬要高些，但其經(jīng)濟(jì)效果卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于用金屬密封件的有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)。由此可見(jiàn)，無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的應(yīng)用有十分重要的意義。對(duì)老機(jī)組進(jìn)行無(wú)油潤(rùn)滑改造和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的新型的無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)已是科研、生產(chǎn)部門(mén)刻不容緩的重要任務(wù)。國(guó)外無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)開(kāi)始于三十年代。1935年瑞士蘇爾壽公司發(fā)表了迷宮式密封無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的專(zhuān)利。五十年代處，世界市場(chǎng)上出現(xiàn)了第一批無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)。1957年，西德林德公司已可年產(chǎn)200臺(tái)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，總功率達(dá)50000馬力。六十年代末，日本生產(chǎn)的活塞式壓縮機(jī)，其中無(wú)油潤(rùn)滑的占50%；1967年瑞士蘇爾壽公司可制造排氣量達(dá)10000標(biāo)準(zhǔn)米3/時(shí)、排氣壓力公斤/厘米2的迷宮式壓縮機(jī)；法國(guó)杜亞德公司生產(chǎn)公斤/厘米2氮?dú)錃鈱?duì)稱(chēng)平衡型無(wú)油壓縮機(jī)。密封結(jié)構(gòu)也在不斷改革、創(chuàng)新。林德公司的T型活塞環(huán)結(jié)構(gòu)在排壓低于180公斤/厘米2的情況下，使用壽命8000小時(shí)以上。美國(guó)杜邦公司設(shè)計(jì)的套筒密封結(jié)構(gòu)用于70~350公斤/厘米2時(shí)，具有較大的磨損補(bǔ)償潛力。1969年，日本三國(guó)重工業(yè)公司提出可以使用20000小時(shí)的整體密封環(huán)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)。目前國(guó)外無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)最大功率達(dá)4050千瓦以上，最高排氣壓力500公斤/厘米2，最高活塞線速度5米/秒。填充聚四氟乙烯活塞環(huán)使用壽命在線速度4米/秒、密封壓差為100公斤/厘米2時(shí)，約為7000小時(shí)；在密封壓差為200~300公斤/厘米2，則為2000~3000小時(shí)。國(guó)內(nèi)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的研制工作首先出現(xiàn)于化肥工業(yè)的高壓循環(huán)機(jī)和壓縮機(jī)。各大、中型化肥廠使用的5T-3-285/320氮?dú)錃庋h(huán)壓縮機(jī)，普遍進(jìn)行了無(wú)油潤(rùn)滑改造。該機(jī)排氣壓力為320公斤/厘米2；活塞線速度為1.87米/秒；汽缸溫度低于50攝氏度。1967年，大連化工廠在工藝流程壓力260公斤/厘米2的條件下，取消該機(jī)注油器，使用壽命達(dá)半年。目前不少單位在320公斤/厘米2壓力下，使用壽命已穩(wěn)定在八個(gè)月到一年。雖然該機(jī)線速度和汽缸溫度都較低，但對(duì)填料函無(wú)油潤(rùn)滑的高壓差密封使用摸索了可貴的經(jīng)驗(yàn)。與此同時(shí)，在大、中、小型化肥廠高壓壓縮機(jī)的高壓缸上，開(kāi)展了不注油的改造工作。這樣，活塞環(huán)就處于高密封壓差、少油潤(rùn)滑的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。1965年首先在一臺(tái)1250馬力的氮?dú)鈮嚎s機(jī)五級(jí)汽缸上試用，該機(jī)排氣壓力200公斤/厘米2、活塞線速度2.7米/秒、汽缸溫度120攝氏度，填充聚四氟乙烯活塞環(huán)使用壽命達(dá)10000小時(shí)，排出氣體含油量可降低40%。2N45-130/362紅旗牌氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)六級(jí)活塞環(huán)密封壓差打314公斤/厘米2，活塞線速度4米/秒。苛刻的操作條件給不注油運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)了困難，衡州化工廠等單位采用金屬塑料或金屬纖維減摩材料活塞環(huán)，壽命為3000~4000小時(shí)，最高達(dá)8000小時(shí)。小化肥廠用L3.3-17/320氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)七級(jí)活塞環(huán)應(yīng)用聚酰亞胺，在上海吳淞化工廠等單位的使用壽命3000小時(shí)。在大型高壓壓縮機(jī)中的低壓級(jí)因汽缸直徑大、活塞重，使用支撐環(huán)比壓超出允許范圍，磨損增加，給無(wú)油潤(rùn)滑應(yīng)用帶來(lái)了困難。目前國(guó)內(nèi)能實(shí)行全部氣缸無(wú)油潤(rùn)滑的壓縮機(jī)，排氣壓力一般在150公斤/厘米2以下，線速度低于3.5米/秒，排氣溫度不高于160攝氏度。如果高于此操作條件，就必須采取進(jìn)一步措施以提高使用壽命，否則不能維持最短檢修周期。國(guó)內(nèi)從1965年開(kāi)始生產(chǎn)中、低無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)定型產(chǎn)品，如沈陽(yáng)氣體壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的2Z-6/8空氣壓縮機(jī)；杭州制氧機(jī)廠的2DY-100/41石油氣壓縮機(jī)和無(wú)錫壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的進(jìn)口壓力70公斤/厘米2、出口壓力90公斤/厘米2的D6.5-4.6/70-90氫氣循環(huán)壓縮機(jī)等等。國(guó)內(nèi)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的工作主要是針對(duì)氣缸的部分、但在這里不能不提到，包括傳動(dòng)部件在內(nèi)的整機(jī)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的研制工作也已開(kāi)展，并取得了一定的成效。沈陽(yáng)氣體壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的1Z-0.4/1.5和1Z-0.04/4全無(wú)油空氣壓縮機(jī)，無(wú)十字頭、主軸承和連桿大頭瓦采用滾動(dòng)軸承，小頭瓦滾針軸承，在低速輕載條件下，可用作醫(yī)療工具和噴氣織布。1976年上海醫(yī)院設(shè)備廠等單位試制成761型微型高壓無(wú)油潤(rùn)滑氧氣壓縮機(jī)，輸氣量為5米3/小時(shí)、大氣吸入，排氣壓力為120公斤/厘米2、線速度為0.84米/秒。該機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)移輕便，因此適用于偏僻山區(qū)及戰(zhàn)時(shí)醫(yī)療急需加壓罐氧充瓶用。該機(jī)十字頭用鋁合金制成，滑動(dòng)表面開(kāi)槽，槽內(nèi)裝有填充聚四氟乙烯滑塊，與十字頭滑道自潤(rùn)滑配合。連桿大頭采用雙列向心球面軸承，小頭為改性聚甲醛壓制的無(wú)油潤(rùn)滑軸承。當(dāng)然，傳動(dòng)部件無(wú)油，也僅指無(wú)稀油，滾動(dòng)軸承中的潤(rùn)滑脂還是存在的。2活塞壓縮機(jī)概述壓縮機(jī)是一種用來(lái)壓縮氣體提高氣體壓力或輸送氣體的機(jī)械。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，壓縮機(jī)的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)型式也日益增多。目前不但廣泛地應(yīng)用在采礦業(yè)、冶金業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、土木工程、石油化工、制冷與氣體分離工程以及國(guó)防工業(yè)中。