二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機設計【畢業(yè)設計】

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p><b>　　（二零 屆）</b></p><p>　　二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 械設計制造及其自動化 </p>

2、<p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設

3、計的課題是二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機。壓縮機是輸送氣體和提高氣體壓力的一種從動的流體機械。壓縮機的用途十分廣泛，幾乎遍及工農(nóng)業(yè)各個生產(chǎn)領域，如礦山、冶金、石油化工、機械、國防和農(nóng)業(yè)灌溉等等。過去的幾十年時間里，活塞式壓縮機在國民經(jīng)濟各領域中得到了越來越廣泛的應用，所以對活塞式壓縮機的研究與新型壓縮機的開發(fā)顯得尤為重要和迫切。</p><p>　　設計過程包括全面了解壓縮機生產(chǎn)工藝過程，依據(jù)設備的性能要求，進行熱力學

4、性能設計，主要零部件的分析計算；進行各零部件的結構設計以及強度校核，繪制設備總圖；了解生產(chǎn)工藝特點，確定設備總體設計方案等。 </p><p>　　在設計的過程中主要運用了Pro/ENGINEER 4.0軟件對壓縮機進行了實體的建模，完成整個設計，此外還利用了AutoCAD2004軟件進行裝配圖及零件圖的繪制。</p><p>　　關鍵詞：活塞式壓縮機；高壓直聯(lián)機；熱力學過程；電

5、機軸</p><p>　　Design of the Directly-driven Two high-Pressure Protable Air Compress Design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design is the subject of The Directly-dri

6、ven Two high-Pressure Protable Air Compressure. Compressor is fluid machinery to delive gas and improve the pressure of gas. The use of a wide range of compressor, Almost every industrial and agricultural production area

7、s in all, Such as mining, metallurgy, petrochemical, machinery, defense and agricultural irrigation and so on. Piston compressor in all areas in the national economy has been more widely used. Therefore, research on the

8、piston compres</p><p>　　Comprehensive understanding of the design process, including production process of the compressor, Based on performance requirements, the main components of the analysis and calculati

9、on, The structural design of each component, The total figure drawing equipment; Analysis of the production process characteristics; Overall design of programs to determine equipment and so on.</p><p>　　In t

10、he process of designing the main use of Pro / ENGINEER 4.0 software modeling entity compressor, In addition, use of software AutoCAD2004 assembly drawing and part map.</p><p>　　Keywords: Piston compressor；Th

11、e direct-drive high pressure handy air compressor； Thermodynamic process；Component design</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</

12、p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1選題的背景和意義1</p><p>　　1.2壓縮機的組成、分類及特點1</p><p>　　1.2.1壓縮機的組成1</p><p>　　1.2.2壓縮機的特點1</p><p>　　1.3活塞式

13、壓縮機技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.4課題研究的主要內容2</p><p>　　2 二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機方案設計與總體設計3</p><p>　　2.1二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機方案設計3</p><p>　　2.1.1級數(shù)的選擇3</p><p>　　2.1.2結構型式的選擇4</

14、p><p><b>　　2.2方案評價5</b></p><p>　　2.3二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機的總體設計5</p><p>　　3 二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機的熱力學性能設計計算7</p><p>　　3.1排氣壓力與排氣量的確定8</p><p>　　3.2高低壓缸的行程和氣缸直徑設計

15、9</p><p>　　3.3排氣溫度11</p><p>　　3.4功率和效率11</p><p>　　4 二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機的零部件設計與校核13</p><p>　　4.1氣缸部分主要零部件的設計計算13</p><p>　　4.1.1氣缸設計計算13 </p><p>

16、　　4.1.2活塞組件設計計算15 </p><p>　　4.2機座部分主要零部件設計16</p><p>　　4.2.1電機軸的設計17</p><p>　　4.2.2 連桿設計19</p><p><b>　　結論與展望21</b></p><p><b>　　參考文獻

17、22</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　附錄25</b></p><p>　　附錄圖1 電機錯誤!未定義書簽。</p><p>　　附錄圖2 低壓缸25</p><p>　　附錄圖3 低壓缸活塞25<

18、/p><p>　　附錄圖4 低壓缸進出氣閥25</p><p>　　附錄圖5 低壓缸缸體25</p><p>　　附錄圖6 低壓缸偏心輪25</p><p>　　附錄圖7 低壓缸曲柄連桿25</p><p>　　附錄圖8 墊圈125</p><p>　　附錄圖9 墊圈225</p&

19、gt;<p>　　附錄圖10 硬鋁環(huán)25</p><p>　　附錄圖11 高壓缸活塞25</p><p>　　附錄圖12 高壓缸缸體25</p><p>　　附錄圖13 高壓缸偏心輪25</p><p>　　附錄圖14 高壓缸曲柄連桿25</p><p>　　附錄圖15 電機軸25</p

