雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)【含SW三維及12張CAD圖帶外文翻譯】

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I雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)摘 要邁入 21 世紀(jì)以來(lái)，各式各樣的產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃的發(fā)展，其中最為關(guān)切到普通人本身的便是汽車行業(yè)。今天我們將要談及到的是汽車空調(diào)中的核心部件——壓縮機(jī)。對(duì)于大多數(shù)人接觸到的小型汽車來(lái)說(shuō)，其空調(diào)受到空間限制的影響，以及該類汽車發(fā)動(dòng)機(jī)往往功率不大，因此我們非常注重的是壓縮機(jī)運(yùn)行的效率、尺寸外形和功耗等。針對(duì)傳統(tǒng)類型壓縮機(jī)（如曲柄連桿式壓縮機(jī)）的缺陷，在本設(shè)計(jì)中我們主要研究斜盤式壓縮機(jī)中的一種——即雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)。本設(shè)計(jì)主要完成了以下任務(wù)：（1） 對(duì)汽車空調(diào)壓縮機(jī)的發(fā)展歷程作簡(jiǎn)要闡述，詳細(xì)介紹汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的原理和組成，對(duì)目前市場(chǎng)上渦旋式和滑片式這兩種類型壓縮機(jī)的工作原理以及其特性進(jìn)行詳細(xì)剖析。（2） 對(duì)雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，包括其原理、結(jié)構(gòu)等。（3） 對(duì)雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)的重要組成零部件例如主軸、斜盤、雙頭活塞、氣缸、前后端蓋等進(jìn)行尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其材質(zhì)以及所選工藝進(jìn)行詳細(xì)分析。（4） 對(duì)雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)中相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，推導(dǎo)得出主軸、斜盤、活塞之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)公式。在此設(shè)計(jì)過(guò)程中，我借助了 SolidWorks、AutoCAD,將所設(shè)計(jì)產(chǎn)品用三維以及二維的方式表現(xiàn)出來(lái)，期間參閱了許多相關(guān)文獻(xiàn)，并與大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，不僅提高了相關(guān)制圖軟件的操作能力，更從中學(xué)到了很多機(jī)械相關(guān)的知識(shí)。關(guān)鍵詞:汽車空調(diào)；壓縮機(jī)；雙向活塞；斜盤式IIAbstractSince entering the 21st century, various industries have seen vigorous development. Among them, the most concerned about ordinary people is the automotive industry. Today we are going to talk about compressors, the core component of automotive air conditioning. For small cars that most people are exposed to, their air conditioning is affected by space limitations, and the type of car engines are often not very powerful, so we are very much focused on the efficiency of compressor operation, size and shape and power consumption. For the defects of traditional type compressors (such as crank-link compressors), in this design we mainly study one of the swash-plate type compressors, namely two-way piston swash plate type compressors. This design will mainly complete the following tasks:(1) Briefly expounding the development history of automotive air-conditioning compressors, detailing the principles and components of automotive air-conditioning refrigeration systems, and working principles and characteristics of the two types of compressors: scroll-type and slide-type. Detailed analysis.(2) The overall design of a two-way piston swash plate type compressor, including its principle, structure, etc.(3) Dimensional structural design of important components of two-way piston swash plate type compressors such as main shaft, swash plate, double-headed piston, cylinder, front and rear end covers, etc., and detailed analysis of their materials and selected processes.(4) Thermodynamic calculations are performed on the relevant structures in a two-way piston swash plate type compressor, and the kinematics and dynamic equations between the IIImain shaft, the swash plate, and the piston are deduced.In this design process, I took advantage of SolidWorks and AutoCAD to express the designed products in 3D and 2D. During the period, I read many related literatures and combined them with the knowledge learned in the university for four years, which not only improved the relevant cartography. The software's operating capability has also learned a lot of machine-related knowledge.Key words： Automotive Air Conditioning; Compressor; Two-way Piston; Swashplat目 錄摘 要 ?????????????????????????????????? IAbstract ????????????????????????????????? II1. 緒 論 ????????????????????????????????? 11.1 汽車空調(diào)的發(fā)展歷程及其意義 ..........................................11.2 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的組成及其原理 ......................................21.3 汽車空調(diào)壓縮機(jī)的發(fā)展歷程以及種類 ....................................31.4 各類壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn) ..........................................41.5 本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容 ..................................................7IV2. 