而且醫(yī)療、紡織、食品、農(nóng)業(yè)交通等部門(mén)，對(duì)壓縮機(jī)的需要也在不斷地增加。2.1壓縮機(jī)分類(lèi)2.1.1容積式壓縮機(jī)容積式壓縮機(jī)是通過(guò)運(yùn)動(dòng)件的位移，使一定容積的氣體順序地吸入和排出封閉空間以提高靜壓力的壓縮機(jī)。（壓縮可以是內(nèi)壓縮或不是內(nèi)壓縮。如果是內(nèi)壓縮，壓力比可以是固定的或變化的。（1）軸驅(qū)動(dòng)的往復(fù)壓縮機(jī)是由軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使運(yùn)動(dòng)件在壓縮腔內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體的吸入和壓縮的容積式壓縮機(jī)。（2）回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)，其運(yùn)動(dòng)件是在汽缸中運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或幾個(gè)轉(zhuǎn)子。位移容積是通過(guò)滑片，一個(gè)或幾個(gè)嚙合零、部件或轉(zhuǎn)子本身的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.1.2動(dòng)力是壓縮機(jī)隨著氣體連續(xù)地由入口流向出口，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能來(lái)提高氣體壓力的一種壓縮機(jī)。（1）透平壓縮機(jī)具有回轉(zhuǎn)葉片、輪盤(pán)或葉輪的動(dòng)力式壓縮機(jī)（有效排氣壓力低于2×pa的透平壓縮機(jī)通常稱(chēng)為“透平鼓風(fēng)機(jī)”）。a.軸流透平壓縮機(jī)基本上是軸向流動(dòng)的裝有葉片的旋轉(zhuǎn)輪盤(pán)以及擴(kuò)壓器中轉(zhuǎn)化動(dòng)能的透平壓縮機(jī)。b.徑流透平壓縮機(jī)即離心壓縮機(jī)基本上是徑向流動(dòng)的葉輪和擴(kuò)壓器中轉(zhuǎn)化動(dòng)能的透平壓縮機(jī)。還有混流透平壓縮機(jī)（其氣體沿著介于軸向和徑向之間的方向流動(dòng)）和聯(lián)合透平壓縮機(jī)。（2）噴射式壓縮機(jī)它沒(méi)有運(yùn)動(dòng)元件，是通過(guò)轉(zhuǎn)化輔助流體的動(dòng)能來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮的動(dòng)力式壓縮機(jī)。2.2活塞式壓縮機(jī)工作原理活塞式壓縮機(jī)是利用活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮氣體（空氣、氧氣、天然氣、二氧火碳、氫氣等），以提高氣體壓力并輸送具有一定壓力氣體的機(jī)器。活塞式空氣壓縮機(jī)主要有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和氣缸組成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是指各運(yùn)動(dòng)部件，向活塞傳遞動(dòng)力。氣缸組件形成壓縮容腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的壓縮。為保證壓縮機(jī)正常工作，活塞式壓縮機(jī)上還配有一些附屬裝置。推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)成為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸回轉(zhuǎn)，曲軸推動(dòng)連桿，變回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)。連桿的運(yùn)動(dòng)又推動(dòng)著十字頭、活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞從上面最高處的極限位置（亦稱(chēng)為活塞的上死點(diǎn)）向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由氣缸和氣缸蓋以及活塞上端面所構(gòu)成的空間容積（稱(chēng)為氣缸容積）則將逐漸增加，這是外界的氣體將從進(jìn)氣管道沖開(kāi)氣閥中的閥片，進(jìn)入氣缸，活塞越往下部移動(dòng)，則從管道進(jìn)入氣缸中的氣體體積就越大，一直持續(xù)到活塞抵達(dá)氣缸下部的極限位置（亦稱(chēng)為活塞的下死點(diǎn)）。在這個(gè)過(guò)程中，外界的氣體不斷被吸入氣缸。當(dāng)活塞有下死點(diǎn)開(kāi)始返回運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣閥自動(dòng)關(guān)閉，不再吸氣。由于活塞向上運(yùn)動(dòng)，不斷的壓縮氣缸內(nèi)的氣體，使氣缸內(nèi)氣體的壓力不斷增加。當(dāng)活塞達(dá)到一定位置，被不斷壓縮的氣體的壓力增加到一定值時(shí)，壓縮氣體沖開(kāi)排氣閥，經(jīng)過(guò)排氣管道輸送到使用部門(mén)。一直到活塞抵達(dá)上死點(diǎn)時(shí)為止。在這期間，氣缸內(nèi)氣體壓力不在升高。當(dāng)活塞從上死點(diǎn)位置再次往下運(yùn)動(dòng)時(shí)，則排氣閥自動(dòng)關(guān)閉，停止排氣，而吸氣閥又再次自動(dòng)啟開(kāi)。外部氣體又從吸氣管道經(jīng)過(guò)吸氣閥被吸入壓縮機(jī)氣缸，就這樣，在壓縮機(jī)工作過(guò)程中，外界氣體不斷吸進(jìn)壓縮機(jī)汽缸，又不斷的被壓縮，被排除、被輸送出去。當(dāng)壓縮機(jī)的主軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一個(gè)吸氣、壓縮、排氣過(guò)程，這個(gè)工作過(guò)程也稱(chēng)為活塞式壓縮機(jī)的循環(huán)。當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，與其支撐面要產(chǎn)生摩擦，因而要消耗功。為了減少摩擦力和零部件的磨損，每個(gè)機(jī)械摩擦面上都必須敷設(shè)耐磨材料并保證充分的潤(rùn)滑。為保證氣缸內(nèi)進(jìn)入干凈的空氣，在壓縮機(jī)吸氣口出安裝有空氣過(guò)濾器。為使壓縮機(jī)能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須消除壓縮時(shí)所產(chǎn)生的熱量，為此，設(shè)置了冷卻裝置。為了將脈動(dòng)的壓縮空氣變?yōu)檩^穩(wěn)定的壓縮空氣，設(shè)置了儲(chǔ)氣罐。為保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還設(shè)有級(jí)間冷卻器、緩沖器、液氣分離器、安全閥以及向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和氣缸的摩擦部位供潤(rùn)滑油的油泵和注油器等附屬設(shè)備?；钊綁嚎s機(jī)多用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。中小型固定式空氣壓縮機(jī)，用異步電動(dòng)機(jī)，大型用同步電動(dòng)機(jī)，小型移動(dòng)壓縮機(jī)采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，有些大型壓縮機(jī)用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。2.3活塞式壓縮機(jī)的主要用途隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓縮機(jī)應(yīng)用日益廣泛，壓縮機(jī)按使用的目的不同，可以分為以下幾種：（1）動(dòng)力用壓縮機(jī)壓縮空氣供驅(qū)動(dòng)各種風(fēng)動(dòng)機(jī)械和風(fēng)動(dòng)工具。具有安全、經(jīng)濟(jì)和效率高的優(yōu)點(diǎn)。（2）工藝用壓縮機(jī)用于工藝設(shè)備的充氣送風(fēng)，在化學(xué)工業(yè)中，將氣體壓縮至高壓，有利于化學(xué)反應(yīng)，用與合成及聚合。（3）制冷和氣體分離用壓縮機(jī)氣體經(jīng)壓縮后送入冷凝氣，使之變?yōu)橐后w，若在膨脹至低壓，液體經(jīng)蒸發(fā)而吸熱，可達(dá)到制冷目的。若液化的氣體為混合液體，則可根據(jù)其各組分的不同汽化溫度，而將其分離出來(lái)，得到各種純度的氣體。