畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-往復(fù)活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　全套設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　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

2、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]。</p><p>　　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，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)

3、、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]。</p><p>　　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

4、用減壓閥來供氣。空氣壓縮機(jī)的額定排氣壓力分別為低壓（0.7MPa~1.0MPa）、中壓（1.0MPa~10MPa）、高壓（10MPa~100MPa）和超高壓（100MPa以上），可根據(jù)實(shí)際需求來選擇。常見使用壓力一般為0.7~1.25MPa[3]。</p><p>　　空氣壓縮機(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(shì)，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)

5、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]。</p><p>　　活塞式壓縮機(jī)與其他類型的壓縮機(jī)相比，特點(diǎn)是</p><p>　?。?）壓力范圍最廣?；钊綁嚎s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)350MPa，實(shí)驗(yàn)室中使用的壓力則更高。<

6、/p><p>　?。?）效率高。由于工作原理不同，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。</p><p>　　（3）適應(yīng)性強(qiáng)?；钊綁嚎s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

7、于不同介質(zhì)時(shí)，較易改造[5~7]。</p><p>　　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、1.0MPa、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，

8、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。</p><p>　　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1.2MPa，排氣量不低于0.6m3/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，

9、油潤滑，冷卻方式為風(fēng)冷式。</p><p>　　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)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

10、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)[8~12]。</p><p>　　2 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　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，足夠高的使用可靠性；（3）有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性；（

11、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。</p><p>　　活塞式壓縮機(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。</p><p>　　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、

12、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。</p><p>　　總體設(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。</p><p>　　2.1 氣缸排列的型式</p><p>　　壓縮機(jī)氣缸有多種排列型式，按氣缸軸線布置的相互關(guān)系分為：臥式、立式、L型、V型、W型、星型和對(duì)稱平衡型。</p>

13、;<p>　　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。</p><p>　　L型、V型、W型、星型等角度式壓縮機(jī)共同的優(yōu)點(diǎn)是</p><p>　?。?）各列的一階慣性力的合力

14、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)。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）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。</p>

15、<p>　　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)。</p><p>　　2.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。</p><p>　　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)

16、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</p><p>　　量也難于控制。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（120～150）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

17、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)。</p><p>　　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、

18、活塞桿及填料等部件，使機(jī)器的結(jié)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（10～100）m3/min、功率在（60～630）kW之間的都是帶十字頭結(jié)構(gòu)。化工、石油等部門工藝流程中使用的壓縮機(jī)都帶有十字頭。</p><p>　　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

19、字頭的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　級(jí)數(shù)選擇及各級(jí)壓力比的分配</p><p>　　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。</p><p>　　在選擇壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)時(shí)，一般一般應(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

20、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。</p><p>　　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)。</p><p><b>　　2

21、.4 列數(shù)選擇</b></p><p>　　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。</p><p>　　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

22、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

23、機(jī)，采用單重W型結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2．5 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和行程的確定</p><p>　　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(shì)是提高轉(zhuǎn)速。</p><p>　　轉(zhuǎn)速、行程和活塞平均速度的關(guān)系式如下</

24、p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：—活塞平均速度，m/s；</p><p>　　—壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；</p><p><b>　　—活塞行程，m。</b></p><p>　　活塞式壓縮機(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

25、宜的活塞平均速度，因?yàn)?lt;/p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　移動(dòng)式壓縮機(jī)為盡量減少機(jī)器

26、重量和外形尺寸，所以取活塞速度為（4～5）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。</p><p>　　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?。粰C(jī)器的結(jié)構(gòu)型式；氣缸的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　現(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

27、列關(guān)系：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中：P —活塞力，t；</p><p>　　A —系數(shù)，其值在0.065～0.095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。</p><p>　　現(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。

28、氣閥是活塞式壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件之一，氣閥的優(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。</p><p>　　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

29、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。</p><p>　　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)。<

30、;/p><p>　　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。</p><p>　　壓縮機(jī)潤滑方式的選擇</p><p>　　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；

31、（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)部位咬死或燒傷，（4）用油作潤滑劑時(shí)，尚有防止零件生銹的作用。</p><p>　　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