20、><p>　　附錄圖16 鋁環(huán)25</p><p>　　附錄圖17 小塑料件25</p><p>　　附錄圖18 轉子25</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1選題的背景和意義</p><p>　　壓縮機是輸送氣體和提高氣體壓力的一種從

21、動的流體機械，是制冷系統(tǒng)的心臟[1]。它從吸氣管中吸入低溫低壓的氣體，通過電機運轉帶動活塞對氣體進行壓縮后，向排氣管排出高溫高壓的氣體，從而實現(xiàn)吸氣→壓縮→排氣→膨脹這樣的一個循環(huán)過程。壓縮機的用途十分廣泛，幾乎遍及工農(nóng)業(yè)各個生產(chǎn)領域，如礦山、冶金、石油化工、機械、國防和農(nóng)業(yè)灌溉等等[2]。</p><p>　　活塞式壓縮機自19世紀末至20世紀初問世以來，其類型和用途得到了較大的發(fā)展。特別是近幾十年來，隨著新技

22、術在壓縮機中的應用、新機型的不斷涌現(xiàn)，活塞式壓縮機在國民經(jīng)濟各領域中得到了越來越廣泛的應用，成為石油化工生產(chǎn)中必不可少的關鍵性設備[3]。所以對活塞式壓縮機的研究與新型壓縮機的開發(fā)顯得尤為重要和迫切。</p><p>　　1.2活塞式壓縮機的組成、及特點</p><p>　　1.2.1活塞式壓縮機的組成</p><p>　　壓縮機結構包括主機和輔機兩部份。主機由運動

23、機構（包括曲軸、連桿、十字頭等）、工作機構（包括氣缸、活塞、氣閥等）及機身（包括機體、中體、機座等）等組成。輔機包括潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)等。</p><p>　　1.2.2活塞式壓縮機的特點[4，5]：</p><p>　?。?）壓力分為最廣?；钊綁嚎s機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近350Mpa。</p><p><b>　

24、　（2）效率高。</b></p><p>　?。?）適應性強?；钊綁嚎s機的排氣量可在較廣泛的范圍內進行選擇。此外，氣體的密度對活塞式壓縮機性能的影響，并不如速度型壓縮機那樣顯著，所以同一規(guī)格的壓縮機，將其用于壓縮不同介質時較易改造。</p><p>　　1.3活塞式壓縮機技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　現(xiàn)在我國的活塞式壓縮機行業(yè)已能自己設計和制

25、造多種類、多用途并能滿足不同排氣壓力和排氣量的產(chǎn)品，初步形成了比較完整的、有一定規(guī)模和技術水平的制造體系，生產(chǎn)的產(chǎn)品不但滿足了國內市場需求，還遠銷國外，在國際市場競爭中占有一席之地[6]。近年來生產(chǎn)的部分新產(chǎn)品在設計水平、制造精度及運行可靠性等方面已接近世界先進水平，但同國外著名廠家的產(chǎn)品相比，還存在一定的差距。其缺點和不足主要表現(xiàn)在以下幾個方面[7，8]：輔機及配套儀表能力較差，生產(chǎn)周期長，成本較高，同時各制造廠家型號較不統(tǒng)一，使得配

26、件多不能通用。以及還存在機器可靠性較差，關鍵零件壽命短等缺點，這就降低了運轉效率，所以還有待進一步完善。</p><p>　　此外，現(xiàn)役活塞式壓縮機還存在對環(huán)境污染較大，工程系數(shù)適應性差以及制造工藝水平低，加工精度較差，表面質量差等缺點。</p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，活塞式壓縮機的制造技術也得到了長足的發(fā)展和進步，其發(fā)展趨勢集中表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><

27、;p>　　設計將上實現(xiàn)標準化、系列化、模塊式。如對氣缸、活塞、填料等結構的設計，可以根據(jù)其直徑、壓力和級數(shù)采用多種系列的標準化設計[9]。壓縮機廠家可以根據(jù)客戶的要求在短時間內用計算機完成設計，并且做到配件標準化。不但可滿足不同工藝流程的需要，而且還降低了成本，易于維修，從而提高了產(chǎn)品的使用率。此外新科學技術的出現(xiàn)和應用[10，11]（計算機技術、數(shù)控數(shù)顯技術等），使易損件的結構設計更趨標準和合理化，同時采用先進制造工藝改善了易損

28、件的加工工藝、提高加工精度，可以進一步提高壓縮機工作的可靠性和平穩(wěn)性。以上技術的運用提高了壓縮機工作的可靠性，可以實現(xiàn)壓縮機長周期安全運行。還有在一些壓縮機的設計時采用先進的控制儀表和安全聯(lián)鎖裝置，便于實現(xiàn)計算機集中控制。這樣就可以將備用機組取消，使得工程造價降低。整機的合理設計會使機器平穩(wěn)運行，噪聲和振動污染得到控制。另外得益于良好的潤滑性能的自潤滑材料的研制和開發(fā)，氣缸已能實現(xiàn)無油潤滑，這為壓縮機向無油潤滑方向發(fā)展創(chuàng)造了有利得條件。

