【正文】 ..............................26 活塞的二維制圖 .................................................27 湖北文理學(xué)院理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 裝配體 .........................................................28 小結(jié) ...........................................................29 4 結(jié)論與展望 .................................................... 30 總結(jié) ...........................................................30 展望 ...........................................................30 致 謝 ......................................................... 32 參考文獻(xiàn) ........................................................ 33 1 緒 論 本課題的來(lái)源、目的及意義 課題的來(lái)源 某汽車(chē)配件 公司有限公司 ， 公司主要生產(chǎn)為重、中、輕、轎車(chē)配套的空壓機(jī)、機(jī) 湖北文理學(xué)院理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 油泵、冷卻水泵、離合器分泵、總泵、各種車(chē)用軟、硬件和底盤(pán)類零合件。年生產(chǎn)能力為：各類載重系列汽車(chē) 1 萬(wàn)套，轎車(chē) 1 萬(wàn)套。 本課題將主要針對(duì) 某汽車(chē)配件 公司有限公司 制造車(chē)間實(shí)際的汽車(chē)空壓機(jī)的設(shè)計(jì)與制造，對(duì)汽車(chē)空壓機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)制造過(guò)程做全面了解，進(jìn)行科學(xué)整理、歸納和完善，初步獲得汽車(chē)空壓機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算 驗(yàn)證，確定詳細(xì)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在 CAD平臺(tái)上完成 汽車(chē)空壓機(jī) 主要 零件的三維設(shè)計(jì) 建模 與有限元分析 。 本課題研究的目的 本課題利用高速發(fā)展的 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，在 CAD 二 維設(shè)計(jì)軟件上，對(duì)汽車(chē)空壓機(jī)進(jìn)行三維建模和有限元分析，以達(dá)到縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)制造成本，提高空壓機(jī)零部件精度，提高空壓機(jī)的工作性能，延長(zhǎng)使用壽命，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益的目的。 本課題研究的意義 具有氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的汽車(chē)大都利用發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)小型活塞式空氣壓縮機(jī) , 用它生產(chǎn)出壓縮空氣作為制動(dòng)系統(tǒng)的氣源。我國(guó) 生產(chǎn)的解放、黃河、東風(fēng)等型號(hào)的汽車(chē)均采用此方式。汽車(chē)空壓機(jī)工作時(shí)要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 , 雖然所消耗的功率僅占發(fā)動(dòng)機(jī)總功率的 2 % 左右 , 但由于全國(guó)汽車(chē)保有量很大 , 這就需要汽車(chē)空壓機(jī)制造商能夠設(shè)計(jì)研發(fā)和制造出相當(dāng)數(shù)量性能優(yōu)良、比較節(jié)能的汽車(chē)空壓機(jī)。 國(guó)內(nèi)有很多生產(chǎn)汽車(chē)空壓機(jī)的企業(yè)，生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，通過(guò)到相關(guān)技術(shù)落后的企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)存在如下主要問(wèn)題： （ 1）在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中 ,需要通過(guò)周而復(fù)始的設(shè)計(jì) — 試驗(yàn) — 設(shè)計(jì)過(guò)程 ,產(chǎn)品才能達(dá)到所要求的性能。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng) ,不僅需要漫長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期 ,還增加了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本 ,從而無(wú)法適應(yīng)市場(chǎng)的變化。 （ 2）生產(chǎn)出來(lái)的汽車(chē)空壓機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲比較大，工作性能和安全性有待進(jìn)一步提高。 湖北文理學(xué)院理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 基于上述原因，結(jié)合目前高速發(fā)展的 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，利用 UG 三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)汽車(chē)空壓機(jī)主要零部件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)建模，定義零部件間的約束關(guān)系并對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行虛擬裝配 ,從而獲得機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，并在各種工況下對(duì)虛擬樣機(jī)施加載荷，對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行有限元分析，這樣就可以很方便的獲得虛擬樣機(jī)在載荷作用下的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況。通過(guò)分析和驗(yàn)證可以找出空壓機(jī)設(shè)計(jì)上的缺陷并加以合理的改 進(jìn)和設(shè)計(jì)?？梢允蛊?chē)空壓機(jī)零部件的尺寸更加精確，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，減少設(shè)計(jì)技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低設(shè)計(jì)制造和實(shí)機(jī)試驗(yàn)成本，減少空壓機(jī)工作時(shí)的噪聲和振動(dòng)，提高汽車(chē)空壓機(jī)的工作性能和安全性能，延長(zhǎng)使用壽命，這樣就能使企業(yè)獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益，增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 課題背景及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 課題背景 空氣 壓縮機(jī)（ pressor），是將低壓氣體提高到高壓氣體的一種從動(dòng)的 流體機(jī)械 ，是制冷系統(tǒng)的主體。它從吸氣管吸入低溫低壓的 制冷劑 氣體，通過(guò)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)活塞對(duì)這進(jìn)行壓縮子后，向排氣管排出高溫高壓的制冷劑氣體，為 制冷循環(huán) 提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)壓縮到冷凝放熱到膨脹到蒸發(fā)吸熱的制冷循環(huán)。 直線壓縮機(jī)，是采用磁懸浮的和螺旋環(huán)流體，對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，為制冷提供動(dòng)力。 壓縮機(jī)分活塞壓縮機(jī)， 螺桿壓縮機(jī) ， 離心壓縮機(jī) ，直線壓縮機(jī)等?；钊麎嚎s機(jī)一般由 殼體 、 電動(dòng)機(jī) 、缸體、活塞、控制設(shè)備 (啟動(dòng)器 和 熱保護(hù)器 ) 及冷卻系統(tǒng)組成。冷卻方式有油冷和風(fēng)冷，自然冷卻這三種。直線壓縮機(jī)沒(méi)有軸，沒(méi)有缸體、密封和散熱結(jié)構(gòu)。 一般家用冰箱和空調(diào)器的壓縮機(jī) 是以 單相交流電 作為電源，它們的結(jié)構(gòu)原理基本相同，但兩者使用的 制冷劑 有所不同。 湖北文理學(xué)院理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 國(guó)內(nèi)空壓機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)的壓縮機(jī)工業(yè)是在新中國(guó)成立以后建立發(fā)展 起來(lái)的，目前除少數(shù)超高壓和特殊氣體壓縮機(jī)外（我國(guó) 2021 年進(jìn)口空氣壓縮機(jī)金額為 億美元），現(xiàn)有產(chǎn)品品種和產(chǎn)量基本能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)的需要。圖 1 是從 1952 年至 2021 年我國(guó)壓縮機(jī)年產(chǎn)量的變化。壓縮機(jī)產(chǎn)品屬高能耗產(chǎn)品， 2021 年對(duì)全部國(guó)有及年銷(xiāo)售收入 500萬(wàn)元以上非國(guó)有機(jī)械工業(yè)企業(yè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，氣體壓縮機(jī)械制造業(yè)占總工業(yè)總產(chǎn)值為 216 億元，占全國(guó)的 %，但據(jù)統(tǒng)計(jì)壓縮機(jī)的耗電量約占全國(guó)發(fā)電總量的 7%～8%。 壓縮機(jī)的產(chǎn)量和產(chǎn)值逐年上升，競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，當(dāng)然市場(chǎng)也在擴(kuò) 大。