32、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。</p><p>　　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；連桿的兩端采用軸承結(jié)構(gòu)提高了整機(jī)的使用壽命。采用自潤

33、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。</p><p>　　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

34、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。</p><p>　　鑒于前述內(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。</p><p><b>　　

35、壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的選擇</b></p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　活塞式壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)可分三類</p><p>　?。?）電動(dòng)機(jī)——異步交流電動(dòng)機(jī)或同

36、步交流電動(dòng)機(jī)；</p><p>　?。?）活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)——內(nèi)燃機(jī)或蒸汽機(jī)；</p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)——燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)。</p><p>　　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)。</p><p>　　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)裝置為皮帶傳動(dòng)</p><p>　　

37、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，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。</p><p>　　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。&

38、lt;/p><p>　　根據(jù)參數(shù)要求，取行程s=65mm。</p><p>　　圖2.1 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)方案示意圖</p><p><b>　　3 熱力學(xué)計(jì)算</b></p><p>　　3.1 初步確定各級(jí)排氣壓力和排氣溫度</p><p>　　3.1.1 初步確定各級(jí)壓力</p>

39、<p>　　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。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中： —任意級(jí)的壓力比；</p><p><b>　　—總壓力比；</b></p><p><

40、;b>　　—級(jí)數(shù)。</b></p><p>　　總壓力比：=1.3/0.1=13</p><p><b>　　各級(jí)壓力比：</b></p><p>　　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=3.25</p><p>　　則第一級(jí)的壓力比=13/3.25

41、=4</p><p>　　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</p><p>　　表3-1 各級(jí)名義進(jìn)、排氣壓力及壓力比</p><p>　　3.1.2 初步確定各級(jí)排氣溫度</p><p>　　各級(jí)排氣溫度按下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-2）</b></p&g

42、t;<p>　　式中：Td —級(jí)的排氣溫度，K；</p><p>　　Ts —級(jí)的吸氣溫度，K；</p><p>　　n —壓縮過程指數(shù)。</p><p>　　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。</p><p>　　對(duì)于大、中型壓縮機(jī)：</p><p>　　對(duì)于微、小型空氣壓縮機(jī)：<

43、/p><p>　　空氣絕熱指數(shù)=1.4，則，取=1.30</p><p>　　各級(jí)名義排氣溫度計(jì)算結(jié)果列表如下。</p><p>　　表3-2 各級(jí)排氣溫度</p><p>　　3.2 確定各級(jí)的進(jìn)、排氣系數(shù)</p><p>　　3.2.1 計(jì)算容積系數(shù)</p><p>　　容積系數(shù)是由于氣缸

44、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)生的影響。</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中： —容積系數(shù)；</p><p><b>　　—相對(duì)余隙容積；</b></p><p><b>　　— 壓力比。</b>

45、</p><p>　　各級(jí)膨脹過程指數(shù)m按下表計(jì)算。</p><p>　　表3-3 不同壓力下的值</p><p>　　根據(jù)不同的氣閥結(jié)構(gòu)，選用各級(jí)的相對(duì)余隙容積值。</p><p>　　采用環(huán)狀氣閥時(shí)，一般值在下列范圍內(nèi)選取：低壓級(jí)，中壓級(jí)，高壓級(jí)。</p><p>　　采用舌簧閥的微小型壓縮機(jī)，。</p&g

46、t;<p><b>　　影響的主要因素為</b></p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）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。</p&g

47、t;<p>　　（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。</p><p>　?。?）一般直徑大的氣缸具有較小的余隙容積。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　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)驗(yàn)選取各級(jí)相對(duì)余隙容積：0.