29、</p><p>　　為了提高活塞式壓縮機的可靠性，進一步完善閥件、密封件，采用非金屬材料，運用技術診斷系統(tǒng)等等均具有重大意義?；钊綁嚎s機自動閥的完善前景與廣泛應用氣體阻尼原理，利用合成材料制造關閉元件，進一步發(fā)展直流結構，研究更高轉速的新結構和增加可靠性并減少余隙容積等方面有關[12]?？傊?，隨著科學技術水平的發(fā)展及進步，目前存在活塞式壓縮機中的一些缺點及問題將會很好的得到解決，使活塞式壓縮機的運行更加平穩(wěn)和

30、可靠。</p><p>　　1.4課題研究的主要內容</p><p>　　本次壓縮機的設計以熱力學性能設計和主機部分結構和參數(shù)（運動機構、工作機構）為主，主要內容包括所設計壓縮機的說明書、壓縮機的裝配圖和各零部件圖紙的繪制等。</p><p>　　2 二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機方案設計與總體設計</p><p>　　壓縮機的運行狀況的良好與否，

31、以及壓縮機的使用耐久性都與壓縮機的設計是否合理有關。壓縮機結構方案、結構參數(shù)和轉速的合理選擇，不僅能使機器的重量和占用空間最大限度的減少，并且對壓縮機的經(jīng)濟性和耐久性影響重大，本次設計將以此為基礎將對壓縮機的結構及參數(shù)進行合理的設計。</p><p>　　2.1二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機方案設計</p><p>　　高壓直聯(lián)壓縮機有低壓級部分、高壓級部分、電機以及儲罐等部分組成。此次的設計將

32、在傳統(tǒng)的設計基礎上，做一些變化，以便更合理的設計壓縮機。</p><p>　　2.1.1級數(shù)的選擇</p><p>　　級數(shù)的選擇的原則是保證功耗最小，運轉可靠，結構簡單、緊湊，易于維修及質量輕[13]。長期連續(xù)運轉的大型壓縮機，應以運轉可靠和經(jīng)濟性好為原則，此外還應與工藝流程密切配合，一般每級壓力比不應大于4。一般在允許范圍內，可適當提高壓力比。表2-1列出了當吸氣壓力為大氣壓是，終了壓

33、力與級數(shù)z的經(jīng)驗統(tǒng)計值。 </p><p>　　表2-1 活塞式壓縮機級數(shù)與終壓間的關系 </p><p>　　終壓/105Pa 5~6 6~30 14~150 36~400 150~1000 200~1000 800~ 1500 </p><p>　　級數(shù)（z） 1 2 3

34、 4 5 6 7</p><p>　　氣體經(jīng)過一次壓縮即達到排氣壓力，稱為單級壓縮；若將氣體的壓縮過程分在若干級中進行，并在每級壓縮之后將氣體導入中間冷卻器冷卻至接近初始溫度，這樣的壓縮過程稱為多級壓縮，如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 多級壓縮機流程圖</p><p>　　若采用多級壓縮，具有一定的優(yōu)勢

35、：減少功耗提高壓縮機的經(jīng)濟性；提高容積系數(shù)；降低排氣溫度；降低作用在活塞上的氣體力[14]。但同時采用多級壓縮會帶來一些問題，結構更加復雜，成本、體積和重量將大幅上升。綜合考慮本次設計的壓縮機所要達到的要求將級數(shù)定為二級，通過二級壓縮來達到所需的排氣壓力。</p><p>　　2.1.2結構型式的選擇</p><p>　?。?）對動式布置形式的汽缸</p><p>

36、　　圖2.2 對動式示意圖</p><p>　　如圖2.2所示，對動式壓縮機的氣缸分布在偏心輪的兩側，倆偏心輪偏心方向錯開角度為1800，兩活塞的運動方式為對動運動[15，16]。氣缸的運轉方式為同時壓縮、同時吸氣，二列活塞的往復慣性力可以相互抵消，壓縮機震動較小，但其負載力矩的波動較大，會引起電機轉速的波動，從而降低電機的效率，并增加噪音。</p><p>　?。?）對置式布置形式的汽缸

37、</p><p>　　圖2.3 對置式示意圖</p><p>　　如圖2.3所示為氣缸對置式放置，氣缸分布在偏心輪的兩側，相對列的偏心輪偏心方向錯開角度為00。兩列的活塞做同方向的運動，這樣，當一個氣缸壓縮或排氣時，另一個氣缸處于吸氣狀態(tài)，因此壓縮機的負載力矩波動相對較小，有利于電機的高效運行，但是慣性力無法平衡，導致壓縮機振動和產(chǎn)生噪音。</p><p>　　（3