（4）氣體輸送用壓縮機(jī)在冶金、電力和石油等工業(yè)中，用于高爐鼓風(fēng)，高爐和鍋爐的煤氣輸送，礦井和電站冷卻通風(fēng)以及石油鉆井等。在科研和公共設(shè)施方面，用于風(fēng)動(dòng)試驗(yàn)和地鐵換氣等。2.4活塞式壓縮機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)（1）活塞式壓縮機(jī)具有較高的排氣壓力，目前可分為低壓、中壓、高壓、超高壓等四種可根據(jù)不同型號(hào)的活塞式壓縮機(jī)。（2）活塞式壓縮機(jī)的效率，高于回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)和速度壓縮機(jī)。（3）活塞式壓縮機(jī)的排氣量可在較廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整和選擇，在需要較小的排氣量情況下，采用活塞式壓縮機(jī)比較合理，經(jīng)濟(jì)、安全。（4）活塞式壓縮機(jī)的生產(chǎn)多采用普通鋼材，其制造精度一般為7～8及精度，制造加工方便。（5）活塞式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不高，當(dāng)需要較大的排氣量時(shí)，其機(jī)體龐大、笨重并需大型基礎(chǔ)，因此，黨派氣量較大時(shí)，不宜采用活塞式壓縮機(jī)。(6）活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，易損件較多，在運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)較大，噪音大，維護(hù)、檢修和安裝均較麻煩。2.5活塞式壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式活塞式壓縮機(jī)的驅(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。活塞式壓縮機(jī)用驅(qū)動(dòng)機(jī)可分三類(lèi)：(1）電動(dòng)機(jī)—異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(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)。3活塞式壓縮機(jī)的熱力學(xué)計(jì)算圖3-1進(jìn)排氣系統(tǒng)圖（1）圖a的進(jìn)氣系統(tǒng)有氣體連續(xù)、穩(wěn)定產(chǎn)生，進(jìn)氣壓力近似恒定；排氣壓力也近似恒定，運(yùn)行參數(shù)基本恒定。（2）圖b的進(jìn)氣系統(tǒng)有氣體連續(xù)、穩(wěn)定產(chǎn)生，進(jìn)氣壓力近似恒定；排氣系統(tǒng)為有限容積，排氣壓力由低到高逐漸增加，一旦達(dá)到額定值，壓縮機(jī)停止工作。（3）圖c的進(jìn)氣系統(tǒng)為有限容積，進(jìn)氣壓力逐漸降低；排氣系統(tǒng)壓力恒定，一旦低于某一值，壓縮機(jī)停止工作。（4）圖d的進(jìn)、排氣系統(tǒng)均為有限容積，壓縮機(jī)工作后，進(jìn)氣壓力逐漸降低；排氣系統(tǒng)壓力不斷升高，當(dāng)進(jìn)氣系統(tǒng)低于某一值或排氣系統(tǒng)高于某一值，壓縮機(jī)停止工作。3.1設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)排氣量=0.6，進(jìn)氣壓力=1×（絕對(duì)壓力）進(jìn)氣溫度=-10℃～35℃排氣壓力Pd=0.7Mpa（絕對(duì)壓力3.2熱力計(jì)算（1)結(jié)構(gòu)形式及方案選擇應(yīng)為是小型空氣壓縮機(jī)，顧可采用單機(jī)壓縮；又考慮微型壓縮機(jī)的排氣量系列化（0.3m3/min、0.6m3/min、0.9m3/min）要求，故采用以排氣量為0.3m3/min的汽缸。做的V型壓縮機(jī)。（2)名義壓力比（3)名義排氣溫度考慮到中型壓縮機(jī)的熱換條件級(jí)雙作用高壓比條件下的泄漏情況，取壓縮過(guò)程指數(shù)n=1.28,計(jì)算得排氣溫度Td=432-273=159℃所以排氣溫度為103℃～168℃。（4)計(jì)算與排氣量有關(guān)的各種系數(shù)eq\o\ac(○,1)進(jìn)氣系數(shù)計(jì)算容積系數(shù)，取=0.4m按表m=1.2m按《活塞式壓縮機(jī)工作原理》表3-1選取得m=1.2,計(jì)算得取壓力系數(shù)=0.97=0.85計(jì)算得=0.973×0.97×0.85=0.8eq\o\ac(○,2)泄露系數(shù)泄露位置進(jìn)氣閥排氣閥活塞環(huán)相對(duì)泄漏量0.0150.0150.040.070.935（5)計(jì)算汽缸行程容積Vh===0.000408（活塞轉(zhuǎn)速按照《活塞壓縮機(jī)設(shè)計(jì)》中選?。?)求取汽缸直徑（1）取活塞行程s=80㎜計(jì)算得活塞平均速度汽缸直徑將氣缸的直徑圓整為D1=90mm（7)圓整缸徑后復(fù)算汽缸行程容積（8)復(fù)算排氣量（9)考慮壓力損失后實(shí)際排氣壓力及壓縮終了溫度由圖3-16查得故實(shí)際進(jìn)氣壓力實(shí)際排氣壓力實(shí)際壓力比壓縮終了溫度（10)計(jì)算最大活塞力向軸行程向蓋行程其中為曲軸箱內(nèi)的背壓力，按計(jì)所以活塞上所受的活塞力=-=29-(-4108)=4137N（11)計(jì)算指示功率按式《活塞式壓縮機(jī)原理》（4-37）取n=1.28這里結(jié)果可得Ni=1.93KW（12)所需軸功率取機(jī)械效率（13)選用電動(dòng)機(jī)查電動(dòng)機(jī)目錄后選用異步電動(dòng)機(jī)Y100L-2型，其功率為3KW,轉(zhuǎn)速n=2800. （14)計(jì)算等溫效率由式4-30知等溫功率為為復(fù)算后的排氣量等溫指示效率（15)容積比能4壓縮機(jī)動(dòng)力性能和計(jì)算當(dāng)壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，作用于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的力有三種：（1）慣性力；（2）氣體壓力所造成的力—?dú)怏w力；（3）相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間產(chǎn)生的摩擦力。至于各機(jī)件本身的重力，其作用一般相對(duì)較小，可以不予考慮。在討論這三種力之前，先討論曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。4.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系壓縮機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)是壓縮機(jī)各運(yùn)動(dòng)件的總和，它包括：曲軸、連桿、活塞。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的形式有兩類(lèi)：中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)和偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)。偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)在于氣缸中心線相對(duì)于曲軸旋轉(zhuǎn)中心有一偏心距e,應(yīng)用偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)可以使活塞所受到的側(cè)向力較均勻。同時(shí)，在其他條件相同時(shí)，汽缸的進(jìn)氣過(guò)程也較中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)為長(zhǎng)。但是，一般情況下，曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度之比不大時(shí)，偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)并不顯著。而且曲軸的轉(zhuǎn)向也受到了嚴(yán)格的限制。因此，通常不宜采用。壓縮機(jī)中應(yīng)用最廣的是中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)。4.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力已知曲柄半徑為r，連桿長(zhǎng)為l，曲柄半徑連桿比為，由于在內(nèi)選擇，在此取由s=2r且s=80㎜得r=40㎜從而得出l=160㎜.