48、03，0.035。</p><p><b>　　由此，各級(jí)計(jì)算如下</b></p><p><b>　　確定壓力系數(shù)</b></p><p>　　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。</p><p>　　影響壓力系數(shù)的主要因素一個(gè)是

49、吸氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的彈簧力，另一個(gè)是進(jìn)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)應(yīng)愈大。對(duì)于進(jìn)氣壓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，可在范圍內(nèi)選取，第二級(jí)進(jìn)氣阻力相對(duì)于氣體壓力要小的多，可在范圍內(nèi)選取。</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，選?。?，。</p><p><b>　　確定溫度系數(shù)</b></p><p&g

50、t;　　溫度系數(shù)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)的壓力比有關(guān)，一般。如果氣缸冷卻良好，進(jìn)氣過程中加入氣體的熱量少，則取較高值；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)際氣缸容積利用率低，取較低值。</p><p><b>　　影響的因素包括</b></p><p>　?。?）壓力比大者，取小值。</p><

51、p>　?。?）冷卻效果好時(shí)，取大值，水冷卻比風(fēng)冷卻的大。</p><p>　?。?）高轉(zhuǎn)速比低轉(zhuǎn)速的壓縮機(jī)，大。</p><p>　?。?）氣閥阻力小時(shí)，取大值。</p><p>　　（5）大、中型壓縮機(jī)取大值，微、小型壓縮機(jī)取小值。</p><p>　　考慮到本設(shè)計(jì)為油潤滑結(jié)構(gòu)，且為風(fēng)冷。故選?。海?。</p><p

52、><b>　　確定泄漏系數(shù)</b></p><p>　　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。</p><p>　　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)，；無油潤滑壓縮機(jī)，。</p><p>&l

53、t;b>　　影響的因素包括</b></p><p>　?。?）大直徑氣缸，取大些，小直徑氣缸取小些。</p><p>　　（2）有油潤滑壓縮機(jī)，取大些，無油潤滑時(shí)，取小些。</p><p>　?。?）高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)，取大些，低轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)取小些。</p><p>　?。?）壓力高，級(jí)數(shù)多，取小些相反可取大些。</p>

54、<p>　　本設(shè)計(jì)為油潤滑，故選?。?.98，0.95。</p><p><b>　　確定各級(jí)排氣系數(shù)</b></p><p><b>　　按下式計(jì)算</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　表3-4 各級(jí)排氣系數(shù)</p

55、><p>　　確定各級(jí)氣缸的行程容積</p><p>　　3.3.1 凝析系數(shù)的確定</p><p>　　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。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。&

56、lt;/p><p>　　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。</p><p>　　有、無水析出的判別式</p><p>　　則無水析出， （3-5）</p><p>　　則有水析出， （3

57、-6）</p><p>　　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</p><p><b>　　（3-7） </b></p><p>　　式中：—分別為一級(jí)和i級(jí)在進(jìn)口溫度下的飽和蒸汽壓, MPa；</p><p>　　—分別為一級(jí)和i級(jí)的名義吸氣壓力，MPa；</p><p&

58、gt;　　—分別為一級(jí)和i級(jí)進(jìn)口氣體的相對(duì)濕度。</p><p>　　查文獻(xiàn)[5]表3-5得： MPa，MPa。</p><p>　　已得：MPa ，MPa。</p><p>　　第一級(jí)從大氣中吸氣，無析水問題，故。</p><p><b>　　第二級(jí)析水系數(shù)為</b></p><p>　　二級(jí)進(jìn)

59、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</p><p><b>　　。</b></p><p>　　3.3.2 抽氣系數(shù)的確定</p><p><b>　　有抽氣，無抽氣。</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中間無抽、加氣，故。</p><p>　

60、　壓縮機(jī)行程容積的確定</p><p>　　壓縮機(jī)第Ⅰ級(jí)的氣缸行程容積按下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中： —壓縮機(jī)的排氣量，m3/min；</p><p>　　—壓縮機(jī)第一級(jí)的排氣系數(shù)。</p><p>　　多級(jí)壓縮機(jī)其余各級(jí)的氣缸行程容積按下

61、式計(jì)算</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中： —分別為一級(jí)和二級(jí)的名義吸氣壓力，MPa；</p><p>　　—分別為一級(jí)和二級(jí)的名義進(jìn)氣溫度, K；</p><p>　　—壓縮機(jī)第二級(jí)的排氣系數(shù)；</p><p>　　—壓縮機(jī)第二級(jí)的凝析系數(shù)；</p&

