L型活塞式空氣壓縮機結構設計

本科論文目錄摘要 IAbstract II引言 11緒論 21.1L型活塞式空氣壓縮機的研究目的與意義 21.2壓縮機的介紹 21.3L型活塞式壓縮機研究現(xiàn)狀 31.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 31.3.2國外研究現(xiàn)狀 41.4本文主要研究內(nèi)容 42基本組成和工作原理 52.1總體結構和組成 52.2活塞式壓縮機的工作原理 62.2.1活塞的工作過程 62.2.2氣缸的形式和工作腔 73活塞式壓縮機的熱力計算 83.1已知條件和參數(shù)確定 83.2計算I級、II級的壓力比 83.3計算各級的排氣溫度 93.4計算相關系數(shù) 103.4.1壓力系數(shù) 103.4.2計算凝析系數(shù)及加氣系數(shù) 113.5計算各級氣缸的行程容積 123.6各級活塞桿直徑以及氣缸直徑的選取 133.7活塞力相關計算 133.7.1活塞的工作面積 133.7.2活塞的推力計算 143.8電機的輸出功率和軸的功率計算 143.9電機的選擇 154動力計算 174.1往復慣性力的計算 174.2摩擦力的計算 174.3總活塞力的計算 184.4切向力的計算 185主要零部件設計 195.1活塞 195.2曲軸 195.3連桿 215.3.1連桿長度尺寸的確定 215.3.2連桿大頭瓦和小頭襯套尺寸的確定 215.3.3連桿寬度尺寸的確定 225.4填料函 225.5冷卻器 225.6潤滑 236整機的裝配渲染及其爆炸圖 246.1活塞曲柄滑塊配合圖 246.2整機的裝配圖展示 246.3整機的裝配渲染圖展示 256.4整機的裝配爆炸圖展示 25結論 26參考文獻 27致謝 29本科論文摘要活塞式空氣壓縮機在流動氣體動力源和制冷空調(diào)這兩大領域需求量極高，應用廣泛，在相應的領域上占據(jù)了極高的市場地位，L型活塞式空氣壓縮機是屬于角度式壓縮機當中的一種，它的適用壓力范圍廣、適應性強、排氣量范圍比較廣，最主要的是壓縮效率也比較高，是一種常用的機械設備，而L型活塞式空氣壓縮機是屬于容積型，容積型壓縮機是靠在氣缸內(nèi)作回轉(zhuǎn)或者往復運動的活塞，使空腔內(nèi)的體積變小而增加氣體壓力，產(chǎn)生勢能?；钊綁嚎s機里面的熱力和動力計算是在對于壓縮機設計當中必不可少的，通過對于一些數(shù)值的確定，能夠確定零件的選取以及設計，也能夠確定出活塞式壓縮機各部分的基本結構，通過三維建模以及渲染能夠且能清楚的認識到內(nèi)部結構，最后的爆炸圖也能體現(xiàn)出壓縮機結構的復雜成度。這次設計的研究方向就是對于活塞式壓縮機的整體結構設計的改善，以及氣缸和組件的設計的優(yōu)化，通過動力、熱力計算來確定壓縮機的設計方案。并且側重于傳動部分設計，密封則是用的三、六瓣平面填料密封，很大程度能夠滿足密封的要求，該設計的目的就是通過相應熱力計算，確定壓縮機結構當中得一些相關系數(shù)，比如活塞力、壓力系數(shù)等，之后再用動力計算來確定出摩擦力、切向力等，最后就是對于整體重要零件得一些相關系數(shù)的確定，最終目的是讓壓縮機的內(nèi)部結構升級，減少損耗，提高效率。關鍵詞：L型空氣壓縮機；動力；穩(wěn)定性；受力分析；密封

