【正文】 作用在活塞上的最大活塞力。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擇所需的級數(shù)和各級壓力比。壓縮機(jī)列數(shù)的選擇，主要決定于排氣量、排氣壓力、機(jī)器的型式和級數(shù)。這時，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。2．5 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和行程的確定轉(zhuǎn)速和行程的選取對機(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、壽命和動力性能?；钊綁嚎s機(jī)設(shè)計(jì)中，在一定的參數(shù)和使用條件下，首先應(yīng)考慮選擇適宜的活塞平均速度，因?yàn)椋?）活塞平均速度的高低，對運(yùn)動機(jī)件中的摩擦和磨損有直接的影響。移動式壓縮機(jī)為盡量減少機(jī)器重量和外形尺寸，所以取活塞速度為（4～5）m/s，而本設(shè)計(jì)就屬于此類。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，有下列關(guān)系： （22）式中：P —活塞力，t； A —系數(shù)，～，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。在70年代末期開始，我國對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了研究和推廣。另外轉(zhuǎn)數(shù)過高對閥片、活塞環(huán)、填料的使用壽命也會產(chǎn)生不利影響。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=、轉(zhuǎn)速為n=800r/min，而氣閥則選用舌簧閥。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。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。這種潤滑分為兩個獨(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)動部件的潤滑則是靠油泵連續(xù)供油。活塞式壓縮機(jī)驅(qū)動機(jī)可分三類（1）電動機(jī)——異步交流電動機(jī)或同步交流電動機(jī)；（2）活塞式發(fā)動機(jī)——內(nèi)燃機(jī)或蒸汽機(jī)；（3）旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)——燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(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)動質(zhì)量相等，有利于慣性力的平衡。根據(jù)參數(shù)要求，取行程s=65mm?？倝毫Ρ龋?各級壓力比：在實(shí)際壓力比的分配中，為保證末級排氣溫度不致過高，可將末級（第二級）的壓力比取小些。表32 各級排氣溫度級數(shù)名義吸氣溫度T1名義壓力比壓縮過程指數(shù)n名義排氣溫度T2℃K℃KⅠ202934130403Ⅱ40313138411 確定各級的進(jìn)、排氣系數(shù) 計(jì)算容積系數(shù)容積系數(shù)是由于氣缸存在余隙容積，使氣缸工作容積的部分容積被膨脹氣體占據(jù)，而對氣缸容積利用率產(chǎn)生的影響。采用環(huán)狀氣閥時，一般值在下列范圍內(nèi)選?。旱蛪杭?，中壓級，高壓級。氣閥布置在氣缸端面上的相對余隙容積較小，氣閥徑向布置或傾向布置在氣缸的相對余隙容積較大。（5）多級壓縮機(jī)中，高壓級的相對余隙容積要比低壓級的相對余隙容積大。在多級壓縮機(jī)中，級數(shù)愈高，壓縮系數(shù)應(yīng)愈大。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。（4）氣閥阻力小時，取大值。 確定泄漏系數(shù)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)生的氣體泄漏對氣缸容積利用率的影響。（2）有油潤滑壓縮機(jī)，取大些，無油潤滑時，取小些。 確定各級排氣系數(shù)按下式計(jì)算 （34）表34 各級排氣系數(shù)級數(shù)ⅠⅡ 確定各級氣缸的行程容積 凝析系數(shù)的確定當(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，氣體中的蒸汽將冷凝而析出水分。有、無水析出的判別式 則無水析出， （35） 則有水析出， （36）若本級前有水析出，則本級吸入的為飽和氣體，凝析系數(shù)可按下式計(jì)算 （37） 式中：—分別為一級和i級在進(jìn)口溫度下的飽和蒸汽壓, MPa； —分別為一級和i級的名義吸氣壓力，MPa； —分別為一級和i級進(jìn)口氣體的相對濕度。第二級析水系數(shù)為二級進(jìn)氣水蒸氣分壓小于二級進(jìn)氣溫度下的水蒸氣飽和蒸汽壓，故二級無水析出。