62、gt;<p>　　—壓縮機(jī)第二級(jí)的抽氣系數(shù)。</p><p>　　按給定排氣量范圍，取m3/min。則</p><p><b>　　m3/min </b></p><p>　　壓縮機(jī)第二級(jí)的行程容積：</p><p><b>　　m3/min</b></p><p&

63、gt;<b>　　確定氣缸直徑</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　對(duì)于單作用氣缸</b></p><p><b>　　（3-10）</b></p><p><b>　　對(duì)于雙作用氣缸<

64、/b></p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中：—i級(jí)氣缸的行程容積, m3/min；</p><p>　　s —活塞行程，m；</p><p>　　n —壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p><b>　　z —同級(jí)氣缸數(shù)；</b>

65、;</p><p>　　d —活塞桿直徑，m。</p><p>　　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。</p><p><b>　　故氣缸直徑為</b></p><p><b>　　一級(jí)氣缸：</b></p><p><b>　　二級(jí)氣缸：

66、</b></p><p>　　按國家標(biāo)準(zhǔn)圓整后：，。</p><p>　　修正各級(jí)名義壓力和溫度</p><p>　　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。</p><p>　　3.4.1 確定圓整后各級(jí)的實(shí)際行程容積</p><p>　　圓整后的

67、行程容積用下式計(jì)算。</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　m3/min</b></p><p><b>　　m3/min</b></p><p>　　計(jì)算各級(jí)壓力修正系數(shù)及</p><p><b>　　

68、（3-13）</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　式中：、 —同級(jí)吸、排氣的修正系數(shù)。</p><p><b>　　因此，修正系數(shù)為</b></p><p>　　修正后各級(jí)名義壓力及壓力比</p><p><b>

69、;　?。?-15）</b></p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　式中：、———— 圓整前的i級(jí)名義吸、排氣壓力，105Pa；</p><p>　　、 ————圓整后的i級(jí)名義吸、排氣壓力，105Pa。</p><p><b>　　105Pa</b><

70、;/p><p><b>　　105Pa</b></p><p>　　表3-5 修正后各級(jí)名義壓力及壓力比</p><p><b>　　修正后各級(jí)排氣溫度</b></p><p>　　表3-6 修正后各級(jí)排氣溫度</p><p><b>　　計(jì)算活塞力</b&g

71、t;</p><p>　　3.5.1 計(jì)算氣缸進(jìn)排氣過程的平均壓力</p><p>　　由文獻(xiàn)[5]查得：=6% =4% =9% =7%</p><p>　　表3-7 氣缸內(nèi)進(jìn)、排氣過程的平均壓力</p><p>　　3.5.2計(jì)算活塞力</p><p>　　列的活塞力是各列氣缸中作用在活塞工作面積上的氣體壓

72、力的代數(shù)和</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　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)。</p><p><b>　　軸側(cè)</b></p><p><b>　?。?-18）</b></p>&

73、lt;p><b>　　蓋側(cè)</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　式中：， —分別為同列缸各級(jí)的實(shí)際吸、排氣壓力，Pa；</p><p>　　， —分別為同列缸內(nèi)各級(jí)對(duì)應(yīng)級(jí)的軸側(cè)、蓋側(cè)活塞工作面積，m2。</p><p><b>　　軸側(cè)活塞

74、工作面積為</b></p><p><b>　　（3-20）</b></p><p><b>　　蓋側(cè)活塞工作面積為</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><p><b>　　則</b></p><

75、;p><b>　　m2</b></p><p><b>　　m2</b></p><p>　　表3-8 各列活塞力</p><p>　　一級(jí)最大活塞力為2439N，二級(jí)最大活塞力為3866N。</p><p>　　計(jì)算軸功率，選擇電機(jī)</p><p>　　計(jì)算各級(jí)指示

76、功率及總指示功率</p><p>　　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。</p><p>　　對(duì)于理想氣體，各級(jí)的指示功率按下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　對(duì)于實(shí)際氣體，各級(jí)的指示功率按下式計(jì)算：</p><p><b>