AbstractPistonaircompressorsareinhighdemandandarewidelyusedintwofields:mobilegaspowersourcesandrefrigerationandairconditioning,wheretheyoccupyaveryhighmarketposition.L-typepistonaircompressorisoneoftheangularcompressor,itappliestoawiderangeofpressure,adaptability,awiderangeofexhaustgas,themainthingisalsorelativelyhighcompressionefficiency.TheL-typepistonaircompressorisavolumetricaircompressor,whichreliesonapistonwithrotaryorreciprocatingmotioninthecylindertoreducethevolumeofthecavityandincreasethegaspressuretogeneratepotentialenergy.Thethermalanddynamiccalculationsinsidethepistoncompressorareessentialinthedesignofthecompressor.Bydeterminingsomevalues,itispossibletodeterminetheselectionanddesignofparts,aswellastodeterminethebasicstructureofthepistoncompressorparts.Theresearchdirectionofthisdesignistoimprovetheoverallstructuraldesignofpistoncompressorsandtooptimizethedesignofcylindersandcomponentstodeterminethedesignofcompressorsbymeansofdynamicandthermalcalculationsandfocusonthetransmissionpartofthedesign,sealingisusedtosealthethree,six-valveplanepackingseal,toalargeextenttomeettherequirementsoftheseal,thepurposeofthedesignisthroughthecorrespondingthermalcalculations,todeterminethecompressorstructureinsomerelevantcoefficients,suchaspistonforce,pressurecoefficient,etc.,andthenusedynamiccalculationstodeterminethefriction,tangentialforce,etc.,andfinallyisanimportantpartoftheoveralldeterminationofsomerelevantcoefficients,theultimategoalistoletthecompressor'sinternalstructureupgrade,reducelosses,improveefficiency.Keywords:L-typeaircompressor;power;stability;stressanalysis;seal引言1640年在奧地利制作的機械式真空泵，是近代空氣壓縮機械的先驅(qū)，也是后來各種型號壓縮機誕生的基礎。大約于1800年，第一臺單級往復活塞式空氣壓縮機在英國制造成功，這是活塞式壓縮機的第一次出現(xiàn)[1]。20世紀前期，德國的烏爾琛機械制造和鑄造工廠生產(chǎn)的第一臺往復式氣缸無油潤滑空氣壓縮機[2]，他們大膽的采用了石墨環(huán)作為往復密封元件[3]的材料，這次密封技術的提升使活塞式壓縮機的結構得到了升級，通過這次的升級成功，活塞式壓縮機被不斷的應用，也一次一次的得到了升級，發(fā)展了起來。目前L型活塞式壓縮機應該繼續(xù)改進的方向是在壓縮機的結構加以改變，尤其是傳動部分，傳動的不足會對吸氣以及排氣有很大的影響，改善傳動部分也可以更好減少內(nèi)部結構[4]的損耗，以及提高空壓機的運轉(zhuǎn)時間，并且減少空壓機維修和保養(yǎng)的次數(shù)，很大成度提高設備的使用效率。這次設計的研究方向就是對于活塞式壓縮機的整體結構設計的改善，以及氣缸和組件的設計的優(yōu)化，通過動力、熱力計算來確定壓縮機的設計方案。并且側重于傳動部分設計，重點改善L型活塞式空氣長時間工作狀態(tài)下，消耗零件較多，性能下降，產(chǎn)出效率低,使用壽命變短等問題。除以上的問題以外，在加工工藝上，好的加工精度也會大大的提高設備的運轉(zhuǎn)效率，設計出一種高精度高生產(chǎn)效率的生產(chǎn)專用設備能極大地降低壓縮機的生產(chǎn)成本，讓銷售效率更大的提高，進一步促進生產(chǎn)經(jīng)濟效益。1緒論1.1L型活塞式空氣壓縮機的研究目的與意義隨著我國制造業(yè)技術的不斷發(fā)展，壓縮機的應用更加普遍，各種形式的壓縮機被不斷創(chuàng)造出來。按照壓縮機的原理來說，分為速度型以及容積型，速度型壓縮機是靠氣體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得巨大的動能，然后在氣壓器中急速降速，讓動能轉(zhuǎn)成勢能，容積型壓縮機是靠在氣缸內(nèi)作回轉(zhuǎn)或著往復運動的活塞，使容積縮小而提高氣體壓力，產(chǎn)生勢能[5]。