摘 要空氣壓縮機(jī)是一種用來壓縮空氣、提高氣體壓力或輸送氣體的機(jī)械。此次設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括壓縮機(jī)的總體、氣缸及基本部件的設(shè)計(jì)。主要通過熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算來確定壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和各零部件的設(shè)計(jì)。同時(shí)側(cè)重對(duì)曲軸、連桿進(jìn)行了設(shè)計(jì)，繪制了壓縮機(jī)的總裝圖，曲軸、連桿的零件圖。在本設(shè)計(jì)中采用了國(guó)內(nèi)常用的三、六瓣平面填料密封，很好地滿足了密封要求。關(guān)鍵詞：活塞；壓縮機(jī)；設(shè)計(jì)ABSTRACTThis project is the design of a back and forth piston type compressor. Air compressor is a kind of used for compressed air, increase the gas pressure or transport gases machinery.This design includes the total and crank shaft of the compressor designs. Mainly through thermodynamic calculation and dynamic calculation to determine the overall structure design of the compressor and the design of components. Designing at the same time focus on the crankshaft, connecting rod, and draw the assembly drawing the compressor, crankshaft, connecting rod parts drawing. Adopted domestic commonly used in the design of three, six disc flat packing seal, meet the sealing requirements.Key words: plunger；compressor；designI目錄摘要IABSTRACTII第1章 緒論11.1 空壓機(jī)概述11.2 活塞式壓縮機(jī)簡(jiǎn)介11.3 空壓機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀21.4 空壓機(jī)的發(fā)展目標(biāo)、重點(diǎn)與趨勢(shì)21.4.1 發(fā)展目標(biāo)21.4.2 發(fā)展重點(diǎn)31.4.3 發(fā)展趨勢(shì)3第2章 熱力計(jì)算52.1 設(shè)計(jì)要求52.2 壓縮機(jī)基本參數(shù)選擇5 2.2.1 級(jí)數(shù)、壓力比、轉(zhuǎn)速選擇52.2.2 各項(xiàng)系數(shù)選擇52.3 確定缸徑102.4 復(fù)算壓力比或調(diào)整余隙容積112.5 計(jì)算活塞力132.6 計(jì)算排氣溫度142.7 計(jì)算功率142.8 等溫效率15第3章 動(dòng)力計(jì)算163.1 壓縮機(jī)中的作用力163.1.1 慣性力計(jì)算173.1.2 慣性力圖183.1.3 往復(fù)摩擦力193.1.4 氣體力計(jì)算203.1.5 切向力223.2 飛輪距確定26第4章 零部件設(shè)計(jì)274.1 曲柄尺寸設(shè)計(jì)274.1.1 曲軸設(shè)計(jì)基本原則274.1.2 曲軸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)274.2 連桿尺寸設(shè)計(jì)274.3 氣缸部分設(shè)計(jì)28第5章 潤(rùn)滑325.1 氣缸潤(rùn)滑325.2 曲軸、連桿潤(rùn)滑32第6章 結(jié)論33參考文獻(xiàn)34致謝3519四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1 空壓機(jī)概述 現(xiàn)代工業(yè)中，壓縮氣體的機(jī)器用得愈來愈多。