多級壓縮機(jī)其余各級的氣缸行程容積按下式計(jì)算 （39）式中： —分別為一級和二級的名義吸氣壓力，MPa；—分別為一級和二級的名義進(jìn)氣溫度, K； —壓縮機(jī)第二級的排氣系數(shù)； —壓縮機(jī)第二級的凝析系數(shù)；—壓縮機(jī)第二級的抽氣系數(shù)。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。 確定圓整后各級的實(shí)際行程容積圓整后的行程容積用下式計(jì)算。軸側(cè) （318）蓋側(cè) （319）式中：， —分別為同列缸各級的實(shí)際吸、排氣壓力，Pa； ， —分別為同列缸內(nèi)各級對應(yīng)級的軸側(cè)、蓋側(cè)活塞工作面積，m2。本設(shè)計(jì)中工質(zhì)為看做為理想氣體，故用式（322）計(jì)算=2747W=2803W壓縮機(jī)的總指示功率為=W 壓縮機(jī)軸功率指示功率是壓縮機(jī)活塞作用于氣體的功率，屬內(nèi)功率。一般皮帶傳動；齒輪傳動。下面將分別對各組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。（3）重量輕。它們在氣缸中作往復(fù)運(yùn)動，與氣缸一起構(gòu)成了行程容積。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。不同活塞環(huán)直徑宜選用的灰鑄鐵牌號見表41。 （1）直切口式。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)。 活塞環(huán)環(huán)數(shù)的確定活塞環(huán)的數(shù)目按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算： （41）式中：—活塞環(huán)兩邊的最大壓差，105Pa。 主要尺寸的確定 （1）徑向厚度t徑向厚度t一般取t=（1/22~1/36）D。（2）軸向厚度h軸向厚度h一般取h=（~）t。（3）開口熱間隙開口熱間隙按下式計(jì)算 （42）式中：—活塞環(huán)外徑，mm； —活塞工作時的溫度，通常取排氣溫度，℃； —在檢驗(yàn)尺寸時活塞環(huán)本身的溫度，通常取室溫20℃； —活塞環(huán)材料的線膨脹系數(shù)（1/℃），鑄鐵/℃。 活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)簡圖 刮油環(huán)設(shè)計(jì)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)。根據(jù)一、二級活塞直徑查文獻(xiàn)[1]、。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、級差式、組合式、柱塞等。兩個端面用加強(qiáng)筋互相連結(jié)，以增加剛性。因此采用不帶活塞環(huán)的柱塞結(jié)構(gòu)。，=1/不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時的一級活塞高度m=不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時的二級活塞高度m=活塞的總高度 （44）式中：n，m—活塞環(huán)數(shù)；h，h3—活塞環(huán)的軸向高度，mm?；钊h(huán)之間的距離為 （47）一級活塞活塞環(huán)之間的距離mm二級活塞活塞環(huán)之間的距離mm取?；钊N的計(jì)算尺寸如圖6所示。表面壓力的許用值活塞銷在銷座中為緊固支撐，鑄鐵活塞35 Mpa~40MPa。 活塞銷計(jì)算示意圖 活塞銷座計(jì)算尺寸進(jìn)行彎曲驗(yàn)算時，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 （412）式中：Pmax—最大活塞力，N； l —活塞銷座支撐長度中點(diǎn)間的距離，mm； l0 —連桿軸承的寬度，mm； d0 —活塞銷中心孔徑，mm，一般取d0=(~)d。截面ⅡⅡ上的剪切應(yīng)力為 （414）許用剪切應(yīng)力：碳素鋼50 MPa；合金鋼100 MPa。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。（3）盡可能減小氣缸內(nèi)的余隙容積和氣體阻力。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。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)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。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。工作壓力更高的氣缸則用碳鋼或合金鋼制造。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，而其接合平面要與中心線垂直。為了便于加工工作表面和安裝活塞方便，應(yīng)使工作表面兩端之外的表面取較大直徑。一般使活塞環(huán)的硬度比氣缸工作表面的硬度高（10～20）布式硬度單位。為了簡化氣缸和氣缸套的加工，除定位凸肩以外，其余部分圓表面不加工成階梯形，而把靠近定位凸肩的一半氣缸長度按過盈配合加工；離定位凸肩較遠(yuǎn)的另一半長度按間隙配合加工。