本設計當中提到的L型活塞式空氣壓縮機指的是容積式壓縮機，這種類型的壓縮機廣泛應用在空調(diào)、制冷及熱泵等這次設計的研究方向就是對于活塞式壓縮機的整體結構設計的改善，以及氣缸和部件的設計優(yōu)化，通過動力、熱力計算來確認出壓縮機的設計方案。并且側重于傳動部分設計。目前來說，空氣壓縮機所使用范圍及其廣泛，但是大部分都存在這許多細小問題，更以L型活塞式壓縮機為主，因為體型較大，所以零部件的相關消耗頗多如何更好解決空壓機長時間工作狀態(tài)下，消耗零件較多，性能不斷下降，產(chǎn)出效率低，使用壽命變短等問題是非常具有一個意義的。因此，如何改善整體結構性能，成為一個很好的發(fā)展前景，L型活塞式空氣壓縮機結構的設計項目具有十分深遠的現(xiàn)實意義和工程應用價值。1.2壓縮機的介紹將機械能轉(zhuǎn)化成為氣體的動能，并且可以給氣體增壓以及輸送氣體的機械就是壓縮機[6]。當今社會壓縮機的種類分為很多，按工作原理區(qū)分為兩大類，即速度型和容積型，速度型壓縮機工作方式是通過氣體在高速旋轉(zhuǎn)葉輪中的作用獲得巨大的動能，然后在擴壓器中急劇降低轉(zhuǎn)速，使氣體動能轉(zhuǎn)化為勢能[7]（壓力能）。容積型壓縮機的工作方式是靠在氣缸內(nèi)作往復或回轉(zhuǎn)運動的活塞，使容積縮小而提高氣體壓力，本文中所要研究的壓縮機是活塞式的壓縮機，是容積式壓縮機的一種分支。活塞式壓縮機的優(yōu)點就是適用的壓力范圍廣，因為是容積型的工作原理，所以無論流量大小都能夠達到很高的工作壓力，第二的優(yōu)點就是熱力效果高，第三就是對于介質(zhì)及排氣量的適應性強[8]。L型活塞式空氣壓縮機可以大幅度的提高生產(chǎn)效率，工藝流程中也會使用，目的是為了很好符合，輸送、合成，分離反應等流程，因而活塞式壓縮機廣泛應用于各行各業(yè)當中去，尤其是在石化行業(yè)的發(fā)展前景愈加光明所以保障可靠的運轉(zhuǎn)是非常關鍵的。此文提到的是L型壓縮機，其結構緊湊，維修的空間以及氣缸的配管都比較寬敞，切向力均勻以及基礎好，機器轉(zhuǎn)速高，整機的結構緊湊，便于管理。1.3L型活塞式壓縮機研究現(xiàn)狀L型活塞式空氣壓縮機是一種適用壓力范圍廣、適應性強、排氣量范圍廣且壓縮效率較高的一種機械設備[9]。隨著技術不斷的完善，廣泛應用在冶煉，石油化工，食品和一些制冷等工業(yè)部門，但是由于整體的結構復雜，易損部件比較多，維修工作量比較大，也讓其沒有占據(jù)主導市場，可是只要妥善維護好設備，實用周期就會能夠達到8000h以上，是一些中小型工廠的良好選擇。1.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國的首臺容積式壓縮機是在1952年沈陽氣體壓縮機廠試制成功了國產(chǎn)第一臺容積壓縮機，之后引進了德國的技術后，于1990年順利研發(fā)出了適用國際標準的大型氫氣往復壓縮機組[10]，而得到進一步發(fā)展，目前我國的整體技術和國外還是差有基礎理論不足、產(chǎn)品開發(fā)的能力低以及實驗裝備落后的差距。但是有一些技術也是達到了國際先進的水平。因為國內(nèi)的供應不足，我國每年還需要適量的進口一些壓縮機，如德國、美國、意大利、丹麥、日本等，但也通過設備的改造使其國產(chǎn)壓縮機的質(zhì)量和產(chǎn)量也不斷的上升。未來我國十幾年我國一定會由中國制造強國發(fā)展為中國創(chuàng)造強國的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)在我國壓縮機在分油率[11]上也是沒有國外先進的技術，國外的分油率可以達到99.999%，而國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)是達不到這個標準，根據(jù)資料查詢我國只有煙臺冰輪集團最新研制出來的油分離器[12]能夠達到這個標準的要求，國內(nèi)大多數(shù)研制出來的壓縮機會出現(xiàn)油封漏油、漏氣、使用效率低、電氣控制元件不穩(wěn)定等問題。1.3.2國外研究現(xiàn)狀在國外目前發(fā)展較好的活塞式壓縮機的公司大概是德國的比集爾、鮑華公司，美國的ITT公司，以及日本的巖日和日立公司他們在近幾年大力發(fā)展無油潤滑的活塞式壓縮機，且不斷占據(jù)市場，當今比集爾生產(chǎn)的活塞式壓縮機已經(jīng)被廣泛應用于制冷和空調(diào)領域幾十年，并且在市場上被公認為是最好的壓縮機，國外的微型活塞空壓機[13]慢慢的也進入了家用機械的隊伍當中。小型的活塞式壓縮機制冷是當今國外發(fā)展最為先進的一部分。在當今國外大多數(shù)的壓縮機控制都是采用智能控制[14]，這樣節(jié)省資源而且還能更利于操作，而國內(nèi)大都數(shù)的廠子且都采用人工操作，且耗時耗力，危險系數(shù)大，且不能夠合理使用，造成耗能高且資源浪費。目前整體的發(fā)展趨勢就是：提高效率、降低噪音、智能制造和結構簡單以及微型，而最重要一點就是減少污染，實現(xiàn)綠色工藝技術[15]。1.4本文主要研究內(nèi)容本文主要設計的是L型活塞式空氣壓縮機。在通過對前人研究的內(nèi)容進行學習后，通過動力、熱力計算來確認空氣壓縮機的相關數(shù)據(jù)及有關設計方案，然后對L型活塞式空氣壓縮機的整體設計參數(shù)選擇，之后對氣缸和部件的設計，并且側重于傳動部分設計等。先計算后設計。由內(nèi)向外延伸，確保設計的可行性。再用solidworks或者UG三維造型，CAD或者CAXA二維繪圖。通過本次設計認識非標自動化設計。增強三維建模能力以及二維圖紙的繪制能力，且通過實物模型的建立，增強動手能力，熟悉使用設計中所運用的傳動原理，并且對于設計可做的變形進行聯(lián)想。2基本組成和工作原理2.1總體結構和組成工作機構工作機構是主體，是主要提供氣體壓縮的主要部件，由氣缸，氣閥和活塞組件組成，活塞由在氣缸中往復運動的曲柄機構驅(qū)動，L型活塞式空氣壓縮機有兩個氣缸，通常第一個氣缸在垂直排，第二個氣缸在水平排[16]，壓縮后，第一級的氣缸壓縮過后氣體進入中間冷卻器進行冷卻，然后進入第二級的氣缸進行壓縮，最后排入管道供使用。