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編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目：80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計 W80II 型 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923105 學生姓名： 肖秋紅 指導教師： 俞萍（職稱：高級工程師 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 80 系列微型 風冷活塞式壓縮機的設計 是本人在導師的指導下獨立進行研 究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以 標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任 何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 93 學 號： 0923105 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 80 系列微型風冷活塞式壓縮機是風冷單作用壓縮機，使用飛 濺的有霧進行潤滑，在食品、醫(yī)療、儀表等行業(yè)廣泛應用。壓縮機 由三相異步電動機作為原動機，經(jīng)“V”型皮帶傳動，使曲軸作旋轉(zhuǎn) 運動，再通過連桿帶動活塞在氣缸內(nèi)作往復運動。空氣由進氣閥吸 入一級氣缸，壓縮后經(jīng)排氣閥進中間冷卻器后再經(jīng)二級氣缸壓縮后 進入儲氣罐。采用自動停機方式控制排氣壓力，壓縮機的冷卻主要 由兼作風 扇的飛輪對氣缸及中間冷卻器進行強制對流換熱來保證。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 1、 根據(jù)設計參數(shù)進行壓縮機的熱、動力計算（主要包括缸徑的 確定，電動機功率計算及選型，壓縮機中的作用力的分析， 飛輪距的確定，慣性力和慣性力矩的平衡） ； II 2、繪制主機總圖及主要零件圖； 3、對壓縮機主要零件進行強度校核； 4、根據(jù)計算結(jié)果，確定壓縮機結(jié)構(gòu)尺寸，完成總裝圖； 5、查閱相關資料，完成畢業(yè)設計說明書一份，不少于 30 頁。 四、接受任務學生： 機械 93 班 姓名 肖秋紅 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 活塞式壓縮機是一種容積式壓縮機，用來提高氣體壓力和傳送氣體，目前 廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中，例如：石油、化工、冶金、輕功、紡織、及采礦等。因 此，氣體壓縮機是近代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的通用機械。結(jié)合所學過的中小型 壓縮機，了解其基本結(jié)構(gòu)及其工作原理，重點掌握其結(jié)構(gòu)設計學會所含零部件 的結(jié)構(gòu)設計方法及其強度校核方法，在設計過程中，理論聯(lián)系實際，最終了解 設計一個機械設備基本思想和方法。 W 型風冷微型活塞式壓縮機主要用于工業(yè)中氣體壓縮，雖然其結(jié)構(gòu)有別于 其他壓縮機，但它們原理相似。因此可以根據(jù)已知的壓縮機類型，通過互相比 較進而進行設計。 整個設計過程包括整體總體結(jié)構(gòu)設計、熱力學的計算、初定相關零部件結(jié) 構(gòu)尺寸，然后借助 CAXA 等繪圖軟件，選定軸承等標準件，應用強度理論對其進 行必要的強度校核以滿足實際的需要，最后確定壓縮機的輔助設備。 關鍵字：活塞式壓縮機；強度校核；行程容積；動力計算 IV Abstract The piston compressor is a positive displacement compressor used to increase the gas pressure and gas transmission, now widely used in industrial production, such as: petroleum, chemical, metallurgy, dodge, textile, and mining. Therefore, the gas compressor is indispensable in modern industrial production of general machinery. Combined with the small and medium-sized compressor, we understand the basic structure and how it works, focus on mastering the Society of structural design components contained in the structural design method and its strength check method, theory with practice in the design process, the final Learn basic ideas and methods of the design of a mechanical device. W-type air-cooled micro-piston compressor is mainly used for industry, gas compression, although its structure is different from other compressor, but they are similar in principle. Therefore it can be known according to the type of the compressor, by mutual comparison Further design. Throughout the design process, including overall design of the overall structure, thermodynamic calculations, an initial component structure size