圖4-1質(zhì)量簡(jiǎn)化系統(tǒng)圖4-2連桿質(zhì)量轉(zhuǎn)化4.2.1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量等效如圖所示簡(jiǎn)化過(guò)程，得到轉(zhuǎn)化后的結(jié)構(gòu)圖4-3曲軸質(zhì)量轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)圖整個(gè)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化在往復(fù)運(yùn)動(dòng)部分的總質(zhì)量為：整個(gè)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分的總質(zhì)量為：4.2.2.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量轉(zhuǎn)化質(zhì)量轉(zhuǎn)化的原則是保持系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)上的等效性。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的所有運(yùn)動(dòng)零件，按其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同可分為三類(lèi)：（1）活塞是作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的。這樣，按直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)上的任何質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都是一樣的原則，可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為這些部件的質(zhì)量集中活塞銷(xiāo)中心點(diǎn)A上，并用表示。（2）連桿做擺動(dòng)，它的大頭裝在曲柄銷(xiāo)上，隨曲軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；小頭與十字頭相連，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)連桿是做平面運(yùn)動(dòng)。由于兩岸的大部分質(zhì)量集中在大、小頭上。所以通常是把連桿的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為兩部分：一部分集中于小頭的；另一部分集中于大頭的在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，可根據(jù)連桿的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，?。?）曲軸做單純的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由曲軸所造成的不平衡質(zhì)量應(yīng)為。綜上所述，曲柄連桿機(jī)構(gòu)被轉(zhuǎn)化為兩質(zhì)量系統(tǒng)。其中，一個(gè)質(zhì)量集中于十字頭銷(xiāo)中心點(diǎn)的往復(fù)質(zhì)量，其值為另一個(gè)質(zhì)量集中于曲柄銷(xiāo)中心點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，其值為4.2.3.往復(fù)慣性力已知慣性力等于質(zhì)量與加速度的乘機(jī)，其方向和加速度方向相反，所以由往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力為往復(fù)慣性力I可以看做是兩部分慣性力之和，即其中為一階往復(fù)慣性力，為二階往復(fù)慣性力。下圖是時(shí)的總往復(fù)慣性力、一階和二圖4-4階往復(fù)慣性力隨轉(zhuǎn)角的變化情況的往復(fù)慣性力當(dāng)時(shí)，往復(fù)慣性力達(dá)到最大值，并為當(dāng)時(shí)，往復(fù)慣性力達(dá)最小值，并為4.2.4.氣體力氣缸內(nèi)的氣體壓力隨活塞運(yùn)動(dòng)，即隨曲軸轉(zhuǎn)角變化，變化規(guī)律可由壓力指示圖或過(guò)程方程得到。幾種典刑期缸的氣體力計(jì)算圖4-5典型氣缸結(jié)構(gòu)氣體力的計(jì)算計(jì)算公式為—作用在上的氣體壓力—活塞的有效面積由熱力學(xué)知，氣缸內(nèi)的氣體壓力是隨著活塞的運(yùn)動(dòng)、即隨曲柄轉(zhuǎn)角而變化，其變化規(guī)律可由壓縮機(jī)的氣缸壓力指示圖獲得。其眾坐標(biāo)為汽缸壓力，橫坐標(biāo)為活塞位移。為余隙容積當(dāng)量行程，為相對(duì)余隙容積，為進(jìn)、排氣壓力損失，在力學(xué)計(jì)算時(shí)，不好計(jì)算，應(yīng)先估算 P=4120N在初步計(jì)算時(shí)可按下式估計(jì)每列最大往復(fù)質(zhì)量再壓縮集中，通常在的范圍內(nèi)選取，由前面可知，取0.25，即=的4倍。往復(fù)摩擦力因此列的活塞力=4137+4221-722.4=7635.6N側(cè)向力和連桿力則則4.2.5.主軸承上的作用力連桿力的另一作用是使曲軸的主軸頸向主軸承上作用一個(gè)力。該力可以分解為水平方向和垂直方向的兩個(gè)分力：垂直方向分力值恰等于側(cè)向力，而方向與側(cè)向力相反，即水平方向分力值恰等于總活塞力，即5壓縮機(jī)基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.1曲軸的設(shè)計(jì)壓縮機(jī)曲軸有兩種基本形式：，曲柄軸，曲拐軸。曲柄軸結(jié)構(gòu)連皮帶輪同電機(jī)軸一起，一般只有兩個(gè)主軸承，對(duì)于支撐偏斜不較敏感，便于曲軸安裝。由于曲柄軸的曲柄銷(xiāo)是外伸梁，使連桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。但是，采用曲柄軸的壓縮機(jī)，一般只能取臥式型式，致使機(jī)器笨重，基礎(chǔ)龐大。目前新設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)，除微型壓縮機(jī)和超高壓縮機(jī)等特殊情形外，已極少采用曲柄軸。曲拐軸在安裝方便，雖較曲柄軸較差，但是采用曲拐軸的壓縮機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)平衡式、角式、立式等先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式，使壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；此外，采用曲拐軸的壓縮機(jī)，在氣缸設(shè)置列數(shù)方面不受限制，便于滿足流程要求。因此，在壓縮機(jī)上采用曲拐軸的，正日益增多。5.1.1曲軸設(shè)計(jì)基本原則（1）曲軸的軸頸要有適當(dāng)?shù)某叽纾古溆玫妮S承能有勝任的負(fù)荷能力。(2）曲軸要有足夠的強(qiáng)度，以承受交變彎曲與交變扭轉(zhuǎn)的作用。曲軸的各危險(xiǎn)斷面,尤其是有有高度應(yīng)力集中現(xiàn)象存在的軸頸與曲柄間過(guò)度圓角處，要進(jìn)行強(qiáng)度校核。(3）高度應(yīng)力集中現(xiàn)象存在的軸頸與曲柄間過(guò)度圓角處，要進(jìn)行強(qiáng)度校核。(4)要有足夠的剛度，軸頸偏轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)需允值，以保證軸承可靠的工作。5.1.2曲軸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)基于以上要求，對(duì)于曲拐軸尺寸初步確定如下：(1)曲柄銷(xiāo)直徑這里取系數(shù)為4.6，p為最大活塞力，單位為噸。由前面的力學(xué)分析計(jì)算可知p=0.42噸。代入上式得D=32㎜.(2)主軸頸直徑這里選系數(shù)為1.1則由D1=35㎜.在確定軸頸尺寸時(shí)，應(yīng)顧及軸頸重合度S,應(yīng)盡量避免等于零或接近與零?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖：圖5-1曲柄的主要尺寸圖5-2軸頸重合度(3)曲柄厚度這里取系數(shù)為0.6，則由T=0.6×32=19㎜.(4)曲柄寬度這里取系數(shù)為1.4，則有H=1.4×32=45㎜.5.2連桿設(shè)計(jì)5.2.1.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題和方法:

連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)通常包括選型、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、承載能力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪制機(jī)構(gòu)裝配圖與零件工作圖等內(nèi)容，其中選型是確定連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成，包括構(gòu)件數(shù)目以及運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目；運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)是確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的參數(shù)，包括各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置尺寸以及描繪連桿曲線的點(diǎn)的位置尺寸等等；承載能力計(jì)算是基于強(qiáng)度理論，確定關(guān)鍵零件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在綜合考慮安裝、調(diào)整、加工工藝性等因素情況下對(duì)各零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的全面細(xì)化。平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)是本章的主要研究?jī)?nèi)容，它一般可歸納為以下三類(lèi)基本問(wèn)題：

(1)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件給定位置（亦稱(chēng)剛體導(dǎo)引），即要求連桿機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)某構(gòu)件按規(guī)定順序精確或近似地經(jīng)過(guò)給定的若干位置。

(2)實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律（亦稱(chēng)函數(shù)生成），即要求主、從動(dòng)件滿足已知的若干組對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，包括滿足一定的急回特性要求，或者在主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定時(shí)，從動(dòng)件能精確或近似地按給定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。

(3)實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)軌跡（亦稱(chēng)軌跡生成），即要求連桿機(jī)構(gòu)中作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件上某一點(diǎn)精確或近似地沿著給定的軌跡運(yùn)動(dòng)。