運動機構運動機構由曲柄，連桿和十字頭（十字頭用于雙作用壓縮機，單作用壓縮機為連桿）構成，可以將選定的曲軸運動更改為往復運動。曲拐上面有一個或多個連桿，另一端連接至十字頭，而十字頭僅可在導向裝置上執(zhí)行往復運動，因此旋轉(zhuǎn)的曲軸使連桿擺動并傳遞至十字頭（活塞）并致動產(chǎn)生往復運動，然后是讓活塞桿的運動，使活塞往復運動以利用氣體做功[17]。機身壓縮機的機身上是支撐以及安裝整個運動機構和工作機構的地方，又是當作潤滑油箱[18]，曲軸是用軸承支承在上面，對于雙作用壓縮機，機身上兩個滑道又支撐著十字頭，兩個氣缸分別固定在L型機身的兩臂上,如圖2.1是壓縮機的內(nèi)部示意圖。圖2.1活塞式壓縮機內(nèi)部示意圖2.2活塞式壓縮機的工作原理壓縮過程：活塞從下止點向上運動，吸、排汽閥處于關閉狀態(tài)，氣體在密封的氣缸中被壓縮，由于氣缸容積逐漸變小，則壓力、溫度慢慢升高直到氣缸內(nèi)的氣體壓力與排氣壓力大小相等。排氣過程：活塞繼續(xù)向上移動，導致氣缸內(nèi)的氣體壓力大于排氣壓力，則排氣閥打開，氣缸內(nèi)的氣體在活塞的推動下等壓排出氣缸轉(zhuǎn)入排氣管道，直至活塞運動到上止點，此時由于排氣閥彈簧力和閥片本身重力的作用效果，排氣閥關閉，排氣結束[19]。2.2.1活塞的工作過程活塞式壓縮機是通過壓縮空氣來增加相應的壓力，而活塞的工作圖如2.2所示。圖2.2活塞工作示意圖我選擇的是L型空氣壓縮機，具備兩個氣缸，一級的氣缸是低壓缸，二級的氣缸為高壓缸，當一級的氣缸中的壓縮氣體，之后通過中間冷卻器的控制再進入二級氣缸中完成升壓，因此需要的壓力，再通過需要的二級氣缸的排氣閥排出氣體到排氣系統(tǒng)中去。如圖2.2所示，當活塞從左向右移動時，吸氣閥P1打開，排氣閥P2關閉，氣體通過P1進入工作缸，直到活塞移動到內(nèi)止點。當活塞從右向左移動時，吸入閥P1關閉，氣體壓力小于排氣閥本身的彈性力，氣缸中的氣體被壓縮，當壓力達到一定條件時，則P2排氣閥打開，壓縮的氣體被排出氣缸外，如此，就完成了一次壓縮的過程。2.2.2氣缸的形式和工作腔對于壓縮機的一個氣缸進行分析，可分為單作用氣缸（缸內(nèi)只有一側來能夠循環(huán)進行吸氣、壓縮、排氣的結構），雙作用氣缸（在活塞的兩側都具有工作腔而交互循環(huán)，進行同等級的吸氣、壓縮、排氣的結構），和級差式氣缸（利用氣缸和活塞的配合，形成兩個以上工作腔的，并能夠完成兩次循環(huán)壓縮運動的結構）。一些多工作腔氣缸，其中一個氣缸只與工作腔的進氣口相連，不作用于壓縮氣體，只起到力平衡的作用,稱為平衡腔。圖2.3壓縮機的氣缸形式圖這次設計的L型活塞式空氣壓縮機是具有兩個工作腔的。工作腔對于每個壓縮機來說，都是不一定的，又可能單一，有可能是多個，在工作腔當中，每個容積不一定是完全都有效的，有的部分是活塞運動時掃不到的，而這些區(qū)域就被成為余隙容積，減去余隙容積的地方被稱為工作容積，在設計當中要盡增加工作容積的空間，而減少余隙容積的空間。3活塞式壓縮機的熱力計算3.1已知條件和參數(shù)確定通過熱力的計算能夠確定出壓縮機的吸氣，排氣，活塞力等參數(shù)，還有就是指示功率等，最主要能夠確定電動機的參數(shù)。已知條件：型式為L型活塞式空氣壓縮機，雙杠，雙作用。設計參數(shù)：吸氣壓力：吸氣溫度:排氣壓力：吸氣溫度：排氣量為100m3/min空氣相對濕度為φ=0.8結構參數(shù)：活塞行程S=320mm電機的轉(zhuǎn)速N=375r/min連桿長度L=760mm驅(qū)動的方式：懸掛式同步電機聯(lián)接的方式：直接式（電機轉(zhuǎn)子兼作飛輪）冷卻的方式：水冷相對余隙容積：一級氣缸的α=0.06二級氣缸的α運動部件的質(zhì)量如下表：表3.1部件質(zhì)量表活塞組件/Kg連桿組件/Kg十字頭組件/Kg=1\*ROMANI級258115133=2\*ROMANII級2571151333.2計算=1\*ROMANI級、=2\*ROMANII級的壓力比根據(jù)上面所給的參數(shù)，我們可知道排氣量的值100m3/min，吸氣壓力為,排氣的壓力為，級數(shù)確定為二級。壓縮機的兩級總壓力比為：(3-1)式中：Pd2Ps1代入數(shù)值得： 壓力比的分配通常是按照總省工的原則，則就是等壓比分配，所以=1\*ROMANI級和=2\*ROMANII級的壓力比為：(3-2)代入數(shù)值得： 因為第二級氣缸的容積系數(shù)一般都會稍低于第一級氣缸，所以第二級的壓力會稍高于第一級氣缸，一般取值范圍在5%~10%之間，所以各級壓力比、且和則吸排氣壓力如下表：表3.2吸排氣壓力表名義上吸氣壓力P名義上排氣壓力P壓力比ε=1\*ROMANI級0.9802.8492.907=2\*ROMANII級2.8498.8003.0873.3計算各級的排氣溫度根據(jù)上面的參數(shù)我們可知道壓縮機的轉(zhuǎn)數(shù)N=375r/min，它的轉(zhuǎn)數(shù)在250~500范圍內(nèi)，所以，隸屬于大型壓縮機范圍，而對于大、中型壓縮機取空氣的絕熱指數(shù)：k=1.4絕對溫度和攝氏溫度兩者之間具有：T=t+273(3-3)式子中：絕對溫度T，單位是K（開爾文）攝氏溫度t，單位是℃（攝氏度）則可求出吸氣溫度：Ts1=32+273=305KTs2=42+273=315K因為公式：(3-4)其中：TdTsε為名義壓力比所以代入數(shù)值可以，求出排氣溫度為：Td1=414KTd2=435k整理歸納后如表3.3所示：表3.3參數(shù)結果表吸氣溫度/K排氣溫度/K壓力比εKε=1\*ROMANI級3054142.9071.41.356=2\*ROMANII級3154353.0871.41.3803.4計算相關系數(shù)3.4.1壓力系數(shù)壓力系數(shù)中λp一般取值是靠經(jīng)驗所得，因為壓縮機得第一級往往是吸入壓力為大氣壓力，可取值得范圍λp1為0.95~0.98。