77、　　（3-23）</b></p><p>　　式中：， —分別為級(jí)的名義吸、排氣壓力，Pa；</p><p>　　， —分別為同列缸內(nèi)各級(jí)對(duì)應(yīng)級(jí)的軸側(cè)、蓋側(cè)活塞工作面積，m2。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中工質(zhì)為看做為理想氣體，故用式（3-22）計(jì)算</p><p><b>　　=2747W</b></

78、p><p><b>　　=2803W</b></p><p>　　壓縮機(jī)的總指示功率為=W</p><p><b>　　壓縮機(jī)軸功率</b></p><p>　　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

79、常摩擦損失耗功都用機(jī)械效率表示，故軸功率為</p><p><b>　　（3-24）</b></p><p>　　根據(jù)已有機(jī)器的統(tǒng)計(jì)，</p><p>　　帶十字頭的大、中型壓縮機(jī)：</p><p>　　小型不帶十字頭的壓縮機(jī)：</p><p><b>　　高壓循環(huán)壓縮機(jī)：</b&

80、gt;</p><p>　　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，則要取下限。</p><p>　　根據(jù)以上經(jīng)驗(yàn)，取，則</p><p><b>　　W</b></p><p><b>　　電機(jī)輸入功率</b></p><p>　　對(duì)于中、小型

81、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</p><p><b>　　（3-25）</b></p><p><b>　　式中：—傳動(dòng)效率。</b></p><p>　　一般皮帶傳動(dòng)；齒輪傳動(dòng)。</p><p>　　一般驅(qū)動(dòng)功率還應(yīng)留有（5~15）%的功率儲(chǔ)備，故驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率

82、應(yīng)為</p><p><b>　?。?-26）</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)選用皮帶傳動(dòng)，，按10%的裕度計(jì)算。故</p><p><b>　　kW</b></p><p>　　所以選用Y系列Y132M-4，其功率為7.5 kW，滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min，主軸頸φ為38mm。</p&

83、gt;<p>　　4 主要零部件設(shè)計(jì)</p><p>　　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)。</p><p><b>　　活塞組件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　活塞組件與氣缸構(gòu)成了壓縮容

84、積。活塞組件必須有良好的密封性，此外還要求</p><p>　?。?）有足夠的強(qiáng)度和剛度。</p><p>　?。?）活塞與活塞桿(或活塞銷)的連接和定位要可靠。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）制造工藝性好。</p><p>

85、　　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。</p><p>　　4.1.1 活塞環(huán)設(shè)計(jì)</p><p>　　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

86、，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)尺寸的選擇對(duì)其壽命起至關(guān)重要的作用。</p><p>　　4.1.1.1 活塞環(huán)的材料</p><p>　　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

87、鑄鐵制造。</p><p>　　表4-1 灰鑄鐵活塞直徑與鑄鐵牌號(hào)關(guān)系</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的活塞環(huán)材料為灰鑄鐵，牌號(hào)為HT250。</p><p><b>　　活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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。 </p><p&

88、gt;　?。?）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。 </p><p>　　（2）斜切口式。該結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)氣體泄漏量及加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)。 </p><p>　　（3）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。</p><p&

89、gt;　　本設(shè)計(jì)采用直切口式。</p><p><b>　　活塞環(huán)環(huán)數(shù)的確定</b></p><p>　　活塞環(huán)的數(shù)目按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算：</p><p><b>　　（4-1）</b></p><p>　　式中：—活塞環(huán)兩邊的最大壓差，105Pa。</p><p>　　活塞

90、環(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。</p><p><b>　　，取=2。</b></p><p><b>　　，取=3。</b></p><p><b>　　主要尺寸的確定</b></p><p><b>　?。?）徑向厚度t</b

91、></p><p>　　徑向厚度t一般取t=（1/22~1/36）D。D為活塞環(huán)外徑（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。</p><p><b>　　mm，取=4mm。</b></p><p><b>　　mm，取=3mm。</b></p><p>&l

92、t;b>　?。?）軸向厚度h</b></p><p>　　軸向厚度h一般取h=（0.4~1.4）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。</p><p><b>　　mm，取=3mm。</b></p><p><b>　　mm，取=3mm。</b></p