根據(jù) 2021年壓縮機(jī)行業(yè)協(xié)會(huì)單位 67 家企業(yè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，壓縮機(jī)工業(yè)總產(chǎn)值 (不變價(jià) )為 48 億元，且在大中型壓縮機(jī)中，空氣壓縮機(jī)占絕對(duì)主導(dǎo)地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 2021 年國(guó)內(nèi)動(dòng)力用壓縮機(jī)的銷(xiāo)售總量已經(jīng)達(dá)到 120 億元左右。截至 2021 年 12 月底，國(guó)內(nèi)具有空氣壓縮機(jī)生產(chǎn)許可證（或者已有生產(chǎn)資格）的企業(yè)已經(jīng)由上世紀(jì) 90 年代的 100多家發(fā)展到目前的 396 家，而且另外還有許多企業(yè)正在申請(qǐng)空壓機(jī)生產(chǎn)許可證?；蛟S從壓縮機(jī)行業(yè)及部分資金投資來(lái)源或者行業(yè)構(gòu)成更能看出這種變化。圖 2 是 2021年氣體壓縮機(jī)行業(yè)三種所有制企業(yè)的銷(xiāo)售收入 比例圖，圖 3所示為多種成分企業(yè) 2021年的銷(xiāo)售收入與利稅總額在行業(yè)中所占比例。兩圖的變化表明：一、壓縮機(jī)行業(yè)更加市場(chǎng)化、規(guī)范化了；二、國(guó)內(nèi)本土企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步很快，特別是國(guó)企改革在壓縮機(jī)行業(yè)還是有一定成效的； 2021 年壓縮機(jī)及氣體分離制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值（現(xiàn)價(jià)） 億元，同比增長(zhǎng)%，利潤(rùn)總額 億元，同比增長(zhǎng) %。 2021 年壓縮機(jī)行業(yè)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售產(chǎn)值 億元，同比增長(zhǎng) %，高于產(chǎn)值增長(zhǎng)速度 個(gè)百分點(diǎn)，銷(xiāo)大于產(chǎn)的增長(zhǎng)水平拉動(dòng)了產(chǎn)銷(xiāo)率上升 個(gè)百分點(diǎn)。 2021 年產(chǎn)銷(xiāo) 率達(dá)到 ％，同比增長(zhǎng) 個(gè)百分點(diǎn)。 2021 年機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)系統(tǒng)大中型企業(yè)工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益綜合指數(shù)，氣體壓縮機(jī)制造指數(shù)為 %，產(chǎn)量為 18437 臺(tái)，比上年增長(zhǎng) 28%。 2021 年這個(gè)指數(shù)變?yōu)?%，2021 年達(dá)到了 %， 2021 年為 %。 湖北文理學(xué)院理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 國(guó)外空壓機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 微型壓縮機(jī)產(chǎn)品國(guó)際市場(chǎng)看好，尤其是在美國(guó)、日本、阿根廷、澳大利亞等國(guó)家有較大的需求，而且我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)有了較穩(wěn)定的出口渠道。大中型壓縮機(jī)近幾年出口發(fā)展較快，同時(shí)進(jìn)一步開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，爭(zhēng)取出口更多的技術(shù)含量較高的 大中型壓縮機(jī)產(chǎn)品和工藝用壓縮機(jī)產(chǎn)品是可以實(shí)現(xiàn)的。 家用小型活塞式空壓機(jī)，總體上看，外觀較美觀、質(zhì)量較穩(wěn)定、售價(jià)很低，有強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。但是，獲利最甚者為中間商。從外觀、內(nèi)在結(jié)構(gòu)、應(yīng)用配套諸方面，仍有必要繼續(xù)改進(jìn)。國(guó)產(chǎn)機(jī)遠(yuǎn)優(yōu)于歐美、日本 CNG 壓縮機(jī)，有強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。需要積極引導(dǎo)有關(guān)企業(yè)進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高質(zhì)量、強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的貫徹和服務(wù)、增加品種，更應(yīng)一致對(duì)外。 CNG 壓縮機(jī)、 LPG 壓縮機(jī)的出口將有較大幅度的提升。 本文采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）技術(shù)對(duì)空壓機(jī)曲軸、連桿、活塞進(jìn)行三維設(shè)計(jì)建模。 采用有限元法對(duì)空壓機(jī)虛擬樣機(jī)在各種工況下進(jìn)行有限元分析，得到應(yīng)力、應(yīng)變分布情況。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）技術(shù) 計(jì)算