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)總體設(shè)計(jì) ?????????????????????? 82.1 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................82.2 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)的工作原理 ......................................82.3 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析 ..................................92.4 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)算與分析 .........................152.5 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)受力計(jì)算與分析 .........................173. 熱力學(xué)分析與計(jì)算 ???????????????????????????? 193.1 熱力學(xué)分析 .........................................................193.2 熱力學(xué)計(jì)算 .........................................................214. 壓縮機(jī)輔助系統(tǒng)分析及其制冷劑、潤(rùn)滑油選擇 ???????????????? 254.1 吸氣、排氣系統(tǒng)分析 .................................................254.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)分析 .......................................................264.3 制冷劑 .............................................................264.4 潤(rùn)滑油的選擇 .......................................................274.5 附件 ...............................................................285. 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)三維建模 ?????????????????????? 305.1 活塞 ...............................................................305.2 轉(zhuǎn)軸斜盤總成 .......................................................305.3 氣缸 ...............................................................315.4 電磁離合器 .........................................................315.5 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)裝配 ...........................................32結(jié) 論 ??????????????????????????????????? 34參考文獻(xiàn) ????????????????????????????????? 35附錄 1：外文翻譯 ?????????????????????????????? 36V附錄 2：外文原文 ?????????????????????????????? 37致 謝 ??????????????????????????????????? 38雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)11. 緒 論1.1 汽車空調(diào)的發(fā)展歷程及其意義 1.1.1 汽車空調(diào)的發(fā)展歷程距離汽車出現(xiàn)在人類生活當(dāng)中已經(jīng)有一百多年了。隨著科技的發(fā)展以及人類生活水平的提高，曾經(jīng)在普通人眼中遙不可及的汽車如今已經(jīng)成為人們生活中的必需品。汽車的普及加上許許多多高新技術(shù)的發(fā)展，汽車空調(diào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。汽車空調(diào)的主要目的是為了在車上營(yíng)造一個(gè)冬暖夏涼的舒適環(huán)境，因此駕駛?cè)丝梢约凶⒁饬︸{駛，從而還可以避免許多不必要的交通問(wèn)題。1925 年，在美國(guó)出現(xiàn)了通過(guò)加熱汽車?yán)鋮s水從而達(dá)到取暖目的的方法。之后世界上第一臺(tái)完整的汽車空調(diào)裝置則于 1927 年問(wèn)世，它具備了加熱器、空氣濾清器以及通風(fēng)機(jī)等設(shè)備，構(gòu)成了較為完整的供熱系統(tǒng)。當(dāng)然此時(shí)的汽車空調(diào)僅僅能做到取暖而已。世界上首個(gè)可以進(jìn)行機(jī)械制冷的溫度調(diào)節(jié)裝置于 1939 年誕生——由美國(guó) Packard 所創(chuàng)?？上У氖?，伴隨著二戰(zhàn)的發(fā)生該技術(shù)暫停了發(fā)展。真正做到汽車空調(diào)中的制冷制熱一體化就要追溯到 1954 年，美國(guó)于 Nash 牌轎車上安裝了冷暖兼容的空調(diào)器，此時(shí)的汽車空調(diào)具備了自由調(diào)節(jié)車廂內(nèi)溫度及濕度的功能。但是該空調(diào)器仍非完全自動(dòng)化，它尚且需要人為進(jìn)行控制過(guò)程，毫無(wú)疑問(wèn)讓駕駛員的工作量增加了許多，因此隨著人們需求的提高，自動(dòng)控制式空調(diào)于 1964 年誕生，它可以根據(jù)事先設(shè)定的溫度進(jìn)行工作，傳感器收集車廂內(nèi)外溫度信息，從而在一定溫度范圍內(nèi)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，汽車空調(diào)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，微機(jī)控制的汽車空調(diào)系統(tǒng)更為人性化、智能化，不僅大大提高了制冷能力，更節(jié)約了燃料，人們對(duì)于汽車的體驗(yàn)無(wú)疑上升了許多個(gè)檔次。談到我國(guó)汽車工業(yè)，長(zhǎng)春第一汽車集團(tuán)公司無(wú)疑是該工業(yè)中首屈一指的領(lǐng)先企業(yè)，同樣作為汽車工業(yè)中的一部分，他們的汽車空調(diào)技術(shù)發(fā)展也未曾落下。對(duì)于我國(guó)近現(xiàn)代來(lái)說(shuō)，紅旗轎車無(wú)疑是令人自豪的國(guó)民品牌，早在 19 世紀(jì) 70 年代初，由一汽牽頭生產(chǎn)的紅旗牌轎車就都統(tǒng)統(tǒng)配備了轎車空調(diào)。雖然我國(guó)空調(diào)型汽車起步較晚，但是發(fā)展極為迅猛，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1992 年到 2000 年期間，這不到十年的時(shí)間我國(guó)的空調(diào)汽車產(chǎn)量增長(zhǎng) 4 倍有余。1.1.2 汽車空調(diào)的意義要說(shuō)汽車空調(diào)的存在意義，首先不得不說(shuō)汽車空調(diào)的組成元素，即為溫度、濕度、雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)2流速以及清潔度。我們都知道當(dāng)汽車空調(diào)在運(yùn)作時(shí)，往往伴隨著排氣處的風(fēng)聲以及風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的巨大聲響，該噪音通常會(huì)影響車內(nèi)的人，無(wú)論是行駛途中還是休息時(shí)刻，因此低噪音的汽車空調(diào)往往能占據(jù)大半市場(chǎng)。調(diào)節(jié)溫度自然是汽車空調(diào)的主要任務(wù)，無(wú)論夏天還是冬天，保證車廂內(nèi)的適宜溫度非常關(guān)鍵。目前的大多數(shù)汽車空調(diào)都具備了制冷裝置以及暖風(fēng)裝置，前者主要是對(duì)車內(nèi)空氣或者由外部進(jìn)入的空氣進(jìn)行冷卻，從而令車廂內(nèi)變得涼爽；后者則是對(duì)其進(jìn)行加熱。一般的車輛并沒(méi)有調(diào)節(jié)濕度的功能，但是我們?nèi)匀豢梢岳闷嚳照{(diào)對(duì)部分環(huán)境進(jìn)行除濕處理。