93、><p><b>　?。?）開口熱間隙</b></p><p>　　開口熱間隙按下式計(jì)算</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　式中：—活塞環(huán)外徑，mm；</p><p>　　—活塞工作時(shí)的溫度，通常取排氣溫度，℃；</p><p

94、>　　—在檢驗(yàn)尺寸時(shí)活塞環(huán)本身的溫度，通常取室溫20℃；</p><p>　　—活塞環(huán)材料的線膨脹系數(shù)（1/℃），鑄鐵/℃。</p><p>　　mm，取=0.6mm。</p><p>　　mm，取=0.5mm。</p><p>　?。?）自由開口寬度A</p><p>　　查文獻(xiàn)資料[1]得：A1=11.8mm

95、 A2=7.5mm</p><p>　　根據(jù)已知的條件=95mm，=70mm，選用文獻(xiàn)[1]中的標(biāo)準(zhǔn)活塞環(huán)。</p><p>　　圖4.1 活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　4.1.2 刮油環(huán)設(shè)計(jì)</p><p>　　在單作用的氣缸中，為了防止曲軸內(nèi)的潤滑油竄入氣缸，要采用刮油環(huán)。刮油環(huán)的工作面有鋒利的邊緣，以便把氣缸上的潤滑油

96、刮下，刮下的油順著活塞上的導(dǎo)油孔導(dǎo)出。</p><p>　　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。</p><p>　　圖4.2 一級(jí)活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　圖4.3 二級(jí)油環(huán)的結(jié)構(gòu)簡圖</p>

97、<p><b>　　.3 活塞的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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。</p><p>　　活塞式壓縮機(jī)中采用的活塞基本結(jié)構(gòu)型式有：簡形、盤形、級(jí)差式、組合式、柱塞等

98、。</p><p>　?。?）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)。</p><p>　　（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。</p><p>　　（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。</p><p>　?。?）隔距環(huán)組合型活塞：高壓級(jí)中

99、，活塞環(huán)徑向厚度與它的直徑的比值，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。</p><p>　?。?）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)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用筒型活塞。</p><p><b>　　活塞材質(zhì)的選取</b></p><p>　　根據(jù)

100、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)氣缸的材質(zhì)為HT200。</p><p><b>　　活塞結(jié)構(gòu)尺寸的確定</b></p><p>　　不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時(shí)的活塞高度</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中：—最大側(cè)向力；為連桿

101、徑長比，為最大活塞力；</p><p><b>　　D—活塞直徑，m；</b></p><p>　　[k1] —筒形活塞支撐面的許用比壓，0.15 MPa ~0.30MPa。</p><p>　　取0.2MPa，=1/4.5</p><p>　　不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時(shí)的一級(jí)活塞高度</p><p&g

102、t;<b>　　m=28.5mm</b></p><p>　　不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時(shí)的二級(jí)活塞高度</p><p><b>　　m=61.4mm</b></p><p><b>　　活塞的總高度</b></p><p><b>　　（4-4）</b>&l

103、t;/p><p>　　式中：n，m—活塞環(huán)數(shù)；</p><p>　　h，h3—活塞環(huán)的軸向高度，mm。</p><p>　　一般取=（1-2）h。根據(jù)刮油環(huán)的設(shè)計(jì)知：=4.5mm</p><p><b>　　一級(jí)活塞高度：mm</b></p><p><b>　　二級(jí)活塞高度：mm</

104、b></p><p>　　活塞總高度一般與活塞直徑D的關(guān)系為</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　一級(jí)活塞高度范圍： mm</p><p>　　二級(jí)活塞高度范圍： mm</p><p>　　綜上所述：取一級(jí)活塞高度=72mm，取二級(jí)活塞高度=72mm。<

105、/p><p>　　活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離為</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　一級(jí)活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離 mm</p><p>　　二級(jí)活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離 mm</p><p>　　取=6mm，=6mm。</p><p>