38、）角度式布置形式的汽缸</p><p>　　圖2.4 角度式示意圖</p><p>　　如圖2.4所示，角度式的兩氣缸軸線呈一定的夾角布置，當氣缸軸線夾角為900時，為L型壓縮機。高壓缸垂直布置，低壓缸水平布置，此種放置方式使得兩個氣缸的力矩波動較小，從而降低了對電機最大輸出扭矩的要求，能夠降低噪音，提高效率。</p><p>　　從以上的三種方式的優(yōu)缺點綜合考慮，

39、此次設計將選擇L型作為高低壓缸的結構形式。在傳統(tǒng)的壓縮機設計中，曲軸是壓縮機中重要的一個運動零件，它不僅應該有足夠的疲勞強度，而且還應該有足夠的剛性及耐磨性。這就使得在設計時對曲軸的設計會花很多的時間，做很多的工作。此次設計將利用偏心輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)壓縮機的曲軸。工作時，高、低端的偏心輪都裝在電機軸上，電機驅動高、低端偏心輪做回轉運動，再通過偏心輪帶動連桿做往復運動，連桿再推動活塞進行往復運動來實現(xiàn)氣體的壓縮及傳送。</p>&

40、lt;p><b>　　2.2方案評價</b></p><p>　　方案確定了壓縮機級數(shù)為二級，采用多級壓縮的方式，并將壓力合理的分配到各級中去，充分發(fā)揮了多級壓縮的優(yōu)點，使得壓縮機總的理論循環(huán)功最小。同時在壓縮機的機構上也做了一些改動，利用偏心輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)壓縮機的曲軸，同時省去了十字頭結構，此種結構的設計不僅減少了設計時的工作量，更使得壓縮機機構簡單化，節(jié)省了壓縮機的占據(jù)空間，體積和重量

41、也會大大降低。</p><p>　　2.3二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機總體設計</p><p>　?。?）總體設計的內容</p><p>　　總體設計是壓縮機系統(tǒng)內部設計的主要任務之一，也是進行系統(tǒng)技術設計的依據(jù)?？傮w設計對壓縮機的性能、尺寸、外形、質量及生產(chǎn)成本具有重大的影響。</p><p>　　總體設計的主要內容有：</p>

42、<p><b>　　總體布置設計；</b></p><p><b>　　確定總體主要參數(shù)；</b></p><p><b>　　繪制總體設計圖樣；</b></p><p>　　編寫總體設計報告書及技術說明書等。</p><p><b>　?。?）總體布置設計

43、</b></p><p>　　總體布置的基本要求主要有：</p><p>　　保證壓縮機的平穩(wěn)運行；</p><p>　　降低噪音，提高效率；</p><p>　　提高抗振性及熱穩(wěn)定性；</p><p>　　結構緊湊，占用空間?。?lt;/p><p>　　操作、維修、調整方便；</

44、p><p><b>　　外形美觀。</b></p><p>　　（3）總體主要參數(shù)的確定</p><p>　　考慮到此次設計的高壓直聯(lián)壓縮機的便攜性，再根據(jù)普通人的隨身攜帶能力可以初步將壓縮機的整體質量定在18到20千克。在此基礎上，來考慮壓縮機的排氣壓力。若排氣壓力過大會導致壓力比過大，由此會產(chǎn)生一系列不利于壓縮機正常運行的問題，同時儲氣罐的壁厚

45、也會增大，不利于降低壓縮機的質量。綜合考慮以上因素，此次設計將排氣量達到在3.0Mpa時排氣量為80L/min。</p><p>　　3 二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機的熱力學參數(shù)設計</p><p>　　活塞式壓縮機的熱力性能是指排氣壓力、排氣量、排氣溫度，以及功率和效率。熱力性能表征壓縮機的熱力特性，是壓縮機研究的一個重要方面。</p><p>　　本次壓縮機的設計

46、將根據(jù)要求的排氣量、排氣壓力，以及已知的進氣壓力、溫度、濕度，確定壓縮機的級數(shù)、各級壓力比分配、氣缸工作容積、功率和效率，同時驗算各級的排氣溫度；并且根據(jù)選定的行程和活塞的平均速度，進一步確定各級氣缸直徑。在壓力比分配的設計方面將按照等壓比的方法進行，這樣各級壓比相等，在理論上循環(huán)功最小[17]。多級壓縮機把總的壓力合理的分配到各級中，以使多級壓縮機的優(yōu)點得到發(fā)揮。在級數(shù)的選擇上為二級，這主要是因為多級壓縮機相對于單級壓縮機有以下的優(yōu)點