比如我們?cè)诙祚{駛車輛的過(guò)程中，由于車內(nèi)人的呼吸等行為往往會(huì)造成空氣的內(nèi)循環(huán)，隨之而來(lái)的便是前擋風(fēng)玻璃往往布滿霧氣，嚴(yán)重阻礙了駕駛員的視線，這時(shí)候便需要開啟空調(diào)裝置對(duì)前擋風(fēng)玻璃周圍環(huán)境進(jìn)行除濕處理。汽車空調(diào)裝置還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車內(nèi)空氣進(jìn)行換氣處理，一定程度上起到了凈化空氣的作用?？偟膩?lái)說(shuō)，汽車空調(diào)的存在是營(yíng)造一個(gè)舒適的駕駛環(huán)境，在最大程度上避免會(huì)對(duì)駕駛?cè)藛T產(chǎn)生的不利影響，從而不僅提高了駕駛?cè)说鸟{車體驗(yàn)，也確保了駕駛?cè)说男熊嚢踩?，其意義不可謂不大。1.2 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的組成及其原理汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的組成：壓縮機(jī)、空調(diào)管路、冷媒、蒸發(fā)器、儲(chǔ)液干燥器、膨脹閥、冷凝器。雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)3圖 1-1 汽車制冷系統(tǒng)外觀如圖 1-1 所示，所有汽車的制冷系統(tǒng)離不開 4 個(gè)主要部件，即壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、膨脹閥、冷凝器。壓縮機(jī)——發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，壓縮機(jī)吸入低溫低壓制冷劑蒸汽，并將其壓縮成為高溫高壓蒸汽，然后將它輸送至冷凝器。蒸發(fā)器——將低溫低壓冷媒液體進(jìn)行蒸發(fā)使其汽化，從而吸收空氣中的熱量。膨脹閥——對(duì)高壓的冷媒液體進(jìn)行一定處理，使其成為低壓低溫的霧態(tài)冷媒，然后導(dǎo)入蒸發(fā)器中。冷凝器——多數(shù)置于位于車頭的散熱水箱處，將高溫高壓蒸汽的熱量釋放到外部空氣中?？照{(diào)開關(guān)打開后，蒸發(fā)器中所形成的低溫低壓氣態(tài)制冷劑就會(huì)導(dǎo)入壓縮機(jī)當(dāng)中，壓縮機(jī)吸收后對(duì)其進(jìn)行一系列壓縮過(guò)程，對(duì)其進(jìn)行加壓加溫，從而使其成為高溫高壓氣態(tài)制冷劑。制冷劑隨后進(jìn)入冷凝器，經(jīng)過(guò)冷卻之后該蒸汽變?yōu)橐簯B(tài)，此時(shí)會(huì)散發(fā)出大量的熱，接著流入干燥器當(dāng)中進(jìn)行過(guò)濾。過(guò)濾之后的液態(tài)制冷劑流經(jīng)膨脹閥，致使其壓力降低，從而蒸發(fā)成為氣態(tài)，此時(shí)則需要吸收大量的熱。最后低溫低壓的制冷劑就會(huì)進(jìn)入蒸發(fā)器當(dāng)中，此時(shí)就會(huì)對(duì)空氣進(jìn)行降溫，鼓風(fēng)機(jī)再將冷氣送入車廂內(nèi)部，整個(gè)過(guò)程的運(yùn)作大致上就是如此了。雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)41.3 汽車空調(diào)壓縮機(jī)的發(fā)展歷程以及種類隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于汽車各方面的需求越來(lái)越大，要求越來(lái)越高。作為汽車組成中的關(guān)鍵設(shè)備，汽車空調(diào)的存在意義不可謂不大，它更是發(fā)展成為檢驗(yàn)汽車質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。無(wú)論是小型轎車，還是各種大型客車，乘坐舒適性慢慢成為人們首先考慮的事情，甚至在一些機(jī)械工程類用車或者農(nóng)用機(jī)車中，舒適性同樣顯得尤為重要，而汽車空調(diào)對(duì)于舒適性的提高是非常關(guān)鍵的。那么對(duì)于汽車空調(diào)的心臟——壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，其發(fā)展又經(jīng)歷了怎么樣的過(guò)程呢？自 1939 年美國(guó)通用汽車 Packard 公司所制造的制冷空調(diào)以來(lái)，汽車空調(diào)技術(shù)時(shí)至今日已經(jīng)非常成熟，其中尤為壓縮機(jī)的技術(shù)發(fā)展為主。第一代壓縮機(jī)——曲柄連桿式壓縮機(jī)。它是最為傳統(tǒng)的壓縮機(jī)類型，生產(chǎn)工藝較為成熟，但是由于連桿裝置導(dǎo)致其在運(yùn)行過(guò)程中容易產(chǎn)生較大噪音，對(duì)駕車體驗(yàn)產(chǎn)生極大影響，尤其對(duì)小型汽車。因此它漸漸在小排量的壓縮機(jī)中失去了市場(chǎng)，目前只存在于大型的客車空調(diào)當(dāng)中，而且還有被大排量斜盤式壓縮機(jī)所取代的趨勢(shì)。 第二代壓縮機(jī)——往復(fù)式壓縮機(jī)。其分為兩大類，即斜盤式壓縮機(jī)以及搖盤式壓縮機(jī)。1962 年，美國(guó)通用汽車公司首先研制出了斜盤式壓縮機(jī)。它通過(guò)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)了固定在軸上的斜盤的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（斜盤與軸成一定角度） ，斜盤的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了活塞的運(yùn)動(dòng)，從而使得活塞在氣缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到壓縮氣體的目的。由于斜盤式壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)完全平衡，并且噪音小，效率高，很快就占據(jù)了傳統(tǒng)類型壓縮機(jī)的市場(chǎng)。到了 20 實(shí)際 70 年代，日本對(duì)其作出一系列的改進(jìn)，將鑄鐵材料替換為全鋁結(jié)構(gòu)，更是將原來(lái)的 6 缸發(fā)展為 10 缸，因此斜盤式壓縮機(jī)的性能得到進(jìn)一步提高。到目前為止，該類壓縮機(jī)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，且在目前的汽車壓縮機(jī)市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，市場(chǎng)份額高達(dá) 70%。隨著汽車輕量化的趨勢(shì)加深，那么作為汽車中的重要組成部分（即主要占重） ，斜盤式壓縮機(jī)也正在朝著小型輕量化的方向不斷發(fā)展。第三代壓縮機(jī)——旋葉式壓縮機(jī)。其體積與質(zhì)量較小，因此很適合置于小型汽車中，并且由于其運(yùn)行過(guò)程中的力矩不大，因此振動(dòng)相對(duì)較小，所產(chǎn)生的噪聲也就相對(duì)較小。是一種非常具有潛力的壓縮機(jī)類型。第四代壓縮機(jī)——渦輪式壓縮機(jī)。這是當(dāng)前最為先進(jìn)的汽車空調(diào)壓縮機(jī)類型，其效率高，體積小，做功大，對(duì)能源的利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于前幾代壓縮機(jī)，并且更為環(huán)保。不過(guò)其技術(shù)稍顯不成熟，目前包括我國(guó)在內(nèi)的大多數(shù)國(guó)家對(duì)于該技術(shù)的掌握程度不高，并且雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)5它所要求的制造精度較高，因此維修也較為困難，很難占據(jù)中低端市場(chǎng)。1.4 各類壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)1.4.1 滑片式壓縮機(jī)通過(guò)其葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，滑片式壓縮機(jī)完成了氣體壓縮的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換，因此屬于容積式壓縮機(jī)中的一種。從其結(jié)構(gòu)來(lái)分，滑片式壓縮機(jī)分為兩種主要類型（如圖 1-2,圖 1-3 所示） 。我們拿單工作腔滑片壓縮機(jī)為例，它的主機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，滑片可以在轉(zhuǎn)子上的縱向滑槽中自由地滑動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑片在離心力的作用下與定子通過(guò)緊密接觸，于是在滑片和定子之間就形成了一個(gè)壓縮腔，定子即起到了氣缸的作用。圖 1-2 為單工作腔滑片壓縮機(jī)的剖視圖，圖 1-3 為雙工作腔滑片壓縮機(jī)的剖視圖。圖 1-2 單工作腔滑片壓縮機(jī) 圖 1-3 雙工作腔滑片壓縮機(jī)1.定子 2. 轉(zhuǎn)子 3.