106、<b>　　活塞環(huán)之間的距離為</b></p><p><b>　　（4-7）</b></p><p>　　一級(jí)活塞活塞環(huán)之間的距離mm</p><p>　　二級(jí)活塞活塞環(huán)之間的距離mm</p><p><b>　　取，。</b></p><p>　　裙

107、座到底邊的距離約為</p><p><b>　　（4-8）</b></p><p>　　一級(jí)活塞裙座到底邊的距離mm</p><p>　　二級(jí)活塞裙座到底邊的距離mm</p><p>　　活塞銷中心線到底邊距離約為</p><p><b>　?。?-9）</b></p&

108、gt;<p>　　一級(jí)活塞活塞銷中心線到底邊距離mm，取為32 mm。</p><p>　　二級(jí)活塞活塞銷中心線到底邊距離mm，取為32 mm。</p><p>　　活塞銷孔徑均為20 mm。</p><p>　　活塞的基本結(jié)構(gòu)見圖4.4。</p><p>　　圖4.4 活塞示意圖</p><p>　　

109、4.1.4 活塞銷的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.4.1 活塞銷的材料</p><p>　　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。</p><p>　　活塞銷的主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　活塞銷的尺寸，根據(jù)最大活塞力作用下活塞銷投影工

110、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?；钊N的計(jì)算尺寸如圖6所示。</p><p><b>　　（4-10）</b></p><p>　　式中：pmax—最大活塞力，N；</p><p>　　d —活塞銷直徑，m；</p><p>　　l0 —連桿銅套長度，按l0 (1.1~1.4)d的范圍選取；<

111、;/p><p>　　[k2] —活塞銷許用比壓，活塞力始終在一個(gè)方向時(shí)，[k2]120×105Pa ~150×105Pa；活塞力的方向有變化時(shí)，[k2]150×105Pa ~250×105Pa。</p><p>　　因?yàn)榛钊τ凶兓?，取[k2] 200105Pa。</p><p><b>　　則一級(jí)活塞銷</b&g

112、t;</p><p>　　，d0.0105m10.5mm，取d20mm</p><p><b>　　二級(jí)活塞銷：</b></p><p>　　，d0.0133m13.3mm，取d20mm</p><p>　　活塞銷座處的表面壓力按下式確定 </p><p><b>　?。?-11）<

113、;/b></p><p>　　式中：d—如圖6所示，為活塞銷外徑，mm；</p><p>　　—活塞銷在一側(cè)銷座中的支撐長度，mm。</p><p><b>　　表面壓力的許用值</b></p><p>　　活塞銷在銷座中為緊固支撐，鑄鐵活塞35 Mpa~40MPa。鑄鋁活塞20 MPa~25MPa。</p&

114、gt;<p>　　一級(jí)活塞：d10mm，取20mm，則</p><p>　　MPa，在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　二級(jí)活塞：d16mm，取10mm，則</p><p>　　MPa，在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　圖4.5 活塞銷計(jì)算示意圖</p><p>　　圖4.6 活塞銷座計(jì)算尺寸<

115、;/p><p>　　進(jìn)行彎曲驗(yàn)算時(shí)，把活塞銷看作兩端自由支撐的梁，與連桿接觸長度l0上承受均布載荷，中間截面的彎曲應(yīng)力最大，其值為</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中：Pmax—最大活塞力，N；</p><p>　　l —活塞銷座支撐長度中點(diǎn)間的距離，mm；</p>&l

116、t;p>　　l0 —連桿軸承的寬度，mm；</p><p>　　d0 —活塞銷中心孔徑，mm，一般取d0=(0.6~0.7)d。</p><p>　　許用彎曲應(yīng)力：碳素鋼90 MPa；合金鋼150 MPa。</p><p>　　一級(jí)活塞連桿小頭的寬度l024mm；活塞銷中心孔徑選擇d08mm；連桿銅套與活塞銷座之間應(yīng)留出一定間隙，取間隙為8mm，=3mm。則活

117、塞銷總長為</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　一級(jí)活塞銷：=80mm</p><p><b>　　二級(jí)活塞銷：mm</b></p><p><b>　　一級(jí)活塞銷</b></p><p><b>　　MPa&