各種型式的壓縮機(jī)，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(jī)靠氣體在高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用下，得到巨大的動(dòng)能，隨后在擴(kuò)壓器中急劇降速，使氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能(壓力能)。容積型壓縮機(jī)靠在氣缸內(nèi)作往復(fù)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的活塞，使容積縮小而提高氣體壓力?？諝鈮嚎s機(jī)的種類很多，按工作原理可分為容積式壓縮機(jī)，速度式壓縮機(jī)，容積式壓縮機(jī)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(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度，使氣體分子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。常用的空氣壓縮機(jī)有活塞式空氣壓縮機(jī)，螺桿式空氣壓縮機(jī)（螺桿式空氣壓縮機(jī)又分為雙螺桿式空氣壓縮機(jī)和單螺桿式空氣壓縮機(jī)）；離心式空氣壓縮機(jī)以及滑片式空氣壓縮機(jī)；渦旋式空氣壓縮機(jī)。1.2 活塞式壓縮機(jī)簡(jiǎn)介前后前后0.38570.380.11620.11870.24660.250.047030.04836由于一級(jí)氣缸缸徑圓整變小是一級(jí)排氣壓力要成比例降低，降低率：由于二級(jí)氣缸缸徑圓整變大使一級(jí)排氣壓力要成反比例降低，降低率：故一級(jí)壓力比變?yōu)椋合鄳?yīng)的二級(jí)壓力比變?yōu)椋阂部梢杂谜{(diào)整相對(duì)余隙容積的辦法，維持壓力比不變，即因第一級(jí)缸直徑縮小了，相隨余隙容積也相應(yīng)縮小，使吸進(jìn)的氣量不變；第二級(jí)直徑增大了，相對(duì)余隙容積也增大了，使二級(jí)吸進(jìn)的氣量也不變。由此可得一級(jí)新的相對(duì)余隙容積：二級(jí)新容積系數(shù)：二級(jí)新相對(duì)余隙容積：本計(jì)算中取調(diào)整相對(duì)余隙容積。2.5 計(jì)算活塞力1.進(jìn)、排期相對(duì)壓力損失：表2-7 壓力損失對(duì)照表 根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)差得： 2.氣缸實(shí)際進(jìn)、排氣壓力：；3.最大活塞力軸側(cè)和蓋側(cè)活塞面積如下表：表2-8 活塞面積表級(jí)數(shù)軸側(cè)蓋側(cè)第一級(jí)0.11870.1194第二級(jí)0.048360.04906最大活塞力（以連桿受拉伸為正）如下表；表2-9 活塞力表 級(jí)數(shù)活塞在外止點(diǎn)活塞在內(nèi)止點(diǎn)一級(jí)二級(jí)2.6 計(jì)算排氣溫度取壓縮指數(shù)： 排氣溫度：；153.1 160 滿足設(shè)計(jì)要求。2.7計(jì)算功率 Kw； Kw;總的指示功率：Ni=16.4+42.13=58.53 Kw；取機(jī)械效率：軸功率：； 驅(qū)動(dòng)機(jī)傳給壓縮機(jī)曲軸的實(shí)際功率稱為壓縮機(jī)的軸功率。軸功率由以下二部分組成: 1)壓縮機(jī)的指示功率。 2)克服壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件各摩擦部分所需的摩擦功率。 3)由壓縮機(jī)曲軸直接馭動(dòng)的附屬機(jī)構(gòu)所需的功率。