滑片 1.排氣閥 2. 轉(zhuǎn)子 3. 定子 4. 滑片 5.吸氣口滑片壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下：（1） 其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，組成零部件較少，維修方便。（2） 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，適用于安裝在空間不大的汽車機(jī)體中。（3） 起沒(méi)有偏心旋轉(zhuǎn)的零部件，因此無(wú)旋轉(zhuǎn)慣性力，其動(dòng)力平衡性能較為出色，運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪聲小。雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)6（4） 存在多個(gè)基元容積，氣流的脈動(dòng)較小，效率高。（5） 當(dāng)滑片多次運(yùn)動(dòng)發(fā)生磨損后，滑片將會(huì)自動(dòng)延長(zhǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而不需要反復(fù)更換維修?；瑝嚎s機(jī)中的滑片雖然具有自動(dòng)補(bǔ)償功能，但是限制于滑片與轉(zhuǎn)子、定子之間的配合方式，其機(jī)械磨損仍然較為嚴(yán)重，因此造成了大量的能量損耗，而且使用壽命皆是不高。目前針對(duì)該類摩擦損耗已經(jīng)出現(xiàn)了許多原理相同但結(jié)構(gòu)模式不同的旋葉式壓縮機(jī)，壽命得到了一定的增長(zhǎng)。但是考慮到加工精度、配合方式以及運(yùn)行原理，機(jī)械摩擦仍是影響旋葉式壓縮機(jī)發(fā)展的重要因素之一。1.4.2 渦旋式壓縮機(jī)渦旋壓縮機(jī)是目前最為先進(jìn)的壓縮機(jī)類型。它利用阿基米德螺線槽來(lái)壓縮氣體，實(shí)現(xiàn)了高效率，低能耗且環(huán)保的工作方式。其主要部件是固定渦旋盤以及由偏心軸帶動(dòng)的繞行渦旋盤，它們形狀相同，但是角相位相距 180°。工作時(shí)，渦旋盤相切形成了多處密封線，從而構(gòu)成了多個(gè)月牙形的氣腔。隨著渦旋盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，該密封線位置會(huì)連續(xù)轉(zhuǎn)移，因此月牙形氣腔形狀也會(huì)不斷變化。當(dāng)偏心軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體就會(huì)通過(guò)吸氣口進(jìn)入，隨著氣腔的閉合其密閉的容積便不斷縮小，中心壓力不斷升高。這就是渦旋壓縮機(jī)壓縮氣體的過(guò)程。圖 1-4 為渦旋壓縮機(jī)，圖 1-5 為渦旋壓縮機(jī)工作過(guò)程。雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)7圖 1-4 渦旋壓縮機(jī)圖 1-5 渦旋式壓縮機(jī)工作過(guò)程渦旋壓縮機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）其壓縮腔由渦旋線構(gòu)成，當(dāng)渦旋盤中心作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓縮腔的容積相應(yīng)發(fā)生變化，即縮小或擴(kuò)大，腔體容積的變化導(dǎo)致氣體吸入、壓縮、排氣的過(guò)程不斷進(jìn)行。由于吸氣和排氣在壓縮腔中幾乎是同時(shí)進(jìn)行，因此不存在很大的進(jìn)出氣風(fēng)聲，也就降低了噪音。（2）具備多個(gè)壓縮腔，各個(gè)腔之間的氣體壓差小，因此所泄露的氣體量就少，容積效率得到很大提升，可高達(dá) 98%。（3）不存在排氣閥和吸氣閥，因此運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生閉氣現(xiàn)象。（4）體積小，重量輕，可以進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。渦旋盤之間的相對(duì)摩擦速度較小，容量平衡。（5）螺旋線結(jié)構(gòu)作為該壓縮機(jī)中的核心技術(shù)結(jié)構(gòu)，旨在形成多個(gè)螺旋腔用以支撐壓縮過(guò)程的往復(fù)循環(huán)，其次該結(jié)構(gòu)特性保證了間隙之間的密封效果，可靠的密封性致使制雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)8冷系數(shù)不降反增，生產(chǎn)效率不會(huì)因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)長(zhǎng)而下降，非?？煽?。（6）可以用于各種室內(nèi)外環(huán)境，工作特性良好，無(wú)余隙容積，不存在內(nèi)外泄漏。渦旋式壓縮機(jī)性能出色且容積效率高，但是由于其工作原理以及結(jié)構(gòu)特性，對(duì)于制造精度要求非常高，同樣如果發(fā)生故障，其維修途徑較少，費(fèi)用較高。且其加工工藝尚不成熟，高昂的成本使其無(wú)法有力占據(jù)汽車行業(yè)的中低端市場(chǎng)，尖端技術(shù)多為歐洲所掌握。1.4.3 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)從上面的闡述分析我們不難發(fā)現(xiàn)，各類壓縮機(jī)有它們自己的優(yōu)缺點(diǎn)。例如滑片式壓縮機(jī)尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，特別適用于小型汽車，但是它也有非常明顯的缺陷，該類壓縮機(jī)各個(gè)運(yùn)動(dòng)副（定子與轉(zhuǎn)子，滑片與定子等）之間的摩擦損耗特別大，因此往往壽命不高，顯然作為一個(gè)合格的汽車用壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，零部件壽命將是衡量汽車質(zhì)量的一個(gè)重要因素。同樣地，渦輪式壓縮機(jī)技術(shù)先進(jìn)，效率高，能耗低，污染小，但是其加工精度非常高，并不是適用于中低端汽車市場(chǎng)，因此尚無(wú)法得到普及。這時(shí)不得不提及一種目前占據(jù) 70%以上市場(chǎng)份額的壓縮機(jī)——斜盤式壓縮機(jī)。而我們將要在本設(shè)計(jì)中所提出的壓縮機(jī)就屬于斜盤式壓縮機(jī)的一種，即雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)。雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)屬于往復(fù)式壓縮機(jī)中的一種，它保留了曲軸連桿式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦損耗小等特點(diǎn)，利用固定于轉(zhuǎn)軸的斜盤的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)雙頭活塞在左右兩邊的氣缸中進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依次進(jìn)行壓縮氣體的過(guò)程。與傳統(tǒng)意義上的單向活塞曲軸連桿式壓縮機(jī)不用的是，它直接采用鋼球軸承將活塞與斜盤配合在一起，從而避免了斜盤與活塞之間的大量摩擦損失。同時(shí)，活塞被設(shè)置為雙頭結(jié)構(gòu)，意味著一次完整的回轉(zhuǎn)過(guò)程，包含在左右兩個(gè)氣缸中進(jìn)行兩次壓縮，大大提高了工作效率。雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)體積小，在小型汽車空調(diào)壓縮機(jī)中得到大量應(yīng)用。我們將斜盤式壓縮機(jī)與旋葉式壓縮機(jī)進(jìn)行對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，盡管旋葉式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，性能平衡，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但不可避免的是它的消耗非常大，圖 2-1 為旋葉式壓縮機(jī)消耗餅圖。而斜盤式壓縮機(jī)盡管存在消耗，但是由于其配合方式單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此其損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及旋葉式壓縮機(jī)。雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)9圖 1-6 旋葉式壓縮機(jī)消耗餅圖1.5 本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容作為第二代壓縮機(jī)，雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)尚且未被市場(chǎng)所淘汰，反而占據(jù)了大量的市場(chǎng)，這不得不說(shuō)它的結(jié)構(gòu)特性在目前汽車行業(yè)仍是具有巨大潛力的，因此極具研究意義。