118、lt;/b></p><p><b>　　二級(jí)活塞銷</b></p><p><b>　　MPa</b></p><p>　　活塞銷的材料為20Cr，是合金鋼，一、二級(jí)活塞銷的在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　截面Ⅱ-Ⅱ上的剪切應(yīng)力為</p><p><b>

119、;　?。?-14）</b></p><p>　　許用剪切應(yīng)力：碳素鋼50 MPa；合金鋼100 MPa。</p><p>　　活塞銷的材料為20Cr,為合金鋼，100 MPa。</p><p>　　一級(jí)活塞銷：MPa 100 MPa，在允許范圍內(nèi)；</p><p>　　二級(jí)活塞銷：MPa 100 MPa，在允許范圍內(nèi)。</p

120、><p>　　4.2 氣缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 基本結(jié)構(gòu)型式及選材</p><p>　　氣缸是活塞式壓縮機(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、制造氣缸的材料以及制造廠的習(xí)慣等條件，氣缸的的結(jié)構(gòu)可以有各種各樣的形式。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)氣缸的要點(diǎn)

121、是</b></p><p>　　（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。</p><p>　　（2）要有良好的冷卻；在有油潤滑的氣缸中，工作表面應(yīng)有良好的潤滑狀態(tài)。</p><p>　?。?）盡可能減小氣缸內(nèi)的余隙容積和氣體阻力。</p><p>　?。?）結(jié)合部分的連接和密封要可靠。</p><

122、;p>　?。?）要有良好的制造工藝性和裝拆方便。</p><p>　?。?）氣缸直徑和閥座安裝孔等尺寸應(yīng)符合“三化”要求。</p><p>　　為了保證工作的可靠性，壓縮機(jī)列中的所有氣缸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，而且結(jié)合平面要與中心線垂直。</p><p>　　由于活塞和活塞環(huán)在氣缸工作表面上滑行，使

123、氣缸工作表面受到摩損，而且當(dāng)活塞在止點(diǎn)位置時(shí)，速度等于零，靠壓縮容積一側(cè)的第一道活塞環(huán)的比壓很大，有可能咬在工作面上，所以此處的磨損最大。因此應(yīng)恰當(dāng)?shù)倪x擇活塞環(huán)和氣缸工作面之間硬度和配合。本次設(shè)計(jì)在氣缸工作表面加上細(xì)微的珠光體組織，硬度達(dá)HB170以上，使活塞環(huán)的硬度比氣缸工作表面的硬度高（10~20） HB。當(dāng)工作表面的Ra的上限值為12.5時(shí)磨損最小，但用普通的加工方法很難達(dá)到這樣的光潔度。因此本次設(shè)計(jì)無十字頭的壓縮機(jī)表面的Ra的上

124、限值為6.3即可。</p><p>　　氣閥在氣缸上的布置方式對(duì)氣缸的結(jié)構(gòu)有很大影響。本次設(shè)計(jì)氣閥關(guān)鍵是通道截面要大、余隙容積要小、安裝和修理要方便。因此本次設(shè)計(jì)選用舌簧閥，為了簡化氣缸的結(jié)構(gòu)，氣閥安裝在氣缸蓋上，氣閥的中心線與氣缸中心線平行布置氣閥在兩氣缸蓋上。這時(shí)氣閥與氣缸連通通道引起的余隙容積較小，氣流暢通。</p><p>　　單作用氣缸的潤滑點(diǎn)布置在靠壓縮容積側(cè)第一道活塞環(huán)掃過距

125、離的中間位置，而且氣缸一般都有指示器接管。</p><p>　　為了防止氣體外泄，壓緊螺栓的端部用封閉螺母緊固，螺母與閥蓋的結(jié)合面上加熱片密封。吸氣閥受氣缸內(nèi)的氣體壓力作用，脫離其承座的力要比排氣閥所受的同樣的力大得多，所以吸氣閥壓罩的壓緊螺栓要比排氣閥的取得多。</p><p>　　氣缸因工作壓力不同而選用不同強(qiáng)度的材料，工作壓力低于6MPa的氣缸用鑄鐵制造。工作壓力低于20MPa的氣缸