:在壓縮機(jī)中常常將潤(rùn)滑油泵和注油器(空冷式的壓縮機(jī)則還有風(fēng)扇)直接聯(lián)結(jié)在壓縮機(jī)的主軸上，它們所消耗的功率很難單獨(dú)分開計(jì)算.所以往往計(jì)算在壓縮機(jī)軸功率內(nèi)。如果附屬機(jī)構(gòu)不接在曲軸上，則壓縮機(jī)軸功率不包括這些部分所消耗的功率，在比較壓縮機(jī)軸功率時(shí)應(yīng)注明。電動(dòng)機(jī)功率取75 Kw，功率剩余度為17%。2.8 等溫效率在衡量壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)性時(shí)，對(duì)于水冷式壓縮機(jī)常用等溫效率;風(fēng)冷式壓縮機(jī)以及壓縮高臨界溫度(臨界溫度近常溫)氣體的壓縮機(jī)常用絕熱效率。各級(jí)等溫壓縮功率： =； =；總的等溫指示功率：；等溫指示效率：85.56%；等溫軸效率：80.43%；第3章 動(dòng)力計(jì)算3.1 壓縮機(jī)中的作用力 壓縮機(jī)中俄作用力分析，是進(jìn)行壓縮機(jī)零件強(qiáng)度和剛度計(jì)算的依據(jù)，也是判斷這些力對(duì)壓縮機(jī)裝置影響的基礎(chǔ)。 壓縮經(jīng)運(yùn)算： (3-1) 式中： -連桿長(zhǎng)度 r-曲軸半徑-曲軸半徑和連桿長(zhǎng)度之比當(dāng)曲軸以n（rpm）作等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)： rad/s圖3-1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)示意圖3.1.1 慣性力計(jì)算 (3-2)推導(dǎo)可得： (3-4)推導(dǎo)可得： (3-5)推導(dǎo)可得： (3-6) (3-10)對(duì)上式求時(shí)間導(dǎo)可得加速度： (3-11)根據(jù)活塞桿直徑d=30mm，可查得往復(fù)質(zhì)量=40 kg。往復(fù)質(zhì)量 (3-14)一階慣性力： （同期為曲軸一轉(zhuǎn)） (3-15)二階慣性力： （同期為曲軸半轉(zhuǎn)） (3-16)一般來說： (3-17)在壓縮機(jī)中，通常在范圍內(nèi)取值，即。在本次設(shè)計(jì)中，取值宜為0.25。在往復(fù)慣性力中，一階往復(fù)慣性力起主要作用。圖 3-2 慣性力圖3.1.2 慣性力圖 往復(fù)慣性力可用分析法和作圖法來求取，分析法根據(jù)在已知往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量后，根據(jù)選取的絡(luò)線CD，即表示不同活塞位置時(shí)的往復(fù)慣性力值。從的往復(fù)慣性力與區(qū)間對(duì)稱于的縱坐標(biāo)軸。作圖的精準(zhǔn)性可以由CD曲線與橫坐標(biāo)AB所包圍得正面積與負(fù)面積是否相等來衡量。當(dāng)時(shí)，用此法所得的正確性較差。 由熱力計(jì)算數(shù)據(jù)可知，3.1.4 氣體力計(jì)算 1.活塞力參數(shù)如下表：表3-1 活塞力參照指數(shù)表級(jí)數(shù)活塞力P（kg）相對(duì)余隙容積余隙容積折和長(zhǎng)度蓋側(cè)軸側(cè)吸氣排氣吸氣排氣一級(jí)0.115116.111.4二級(jí)0.113115.831.42.各圖 3-4 一級(jí)氣缸工作容積指示圖 N-壓縮過程指數(shù)。膨脹過程： (3-19) m-膨脹過程指數(shù)。3.1.5 切向力作用在曲柄銷上的連桿力可以分解為兩個(gè)方向的分力：垂直與曲柄銷的切向力T與沿曲柄半徑方向的徑向力R。用分析法可按下式計(jì)算：切向力曲線圖，作法：在綜合活塞力圖上，沿與橫坐標(biāo)軸平行的另一輔助線上畫兩個(gè)半圓，半圓的直徑等于S，圓心在行程中點(diǎn)。