現(xiàn)在我們對(duì)雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先我們需要了解該類壓縮機(jī)的基本工作原理，對(duì)其進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從工作原理中發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)零部件及其之間的配合方式，從而推導(dǎo)出主要零部件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及其趨勢(shì)，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，可得出相關(guān)尺寸。對(duì)運(yùn)動(dòng)零部件的相關(guān)受力情況加以分析計(jì)算。在計(jì)算完運(yùn)動(dòng)以及受力之后，則進(jìn)行熱力學(xué)相關(guān)的計(jì)算，其中包括制冷量、排量、壓力比、電機(jī)功率等，從而為本方案的設(shè)計(jì)合理性提供有力依據(jù)。最后對(duì)壓縮機(jī)相關(guān)輔助系統(tǒng)（吸氣、排氣系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)）以及制冷劑、潤(rùn)滑油、附件進(jìn)行分析選擇。雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)102. 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)總體設(shè)計(jì)2.1 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)由電磁離合器、氣缸、雙頭活塞、斜盤、轉(zhuǎn)軸、前后閥板、前后端蓋等零部件組成，與一般的活塞式壓縮機(jī)類似，它采用活塞與氣缸配合的壓縮方式，其主要配合結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)軸與斜盤、活塞與斜盤之間。圖 2-2 給出了雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)的主視半剖圖，其中斜盤固定于轉(zhuǎn)軸特定位置，并且與轉(zhuǎn)軸呈一定角度（大于 0°，小于 90°） 。雙頭活塞與斜盤之間通過(guò)滾珠導(dǎo)軌配合，因此在斜盤進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中活塞可進(jìn)行前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在氣缸中壓縮冷媒蒸汽。本雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)的最大特點(diǎn)是利用斜盤與雙頭活塞直接進(jìn)行配合，拋去了曲軸連桿裝置，因此運(yùn)動(dòng)性能更加平穩(wěn)，摩擦損耗減少，同時(shí)雙向進(jìn)行壓縮過(guò)程，大大增加效率。圖 2-1 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)示意圖雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)111.離合器線圈 2. 前端蓋 3. 閥板 4. 雙頭活塞 5. 斜盤6. 滾珠導(dǎo)軌 7. 轉(zhuǎn)軸2.2 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)的工作原理曲柄連桿機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)中其活塞的運(yùn)動(dòng)往往是沿著與轉(zhuǎn)軸中心線垂直的方向進(jìn)行，然而在斜盤式壓縮機(jī)中，其活塞的運(yùn)動(dòng)方向與驅(qū)動(dòng)軸中心線呈平行狀態(tài)。雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)在圓周方向設(shè)置若干個(gè)氣缸，故而結(jié)構(gòu)較為緊湊，平衡性能較好，可以支持較高轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后，主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，斜盤因?yàn)榕c主軸固定在一起，因此斜盤隨主軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，斜盤的邊緣與雙頭活塞中部的槽相契合（通過(guò)滾珠軸承） ，建立幾何關(guān)系我們可以發(fā)現(xiàn)，斜盤的運(yùn)動(dòng)促使活塞進(jìn)行軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周，活塞的左右兩邊各完成壓縮—排氣—吸氣的循環(huán)，也就是兩次壓縮過(guò)程，起到了雙氣缸的作用，圖2-3 就是雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)的工作原理簡(jiǎn)圖。圖 2-2 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)的工作原理圖雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)122.3 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析本壓縮機(jī)的主要零部件為：氣缸、雙頭活塞、轉(zhuǎn)軸、斜盤等，我們先就這些主要零部件的結(jié)構(gòu)、材料以及工藝特點(diǎn)進(jìn)行闡述分析：2.3.1 氣缸氣缸毫無(wú)疑問(wèn)是壓縮機(jī)中的核心部件，它關(guān)系到冷媒蒸汽在壓縮過(guò)程當(dāng)中的能耗、泄露以及效率，所以氣缸所要求的尺寸精度非常高。其剖視結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示，立體結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示。圖 2-3 氣缸剖視圖雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)13圖 2-4 氣缸立體圖從結(jié)構(gòu)圖可以看出，我們所設(shè)計(jì)的氣缸圓周上均勻分布三個(gè)缸孔，稱之為三缸體，由于我們所設(shè)計(jì)的是雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)，左右各放置一個(gè)氣缸，因此我們稱之為六缸壓縮機(jī)。端蓋、閥板、氣缸通過(guò)長(zhǎng)螺栓連接固定在一起，確保氣缸不會(huì)因?yàn)閴嚎s機(jī)的劇烈振動(dòng)而發(fā)生移位現(xiàn)象。氣缸的作用是作為活塞壓縮氣體時(shí)構(gòu)成一個(gè)密閉的環(huán)境，需要保證的是活塞在氣缸缸孔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞頭的直徑需要與缸孔直徑產(chǎn)生間隙配合，間隙太小容易產(chǎn)生大量摩擦損耗，間隙太大又容易造成能耗增加，從而降低效率，因此氣缸內(nèi)表面的粗糙度精度要求非常高，我們希望達(dá)到的粗糙度為 Ra0.8μm。缸體的外表面與閥板、端蓋緊密配合，為防止產(chǎn)生間隙導(dǎo)致零件損壞，我們要求兩端的表面粗糙度為 Ra0.2μm。從圖中還可以看出的是，缸體圓周上分布的螺栓孔有特殊要求，其夾角需按照閥板端蓋上的配合孔進(jìn)行設(shè)置。對(duì)于氣缸中的吸排氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們將會(huì)采用軸向的吸氣—排氣方式。綜上所述，我們可以意識(shí)到隨著活塞在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，兩者之間的摩擦非常大，因此無(wú)論是活塞，還是缸體均需要采取耐磨性較高的材料?？紤]到輕量化以及經(jīng)濟(jì)性，我們將選擇硼合金鑄鐵為氣缸材料。（1）氣缸壁厚 ；310+2pPDa???????式中 P——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ?；2/kgcmD——?dú)飧變?nèi)缸徑， ；小型壓縮機(jī)氣缸內(nèi)徑 ，首先我們先設(shè)定氣缸內(nèi)徑 。如上所1.63c?: 1.8Dcm?雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)14述，我們的氣缸材料為高強(qiáng)度的鑄鐵材料， ，我們?cè)谶@里取22504/pkgcm??????:； 是壁厚附加值，此處為方便計(jì)算，因此將 忽略為 0；我們?nèi)∑骄?40/pkgcm??????a a壓強(qiáng) ?？傻?15P 30.15.8+0475c242pPDa?????????