CAXA and other graphics software, and then with the selected bearings and other standard parts, application strength theory be necessary strength check to meet the actual need to finalize the compressor auxiliary equipment. Keywords: Piston compressor; Strength check; Stroke volume; Dynamic calculation VI 目 錄 摘 要 ..........................................................................................................................III ABSTRACT.................................................................................................................IV 目 錄 ...........................................................................................................................V 1 緒論 ............................................................................................................................1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 ...............................................................................1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 ...........................................................................................1 1.3 本課題應達到的要求 .......................................................................................1 2 壓縮機總體結(jié)構(gòu)的設計 ............................................................................................2 2.1 設計原則及設計任務 ......................................................................................2 2.2 結(jié)構(gòu)方案的選擇 ..............................................................................................3 2.3 列數(shù)及級在列中的配置 ...................................................................................4 3 壓縮機熱力計算 ........................................................................................................5 3.1 技術參數(shù) ..........................................................................................................5 3.2 熱力計算 ...........................................................................................................5 3.2.1 計算總壓力比 .........................................................................................5 3.2.2 壓縮機級數(shù)的確定 .................................................................................5 3.2.3 壓力比分配 .............................................................................................5 3.2.4 計算容系數(shù) .............................................................................................5 3.2.5 確定壓力系數(shù) .........................................................................................6 3.2.6 確定溫度系數(shù) .........................................................................................6 3.2.7 計算泄漏系數(shù) .........................................................................................6 3.2.8 計算氣缸工作容積 .................................................................................7 3.2.9 確定缸徑、行程及行程容積 .................................................................7 3.2.10 復算壓比或調(diào)整余隙容積 ...................................................................8 3.2.11 計算各列最大的活塞力 .......................................................................9 3.2.12 計算排氣溫度 .......................................................................................9 3.2.13 計算功率 ...............................................................................................9 3.2.14 等溫功率 .............................................................................................10 4 動力計算 ..................................................................................................................11 4.1 已知數(shù)據(jù)整理 .................................................................................................11 4.2 動力計算 .........................................................................................................11 4.2.1 計算活塞位移、速度、加速度 ...........................................................11 4.2.2 氣體力的計算 .......................................................................................13 V 4.2.3 慣性力的計算 .......................................................................................17 4.2.4 切向力的計算及切向力曲線的繪制 ...................................................21 4.2.5 飛輪矩的確定 .......................................................................................23 5 主要零部件的分析設計 ..........................................................................................26 5.1 氣缸部分的分析計算 .....................................................................................26 5.2 機身的設計 .....................................................................................................28 5.2.1 機身材料 ...............................................................................................28 5.2.2 主要尺寸確定 .......................................................................................29 5.3 連桿的設計 .....................................................................................................29 5.3.1 概述 .......................................................................................................29 5.3.2 連桿的結(jié)構(gòu)設計 ...................................................................................29 5.3.3 桿身結(jié)構(gòu) ...............................................................................................29 6 結(jié)論與展望 ..............................................................................................................33 6.1 結(jié)論 ................................................................................................................33 6.2 不足之處及未來展望 .....................................................................................33 致 謝 ..........................................................................................................................34 參考文獻 ......................................................................................................................35 無錫太湖學院學士學位論文 0 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 壓縮機是一種輸送氣體和提高氣體壓力的機器，屬于將原動機的動力轉(zhuǎn)化 為氣體壓力能的工作機，它種類多、用途十分廣泛，如冶金、礦山、機械和國 防等，尤其在石油、化工生產(chǎn)中，壓縮機已成為必不可少的關鍵設備，由此可 見，壓縮機已成為國民經(jīng)濟各個部門中重要的通用機械。 