選擇氣閥數(shù)量時，力求統(tǒng)一化，即兩級或更多級都采用相同的氣閥，而各級所需的通流截面靠改變氣閥數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是氣缸蓋的加工復(fù)雜，端面密封困難。氣缸與氣缸蓋之間，氣閥與氣缸之間，采用軟墊片、金屬墊片、研磨等方式密封。各級氣缸壁厚按（416）計(jì)算。若氣缸上散熱片排列過于稀疏，會導(dǎo)致氣缸散熱不充分，使各級工作溫度升高，從而影響了壓縮機(jī)的正常工作。一、 。曲軸主要包括主軸頸、曲柄和曲拐銷等部分。對稱平衡型壓縮機(jī)的曲軸，因兩曲拐很近，則可設(shè)一對曲拐。故本設(shè)計(jì)采用曲柄軸。 主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定（1）曲柄銷直徑 （417） 式中：————最大活塞力，N。則mm，考慮實(shí)際情況并參考工廠圖紙，取mm。再根據(jù)參考工廠圖紙，取一側(cè)的軸頸mm，另一側(cè)的軸頸mm。（5）曲柄寬度 （420）鑄造曲軸以取小大的曲柄寬度為宜，以減少機(jī)加工切削量。連桿包括桿體、大頭、小頭三部分。本設(shè)計(jì)采用工字形。 小頭襯套 連桿主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定（1）連桿長度的確定連桿長度，即連桿大小頭孔中心距，由曲柄半徑與連桿長度的比值決定。（2）連桿大頭瓦尺寸的確定目前大多數(shù)壓縮機(jī)考慮到制造、維修的便利，把曲柄銷直徑設(shè)計(jì)成與主軸頸一樣，所以大頭瓦的設(shè)計(jì)與主軸瓦設(shè)計(jì)一樣。取小頭襯套內(nèi)徑為活塞銷直徑20mm。大頭寬度mm，可取與大頭軸瓦寬度相同的尺寸，則取mm；小頭寬度mm，可取與小頭襯套寬度相同的尺寸，則取mm。式（422）～。 （424） （425）桿體的中間截面，即為與的平均值處截面。5 動力學(xué)計(jì)算 動力學(xué)計(jì)算的兩大任務(wù)是飛輪矩確定和動平衡設(shè)計(jì)。往復(fù)活塞式壓縮機(jī)常用的運(yùn)動機(jī)構(gòu)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，本部分內(nèi)容就是分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律、受力情況以及對壓縮機(jī)動力性能的影響。通過增加二級活塞的厚度和減小二級活塞銷的開孔直徑來平衡兩級活塞組件的質(zhì)量，從而平衡一級慣性力。質(zhì)量的轉(zhuǎn)化據(jù)“轉(zhuǎn)化前后總質(zhì)量不變，連桿的質(zhì)心位置也不變”的原則來進(jìn)行。5．2 壓縮機(jī)作用力計(jì)算壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時，活塞組件和曲柄連桿機(jī)構(gòu)是在作加速成減速運(yùn)動，所以存在慣性力。 往復(fù)慣性力計(jì)算壓縮機(jī)中各運(yùn)動零件作不等速運(yùn)動或作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，便會產(chǎn)生慣性力，包括往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力?！?60176。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明一般往復(fù)摩擦力所消耗的功率占總的機(jī)械摩擦功率的（60～70）%,表51 列的往復(fù)慣性力α（176。）0360100260103501102502034012024030330130230403201402205031015021060300160200702901701908028018018090270即 （55）式中：—總摩擦功率，kW；—指示功率，kW；—機(jī)械效率；—壓縮機(jī)行程，m；—壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。旋轉(zhuǎn)摩擦力消耗的功率約占總摩擦功率的(40～30)%。旋轉(zhuǎn)摩擦力的方向規(guī)定：凡與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)向相反的為正值，相同的為負(fù)值。一列上如有兩個或兩個以上的行程容積時，則該列往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)受到的氣體力應(yīng)為所有氣缸的軸側(cè)與蓋側(cè)行程容積在同一瞬時的氣體力之代數(shù)和。因此在活塞往復(fù)運(yùn)動中，住復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)交替地承受拉伸和壓縮，而且受力的大小是周期性變化的?；钊灰茷閳D解法測得，而各個過程的壓力用解析法算得。排氣過程線23，是等壓線。或10176。在求膨脹過程線時，曲柄轉(zhuǎn)角的間隔可取較小值，以便多計(jì)算幾個點(diǎn)。氣體力隨即求得。 （511）上式中各種力都是曲柄轉(zhuǎn)角的函數(shù)，所以綜合活塞力也隨而變化。由壓縮機(jī)受力分析知，列的切向力可按下式計(jì)算。綜合活塞力列表計(jì)算見表54和表55