47、：可以減少功耗并且提高壓縮機的經(jīng)濟性；提高容積系數(shù)；降低排氣溫度；降低作用在活塞上的氣體力[18]。如圖3.1所示，將氣體的壓力從P1壓縮到壓力P2，過程線3為最理想的單級等溫壓縮，單級絕熱壓縮為過程線1，當采用多級壓縮時，過程線為線2。由圖可知按照多級壓縮會介于等溫壓縮和絕熱壓縮兩者之間。當級數(shù)越多，過程線將變成更加密的階梯形折現(xiàn)，即更接近等溫度壓縮過程線，所以更能節(jié)省壓縮氣體的指示功。</p><p>　　圖

48、3.1多級壓縮P-V圖</p><p>　　活塞式壓縮機工作原理是通過連桿將曲軸的旋轉運動轉為活塞的往復運動，在這過程中，氣體將在氣缸內被壓縮并完成吸氣、壓縮、排氣、膨脹等四個過程，并借助氣閥的自動開啟和關閉，周期性地吸入和排出氣體，從而實現(xiàn)氣體的壓縮和輸送。但在實際的運行過程中，存在著各方面的因素影響，例如余隙容積、阻力、熱交換、泄漏等，使得實際循環(huán)功與理論上有一定的差異，如圖3.2所示。</p>

49、<p>　　圖3.2 實際示功圖</p><p>　　3.1排氣壓力和排氣量</p><p><b>　?。?）排氣壓力</b></p><p>　　壓縮機的排氣壓力通常是指最終排出壓縮機的氣體壓力。排氣壓力應在壓縮機末級排氣接管處測量。在這之前排出的氣體壓力，稱為級間壓力[19]。本次設計將使壓縮機的排氣壓力達到3.0Mpa。&l

50、t;/p><p><b>　?。?）排氣量</b></p><p>　　壓縮機的排氣量，通常是指單位時間內壓縮機最后一級排出的氣體，換算到第一級進口狀態(tài)的壓力和溫度時的氣體容積值。</p><p>　　壓縮機在實際的運轉過程中，實際排氣量與理論的排氣量之間會有一定的差異，這種差異主要來源于以下幾個方面[20]：</p><p&g

51、t;　　1）進氣壓力的影響。此次設計將以大氣壓為進氣壓力，而大氣壓會受到氣溫和海拔的影響，進氣壓力的變化進而影響到排氣量。</p><p>　　2）進氣溫度的影響。進氣溫度的影響主要通過中間冷卻效果來實現(xiàn)，若在中間環(huán)節(jié)氣體沒有得到很好的冷卻，那么氣體溫度會逐漸升高，導致氣體密度減小，由此使同流部分的壓力損失減小，故氣量也有可能增加。</p><p>　　3）轉速的影響。由于電網(wǎng)的不穩(wěn)定或是

52、異步電動機的電壓不足時，導致了轉速的不穩(wěn)定，進而影響了排氣量。</p><p>　　4）泄漏的影響。隨著機器的運行時間越長，泄漏問題也會逐漸增加，這對排氣量的影響會很嚴重。</p><p>　　綜合考慮到以上因素，將根據(jù)排氣量的理論計算公式來計算排氣量。排氣量應等于每一級吸進的氣體扣除中途泄漏掉的氣體再乘以轉速，即</p><p>　　[20]

53、 （3-1）</p><p>　　式中 為第一級氣缸的行程容積，</p><p>　　、為第一級氣缸的壓力系數(shù)、溫度系數(shù)，</p><p>　　、為第一級氣缸的容積系數(shù)、泄漏系數(shù)，</p><p><b>　　n為轉速，</b></p><p>　　考慮到以上對排氣量的影響因素和排氣量的理論

54、計算，在本次設計中，將使壓縮機的排氣量達到80L/min。</p><p>　　3.2高、低壓缸的行程和氣缸直徑</p><p>　　壓縮機的排氣壓力為3.0Mpa,排氣量為80L/min，采用兩級壓縮，按照等壓比方法進行計算。</p><p><b>　　（1）計算總壓力比</b></p><p><b>　

55、?。?-2）</b></p><p><b>　?。?）壓力比分配</b></p><p><b>　　（3-3）</b></p><p><b>　?。?）計算容積系數(shù)</b></p><p>　　取 相對余隙容積 </p><p&

56、gt;<b>　　低壓缸容積系數(shù)為</b></p><p>　　=0.793 （3-4）</p><p><b>　　高壓缸容積系數(shù)為</b></p><p><b>　　=0.773</b></p><p>　　（4）計算各級行程容積與缸徑等參

57、數(shù)</p><p>　　低壓缸行程容積為： </p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　取 壓力系數(shù)=0.98，溫度系數(shù)=0.97，泄漏系數(shù)=0.9731。</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　高壓缸行程容積為：

58、 </p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　取 壓力系數(shù)=1.00，溫度系數(shù)=0.97，泄漏系數(shù)=0.9737。</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　低壓氣缸直徑為：</b></p>&l