其中得低值是可以認為適用于氣閥流通截面相對小或者是彈簧力大得情況。壓縮機得第二級是從第一級過來的，所以壓力較大，而氣閥得阻力就是相對較小，所以第二級得取值范圍λp2為0.98所以壓力系數(shù):3.4.2計算凝析系數(shù)及加氣系數(shù)在壓縮濕潤的空氣，排除氣體冷卻后，氣體中得水分會相應得增加，也是適度，但是如果水蒸氣在壓力下達到適合得溫度，那么，就能將水從氣體中釋放出來，這樣就會就會讓最后給使用者得氣體量增加了，查《化工機器》，可知道在溫度32℃和42℃時的蒸汽壓時：Pb1=3.170MPaPb2=3.170MPa其中Pb為進口溫度下的飽和蒸汽壓；所以，我們可知道必有水分析出，這時：φφ為進口氣體的相對濕度；所以計算出得凝析系數(shù)：一級無凝析，所以得：λ二級有凝析，所以得：(3-5)我們可知，空氣相對濕度：φ=0.6這時候我們?nèi)。核詭霐?shù)值可求出：因為在各級間當中沒有抽氣和加氣，所以可知道抽氣系統(tǒng)數(shù)值：再通過計算可知道氣缸的容積系數(shù)：各級容積效率為：各級泄露系數(shù)為：3.5計算各級氣缸的行程容積各級的行程容積可用以下公式計算： (3-6)而壓縮機的排氣量可用公式：(3-7)上面的公式當中：Vsiqvn是壓縮機的轉(zhuǎn)數(shù)；ηνiλ?iλci所以，第一級氣缸的行程容積為：代入數(shù)值得 第二級的氣缸行程容積為：代入數(shù)值得：3.6各級活塞桿直徑以及氣缸直徑的選取雙作用的氣缸直徑計算，我們可以利用公式：(3-8)其中我們選取的活塞桿直徑：d=80mm式子中：VS為各級工作容積單位是m3D為氣缸直徑單位為m所以，代入數(shù)據(jù)可求得一級氣缸： 二級氣缸代入數(shù)據(jù)：根據(jù)氣缸的直徑標準，我們的取值需要是整圓，所以：D1=880mmD2=520mm3.7活塞力相關計算3.7.1活塞的工作面積根據(jù)公式：Vs=FS（可以求出工作容積。式子中：Vs為各級的工作容積，單位是m3F為活塞的工作面積，單位是m2所以可以求出：一級氣缸的活塞面積為：(3-10)帶入數(shù)值得：二級氣缸的活塞面積為：代入數(shù)值得：3.7.2活塞的推力計算活塞的推力計算可以用公式：(3-11)式子中：Fi代表的是活塞的面積Pdi代表的是排氣的壓力Psi代表的是進氣壓力由上面的公式，可以知道:所以，我們可確定，活塞推力為：3.8電機的輸出功率和軸的功率計算根據(jù)我們的使用環(huán)境，以及我們使用的需求，還有價格問題，選擇合適的驅(qū)動方式，是非常重要的，所以說，我選擇的驅(qū)動方式，是電機驅(qū)動，且也能夠很好的滿足相關條件。電機的輸出功率，大概是兩部分，摩擦功和指示功，摩擦功的話就是機械運轉(zhuǎn)中的阻力消耗，而指示功力才是壓縮機的工作時壓縮氣體的能力，所以主軸的功力，就是摩擦功和指示功的合力，即為軸功[20]，且單位時間消耗的功率為軸功率（NZ），指示功率除于軸功功率，就是機械效率（ηm）(3-12)式子中：Ni為總功率，數(shù)值為237kηm機械效率取值為0.90~所以我們可知道： (3-13)代入數(shù)值得：電動機的輸出功率為：N因為是聯(lián)軸器直接連接，所以：η代入數(shù)值可求出： 則還可求出，電動機軸的功率為：Ng=(05~1.15)Ne代入數(shù)據(jù)可求出：Ng=(505.10~553.20)kW3.9電機的選擇我們常用的電機有內(nèi)燃機，汽輪機，電動機，再考慮我們的使用環(huán)境，以及我們使用的需求，還有價格問題，所以我們最后選擇的是電動機用來驅(qū)動壓縮，價格便宜，使用的范圍廣泛，只要有電，就可以使用。根據(jù)Ng值范圍505.10~553.20kW我們選擇的電機如下：表3.4電機選擇表型號功率kW轉(zhuǎn)速n/rpm電壓U/V電流I/A轉(zhuǎn)動慣量J/tm2TDK/20-165503756000642.2我們可以算出儲備系數(shù)： 按照設計規(guī)定取值在5%~15%范圍，滿足要求，所以選擇電機合理。4動力計算動力計算的目的是動平衡設計和飛輪距設計，而動平衡[21]是能夠平衡往復和旋轉(zhuǎn)的慣性力和力矩，減小機器的振動。4.1往復慣性力的計算當壓縮機工作時，內(nèi)部的運動部件不在以恒定的速度運動和旋轉(zhuǎn)時，就會產(chǎn)生慣性力，從牛頓的第二定律可知道，質(zhì)量和加速度的乘積就是慣性力，且慣性力的方向總和加速度的方向相反，所以由往復的質(zhì)量產(chǎn)生的往復慣性力的公式[22]為：Fis=式中：r為曲柄半徑，單位是mm，其值為ω為曲柄的選擇角速度，其值為λ為曲柄半徑和連桿長度之比α為曲柄的轉(zhuǎn)角為了簡便計算將壓縮機中做往復運動的部件活塞、活塞桿和十字頭，可將這幾個部件簡化為一個質(zhì)點A,質(zhì)量的總和用mpmp=公式當中：ms為活塞桿，十字頭，活塞的質(zhì)量，單位kmd是連桿的質(zhì)量，單位是k則代入數(shù)值可求出：F4.2摩擦力的計算摩擦力的產(chǎn)生是因為壓力的作用，但是因為壓縮機的運動，所以非常的不好測量，考慮到其值遠小于氣體力和慣性力，為使計算更為方便，摩擦功率通過選取得，根據(jù)資料查到可知道一般的往復摩擦功率為0.6~0.7（取值為0.65），因為是活塞式壓縮機，所以只計算往復摩擦力，所以可知道：(4-3)式子中：Ffs表示的往復摩擦力，單位是kΝi1表示的是指示功率，單位是ηm為機械效率，且數(shù)值計算后的結果為S是活塞行程，單位是mn為壓縮機的轉(zhuǎn)速，單位是r/min當α（曲柄的轉(zhuǎn)角）為0°到180°時，連桿受拉力；當α（曲柄的轉(zhuǎn)角）為180°到360°時，連桿受壓力代入數(shù)值得： 4.3總活塞力的計算總活塞力就是壓縮機的綜合活塞力，而就是摩擦力和往復慣性力以及氣體力的和，公式是Fp4.4切向力的計算切向力值隨總活塞力和曲柄轉(zhuǎn)角的變化而變化，即： (4-5)而其中：sinβ=所以得到： (4-6)5主要零部件設計L型活塞式空氣壓縮機是將電機得回轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)換為活塞得往復直線運動，由曲柄連桿來實現(xiàn)，所以對于傳動部分得零件來進行特別設計，以便能夠更好得提高壓縮機得性能以及減少損耗。