則我們?nèi)⊥獗诤?，通常外壁厚略大于內(nèi)壁厚，因此我們可以取0.35.cm外內(nèi)壁厚為 。3??內(nèi)（2）法蘭壁厚 ，我們?nèi)?。則法蘭長(zhǎng)度=1.4.=9??法 蘭 壁 厚 =5m?法 蘭。=50l?法 蘭 法 蘭（3）氣缸缸孔中心線的方向即為活塞左右移動(dòng)時(shí)的方向，我們把轉(zhuǎn)軸中心線與缸孔中心線的距離叫做有效回轉(zhuǎn)半徑 。根據(jù)小型壓縮機(jī)手冊(cè)，設(shè)定本設(shè)計(jì)中 。R=20Rm（4） 與滾珠軸承相接處的氣缸孔徑 。滾珠軸承取標(biāo)準(zhǔn)件，=20-9316D?大 氣 缸 徑 （ ）厚度為 ，得出與軸相鄰的氣缸孔徑 。1.75m8.75.5m?小 氣 缸 徑 （ ）（5） 氣缸外徑 。=23.5+16D?氣 缸 外 徑 （ ）2.3.2 雙頭活塞雙頭活塞結(jié)構(gòu)如圖 2-5 所示雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)15圖 2-5 雙頭活塞結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)中與普通斜盤式壓縮機(jī)的最大區(qū)別即為活塞?，F(xiàn)在市場(chǎng)上許多斜盤式壓縮機(jī)都為單向活塞，而我們所設(shè)計(jì)的活塞為雙向設(shè)計(jì)。活塞中部設(shè)置一槽，用于與斜盤邊緣進(jìn)行配合（通過(guò)滾珠軸承） ，因?yàn)榛钊跉飧字羞M(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因此它的外表面粗糙度要求較高，我們將其設(shè)置為 Ra0.4μm，與缸體內(nèi)表面粗糙度一致。雙頭活塞的選材：（1） 耐磨性要好。因?yàn)榛钊獗砻媾c氣缸內(nèi)表面在運(yùn)動(dòng)中不斷接觸，因此該活塞軸徑必須耐磨。（2） 工藝簡(jiǎn)單。因?yàn)榇蠖鄩嚎s機(jī)生產(chǎn)廠家中的活塞需經(jīng)大量生產(chǎn)，且其檢查大多人為，故而為減少不良率，需對(duì)活塞的加工工藝流程嚴(yán)格把關(guān)，盡量簡(jiǎn)化其加工工藝，以此減少不良品。（3） 強(qiáng)度要好。作為不斷運(yùn)動(dòng)的零件，需要具備高強(qiáng)度，防止其發(fā)生斷裂、彎曲。由于活塞頂端直徑與氣缸內(nèi)徑一致（存在一定空隙，為計(jì)算簡(jiǎn)便忽略） ，所以活塞頂端直徑 ，活塞長(zhǎng)度 ，取 。18dm?21836mld???40l?活塞在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受力復(fù)雜，在這里我們不做有限應(yīng)力方面的分析。根據(jù)壓縮機(jī)手冊(cè)，可確定標(biāo)準(zhǔn)雙頭活塞中部尺寸 。/9=/2t厚雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)162.3.3 轉(zhuǎn)軸其結(jié)構(gòu)如圖 2-6 所示圖 2-6 轉(zhuǎn)軸從圖中可以看出，我們對(duì)于該轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)并不復(fù)雜。我們都知道壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速是衡量壓縮機(jī)工作效率的一個(gè)重要參數(shù)，高轉(zhuǎn)速往往意味著較為復(fù)雜的受力狀況，所產(chǎn)生的力矩也就非常大，這樣就容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)斷裂等狀況。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)軸可以減少不必要的轉(zhuǎn)矩、彎矩以及位于轉(zhuǎn)軸之上的運(yùn)動(dòng)件的重力。轉(zhuǎn)軸與電磁離合器相連接，并與其采取帶有外螺紋的配合方式，這樣的設(shè)計(jì)可以支持更高的轉(zhuǎn)速并提高其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。作為壓縮機(jī)中的核心零部件之一，它的選材要求也較為嚴(yán)格。首先該種材料需對(duì)應(yīng)力不敏感，強(qiáng)度要高，因此我準(zhǔn)備選用稀土鎂球墨鑄鐵。轉(zhuǎn)軸需對(duì)其進(jìn)行相關(guān)熱處理，并加以氮化，以此提高其抗疲勞強(qiáng)度，增加轉(zhuǎn)軸的使用壽命。雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)17與轉(zhuǎn)軸進(jìn)行連接的軸承選取非常重要，旨在減少振動(dòng)發(fā)聲，并降低噪音產(chǎn)生。轉(zhuǎn)軸的表面粗糙度我們?cè)O(shè)置為 Ra1.2μm，軸肩的跳動(dòng)量應(yīng)不大于 0.02；轉(zhuǎn)軸的中心線必須與所配置氣缸的端面垂直。為提高其整體疲勞強(qiáng)度，還可以隨其進(jìn)行噴丸處理。從氣缸中我們得出了與轉(zhuǎn)軸相鄰的氣缸徑為 ，由于存在一定空隙，則=12.5Dm小 氣 缸 徑我們?cè)O(shè) 。=12dm轉(zhuǎn) 軸2.3.4 斜盤斜盤的結(jié)構(gòu)如圖 2-7 所示圖 2-7 斜盤首先我們需要對(duì)斜盤的內(nèi)外徑尺寸進(jìn)行分析。斜盤固定于轉(zhuǎn)軸之上，為防止大量工作之后斜盤與轉(zhuǎn)軸之間發(fā)生脫落或者產(chǎn)生間隙，從而導(dǎo)致振動(dòng)以及機(jī)器損壞，因此斜盤內(nèi)徑與轉(zhuǎn)軸外徑需要一定尺寸的過(guò)盈配合方式，必要時(shí)在不損壞轉(zhuǎn)軸外表面的情況下需要對(duì)斜盤進(jìn)行強(qiáng)壓入。我們可想象的是，在斜盤作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其偏心力的大小很大程度上取決于斜盤與轉(zhuǎn)軸之間的角度。因此選取一個(gè)合適的角度無(wú)疑是該壓縮機(jī)的重要參數(shù)。在這里我根據(jù)雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)18參考文獻(xiàn)確定其角度為 ，該角度可以確保斜盤的偏心力矩以及彎矩相對(duì)較小，從=80.5??而提高斜盤的使用壽命。確定斜盤外徑，使其邊緣中心線與氣缸中心線重合，同時(shí)需要根據(jù)其幾何模型，以氣缸缸孔深度以及活塞頭長(zhǎng)度為根據(jù)確定斜盤的最大驅(qū)動(dòng)距離。因?yàn)檗D(zhuǎn)軸與斜盤固定在一起，且斜盤的剛度以及強(qiáng)度要求與轉(zhuǎn)軸相似，因此我選取的斜盤材料為稀土鎂球墨鑄鐵，如有必要，對(duì)其進(jìn)行噴丸處理，加強(qiáng)其抗疲勞強(qiáng)度。斜盤的輪與軸上的鍵相互配合，固定在一起，因此軸與斜盤必定成過(guò)渡配合，先不考慮上下公差，則 。=12dm斜 盤氣缸的有效回轉(zhuǎn)半徑 ，滾珠支承與雙頭活塞連接，滾珠支承推動(dòng)斜盤，假0R設(shè)活塞處于止點(diǎn)時(shí)（即活塞達(dá)到最大壓縮行程） ，。/sin2/si8.52.7L??斜 盤 有 效 長(zhǎng) 度滾珠支承為標(biāo)準(zhǔn)件，支承底座長(zhǎng)度為 6mm，則理論上 ，=20.78+3=2.78Lmm斜 盤 總 長(zhǎng)。為避免不必要的損失，支承盡量不超過(guò)斜盤邊緣，取=0+3si.=.9hm??斜 盤 高 度,則 ，允許上下浮動(dòng)。24.5m斜 盤 245sin80.24.l???斜 盤2.4 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)算與分析本節(jié)將談及該壓縮機(jī)中主要零部件的運(yùn)動(dòng)分析，為了能夠便于理解，我將逐一對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行分析，描述其運(yùn)動(dòng)過(guò)程，構(gòu)建為平面幾何關(guān)系，并推導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)函數(shù)方程式，爭(zhēng)取能夠直觀地表現(xiàn)出它的運(yùn)動(dòng)形式。首先需要說(shuō)的是我們?cè)O(shè)計(jì)的是左右兩氣缸型壓縮機(jī)，每個(gè)氣缸配置三個(gè)活塞，因此為六缸斜盤式壓縮機(jī)。其主要運(yùn)動(dòng)過(guò)程為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)—帶動(dòng)斜盤回轉(zhuǎn)—帶動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)軸和斜盤固定在一起，因此我們從主要零部件斜盤先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)19圖 2-8 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 我們將斜盤與轉(zhuǎn)軸之間的夾角設(shè)為 （ 0<α<90°） 。