59、t;p>　　==65.4mm，圓整 （3-7）</p><p><b>　　高壓氣缸直徑為：</b></p><p>　　==44.5mm，圓整</p><p>　　確定高低壓端活塞行程為：s1=22mm，s2=11。根據(jù)高壓直聯(lián)壓縮機中，和取值范圍為0.1~0.25，這里取值為0.1。由此可以得到低壓端連桿長度為110mm，高

60、壓端連桿長度為55mm。</p><p><b>　　3.3排氣溫度</b></p><p>　　壓縮機的排氣溫度是指每一級排出氣體得溫度，通常它在各級排氣接管處或閥室內測得。由于壓縮機的排氣溫度過高會對壓縮機的運行產(chǎn)生負面的影響，所以必須對壓縮機的排氣溫度加以限制。當氣缸用油潤滑時，排氣溫度過高會使?jié)櫥驼扯冉档图皾櫥阅軔夯?；在空氣壓縮機中，因排氣溫度過高使得潤滑

61、油中的輕質餾分容易揮發(fā)，它一方面導致氣體中含油量增加，另一方面，會形成積碳現(xiàn)象[21]。所以一般空氣壓縮機的排氣溫度限制在160。氣體在汽缸中受到壓縮時，氣體的溫度會升高，壓力比越大或氣缸冷卻效果越差，則排氣溫度就越高。排氣溫度的計算為：</p><p>　　（i=1,2） （3-8）</p><p>　　式中 i為1時表示低壓缸，i為2時表示高壓缸；為

62、高壓缸的排氣壓力；為低壓缸的吸氣壓力；為進氣溫度；m為多變指數(shù)。取m1=1.35，m2=1.4。</p><p><b>　　根據(jù)上式可以求得：</b></p><p><b>　　==386.3 K</b></p><p><b>　　==391.7 K</b></p><p&g

63、t;<b>　　3.4功率和效率</b></p><p>　　單位時間內消耗的功稱為功率。壓縮機消耗的功，一部分是直接用于壓縮氣體的，另一部分是用于克服機械摩擦的，前者稱為指示功，后者稱為摩擦功。主軸需要的總功為兩者之和，稱為軸功。</p><p>　　指示功率就是壓縮機活塞作用于氣體的功率，屬于內部功。高壓直聯(lián)機的指示功率為第一級和第二級壓縮指示功率之和，指示功率N

64、為：</p><p>　　[22] （3-9）</p><p><b>　　第一級指示功率為：</b></p><p><b>　?。?.55 kW</b></p><p><b>　　第二級指示功率為：</b></p><p>

65、<b>　?。?.79 kW</b></p><p><b>　　總指示功率為：</b></p><p>　　==1.34 kW （3-10）</p><p><b>　　取機械效率為：</b></p><p><b>　　則軸功率為： &l

66、t;/b></p><p>　　kW （3-11）</p><p>　　由于在實際的運行時，還存在著各類摩擦損耗和傳動損耗，并且壓縮機運轉時常會因工況的變化、冷卻的惡化等引起功耗增加而造成電機負荷超過正常工作的需要，所以電機一般留有5%~15%的功率余度。取功率余度為10%，則電機的功率為1.56 kW。</p><p>　　4

67、二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機的零部件設計與校核</p><p>　　活塞式壓縮機的主要零部件包括機身、工作部件和運動部件。工作部件的作用是用來構成容積和防止氣體泄漏，主要有氣缸、氣閥、活塞組件、填料函（活塞桿密封）等；運動部件用于傳遞動力，包括曲軸、連桿、十字頭等。此次設計中，在傳統(tǒng)的壓縮機設計上做出一些變化，利用偏心輪而使得不需要設計曲軸，直接設計直軸就可以了，還省去了十字頭結構。</p><p

68、>　　4.1 氣缸部分主要零部件設計</p><p>　　氣缸部分直接實現(xiàn)氣體的壓縮，是壓縮機的重要部件之一，結構比較復雜。氣缸部分主要的零部件有氣缸、活塞、閥以及滑動密封元件等[23]。</p><p>　　4.1.1 氣缸的設計</p><p>　　氣缸是連接在機身上，與氣閥、活塞構成氣體的工作容積。</p><p>　　（1）氣缸

69、的設計要達到如下的要求[24]：</p><p>　　具有足夠的強度和剛度，工作表面要有良好的耐磨性；</p><p>　　要有良好的冷卻條件，在有油潤滑的氣缸中，工作表面上要有良好的潤滑；</p><p>　　盡可能減少氣缸的余隙容積和氣體流動阻力；</p><p>　　結合部分的連接要牢固，密封要嚴密；</p><p&

70、gt;　　制造工藝好，拆裝方便；</p><p>　　氣缸直徑和閥座孔等尺寸應符合系列化、通用化、標準化要求。</p><p>　?。?）氣缸的結構形式</p><p>　　氣缸主要由缸體和缸蓋兩部分組成，其內部設有工作腔、氣道水套、潤滑油接管、指示器孔等。根據(jù)氣量、壓力、冷卻方式，氣閥配置等其他參數(shù)的不同，氣閥結構可以分為很多的型式[25]。按照冷卻方式分，有風冷