而L型活塞式空氣壓縮機得結構簡圖就如下：圖5.1L型壓縮機的結構圖5.1活塞活塞組件和氣缸的配合組成了壓縮容積，而活塞部件是由活塞環(huán)，活塞銷，活塞桿，以及活塞主體等組成，它需要很好的密封性以及剛度和強度，在制作工藝性以及重量上也要有好高得要求，所以，我選擇用的是盤狀形活塞。5.2曲軸在本次設計中，壓縮機得曲軸我選用的軸式是曲拐軸，它的結構緊湊，適用得范圍廣，而且重量輕，但是安裝不是很方便。曲軸需要具備：具備一定的剛度；強度很好，能夠承受住活塞運動時產(chǎn)生的沖擊力；軸頸尺寸要適合壓縮機，能夠具備相應的承載能力。曲軸主要包括曲拐銷，曲柄，主軸頸等，因為曲軸的一些特點，所以我選取的材料是QT600-3,它能夠很好的滿足，耐磨，對應力集中敏感性小的條件。(1)曲柄銷的直徑D=(46~56)式子中：P為活塞力，單位是ND為曲柄銷直徑，單位是mm當壓縮機工作時，活塞力小，行程短時，曲軸的材料許用應力高時，主軸承的負荷大時，往往會使系數(shù)值偏小，反之就是偏大。則我們可知道，D=(28.6~34.9)mm為了能夠滿足壓縮機的工作，提高曲柄銷的強度，我們?nèi)∏N的直徑:D=38mm（2）主軸頸的直徑根據(jù)公式：D1=在確定直徑時，我們應該考慮到軸頸的重合度不能為零。則可知道： 在考慮到實際的因素，最后求出：D1另一端取值為：D1（3）曲柄的厚度根據(jù)公式：t=0.6在考慮到大的曲柄厚度應該相應于小的曲柄厚度，所以：t=24mm（4）曲柄的半徑根據(jù)我們所知道的活塞行程的一半來確定出曲柄的半徑,所以曲柄半半徑：r=160mm5.3連桿連桿能夠具有轉(zhuǎn)向功能，它能夠改變曲軸得運動方向，從而能夠讓活塞擁有直線運動，連桿組件包括連桿大頭、連桿螺栓、大頭蓋、連桿小頭、連桿螺母、墊圈等，連桿得桿體也有很多，像圓形、矩形、工字形等，根據(jù)壓力不同，選擇也不同，而本次設計得壓縮機壓力較大，所以選擇的桿體為工字形的。連桿的材料也是一般都是用一些優(yōu)質(zhì)的碳素鋼以及球墨鑄鐵，在高速運轉(zhuǎn)下壓縮機可采用優(yōu)質(zhì)的合金鋼，此設計中連桿采用LY12的硬鋁合金。5.3.1連桿長度尺寸的確定連桿的長度L是連桿的大小頭孔的中心距，而曲柄的半徑r和連桿的長度L之間的比值是： (5-4)當比值λ大時就會發(fā)生連桿運動與壓縮機內(nèi)部滑道壁想碰，而比值λ小時就會讓壓縮機的外形增大，所以取值必須得當，而當壓縮機為角度式壓縮機，λ的取值是所以：代入數(shù)值得： 5.3.2連桿大頭瓦和小頭襯套尺寸的確定很多壓縮機目前為了維修和制造的方便，把主軸頸和曲柄銷直徑設計一樣，所以大頭瓦的直徑和曲柄銷的一樣為38mm。而小頭襯套的直徑是襯套的寬度為b厚度為S，則可知：S=0.06~0.08b=1~1.4式子中d為活塞銷的直徑，且為20mm，所以可知道：S=1.4mmb=245.3.3連桿寬度尺寸的確定從工藝問題考慮，連桿的大小頭寬度相等，對于連桿的寬度可以用：B=0.9b(5-7)式子中：b為軸瓦的寬，單位是mm當對于大頭定位時可以采用大頭瓦寬度定位制而小頭定位可用小頭襯套寬度定位，所以：大頭的寬度：B1=22mm采用大頭軸瓦寬度，則：B1=24mm小頭的寬度：B1=22mm采用小頭襯套寬度，則：B2=24mm5.4填料函活塞桿和缸座孔，環(huán)形間隙的密封靠填料實現(xiàn)，填料函的作用是當活塞桿運動時，防止氣缸中氣體從活塞桿與氣缸之間的縫隙泄露。要求密封性能好，耐磨。常用的有如下三種：平面填料函、錐面填料函以及塑料填料函。壓縮機中填料的自緊密封是通過氣體的壓差來自行控制的。我們通常根據(jù)性質(zhì)、密封要求的高低。根據(jù)結構型式和使用習慣，選取適合的密封圈。5.5冷卻器在工作過程中，空氣壓縮機被儲存在儲罐中的壓縮空氣使用，由于較高的壓力，可以產(chǎn)生更多的熱能，如果不能首次降低溫度，則可能會因過熱而導致危險，空氣壓縮機的冷卻器用于制冷和冷卻機器，這可以更好地保持空氣壓縮機的連續(xù)工作狀態(tài)[23]。長時間使用空氣壓縮機冷卻器后，空氣壓縮機冷卻器水中的鈣，鎂和其他碳酸氫鹽物質(zhì)會在其中形成水垢，這將增加空氣壓縮機入口和出口的溫度，并且空氣不會冷卻至預期溫度，因此清潔空氣壓縮機的冷卻器是非常重要[24]。水被用作冷卻介質(zhì)，停止機器并確保壓力已消除，按下主電源開關。拆下冷卻水入口和出口管道，導入清潔溶液以使其浸泡與泵一起循環(huán)沖洗并浸泡在干凈水中后，安裝冷卻水達至入口和出口管道。5.6潤滑 往復式壓縮機的潤滑，需要潤滑的地方是氣缸、活塞、活塞環(huán)、活塞桿、排氣閥和密封填料等，我選擇的潤滑方式是壓力潤滑[25]，用潤滑油由專門的注油器在壓力下注入需要潤滑的地方。6整機的裝配渲染及其爆炸圖6.1活塞曲柄滑塊配合圖L型活塞式空氣壓縮機的內(nèi)部運動配合是，電機帶動，然后將活塞得往復直線運動變?yōu)榍B桿的直線運動，由曲柄連桿來實現(xiàn)，基于ug建模，使用配合命令根據(jù)約束進行配合運動[26]。如圖6.1所示。圖6.1活塞曲柄滑塊示意圖6.2整機的裝配圖展示如下圖6.2所示，L型活塞式空氣壓縮機的整機裝配是通過三維建模后經(jīng)過各部分的裝配完成的，裝配過程有序緊密，尺寸配合準確無誤。圖6.2L型活塞式空氣壓縮機整機裝配示意圖6.3整機的裝配渲染圖展示我所設計的裝配渲染圖是用UG12.0進行渲染，該軟件有良好的渲染效果，色彩清晰透亮，有極好的觀賞性。如圖6.3所示。