在進(jìn)行平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，往往是以上述運(yùn)動(dòng)要求為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)還要兼顧一些運(yùn)動(dòng)特性和傳力特性等方面的要求，如整轉(zhuǎn)副要求、壓力角或傳動(dòng)角要求、機(jī)構(gòu)占據(jù)空間位置要求等。另外，設(shè)計(jì)結(jié)果還應(yīng)滿足運(yùn)動(dòng)連續(xù)性要求，即當(dāng)主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件也能連續(xù)地占據(jù)預(yù)定的各個(gè)位置，而不能出現(xiàn)錯(cuò)位或錯(cuò)序等現(xiàn)象。5.2.2連桿的定位為了防止連桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)的左右擺動(dòng)，以及考慮曲軸的熱膨脹引起的軸向移動(dòng)對(duì)連桿的影響，連桿必須加以定位，定位的方法有大頭定位與小頭定位兩種。大頭定位是在連桿大頭軸瓦兩端面與曲柄銷(xiāo)的配合斷面采用較小的配合間隙（約0.2㎜～0.5㎜）；在大頭銷(xiāo)與曲柄銷(xiāo)的配合斷面，取2㎜～5㎜的配合間隙。大頭定位適用于大頭軸瓦為厚壁瓦的情況。近年來(lái)，由于大頭軸瓦都采用薄壁瓦，而薄壁瓦不容易做成翻邊的形狀，所以采用小頭定位的連桿應(yīng)用較為廣泛。5.2.3連桿長(zhǎng)度L的確定圖5-3連桿的主要尺寸連桿長(zhǎng)度L，即連桿大小頭孔中心距，由前面的計(jì)算已經(jīng)知道L=160㎜.式中p—最大活塞力—桿體中間截面面積的當(dāng)量直徑當(dāng)p>2,桿體為工字型截面，上式中系數(shù)取2.14～2.2.在這里取2.2.則有圖5-4小頭襯套襯套的厚度S及寬度b?。篠=(0.06-0.08)d這里取系數(shù)為0.07代入數(shù)據(jù)解得S=1.4㎜則小頭孔徑=20㎜b=(1-1.4)d這里取系數(shù)為1.2代入數(shù)據(jù)解得b=24.連桿的寬度B=0.9b=0.9×24=22（1.25-1.35）=30=1.3D=1.3×32=425.2.4連桿的計(jì)算（1)連桿力的確定計(jì)算連桿的強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)連桿力進(jìn)行計(jì)算。為簡(jiǎn)化計(jì)算，均已最大活塞力P作為連桿所受的最大力，由前面的計(jì)算知活塞力p=0.42噸。有的壓縮機(jī)，例如高速壓縮機(jī)以及運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量很重的壓縮機(jī)。（2)連桿桿體的強(qiáng)度校核連桿小頭處的桿體截面：此截面可認(rèn)為是承受單純的壓縮與拉伸作用力，其應(yīng)力按下式計(jì)算式中P—最大活塞力—桿體小頭處最小截面積。由前面的計(jì)算知=7，則得公斤/厘米2用應(yīng)力，則有<所以滿足要求。（3）連桿桿體穩(wěn)定性的計(jì)算：由于桿體截面延長(zhǎng)度變化，計(jì)算時(shí)均以桿體中間截面為計(jì)算截面。桿體所受的壓應(yīng)力式中p—最大活塞力—桿體中間截面的面積公斤/厘米2=28（4）桿體在連桿擺動(dòng)平面的縱向彎曲應(yīng)力，如下圖所示圖5-5（a）在連桿擺動(dòng)平面上（b）在連桿擺動(dòng)垂直平面上式中p—最大活塞力C—系數(shù)，見(jiàn)表5—14，查表得C=L—連桿長(zhǎng)度，l=160㎜公斤/厘米2=0.029（5）連桿的材料連桿的材料，HT2005.3連桿螺栓設(shè)計(jì)連桿螺栓是連桿上非常重要的零件。影響連桿螺栓強(qiáng)度的重要因素是：結(jié)構(gòu)的合理，尺寸的適當(dāng)，材料的選擇以及工藝過(guò)程。通常連桿螺栓的斷裂是由于應(yīng)力集中的部位上的材料的疲勞而斷裂的。5.3.1連桿螺栓及螺母材料的選擇連桿螺栓要求強(qiáng)度高，塑性好的材料。螺母材料可以選擇與螺栓不同的材料。材料的選?。ā痘钊麎嚎s設(shè)計(jì)》見(jiàn)表5—15.）從表中選取螺栓的材料為40Cr,螺母的材料為35Mn.5.3.2連桿結(jié)構(gòu)尺寸的確定連桿螺栓的結(jié)構(gòu)圖如下：圖5-6連桿螺栓結(jié)構(gòu)圖圖5-7小型連桿的連桿螺栓圖5-8連桿螺栓各尺寸關(guān)系（1)連桿螺栓直徑p—最大活塞力，單位為噸連桿螺栓直徑為6mmp22噸時(shí)，連桿螺栓用兩個(gè)；p22噸時(shí)，連桿螺栓用四個(gè)。（2)連桿螺栓長(zhǎng)度螺栓處于桿體中長(zhǎng)度=25㎜.螺栓處于大頭蓋中長(zhǎng)度=25㎜.螺栓總長(zhǎng)度（不包括螺栓頭）=60㎜.式中D為曲柄銷(xiāo)的直徑，由前面的計(jì)算知D=35㎜.（3）連桿螺栓的計(jì)算eq\o\ac(○,1)連桿螺栓所受預(yù)緊力T式中Z為螺栓的個(gè)數(shù)，這里取Z=2,代入數(shù)據(jù)有.=2.5=5250N預(yù)緊力太大，會(huì)使螺栓應(yīng)力增高而損壞；預(yù)緊力太小，容易使螺母松動(dòng)而斷裂。所以預(yù)緊連桿螺母一定要保證預(yù)緊力，保證的方式有兩種：eq\o\ac(○,2)測(cè)量連桿螺栓的伸長(zhǎng)量。其值可按下式計(jì)算：式中T—預(yù)緊力L—螺栓總長(zhǎng)度E—螺栓材料彈性模數(shù)，取2.058×Mpa—螺栓直徑計(jì)算得到=0.11mmeq\o\ac(○,3)螺栓強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的軸向力Q螺栓在預(yù)緊后，由于外力的作用，實(shí)際上螺栓上的軸向力Q.2.6×4200/2=5460N5.4活塞的設(shè)計(jì)5.4.1活塞的工作條件和設(shè)計(jì)要求活塞是在高負(fù)荷、高溫、高速、潤(rùn)滑不良的條件下工作的，對(duì)它的設(shè)計(jì)要求：（1）要選用熱強(qiáng)度好、耐磨、比重小、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、具有良好減磨性、工藝性的材料；（2）有合理的形狀和壁厚。使散熱良好，強(qiáng)度、剛度符合要求，盡量減輕重量，避免應(yīng)力集中；（3）保證燃燒室氣密性好，竄氣、竄油要少又不增加活塞組的摩擦損失；（4）在不同工況下都能保持活塞與缸套的最佳配合；（5）減少活塞從燃?xì)馕盏臒崃?，而已吸收的熱量則能順利地散走；（6）在較低的機(jī)油耗條件下，保證滑動(dòng)面上有足夠的潤(rùn)滑油。5.4.2進(jìn)行活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重解決的問(wèn)題是：（1）改善活塞頂及第一環(huán)的工作條件，防止頂部熱裂和環(huán)粘結(jié)、卡死和過(guò)度磨損；（2）改善活塞銷(xiāo)和銷(xiāo)座的實(shí)際承載能力，減少磨損，防止破裂；（3）確定合適的裙部外形和熱膨脹控制措施，提高裙部承載能力和減小配缸間隙，改善磨損并使運(yùn)轉(zhuǎn)平順。5.4.3活塞的材科根據(jù)上述對(duì)活塞設(shè)計(jì)的要求，活塞材料應(yīng)滿足如下要求：（1）熱強(qiáng)度高。即在300~400C高溫下仍有足夠的機(jī)械性能，使零件不致?lián)p壞；（2）導(dǎo)熱性好，吸熱性差。以降低頂部及環(huán)區(qū)的溫度，并減少熱應(yīng)力；（3）膨脹系數(shù)小。使活塞與氣缸間能保持較小間隙；（4）比重小。以降低活塞組的往復(fù)慣性力，從而降低了曲軸連桿組的機(jī)械負(fù)荷和平衡配重；（5）有良好的減磨性能(即與缸套材料間的摩擦系數(shù)較小)，耐磨、耐蝕；活塞材料選用HT30-54圖5-9型活塞主要結(jié)構(gòu)尺寸5.4.4基本尺寸設(shè)計(jì)取活塞直徑D=90㎜,活塞總高度H與活塞直徑D一般為H=1×90=90mm活塞環(huán)徑向厚度t=（1/22-1/36）D=1/25×90=3.6mm軸向高度h=（0.4-1.4）t=0.5×3.6=1.8mm活塞環(huán)之間的距離C1=（0.8-1.5）h=1×1.8=1.8mm活塞頂面到第一道活塞環(huán)的距離C=2h=3.6裙部到底邊的高度l=0.7h=63mm活塞銷(xiāo)中心線到底邊的距離h1=0.6l=38mm5.4.5環(huán)岸的強(qiáng)度校核在膨脹沖程開(kāi)始時(shí)，在爆發(fā)壓力作用下，第一道活塞環(huán)緊壓在第一環(huán)岸上。