壓縮機按壓縮氣體的原理不同可分為容積式和速度式兩大類。容積式壓縮 機是使氣體直接受壓，從而使氣體容積縮小、壓力提升。其特點是壓縮機 具有 容積可周期性變化的工作腔。按工作腔中運動元件不同，容積式壓縮機可分為 往復式和回轉(zhuǎn)式兩種。動力式壓縮機是使氣體流動速度提高，然后通過擴壓元 件使速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，與此同時氣體容積也相應減小。其特點是壓縮機具 有驅(qū)使氣體獲得流動速度的葉輪。按工作腔中運動元件不同，動力式分為離心 式、軸流式、噴射式等。本設計采用容積式壓縮機。 壓縮氣體主要應用與以下幾個方面： （1）作為動力：壓縮氣體驅(qū)動各種風冷機械，風冷工具，控制表及其自動 化裝置。 （2）氣體用于氣體制冷和氣體分離：空氣液化分離后，得到純氧、氮等。 （3）用來合成及聚合：如氮氫合成氨，氫、二氧化碳合成尿素等等。 （4）氣體輸送、氣瓶罐裝等等。 （5）用以油的加氫精制：如重油的輕化、潤滑油的加氫精制等等。 （6）天然氣燃料車的氣源提供。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 近幾十年來，我國壓縮機制造業(yè)在引進國外技術，消化吸收和自主開發(fā)基 礎上，克服不少難關，取得重大突破，其中活塞式壓縮機已達到國際同類產(chǎn)品 的水平。今后壓縮機的發(fā)展前景不僅僅在于努力提高技術性能指標，更應著力 于應用近代先進計算機技術進行性能模擬和優(yōu)化設計，促成最佳性能的系列化、 通用化、機組化和自動化，降低生產(chǎn)成本，完善輔助成套設備，擴大應用領域， 提高綜合技術經(jīng)濟指標。 1.3 本課題應達到的要求 本次設計的80系列風冷活塞式微型壓縮機主要用于工業(yè)生產(chǎn)中，主要包括 三個方面：一是熱力計算，確定行程容積、最大活塞力、排氣溫度、功率和效 率等；二是動力計算，確定氣體力、綜合活塞力、飛輪矩等；三是連桿的計算， 確定連桿長度，大頭小頭尺寸。 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 1 2 壓縮機總體結(jié)構(gòu)的設計 2.1 設計原則及設計任務 排氣量：Q=0.4 /min；排氣壓力：P =1.25MPa；進氣壓力：3md P =0.1MPa；s 進氣溫度：T =20C；進氣相對濕度：=0.8；1 查書得 1< 30 m=k 1.4 相對余隙容積的大小，很大程度上取決于氣缸上的布置方式，氣閥的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)形式和級數(shù)，以及同一級次的行程缸徑比等。般 處于下列范圍： 低壓級：0.070.12 中壓級：0.090.14 高壓級：0.110.16 單作用式壓縮機，如果氣閥軸向地配置在氣缸蓋上，低壓級可小至 ；速短行程壓縮機，可高達 ；小型壓縮機的高壓07.4. 18.05. 級可達 。25 所以取 1=0.03:； 2=0.05 m1=1.1; m2=1.15 得 v1=1-1(z1/m1-1)=1-0.03(3.671/1.1-1)=0.932 (3.4) v2=1-2(z1/m2-1)=1-0.05(3.51/1.15-1)=0.901 (3.5) 3.2.5 確定壓力系數(shù) 根據(jù)進氣壓力接近于大氣壓力，取壓力系數(shù) ;98.01p 根據(jù)溫度系數(shù)與壓力比的關系，取溫度系數(shù) 。2 3.2.6 確定溫度系數(shù) 取 。97.0;.21TT 3.2.7 計算泄漏系數(shù) 表 3-3 泄漏系數(shù) 項目 相對泄漏數(shù) 級數(shù) 第一級 第二級 氣閥 一級 二級 0.02 0.03 無錫太湖學院學士學位論文 6 續(xù)表 3-3 總相對泄漏量 0.05 0.07vl1 0.952 0.93 3.2.8 計算氣缸工作容積 (3.6)111ltpvhnQV 952.078.932.0854 6m (3.7)22212 1ltpvhTPnQV 93.07.193.067.308545 1m 3.2.9 確定缸徑、行程及行程容積 已 ，選取行程 S=60mm,得活塞平均速度in/850r (3.8)ssVm/7.136 一級氣缸直徑： (3.9)24SDVh m (3.10)071..511 s 活塞環(huán) 一級 二級 0.03 0.04 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 7 圓整后 ，圓整后實際行程容積mD801 3106.mVh 二級氣缸直徑： (3.11)422SVh (3.12)s0582.6.2 圓整后 ，圓整后實際行程容積 。mD602 3217.mVh 3.2.10 復算壓比或調(diào)整余隙容積 氣缸直徑圓整后如其他參數(shù)不變，則壓力比分配便改變，若忽略壓力比 改變后對容積系數(shù)的影響，則壓力比的改變可認為與活塞有效面積改變成比例。 表 3-4 圓整前、后總的活塞有效面積如下表 氣缸直徑 活塞有效面積 級次 D（cm） （m 2DAi ） 前 后 前 后 0.077 0.080 0.0093 0.010 0.0582 0.060 0.0053 0.0057 由于一級缸徑圓整變大使一級排氣壓力要反比例降低，降低率 930.1.01 由于二級缸徑圓整變大使二級排氣壓力要反比例降低，降低率 2.57.02 一級壓力比變?yōu)? (3.13)17.36.93121 相應地二級壓力比變?yōu)? (3.14)05.42.0.21 也可以用調(diào)整相對余隙的方法，維持壓力比不變，即因第一級缸直徑變大了， 相對余隙容積也相應變大了，使吸進的氣量不變。