從簡(jiǎn)圖 2-8 我們不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?斜盤作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，它針對(duì)于活塞的運(yùn)動(dòng)方向是在氣缸的中心線上，也就是說(shuō)，當(dāng)我們把斜盤上位于這個(gè)氣缸中心線的各個(gè)點(diǎn)連在一起可以發(fā)現(xiàn)它是一個(gè)橢圓，我們稱這些連線為“旋轉(zhuǎn)向徑” ，氣缸中心到轉(zhuǎn)軸中心線的距離為“有效回轉(zhuǎn)半徑” 。該橢圓R的短半軸即為 ，長(zhǎng)半軸即為 。因此該方程為：R/sinR（2-221()sinxyR???1）令 ， 為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角， 為旋轉(zhuǎn)向徑。cos,inxy?????代入化簡(jiǎn)得：（2-22secinta?????2）圖 2-8 中，此時(shí)活塞處于止點(diǎn)。此時(shí)的旋轉(zhuǎn)向徑與轉(zhuǎn)軸中心線的夾角為 ，且在轉(zhuǎn)?軸上的投影為 OB=R/tan =OC。而 OB+OC=2R/tan 正好是活塞的行程，我們機(jī)制為 S。當(dāng)??主軸轉(zhuǎn)動(dòng) 角后，投影變成 ，如圖所示。?'OB此時(shí)得 雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)20（2-22cos'intaROB???3）這時(shí)候可以很容易看到活塞頂面距離下止點(diǎn)的位移即為 。'xOBC??（2-22cos+tanitanRx????4）式 2-4 就是活塞位移的基本方程。因?yàn)橐粋€(gè)斜盤邊緣均勻放置三個(gè)活塞，由此我們可以得出其余兩個(gè)活塞的位移方程為（2-22cos+10tanitanRx?????（ ）（ ）5）（2-22cos-10+tanitanx?????（ ）（ ）6）對(duì)式 2-4 求導(dǎo)，即可得出活塞的速度公式：（2-232secini+ta)RV?????（7）將上式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得活塞加速度公式：（2-22252seco(tansi)i)dVRatt??????????8）從上面的運(yùn)動(dòng)分析我們不難發(fā)現(xiàn)，在斜盤與轉(zhuǎn)軸的傾斜角一定的情況下，隨著斜盤雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)21的運(yùn)動(dòng)，活塞的速度也不一致，因此進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)分析對(duì)于設(shè)計(jì)斜盤傾斜角、斜盤高度、氣缸直徑、活塞直徑等尺寸非常有必要。綜上，列出所得結(jié)構(gòu)參數(shù)： 斜盤傾斜角 ；=80.5??有效回轉(zhuǎn)半徑 ；2Rm?壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 ；36/innr氣缸數(shù) ；（雙缸）z氣缸外徑 ；5D?活塞頂端直徑 。18dm即可得出活塞行程：（此時(shí)活塞位于止點(diǎn)） 220(1cos)6.937tantan8.5RS???????:因?yàn)榛钊敹伺c氣缸必定存在空隙，我們可以假定活塞行程 則左右的最大Sm?。行徑為 ，則氣缸的深度可假定為 ，存在余隙容積，則取3.5m3.+1=.h?氣 缸=20mm。h氣 缸活塞的平均速度： 6.9370833015mSnRCtg????::氣缸工作容積：20(1cos)=91578.pRVAVtgtg?????????氣 缸 余 隙注：式中 為活塞頂端面積，余隙容積為方便計(jì)算忽略不計(jì)。pA最小行程直徑比：雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)22min110.347808si.5sin6tgtgz?????? ??::根據(jù)壓縮機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)系數(shù)范圍，此最小行程直徑比在 0.2—0.5 之間，符合標(biāo)準(zhǔn)。壓縮機(jī)理論排量： 2236156150.6.97106173VDSnz?????????達(dá)到六缸壓縮機(jī)的排量要求。2.5 雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)受力計(jì)算與分析在對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析之后，我們將對(duì)其運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行受力分析，在這里我將主要選取活塞以及斜盤進(jìn)行受力分析。以雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)的雙頭活塞為例，由于雙頭活塞中部臺(tái)階處需要與斜盤進(jìn)行配合，因此該位置的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他位置，那么在工作過(guò)程中極為容易發(fā)生斷裂，因此研究在斜盤位于不用角度狀態(tài)下，對(duì)于活塞最大的受力情況進(jìn)行分析非常重要。圖 2-9 活塞以及斜盤受力分析我們與上文的運(yùn)動(dòng)分析區(qū)分開，以便于能夠簡(jiǎn)單明了的觀察其受力狀況，我們單獨(dú)雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)23將受力進(jìn)行額外的分析。首先，根據(jù)雙向活塞斜盤式壓縮機(jī)中雙頭活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們假設(shè)，在活塞位于外止點(diǎn)的時(shí)候作為轉(zhuǎn)軸開始運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，即此時(shí)的轉(zhuǎn)角 為 0°。如?圖 2-9 所示。且規(guī)定到內(nèi)止點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍瑒t活塞的位移方程為:（2-(1cos)tandRS????9）式中 ——活塞位移，mS——?dú)飧椎挠行Щ剞D(zhuǎn)半徑，mdR——斜盤與轉(zhuǎn)軸之間的傾斜角，rad?——轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角，rad?求導(dǎo)可得加速度：（2-2costandR????10）然后我們開始進(jìn)行分析受力，作用在活塞上的力包括了：活塞組的往復(fù)慣性力 ，aF活塞外表面與氣缸內(nèi)壁之間的摩擦力 以及作用在活塞上的氣體力 。對(duì)于活塞組的重fFgF力我們忽略不計(jì)。則我們可以得出（2-21mcos/tanadR???11） 式中的 為雙頭活塞組的質(zhì)量,kg 。1m假設(shè)左右氣缸的氣體壓力為 以及 ，則可以得出lPr（2-()glrpFA??雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)2412）式中的 為活塞頂?shù)亩嗣婷娣e， 。pA2m對(duì)于往復(fù)摩擦力，在考慮到潤(rùn)滑狀況良好的情況下，我們忽略不計(jì)。同理我們可以得到斜盤上的受力。如圖 2-9 所示，我們將活塞力在活塞與斜盤的接觸點(diǎn)位置進(jìn)行分解，分解為垂直于斜盤表面的力 ，由于它的方向我們稱之/sinnpF??為斜 盤的法向力； 作為工作阻力， 。tF/tatp3. 熱力學(xué)分析與計(jì)算3.1 熱力學(xué)分析首先我們將對(duì)本壓縮機(jī)進(jìn)行熱力學(xué)分析。在壓縮機(jī)的工作過(guò)程當(dāng)中，由于涉及到了氣體的泄露以及熱交換，同時(shí)隨著氣缸內(nèi)氣體壓力與體積大小的不斷變化，該氣體的泄漏狀況也不盡相同。而氣體的熱交換過(guò)程則更是復(fù)雜，簡(jiǎn)單概括一下可分為：①外部氣體與壓縮機(jī)內(nèi)部壁面的熱交換；②壓縮過(guò)程與膨脹過(guò)程當(dāng)中氣缸內(nèi)氣體與外界的熱交換；③泄露而導(dǎo)致的氣體熱交換；④位于余隙容積中的高溫氣體與來(lái)自蒸發(fā)器的低溫氣體的熱交換。工作容積的變化可以導(dǎo)致傳熱面積以及傳熱溫差都隨之改變，而冷卻方式的多種多樣則讓熱交換過(guò)程非常不穩(wěn)定，我們也難以預(yù)測(cè)。（1）能量方程根據(jù)文獻(xiàn)資料，我們列出氣體在壓縮與膨脹時(shí)的熱力學(xué)能量守恒方程為： （3-1）+m-vdQVdTpCR???式中 Q——?dú)飧變?nèi)氣體與外界的換熱量，J雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)25P——?dú)飧變?nèi)氣體壓力，PaV——?dú)飧變?nèi)氣體體積，m3T——?dú)飧變?nèi)氣體溫度，K M——?dú)飧變?nèi)氣體質(zhì)量，kgR——?dú)怏w常數(shù)，J/(kg.K）——定容比熱，J/(kg.K）vC壓縮機(jī)的工作過(guò)程實(shí)際上也就是一個(gè)變質(zhì)量的過(guò)程，那利用 ，我們可以得PVmRT?