由于節(jié)流作用，第一環(huán)岸上面的壓力p比下面壓力p大得多，不平衡力會(huì)在岸根產(chǎn)生很大的彎曲和剪切應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力值超過(guò)鋁作用著最高爆發(fā)壓力p=7.5MPa時(shí)，p0.9p=6.75MPa，p=0.2p=1.5MPa。環(huán)岸是一個(gè)厚度為c,內(nèi)外圓直徑為D、的圓環(huán)行板，沿內(nèi)圓柱面固定，要精確計(jì)算固圖5-10活塞環(huán)危險(xiǎn)面定面的應(yīng)力比較復(fù)雜，可以將其簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的懸臂梁進(jìn)行大致計(jì)算。(p-p)(D-)=0.0026pD而環(huán)岸根斷面的抗彎斷面系數(shù)近似等于c*0.9D=0.47cD所以環(huán)根部危險(xiǎn)斷面上的彎曲應(yīng)力==0.055p()()同理得剪切應(yīng)力=0.37p()按合成應(yīng)力公式==34()計(jì)算得在此材料的范圍之內(nèi)。5.4.6活塞銷(xiāo)尺寸的確定決定銷(xiāo)尺寸時(shí)，按計(jì)算項(xiàng)目重要性的排列次序如下：1)塞銷(xiāo)的彎曲變形；2)活塞銷(xiāo)的橢圓變形；3)座上的表面壓力；4)活塞銷(xiāo)的應(yīng)力。5.4.7應(yīng)力計(jì)算活塞銷(xiāo)的應(yīng)力是縱向變形所產(chǎn)生的縱向彎曲應(yīng)力勺銷(xiāo)的橫斷面失圓產(chǎn)生的橫向彎曲應(yīng)力的組合?；钊N(xiāo)的縱向彎曲應(yīng)力可表示為=0.093（牛頓/毫米）活塞銷(xiāo)的橫向彎曲應(yīng)力=0.0685*（牛頓/毫米）由于總彎曲應(yīng)力=，因此=0.093=295（牛頓/毫米）算出的總應(yīng)力應(yīng)在200~400牛頓/毫米范圍內(nèi)。計(jì)算得出在范圍之內(nèi)，所以符合要求。5.5活塞環(huán)的設(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，它還起導(dǎo)熱的作用。對(duì)活塞環(huán)的基本要求是密封可靠和耐磨損。它是易損件，在設(shè)計(jì)中盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，以利生產(chǎn)管理?；钊h(huán)上有開(kāi)口，在自由狀態(tài)時(shí)，其直徑大于汽缸的直徑，因此，活塞環(huán)裝入氣缸時(shí)，由于材料本身的彈性，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)氣缸壁的預(yù)壓力。活塞環(huán)裝在活塞中與槽壁間應(yīng)留有間隙。壓縮機(jī)工作時(shí)，活塞環(huán)在其前壓力與后壓力的壓力差作用下，被推到壓力較低的一方，即密封了氣體沿環(huán)槽斷面的泄露。作用在活塞環(huán)內(nèi)圓上的壓力，約等于環(huán)前的壓力，此壓力大于作用在活塞環(huán)外圓上的平均壓力，于是形成壓力差，將環(huán)壓向氣缸鏡面，阻止了氣體沿汽缸壁的泄露。5-11活塞環(huán)密封原理圖活塞環(huán)的開(kāi)口常用的有直口的和斜口的。如下圖所示：5-12活塞環(huán)開(kāi)口形式在這里選擇直口型式的活塞環(huán)?；钊h(huán)參數(shù)的選擇與驗(yàn)算5.5.1參數(shù)的選擇選擇活塞環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)的步驟大致如下：（1）擇徑向壓力p。按徑向壓力不同，可將活塞環(huán)分為三類(lèi)：①高壓環(huán)。②中壓環(huán)(普通環(huán))。③低壓環(huán)（2）確定自由端距S。選S=8~10%D。（3）確定徑向厚度t。選t=（24~28）/D。（4）環(huán)的軸向?qū)挾萣。選b=3毫米。（5）裝配端隙。它越小，環(huán)的密封作用越好。計(jì)算得出t=3.6mmS=2.5mm=0.6工作應(yīng)力、安裝應(yīng)力與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系活塞環(huán)置入氣缸后，環(huán)周受均勻壓力p，任意截面所受彎矩如公式(8—20)，最大彎矩發(fā)生在環(huán)的切口對(duì)面的斷面＝0處[圖5-10斷面)，其值為M＝0.5bp(-1)=6740N.mm所以最大工作應(yīng)力===3p(-1)將公式(8-25)中的p代入此式，則有=E0.425E=0.425E4=152N/mm2裝配應(yīng)力的許用值<所以滿足要求5.6氣閥的設(shè)計(jì)氣閥是控制氣體進(jìn)、出氣缸的部件。是壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速提高的主要障礙，是噪聲的主要來(lái)源之一。壓縮機(jī)上的氣閥都是自動(dòng)氣閥。氣基本組成（1）閥座：具有能被閥片覆蓋的氣體通道，與閥片一起閉鎖氣流通道，并承受汽缸內(nèi)外壓力差；（2）啟閉元件：交開(kāi)啟與關(guān)閉閥座通道，控制氣體的進(jìn)出工作腔，也稱(chēng)閥片；（3）彈簧：氣閥關(guān)閉時(shí)推動(dòng)閥片落向閥座的零件，并在開(kāi)啟時(shí)抑制閥片對(duì)升程限制器的沖擊；（4）程限制器：限制閥片升起高度，并往往作為承座彈簧的零件，也稱(chēng)閥蓋。5-13氣閥結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)排氣閥基本結(jié)構(gòu)：eq\o\ac(○,1)進(jìn)、排氣閥的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別是進(jìn)氣閥的升程限制器在工作腔側(cè)，排氣閥則反之。eq\o\ac(○,2)環(huán)狀閥和網(wǎng)狀閥按升程限制器結(jié)構(gòu)，分為開(kāi)式和閉式兩種，eq\o\ac(○,3)開(kāi)式：優(yōu)點(diǎn)：升程限制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣體流過(guò)升程限制器外緣阻力損失??；缺點(diǎn)：氣閥螺釘易受到交變負(fù)荷而疲勞破壞。eq\o\ac(○,4)閉式閥的氣閥緊固螺釘?shù)闹睆娇奢^小，且較安全。5.7氣缸的設(shè)計(jì)氣缸是活塞壓縮機(jī)中組成壓縮容積的主要部分。根據(jù)壓縮機(jī)所要達(dá)到的壓力。排氣量，壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案，壓縮氣體的種類(lèi)，制造氣缸的材料以及制造廠的習(xí)慣等條件，氣缸的結(jié)構(gòu)可以有各種各樣的形式。5.7.1設(shè)計(jì)氣缸的要點(diǎn)是：（1）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。工作表面具有良好的耐磨性。（2）要有良好的冷卻；在有油潤(rùn)滑的的汽缸中應(yīng)有良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。（3）盡可能減小氣缸內(nèi)余隙容積和氣體阻力。（4）結(jié)合部分的連接和密封要可靠。（5）要有良好的制造工藝性和裝拆方便。氣缸直徑和閥座安裝孔等尺寸應(yīng)符合“三化”要求。5-14風(fēng)冷氣缸由于是微型無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，對(duì)于氣缸的冷卻也是很關(guān)鍵的。采用單臂氣缸無(wú)需汽缸套。直接通過(guò)風(fēng)冷來(lái)冷卻氣缸即可。5.8軸承的設(shè)計(jì)由于滾動(dòng)軸承多為已標(biāo)準(zhǔn)化的外購(gòu)件，因而，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承部件時(shí)，只需：