由此可得 (3.15)867.01.932.01 Avii 一級新的相對余隙容積： 無錫太湖學院學士學位論文 8 (3.16) 059.167.381. mviO 二級新容積系數(shù)： (3.17) 83.05.90.22Ar 二級新相對余隙容積 0.055 (3.18)15.3 8 本計算中取調(diào)整相對余隙容積。 3.2.11 計算各列最大的活塞力 取進、排氣相對壓力損失： 075.1s167.0d 482 52 氣缸內(nèi)實際進、排氣壓力 Ps =（1-0.075 ） 10 Pd =（1+0.167） 3.67 10 =0.9251515 10 N/M =4.25105 N/M252 Ps =（1-0.048） 3.67 Pd =（1+0.105）2 502 510. =3.494 =13.8125/1MN 25/10MN 軸側(cè)和蓋側(cè)活塞面積分別為： 2551 /103.8.4mnPsd 2 4925/1036.m 最大活塞力 第一級： NPsdAF3511 10..)( （3.19） 第二級： sP35212 9.36.057.)( （3.20） 3.2.12 計算排氣溫度 取壓縮指數(shù) n =1.35 ； n =1.41 2 排氣溫度 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 9 Td =T Td =T11n 212n 35.16729 4.16735.40 （3.21） （3.22）K.40 K 3.2.13 計算功率 （3.23）1)(16011 nnvsi VPnN kw38.1 1)24.0(67.35.06.7.05 35. （3.24） 1)(16020221 nhvsi nVPnN kw21. 1)53.0(.4.7.83.05 8 4. 總的指示功率 kwNi 5.21. 取機械效率 9.0m 軸功率 KWZ87. 52 電動機的功率余度取 10%，則電動機取 4kw。確定電動機型號為 Y112M-2, 轉(zhuǎn)速為 2890r/min。 3.2.14 等溫功率 各級等溫壓縮功率 kwllPnsN nnhvsi 963.07.063.87.106560111 （3.25） （3.26）..l.3.7.385521i 總的等溫指示功率 kwNis 9231609 等溫指示效率 %.7.21is 等溫軸效率 7.430is 無錫太湖學院學士學位論文 10 4 動力計算 4.1 已知數(shù)據(jù)整理 表 4-1 已知數(shù)據(jù) 級 數(shù) II活 塞 面 積 （ m2） A0.10.5710.510.5P1j . .42sj 0.9253.910.5P2j .415.4dj .283.8溫 度 吸 入 oc017.5k2.9340.排 出 oc17.5157.k40.430.相 對 余 隙 容 積 .59.72行 程 （ m） s 60m余 隙 容 積 折 合 行 程 （ m） s 0=3.544.32指 示 功 率 （ kw） Ni 1.81.軸 功 率 kw 3kw 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 11 4.2 動力計算 4.2.1 計算活塞位移、速度、加速度 srn/97.836052 （4.1） 1.97.3.r （4.2） smv /47.23.80.2 取徑長比： 41 位移 )sin1()cos( 2xrXg （4.3） )cos(16)cs(03. 速度 2inirv （4.4） )si81(i69.2 加速度 2cora （4.5） )s41(7.23 表 4-2 活塞位移、速度、加速度 無錫太湖學院學士學位論文 12 曲 柄 轉(zhuǎn) 曲 柄 角 度 活 塞 位 移 x（ m） 活 塞 速 度 v(m/s)活 塞 加 速 度 a(m/s2)0o 00396.84151.27.8620730o 4961235.44510..167960o 78268.057525.3.74190 o 726-59.371541.26.412820o 7820-4.13553.091.5167920o 620-5.16559.3.52179680 o 600-8.19559.23-1.5179620o 6 -5.553.09-1.516792240o 478120-48. 續(xù)表 4-1 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 13 曲 柄 轉(zhuǎn) 曲 柄 角 度 活 塞 位 移 x（ m） 活 塞 速 度 v(m/s)活 塞 加 速 度 a(m/s2)25o 41.26-2.4-12.870375675937285o 2.-2.410.30178689515o 0.6-2.167.304916235445 o 1.27-0.880.793600 364 4.2.2 氣體力的計算 （1）各級氣體力 膨脹過程： mjdjxSP)(0 （4.6） 進氣過程： sj （4.7） 壓縮過程： mjsjXSP)(0 （4.8） 排氣過程： dj （4.9） 本機屬于微型壓縮機，取 ， ， 是活塞位移，1.1m15.2jx 為代表余隙容積的當量行程， （ -相對余隙容積）用運動計算中各點的s0 位移值。因為本機為單作用活塞，所以只需將蓋側(cè)列入計算。 （2）氣體力 gjjgjAp （4.10） 無錫太湖學院學士學位論文 14 表 4-3 I 級蓋側(cè)氣體力表 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 15 曲 軸 轉(zhuǎn) 角 活 塞 位 移 膨 脹 過 程 進 氣 過 程 壓 縮 過 程 排 氣 過 程 氣 體 力 xg(min)Pj=sPj=dPgj=-*Agj004.28 4280151.27305 -35304960.925 924510. -560780.925 927525.3 -590 70.925 921541.26 -520780.925 9213553.09 -50620.925 9216559.3 -580600.925 9219559.23 0.94 -840206 7 97 553.09 1.04 -10424047815.26 1.3 -130270375 58 58852. 2.01 -20130178 75 75150.6 4.28-42803049451.27 4.28-4280 3600 無錫太湖學院學士學位論文 16 I 級： NpddAPF 351028.4.0167.3).01()1( （4.11） psd 359.).