圖6.3L型活塞式空氣壓縮機整機渲染示意圖6.4整機的裝配爆炸圖展示爆炸圖的設計目的是為了能夠更加直觀的觀察內(nèi)部結構和零部件的安裝方式，零件爆炸擺放位置合理規(guī)范，讓人能夠在不深入了解的情況下直觀地看出內(nèi)部構造，也能讓加工操作人員一目了然，減少看裝配圖時間過長的麻煩,如圖6.4所示。圖6.4L型活塞式空氣壓縮機爆炸圖結論通過以上分析，了解了L型活塞式空氣壓縮機的整體結構，知道了壓縮機內(nèi)部結構改善的重要性，本文對于壓縮機的整體結構進行了設計，對于壓縮機的整體內(nèi)部相關零件尺寸，電機型號進行了選擇，也對于相關系數(shù)，活塞的推力，壓縮機的切向力、摩擦力、排氣溫度、氣缸的行程容積等進行了計算。在對比了往復式和回轉(zhuǎn)式壓縮機的不同后，著重于對于壓縮機的傳動部分進行了設計，對其一些相關數(shù)據(jù)進行了選擇，來能夠更好的減少損耗，在進行了熱力計算之后，知道了設法減少吸氣預熱、壓力損失、泄露等系數(shù)值，和改善冷卻、減小過程指數(shù)等，都會減小單位體積排氣量消耗的指示功，而提高了效率，這說明數(shù)值的選取在設計當中尤為重要，文中的相關數(shù)值的選取，是具有很大的意義。經(jīng)過本文的計算，以及相關數(shù)據(jù)的選取，分析得出結論，壓縮機的系數(shù)選取尤為重要，直接影響到壓縮機的功率消耗，而在內(nèi)部當中結構之間的配合，是壓縮機使用壽命長短的關鍵，尤其是傳動部分，傳動的不足會對吸氣以及排氣有很大的影響，改善傳動部分也可以更好減少內(nèi)部結構的損耗，以及提高空壓機的運轉(zhuǎn)時間，另外，外界因素如，空壓機維修和保養(yǎng)不及時，潤滑達不到標準等，都是能夠減少機器的使用壽命，所以要大大降低外界因素帶來的影響，而不斷提高效率。參考文獻[1]高其烈，空氣壓縮機的技術進展和趨向[J].壓縮機技術，1981(2)：55-58[2]鄭祖斌,通用機械設備[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004：30-35[3]徐少明,空氣壓縮機實用技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,1994：50-52[4]吳宗澤.機械設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008：30-45[5]張國輝，李世杰.活塞式壓縮機設計的基本原則[J].黑龍江科技信息，2008[6]郁永章.容積式壓縮機設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1974：40-45[7]康永,張建偉.過程流體機械[M].北京:化學工業(yè)出版社,2007：30-32[8]王洪艷.AutoCAD實用教程[M].南京:南京大學出版社,2014：70-75[9]王迪生.活塞式壓縮機結構[M].北京:機械工業(yè)出版社,1990：24-32[10]黃毅.靜力學[M].北京:北京科技大學,2015：33-35[11]潘永密,李斯特.化工機器[M].北京:化學工業(yè)出版社,1980：32-33[12]黃毅.材料力學[M].北京:北京科技大學,2015：15-60[13]曾得江.機械基礎[M].北京:機械工業(yè)出版社,2016：25-70[14]活塞式壓縮機設計編寫組,活塞式壓縮機設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1974：15-25[15]GB7787-87往復活塞空氣壓縮機基本參數(shù)[S].北京:中國標準出版社,1988[16]楊惠宗,泵與風機[M].上海:上海交通大學出版社,1992：7-10[17]張鳳林,劉戰(zhàn)濤.機械制圖[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學,2014：25-35[18]周國良,壓縮機維修手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2010：22-28[19]張立新，壓縮機在煤化工工藝中的應用實踐[J].化工管理，2013(22):258-258[20]郁永章,活塞式壓縮機[M].北京:機械工業(yè)出版社,1982：9-12[21]林梅,活塞式壓縮機原理[M].北京:機械工業(yè)出版社,1987：12-13[22]秦建文，黃映云，王光同.柴油機曲柄連桿機構動力學仿真與瞬時轉(zhuǎn)速分析[J].內(nèi)燃機與配件,2015(2)：13-16[23]程志紅,唐大放.機械設計課程上機與設計[M].南京:東南大學出版社,2006：20-22[24]汪云瑛,張湘亞.泵和壓縮機[M].北京:石油工業(yè)出版社,1987：11-13[25]趙敖生.材料成形與機械制造技術基礎[M].武漢:華中科技大學出版社,2015：8-9[26]許金元,李震,何芝仙.基于ADAMS的壓縮機主傳動系統(tǒng)動力學優(yōu)化問題研究[J].安徽工程大學學報,2016(3)：53-60致謝畢業(yè)在即，畢業(yè)設計的工作總算要告一段落，因為今年的疫情情況，我們沒有辦法回到學校來進行答辯，這是一個遺憾，我們只能采取線上答辯的方式了，在這作為最后一次，在校期間的作業(yè)上交的方式雖然有變，但是我也要做到最好，為自己的學生生涯畫上一個完美的句號。在這里，我很感謝我的畢業(yè)設計指導老師，于碩老師和鄭勝俊老師，因為在整個過程中如果沒有他們的悉心教導的話，我是很難完成此次設計，選題開始時，因為自己沒有經(jīng)驗，很難做出好的決定，是兩個老師在反復為我講解下，我最后才選出了這個題目，之后也是不斷的為我提供相應的專業(yè)知識的講解，一點一滴的為我講解論文的錯誤之處，才能夠讓我順利的完成畢業(yè)論文的書寫，再一次非常感謝于碩老師和鄭勝俊老師，他們是一個有著過硬專業(yè)知識，嚴謹治學態(tài)度的好老師，在老師的幫助之下，我總算是完成了我的畢業(yè)設計。最后，感謝我的老師和學校這么多年的培養(yǎng)，十分感謝，謝謝!