出質(zhì)量系統(tǒng)狀態(tài)方程：（3-1p+-dTVdTmmR???（ ）2）（2）氣缸工作容積方程 根據(jù)活塞的位移方程，可得氣缸工作容積方程：（3-01-cos+tandpRVV???A（ ）3）式中 ——余隙容積0V（3）氣體泄漏方程活塞與氣缸壁面、閥板之間必定存在間隙，這就容易導(dǎo)致氣體的泄露，為此我們列出氣體的總泄漏量方程，對(duì)其中的一些重要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)26（3-21321 1121()()]}(k-kll kdmAppCpTRTR??? ???? ??[)-({）4）其中 =πD/(24h), =1C21ln()Db?π式中 ——活塞的直徑，mD——活塞環(huán)高度，mh——活塞環(huán)厚度，mb——泄露氣體質(zhì)量，kgl——流量系數(shù) l?——外泄露面積，㎡lA——泄露前氣體壓力，Pa1p——泄露前氣體壓力，Pa2——活塞環(huán)外圓與氣缸內(nèi)壁之間的間隙，m1?——潤(rùn)滑油動(dòng)力粘度，Pa.S?其中外泄漏面積為（3-??2lARd???雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)275）式中 ——活塞有效端面處的軸頸直徑（m） ；d——活塞與氣缸兩端面的總間隙（m） 。?則可得出泄漏流量為（3-2lsgvldApqRT????6）式中 ——泄漏系數(shù)，一般可取 ；??0.6~.8??——吸氣壓力（低壓） ，Pasp—— ， （排氣＋吸氣）平均壓力，Pag??2sdp?——?dú)怏w常數(shù)[kj/(kg·K)]；gR——流量函數(shù)；?——工質(zhì)的等熵指數(shù)；K（4）功率與效率① 指示功率 絕熱指示功率為（3-7）310])[(601????msdvsidpqP?式中 m 為多變指數(shù)，本設(shè)計(jì)中取 m=1.05②．絕熱效率雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)28（3-8）shadP??式中 為壓縮機(jī)軸功率（kW） ； 絕熱效率，本設(shè)計(jì)中取 =0.6～0.7shP ad?（3-9）meidsh式中 機(jī)械效率。me?③．排氣溫度（3-1????????msddpT10）3.2 熱力學(xué)計(jì)算（1）設(shè)計(jì)參數(shù)表 3-1 設(shè)計(jì)參數(shù)氣缸直徑 D=φ65mm活塞直徑 d=φ18mm氣缸缸孔直徑 e=18mm轉(zhuǎn)軸有效直徑 H=12mm氣缸數(shù) i=6相對(duì)余隙 c=1.5%壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 n=3600r/min（正常工作）等熵指數(shù) k=1.1膨脹指數(shù) m=k=1.1壓縮指數(shù) n′=0.95k=1.045（2）冷媒工質(zhì)雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)29R134a（后文有對(duì) R134a 工質(zhì)的詳細(xì)描述）（3）計(jì)算工況計(jì)算工況按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的名義工況（亦即空調(diào)工況） ，有1. 蒸發(fā)溫度 t0=7.3℃2. 冷凝溫度 tk=52.4℃3. 過(guò)冷溫度 t4=47℃4. 吸氣溫度 ts=35℃計(jì)算各個(gè)工況下狀態(tài)參數(shù)：表 3-2 狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的壓力（蒸發(fā)溫度） ps=0.360MPa工質(zhì)的壓力（冷凝溫度） pk=1.468MPa工質(zhì)的焓值（進(jìn)口狀態(tài)） h1=430kJ/kg工質(zhì)的焓值（壓縮終了） h2=465kJ/kg工質(zhì)的焓值（冷凝溫度） h4=265.5kJ/kg壓縮機(jī)在進(jìn)口處的比容 v1=0.063m3/kg（4）熱力計(jì)算①．單位質(zhì)量制冷量（3-01430265.14./qhkJg????11）②. 單位質(zhì)量理論功（3-2146530/tswhkJg????雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)3012）③. 容積系數(shù)（3-1[()]0.926kmvspc??????13）式中回流系數(shù) ? ? =0.03④. 壓力系數(shù)1?p?⑤. 溫度系數(shù)（3-10().89tkATB????14）式中 3.??310.??⑥. 泄漏系數(shù)0.93l??⑦. 容積效率（3-0.763vptl???15）⑧. 實(shí)際容積流量（3-32.45810/vrtqms????雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)3116）⑨. 實(shí)際質(zhì)量流量（3-213.907/vrmqkgs????17）⑩. 制冷量（3-006.mrQqkw?18）?. 等熵功率（3-1.479ismrisPqwk?19）?. 名義壓力比（3-865.3?skp?20）?. 實(shí)際壓力比（3-0658.4?????sdkp?21）式中，進(jìn)氣壓力損失 ，排氣壓力損失asMPp0?adMPp015.???. 指示效率雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)32（3-1()0.8597ktli n????????22）?. 指示功率（3-1.64isiPkw??23）?. 機(jī)械效率 0.92m???. 軸功率（3-1.7826ishmPkw??24）?. 電機(jī)效率72.0?d??. 電機(jī)功率（3-2.4758sheldPkw??25）?. 制冷系數(shù)雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)33（3-03.41shQCOP?26）通過(guò)一系列熱力學(xué)計(jì)算，將所計(jì)算各個(gè)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)六缸式壓縮機(jī)參數(shù)對(duì)比，皆在其標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)：制冷量=6.06kw ，5＜制冷量＜10kw；制冷系數(shù)COP=3.401，2.200＜COP＜4.300；電機(jī)功率=2.4768kw，符合普通電機(jī)功率標(biāo)準(zhǔn)。雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)344. 壓縮機(jī)輔助系統(tǒng)分析及其制冷劑、潤(rùn)滑油選擇本壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體布局如圖 4-1 所示圖 4-1 壓縮機(jī)的吸排氣系統(tǒng)與潤(rùn)滑系統(tǒng)4.1 吸氣、排氣系統(tǒng)分析本設(shè)計(jì)具體涉及到壓縮、排氣、膨脹、吸氣四個(gè)過(guò)程，借這四個(gè)過(guò)程我們對(duì)其進(jìn)氣、排氣系統(tǒng)作進(jìn)一步闡述分析。（1）壓縮過(guò)程：當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到最大距離（我們稱之為下止點(diǎn)） ，這時(shí)候氣缸內(nèi)部充滿了來(lái)自于蒸發(fā)器的低溫低壓冷媒蒸汽（即吸氣結(jié)束） ，當(dāng)斜盤開始回轉(zhuǎn)并帶動(dòng)活塞左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸氣閥關(guān)閉，氣缸內(nèi)的工作容積相對(duì)減少。低溫低壓氣體慢慢升溫升壓，當(dāng)該壓力達(dá)到一定的壓力點(diǎn)，即高于排氣腔中的壓力時(shí)，排氣閥自動(dòng)打開，這時(shí)候該冷媒氣體已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化為高溫高壓氣體。（2）排氣過(guò)程：活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，上述的氣體壓力無(wú)法得到提高，則經(jīng)過(guò)排氣閥進(jìn)入雙向活塞斜盤式汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)35排氣腔，直到活塞達(dá)到上止點(diǎn)，意味著排氣過(guò)程結(jié)束。（3）膨脹過(guò)程：從系統(tǒng)圖我們可以看出，盡管活塞到達(dá)上止點(diǎn)，活塞頂部與閥板之間仍舊有一定的空間，這個(gè)間隙我們稱之為余隙容積。顧名思義，當(dāng)排氣結(jié)束后，余隙容積用于存儲(chǔ)相當(dāng)數(shù)量的高溫高壓氣體。當(dāng)活塞繼續(xù)