()( （4.12） 圖 4.1 I 級蓋側(cè)氣體力 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 17 表 4-4 II 級蓋側(cè)氣體力表曲 軸 轉(zhuǎn) 角 活 塞 位 移 膨 脹 過 程 進 氣 過 程 壓 縮 過 程 排 氣 過 程 氣 體 力xg(min) Pj=s Pj=dPgj=-*Agj0013.8 781.151.270.27 -54304.963.49 19.64510. . -.60 7.83.49 19.67525.3. -.90.73.49 19.61541.26. -.207.83.49 19.613553.09. -.06.23.49 19.616559.3. -.80603.49 19.6 19559.23 3.54-207.8206. .67 91.553.09 3.91-28.724047.81 4. 456.5.26 .93-2810.2703.75 5. 36852. 7.48-42.3017.8 10.65791.150.6 13.8-8. 304.9 . 71.451.27 13.8-8.3600 . 71. 無錫太湖學院學士學位論文 18 II 級： NAPFpdd 35107.80.18.3)105.()1( （4.13） psd 359..67.)4.()( （4.14） 圖 4.2 II 級蓋側(cè)氣體力 4.2.3 慣性力的計算 往復慣性力： 6193521067385m 旋轉(zhuǎn)慣性力： g 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 19 表 4-5 慣性力表 曲柄轉(zhuǎn)角 活塞加速度 復位慣性力 I=m as5.1旋轉(zhuǎn)慣性力 21wmIr A（ m/s ）2I 級 II 級 I 級 II 級 0 396.84 368.46 368.46 -44.64 -44.64 15 380.79 353.56 353.56 -44.64 -44.64 30 235 218.2 218.2 -44.64 -44.64 45 0167.95 155.9 155.9 -44.64 -44.64 60 89.05 82.68 82.68 -44.64 -44.64 75 010.05 9.33 9.33 -44.64 -44.64 90 -59.37 -55.13 -55.13 -44.64 -44.64 105 0-112.88 -104.81 -104.81 -44.64 -44.64 120 -148.4 -137.8 -137.8 -44.64 -44.64 135 0-167.92 -155.9 -155.9 -44.64 -44.64 150 -175.97 -163.39 -163.39 -44.64 -44.64 165 0-177.96 -165.24 -165.24 -44.64 -44.64 180 -178.10 -165.36 -165.36 -44.64 -44.64 195 0-177.96 -165.24 -165.24 -44.64 -44.64 210 -115.97 -163.39 -163.39 -44.64 -44.64 225 0-167.92 -155.9 -155.9 -44.64 -44.64 240 -148.4 -137.8 -137.8 -44.64 -44.64 255 0-122.88 -104.81 -104.81 -44.64 -44.64 270 -55.6 -55.13 -55.13 -44.64 -44.64 285 0+99.3 9.33 9.33 -44.64 -44.64 300 83.68 82.68 52.68 -44.64 -44.64 315 0155.9 155.9 155.9 -44.64 -44.64 330 218.2 218.2 218.2 -44.64 -44.64 345 0353.56 353.56 353.56 -44.64 -44.64 360 368.46 368.46 368.46 -44.64 -44.64 無錫太湖學院學士學位論文 20 表 4-6 綜合活塞力圖曲 柄 轉(zhuǎn) 角 I級 I級 氣 體 力 往 復 慣 性 力 摩 擦 力 綜 合 活 塞 力 氣 體 力 往 復 慣 性 力 摩 擦 力 綜 合 活 塞 力0-4280368.4-109.6-4021.-781.368.4109.6-712.8415355965455030-9218.2-109.6-81.4-19.6218.109.6-18345559759945.60-9282.6-109.6-51.92-19.682.6109.6-20187559307939.7 90-92-5.1-09.6-189.3-19.6-5.109.6-2156315504840480.20-92-137.-109.6-172.-19.6-137.109.6-239135559905557.10-92-163.-109.6-17.-19.6-13.910.6-24916555249845246.80-92-16.3-109.6-1.6-19.6-1.36109.6-25195405242420785249.6420-97-163.9-10.6-1.9-91.-63.910.6-238 510453052871549.240--137.8-109.6-187.4-56.-37.8109.6-27015130452281010434.5270-58-5.13-09.6-174.3-63-5.3109.6-278520192042.943.830-7582.6-109.6-76.9-579182.6109.6-512154201594238.5978.430-828.-109.6-17.-71218.109.6-631454203564038.35672.4 360-88.4-109.6-21.-718.4109.6-18 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 21 圖 4.3 I 級綜合活塞力圖 無錫太湖學院學士學位論文 22 圖 4.4 II 級綜合活塞力圖 4.2.4 切向力的計算及切向力曲線的繪制 切向力計算公式： )sin12(sinpFT （4.15） 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 23 表 4-7 切向力圖曲 柄 轉(zhuǎn) 角 I級 I級 總 切 向 力0o 0 0015-243.8-3869.4-5913.630o 1060574845-72.3-16.3-201.760o 942087595675-1058.7-16.4-321.90 o 9325346015-1024.