1.正確選擇出能滿足約束條件的滾動(dòng)軸承，包括：合理選擇軸承和校核所選出的軸承是否能滿足強(qiáng)度、轉(zhuǎn)速、經(jīng)濟(jì)等方面的約束；

2.進(jìn)行滾動(dòng)軸承部件的組合設(shè)計(jì)

滾動(dòng)軸承的選擇包括：合理選擇軸承的類(lèi)型、尺寸系列、內(nèi)徑以及諸如公差等級(jí)、特殊結(jié)構(gòu)等。3.軸承的調(diào)心性能

當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時(shí)，或因軸受力彎曲或傾斜時(shí)，會(huì)造成軸承的內(nèi)、外圈軸線發(fā)生偏斜。這時(shí)，應(yīng)采用有一定調(diào)心性能的調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。

對(duì)于支點(diǎn)跨距大、軸的彎曲變形大或多支點(diǎn)軸，也可考慮選用調(diào)心軸承。

圓柱滾子軸承，滾針軸承以及圓錐滾子軸承對(duì)角度偏差敏感，宜用于軸承與座孔能保證同心、軸的剛度較高的地方。此壓縮機(jī)選用調(diào)心滾子軸承，應(yīng)為主要承受的是徑向壓力。

所選軸承為22206C型號(hào)軸承軸承徑向力最大為最大活塞力Fr=4120N軸承軸向力忽略不計(jì)主要承受的是徑向力；初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P=fpXFrfp=1-1.2取fp=1.2（按照《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本選?。﹑=1.2×4120=4944Nε

為壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承

ε

＝3；對(duì)于滾子軸承

ε

＝10/3。驗(yàn)算軸承的壽命一天兩班制按時(shí)六小時(shí)計(jì)算，軸承的壽命要達(dá)到五年，一年按照365天計(jì)算。總用時(shí)為h1=16×365×5=29200hh1=29200h?Lh=42806h由計(jì)算可得所選軸承可以達(dá)到所需的要求。健的設(shè)計(jì)5.9.1鍵的選擇一般8級(jí)以上精度的帶輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵連接，故選用圓頭普通平鍵（A型）根據(jù)d=22㎜,從《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表6—1中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=8㎜,高度h=7㎜,由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)L=28㎜（比輪轂寬度小些）。5.9.2校核鍵連接的強(qiáng)度鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表6—2查得許用擠壓應(yīng)力=100～120Mpa,取其平均值，=110Mpa.鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=28-8=20㎜,鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5×7=3.5㎜.由前面的力學(xué)計(jì)算得T=550N.m2×1003/3.5×28×22=92.7Mpa<=110Mpa所以說(shuō)