71、和水冷兩種氣缸；按有無氣缸座分，有開式和閉式氣缸；按氣缸的壓縮方向分為單作用、雙作用氣缸。</p><p>　　根據(jù)本次設計的壓縮機的參數(shù)，排氣量為80L/min，排氣壓力為3.0Mpa以及其它的參數(shù)，設計的低壓缸如圖4.1所示，主要部件有： 1—低壓氣缸；2—黑色墊圈；3—進氣閥片；4—墊圈；5—墊圈；6—排氣閥片；7—六角頭自攻鎖緊螺釘；8—低壓蓋；9—低壓缸進出氣閥；10—十字槽盤頭螺釘；11—鋼墊片。&l

72、t;/p><p>　　圖4.2所示為高壓缸部分主要部件有：1—進氣閥片；2—墊圈；3—高壓缸進出氣閥；4—高壓缸蓋；5—墊圈；6—高壓缸體；7—黑色墊圈；8—六角頭不脫出螺釘</p><p>　　圖4.1 低壓缸結構圖</p><p>　　圖4.2 高壓缸結構圖</p><p>　?。?）氣缸的材料選擇</p><p>　

73、　氣缸材料的選擇應考慮到氣體性質、壓力、溫度、加工性能以及經(jīng)濟性等，通常采用黑色金屬。考慮到本次設計時壓縮的氣體為空氣，工作壓力為3.0Mpa，將采用HT200為氣缸材料。因為鑄鐵材料具有良好的鑄造性能，耐磨性、減磨性、低的缺口敏感性的優(yōu)質性能，且制造容易，價格便宜，在工業(yè)加工中廣范使用。</p><p>　?。?）氣缸的尺寸確定及強度校核</p><p>　　氣缸是一個壓力容器，必須滿足

74、強度要求。如果因壓力低而要求的壁厚很薄時，鑄造容易出現(xiàn)白口，所以要按工藝的要求確定壁厚。</p><p>　　低壓缸可按下列關系式確定氣缸內壁厚S1。</p><p>　　表4-1 低壓級氣壓與氣缸內壁厚度關系式</p><p>　　其中 D—氣缸直徑，。</p><p>　　根據(jù)前面一章所計算出來的低壓缸直徑以及低壓缸的出氣壓力為5.5&#

75、215;105N/m2可以計算出低壓缸內壁的厚度：</p><p><b>　　==4.12mm</b></p><p>　　高壓缸的壁厚可按薄壁圓筒理論求得：</p><p>　　[26] （4-1）</p><p>　　式中 —最大氣體壓力；</p><p&

76、gt;　　—材料的許用拉伸應力，普通鑄鐵=（160~180）×105N/m2，此次設計將取=160×105N/m2;</p><p>　　—考慮到鑄造模型誤差的附加壁厚，取0.5×10-3m。</p><p>　　則 </p><p>　　4.1.2 活塞組件的設計</p><p>　

77、　根據(jù)活塞的作用和它的運動規(guī)律及受力特點，此次設計的活塞將達到以下的要求：足夠的強度、剛度、耐磨性好，密封性好，重量輕。</p><p>　　活塞的結構設計與氣缸結構有關，并且取決于是否需要承受側向力。根據(jù)結構形式不同，可以分為筒形、盤形、級差式、組合式及柱塞式等幾種形式[27]。此次設計將采用筒形和盤形兩種形式分別作為高低壓端中的活塞形式。</p><p>　　此次設計的低壓缸活塞如圖4

78、.3所示，采用的是盤形活塞。盤形活塞一般用于低、中壓的雙作用氣缸中。</p><p>　　圖4.3 低壓缸活塞</p><p>　　1—偏心輪；2—曲柄連桿；3—皮碗；4—低壓缸活塞；5—軸承</p><p>　　高壓缸活塞如圖4.4所示，采用的是筒形活塞。筒形活塞用于十字頭的單作用小型壓縮機中，連桿小頭通過活塞銷與活塞連接并帶動活塞工作。筒形活塞由頂部、環(huán)部和裙部

79、三部分組成[28]。頂部直接承受氣體壓力，溫度也高，采用筋板加強。</p><p>　　圖4.4 高壓缸活塞</p><p>　　1—曲柄連桿；2—偏心輪；3—軸承；4—銷軸墊圈；5—高壓缸活塞；6—活塞環(huán)；7—銷軸；8—v形開環(huán)</p><p>　　4.2 機座部分主要零部件設計</p><p>　　機座部分包括曲軸、連桿、十字頭和機身等