論文的研究方法和手段有哪些

（1）調(diào)查法

調(diào)查法是科學研究中最常用的方法之一。它是有目的、有計劃、有系統(tǒng)地搜集有關研究對象現(xiàn)實狀況或歷史狀況的材料的方法。一般是通過書面或口頭回答問題的方式獲得大量數(shù)據(jù)，進而對調(diào)查中收集的大量數(shù)據(jù)進行分析、比較、總結歸納，為人們提供規(guī)律性的知識。

（一）典型例子

調(diào)查法中最典型的例子是問卷調(diào)查法。它是通過書面提問收集信息的一種方法，即調(diào)查人員編制調(diào)查項目表，分發(fā)或郵寄給相關人員，詢問答案，然后收集、整理、統(tǒng)計和研究。

（二）研究步驟

1.確定調(diào)查課題

確定題目時要注意選題是否具有研究的必要性和可能性，同時要注意選題切忌太大，也要避免無意義的重復勞動。

2.制定調(diào)查計劃

要明確調(diào)查課題、調(diào)查目的、調(diào)查對象、調(diào)查范圍、調(diào)查手段、調(diào)查步驟、時間安排。

3.收集材料

收集材料時要盡可能保持材料的客觀性，盡可能采取多種手段或途徑。

4.整理材料

將收集到的材料進行整理，以便后續(xù)總結歸納、形成結論。

5.總結研究

對整理完的材料進行分析、總結、歸納，得出一般性的結論。

（三）特點

調(diào)查法相對其他研究方法來說較為耗時耗力，但也有其優(yōu)勢，即獲得的一手資料信息真實具體，能夠?qū)ρ芯繉ο笥懈訙蚀_、清晰的認識。

（2）觀察法

觀察法是指人們有目的、有計劃地通過感官和輔助儀器，對處于自然狀態(tài)下的客觀事物進行系統(tǒng)考察，從而獲取經(jīng)驗事實的一種科學研究方法。

（一）典型例子

皮亞杰的兒童認知發(fā)展理論就是通過觀察法提煉總結出來的；兒童心理學創(chuàng)始人——普萊爾，也是在一次次地使用觀察法后，提出了兒童心理學領域中的諸多理論。

（二）研究步驟

1.明確觀察對象

在選擇和確定研究問題的基礎上確定觀察者與觀察對象。

2.制定觀察計劃

在觀察計劃中要規(guī)定明確的觀察目的、重點、范圍以及要搜集的材料。

3.做好觀察準備

觀察準備是否充分，往往影響觀察的成敗。

4.做好記錄

在觀察過程中要時時記錄，不放掉任何一個關鍵信息。

（三）特點

觀察法具有拓展人們的感性知識、啟發(fā)思想等優(yōu)點，但是由于其強調(diào)研究要在自然環(huán)境下進行，且不允許摻雜個人的偏見，確為實際操作帶來了一定困難。

（3）實驗法

實驗法是指經(jīng)過精心設計，在高度控制的條件下，通過操縱某些因素，從而發(fā)現(xiàn)變量間因果關系以驗證預定假設的研究方法。核心在于對所要研究的對象在條件方面加以適當?shù)目刂?，排除自然狀態(tài)下無關因素的干擾。

（一）典型例子

采取實驗法的一個典例是羅森塔爾效應的提出，美國心理學家羅森塔爾