從兩個(gè)圓心O開始各向內(nèi)止點(diǎn)方向移過的距離，得另一圓心，由作任一圓，半徑為r，并按每 做半徑分割圓，將焦點(diǎn)投影到活塞力圖的橫坐標(biāo)上并延長(zhǎng)至綜合活塞力曲線圖上，即得各轉(zhuǎn)角所對(duì)應(yīng)的活塞長(zhǎng)度比例尺R；根據(jù)已定的結(jié)構(gòu)方案，相對(duì)列的曲軸錯(cuò)角為0，相對(duì)列的氣缸中心夾角為90，落后90，故疊加時(shí)二級(jí)線要落后90，旋轉(zhuǎn)摩擦力計(jì)算，并加入總切向力中； 第4章 零部件設(shè)計(jì)4.1 曲柄尺寸設(shè)計(jì)4.1.1 曲軸設(shè)計(jì)基本原則： 1，曲軸的軸頸要有適當(dāng)?shù)某叽?，使配用的軸承能有勝任的負(fù)荷能力。2.曲軸要有足 cm取曲柄銷直徑D=110mm主軸頸直徑： mm取主軸頸直徑120mm曲柄厚度： mm取曲柄厚 i.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)滑的氣缸中。工作表面應(yīng)有良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。 3.盡可能減小氣缸內(nèi)的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。6.氣缸直徑和閥座安裝孔等尺寸應(yīng)符合“三化，要求。氣缸因工作壓力不同而選用不同強(qiáng)度的材料，工作服力低于60公斤/厘米a的氣缸用鑄鐵制造。工作壓力低于200公斤/座米，的氣缸用鑄鋼或稀土球墨鑄鐵制造。工作壓力更高的氣缸則用碳鋼或合金鋼制造。 鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能，對(duì)氣缸結(jié)構(gòu)形狀的限制較小，所以鑄鐵氣缸的形式較多。中型和大型壓縮機(jī)的鑄鐵氣缸，多為形狀復(fù)雜的雙層壁或三層壁的鑄件。雙層壁氣缸具有突起的閥室，其余部分由水套包圍著氣缸工作容積。二層壁氣缸除了構(gòu)成工作容積的層壁外，還有形成水套和閥室的第只層S以及形成連通閥室的氣體通道的第三層壁。 鑄鐵氣缸可以作成兩頭都帶蓋的開式結(jié)構(gòu)或一頭帶蓋一頭封閉的閉式結(jié)構(gòu)開式結(jié)構(gòu)能改善鑄造工藝，氣缸鏡面的加工精度容易得到保證，而且可以減小鑄造應(yīng)力和溫度，小直徑形狀簡(jiǎn)單的稀土球墨鑄鐵氣缸可以達(dá)到較高的工作壓力。鑄鋼的澆鑄性能比鑄鐵差，不允許做成形狀復(fù)雜的氣缸，而且，為提高鑄鋼川的利用率，還要求氣缸的各部位便于檢查和焊補(bǔ)存在的缺陷，因此，鑄鋼氣缸的形狀只能設(shè)計(jì)得比鑄鐵氣缸似單。鑄鋼氣缸有時(shí)采用分段焊接的方法制成，這樣容易保證形狀較為復(fù)雜的雙作用氣缸的鑄造質(zhì)量。鍛制氣缸大塊形狀簡(jiǎn)單的鍛件制造。顯然不可能鍛制出所需要的，切通道，而只能車機(jī)械加工來獲得，所以，氣缸的形狀必須非常簡(jiǎn)單。在許多情況下高壓氣缸由可分的氣閥頭的鍛件或鑄件與鍛制的氣缸體組合而成氣缸的分開部分是用螺栓或焊接結(jié)合而成一體的。這樣可減小鍛件的尺寸，鍛造比較容易因而能得到強(qiáng)度較高的鍛件。壓力超過1000公斤/平方厘米的超高壓氣缸，為了提高氣缸的強(qiáng)度，常采用多層壁組合氣缸。 為廠保證工作的可靠性壓縮機(jī)列中的所有氣缸，以及氣缸與十字頭的中心線都要有較高的同心性。為此，氣缸上一般都設(shè)有定位凸肩，定位凸肩導(dǎo)向面應(yīng)與氣缸工作表面同心而其接合平面要與中心線垂直。 氣缸中孔的內(nèi)圓表面，為氣缸的工作表面，供活塞在其中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并保朽滑動(dòng)部分的氣密性以形成所需的壓縮容積。 為了保證活塞對(duì)氣缸工作表面的可靠密封，須將活塞環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)掃過的氣缸工作表面精密加工。工作表面的長(zhǎng)度應(yīng)滿足這樣的要求;即活塞在內(nèi)、外止點(diǎn)位置時(shí)，相應(yīng)的最第5章 潤(rùn)滑壓縮機(jī)各摩擦面，除采用自如版畫材料外，都需進(jìn)行潤(rùn)滑。潤(rùn)滑劑大多數(shù)是液體，液體潤(rùn)滑劑不僅能潤(rùn)滑摩擦表面、減少摩擦和磨損，而且在氣缸中還能起阻塞液體的作用，機(jī)身重對(duì)摩擦表面清潔和冷卻，以帶走摩擦所造成的磨屑和有摩擦產(chǎn)生的熱量。