80、零件。但在此次設計中，對壓縮機的結構上做了一些變化，將偏心輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)壓縮機的曲軸，同時也省去了十字頭機構。以下將對電機軸、連桿和機身進行重點設計。</p><p>　　4.2.1電機軸設計</p><p>　　傳統(tǒng)的壓縮機設計時一般會采用曲軸結構，但此種結構存在一些缺點。采用曲軸結構時壓縮機只能取臥式型式，使得壓縮機笨重，基礎龐大。此次設計是采用電機軸結構，如圖4.5所示。這樣會使壓縮機的

81、結構緊湊，重量輕。此外，還將保證曲軸足夠的剛度和強度的基礎上合理的設計曲軸的尺寸。</p><p><b>　　圖 4.5 電機軸</b></p><p>　　(1)電機軸強度校核</p><p>　　軸的受力有氣體力、慣性力、摩擦力和綜合活塞力。其中慣性力可以分解為兩個部分，一部分是活塞組件在往復運動中產(chǎn)生的往復慣性力，往復慣性力的方向始終是

82、沿著該氣缸的中心線；另一部分慣性力是由電機軸和連桿大頭部分做偏心回轉運動引起的旋轉慣性力，方向沿著曲軸的偏心方向。氣體力、往復慣性力和往復摩擦力都作用在活塞組件上，且方向都是沿著氣缸中心線方向，把它們合在一起就是綜合活塞力，如式4-2所示:</p><p>　　=++ [29] （4-2）</p><p>　　壓縮機列的切向力乘以曲柄半徑為切

83、向力矩，在二級壓縮機中，將同一瞬間的各列切向力矩相加，并加上該壓縮機的旋轉摩擦力矩，就是該壓縮機的阻力矩。高低壓端阻力矩公式為:</p><p>　?。╥=1,2） （4-3）</p><p><b>　　低壓端處的扭矩：</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><

84、p><b>　　高壓端處的扭矩：</b></p><p><b>　　轉子處的扭矩：</b></p><p>　　根據(jù)以上公式計算出來的各彎矩和扭矩值，并作出扭矩圖和彎矩圖。（如圖4.2所示）由這些內力圖可以得知危險截面為截面3-3。在截面3-3上，扭矩T和合成彎矩M分別為：</p><p><b>　　T

85、=8.6</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　其他截面上的合成彎矩值如圖4.2所示。此次設計的電機軸所選用的材料為45鋼，其許用應力為=85Mpa。根據(jù)第三強度理論進行強度校核，則：</p><p><b>　　（4-6）</b></p><p>

86、　　由計算結果可知 12.25Mpa<,所以此軸為安全軸。 </p><p>　　圖4.2 電機軸的強度計算圖</p><p>　　4.2.2 連桿設計</p><p>　　連桿是將作用在活塞上的推力傳遞給曲軸，又將曲軸的旋轉運動轉換為活塞的往復運動的機件。連桿一端與活塞銷或十字頭銷相連，稱為小頭；另一端與曲柄銷相連，稱為大頭；中間部分稱為桿身[

87、30]。</p><p>　　圖 4.6 低壓缸曲柄連桿 圖 4.7 高壓缸曲柄連桿</p><p>　　此次設計的高低壓端曲柄連桿的結構分別如圖4.6和圖4.7所示，其中低壓端的曲柄連桿的大頭部分為整體式結構。桿體的截面為工字形，采用這種形狀的連桿，在同樣的強度時，能夠擁有最小的運動質量。</p><p><b>　　結

88、論與展望</b></p><p>　　在設計中，我利用了autoCAD和Pro/ENGINEER軟件來進行壓縮機的設計，不但使我在壓縮機的設計中更加方便快捷，讓我更加熟練運用這兩個軟件，這在我的學習上是一個飛躍。</p><p>　　其次在設計中介紹了活塞式壓縮機的原理、組成、分類以及特點，接著介紹了此次設計的壓縮機的方案設計與總體設計，以及壓縮機的熱力學性能方面的設計，包括一

89、些參數(shù)的確定，如排氣壓力、排氣量、功率等，最后重點對二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機的零部件設計與校核，包括氣缸、電機軸、連桿等。</p><p>　　在完成本次畢業(yè)設計的過程中，本人漸漸地熟悉了壓縮機設計地一般過程和步驟。設計過程中需要大量地運用已學過的知識，因此很好地鞏固了書本上所學到的知識，對所學知識掌握得更加牢固。通過這次二級高壓直聯(lián)便攜式壓縮機的設計，使我加深了壓縮機方面的認識，在這個過程中培養(yǎng)了自身的獨立思考

90、問題、解決問題的能力。但由于本人在壓縮機設計方面經(jīng)驗不足，本畢業(yè)設計的壓縮機中還有一些不足，存在一些問題，希望在以后積累更多的經(jīng)驗，解決可能出現(xiàn)的問題。</p><p>　　這次設計得到鐘美鵬老師的幫助和輔導，在這里我向鐘美鵬老師表示衷心的感謝。以后我一定更加努力學習，為將來打下堅固的基礎。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><

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