-198.-37.820o 863964251135-24.-183.2-80.0o 310565799564165-7.-21.-78.80 o 0 00195617.5165.31782.620o 89780516.54219.638.7240o 380 04016951574.6312.67.8270 o 3950469851897.3527.2.30o 204648635915 .510.324.830o 127245397453.71.3610.360 o 0 0 無錫太湖學院學士學位論文 24 圖 4.5 總切向力曲線 4.2.5 飛輪矩的確定 平均切向力： 16.473 251Tim （4.16） 阻力矩： rMy0. （4.17） 驅(qū)動力矩： mdTr3.1 （4.18） 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 25 表 4-7 驅(qū)動力矩與阻力矩計算 無錫太湖學院學士學位論文 26 曲 柄 轉(zhuǎn) 角 總 切 向 力 平 均 切 向 力 阻 力 矩 My驅(qū) 動 力 矩 Md00473.16014.98.26-5913.6 -17.39480548473.16514.98.78-201.7 -72.016105956473.16814.98.3-321. -96.5157460473.16738114.98 .83-37.8 -90.24209251473.1675114.98.36-80. -4.2629564473.16870514.98.8-78. -2.363140473.16014.98.1782.6 53.48360473.1672614.98 .92538.7 10.44140169473.1625714.98.57.8 140.9347150469473.165714.98.92. 162.5236359473.1690714.98.24.8 18.46576397473.1693214.98 .0210. .768 473.16014.98 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 27 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 0 0. 52 1. 05 1. 57 2. 09 2. 62 3. 14 3. 66 4. 19 4. 71 5. 23 5. 76 6. 28 阻 力 矩 My 驅(qū) 動 力 矩 Md 圖 4.6 阻力矩驅(qū)動力矩圖 2max7593251mf 長度比例： 160ls （4.19） 面積比例： 02.54.0pl （4.20） 7.max0fL （4.21） 飛輪轉(zhuǎn)動慣量： 222 /806.50.36mkgnGD （4.22） 無錫太湖學院學士學位論文 28 5 主要零部件的分析設計 空氣壓縮機的主要零部位包括工作部件包括工作部位和運動部位,工作部位 的作用是用來構(gòu)成工作容積和防止氣體泄漏，他有氣缸、氣閥、活塞組件、活 塞桿。運動部件用來傳輸動力，它包括曲軸、連桿、十字頭。 5.1 氣缸部分的分析計算 氣缸是活塞式壓縮機中的組成壓縮容積的主要部分。根據(jù)壓縮機所達到壓 力，排氣量，壓縮機的結(jié)構(gòu)方案，壓縮氣體的種類，制造氣缸的材料以及制造 廠的習慣等條件，氣缸的結(jié)構(gòu)可以有各種各樣的形式。氣缸結(jié)構(gòu)如下圖 5.1： 圖 5.1 氣缸 設計氣缸的要點是： （1）應具有足夠的強度和剛度。工作表面具有良好的耐磨性。 （2）要具有良好的冷卻，在有油潤滑的氣缸中，工作表面應有良好的潤滑狀態(tài)。 （3）盡可能減少氣缸內(nèi)的余隙容積和氣體阻力。 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 29 （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符合“三化”要求。 氣缸中孔的內(nèi)圓表面為氣缸的工作表面，供活塞在其中往復運動，并保持 滑動部位的氣密性，以形成所需的壓縮容積。為了保證活塞對氣缸表面的可靠 密封，必須將活塞環(huán)運動時掃過的氣缸工作表面精密加工，對內(nèi)徑 D 300mm 氣 缸，可按 H7 級精密加工，表面粗糙度 =0.4 ，本設計及如此。工作表面的aRm 長度應滿足這樣的要求：及活塞在內(nèi)外止點位置時，相應的最外一道能超出工 作表面 1-2mm,以避免形成凸邊或積垢。 根據(jù)內(nèi)壓容器壁厚計算公式，氣缸壁厚按下式估算： ctipDP2 （5.1） 式中： 計算厚度， mm； -計算壓力， Mpa;CP 焊接接頭系數(shù) 為設計溫度下的許用應力Mpatt165 氣缸壁厚度計算結(jié)果見表 5-1 厚度附加量取：c=1mm( )則名義厚度 結(jié)果見下表。1,021c,cn 表 5-1 各級氣缸壁厚的計算結(jié)果 級數(shù) 計算壓力 （Mpa ）cP氣缸壁厚 （m） 名義厚度 )(mn I 級 708.4 21.dcmpDPcti38.1708.456.c3.211 無錫太湖學院學士學位論文 30 II 級 18.5 3.2dcPmpDcti47.18.5.0163mc47.0132 5.2 機身的設計 機身供放置曲軸、連桿等零件以及其他輔助設備；它一段連接氣缸，另一 端固結(jié)于基礎或底座上。因為機身中置有曲軸又呈箱型故也稱曲軸箱。如下圖 所示： 圖 5.2 曲軸箱 機身的結(jié)構(gòu)形式取決于壓縮機的形式，可分為對置式、一般臥式、立式、 角度式等，本設計為角度式。 微型壓縮機為結(jié)構(gòu)簡單起見，對機身的要求如下： 80 系列微型風冷活塞式壓縮機的設計W80II 型 31 （1）足夠的強度和剛度，尤其是剛度更為重要； （2）易于拆裝運動零部件； （3）結(jié)構(gòu)力求簡單，各壁面與肋條設置應符合力學要求； （4）底腳法蘭邊與主軸承中線間距離應盡量小。 5.2.1 機身材料 因為是微型壓縮機，為了減輕重量，所以采用 HT200。 5.2.2 主要尺寸確定 (1)氣缸之間選取 W 型布局，角度為 60。 (2)機身的主軸承軸線高度 H 的確定：H 值得確定要考慮機體須有足夠的 剛度，機器對總高度的要求及軸線下部機體容積貯油多少。一般可根據(jù)主軸頸 直徑 d 或主軸承孔座直徑 d 來確定，H=