5.1 氣缸潤(rùn)滑按潤(rùn)滑油達(dá)及氣缸鏡面的方式，氣缸潤(rùn)滑可分為飛濺潤(rùn)滑、壓力潤(rùn)滑和噴霧潤(rùn)滑三種。本次設(shè)計(jì)采用壓力潤(rùn)滑。壓力潤(rùn)滑中，潤(rùn)滑油由專門的注油器在壓力下注入氣缸，多用于具有十字頭的壓縮機(jī)。注油點(diǎn)和注油量可以控制，適應(yīng)用廣泛的一種潤(rùn)滑方式。5.2 曲軸、連桿潤(rùn)滑 這部分的潤(rùn)滑主要是主軸承和主軸頸，連桿大頭瓦和曲柄銷，活塞或十字頭銷和連桿小頭套，以及十字頭和滑道等副摩擦。 這部分潤(rùn)滑方式采用壓力潤(rùn)滑，壓力潤(rùn)滑靠油泵將潤(rùn)滑油輸至摩擦面。潤(rùn)滑油由集油器進(jìn)入，經(jīng)油泵后送至濾清器，然后導(dǎo)入曲軸的油孔中并送至各潤(rùn)滑面。在油泵和濾清器之間應(yīng)裝置調(diào)節(jié)壓力的回油閥，使油壓力可借彈簧調(diào)整，以防止油泵供油量大于各摩擦面間最大通過面時(shí)，使壓力過高，導(dǎo)致破壞事故；同時(shí)也防止濾清器出現(xiàn)類似情況。第6章 結(jié)論第6章 結(jié)論本設(shè)計(jì)為常規(guī)設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)任務(wù)書提供的原始數(shù)據(jù)和工藝要求進(jìn)行計(jì)算的。通過熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算確定壓縮機(jī)第一級(jí)氣缸直徑為380mm，二級(jí)氣缸直徑為250mm，采用75kw電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，以及曲柄、連桿等其它零部件尺寸，并完成壓縮機(jī)的整體設(shè)計(jì)。經(jīng)由本次設(shè)計(jì)，可以得一些壓縮機(jī)相關(guān)結(jié)論：1.往復(fù)式活塞壓縮機(jī)依靠氣缸中活塞往復(fù)壓縮氣體體積而提高其壓力。具有適應(yīng)范圍廣、熱效率高、適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)。但其往復(fù)慣性力較大，使得轉(zhuǎn)速不高，故而機(jī)器笨重，大排量時(shí)尤甚。另外易損件較多，是維修工作量較大。因此活塞式壓縮機(jī)主要適用于中、小流量而壓力較高的場(chǎng)合。2.活塞壓縮機(jī)是在高溫高壓的條件下劇烈運(yùn)動(dòng)，所以對(duì)零部件的強(qiáng)度和剛度要求較高。3.良好的密封性能和冷卻系統(tǒng)能提高壓縮機(jī)效率。本設(shè)計(jì)中密封裝置采用國(guó)內(nèi)常用的三、六瓣平面填料密封；冷卻系統(tǒng)采用水冷，在兩極之間設(shè)置中間冷卻器。4.壓縮機(jī)氣閥、氣流脈動(dòng)和振動(dòng)等方面都會(huì)影響壓縮機(jī)性能。另外氣閥、密封元件等易損部件的壽命也可以提高壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。參考文獻(xiàn)1 郁永章，活塞式壓縮機(jī).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19822 鄭祖斌，通用機(jī)械設(shè)備.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20043 康 永、張建偉，過程流體機(jī)械.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20074 王迪生，活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19905 潘永密、李斯特，化工機(jī)器.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19806 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