【導讀】湊，重量輕的前提下，進行熱力學計算，動力學計算，零部件的結(jié)構(gòu)設計。熱力學計算主要有確定壓縮機的設計參數(shù)，結(jié)構(gòu)形式、行程、各級壓縮比的。分配、實際壓縮比、熱力學四大系數(shù)及行程和氣缸直徑的確定等。要任務是確定出飛輪矩和平衡慣性力，其目的是保證主軸轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。部件的結(jié)構(gòu)示意圖。

　　

【正文】 力：合金鋼 [ B? ]≤150 MPa。一級活塞銷： B 4422 50 24 20( 32 ) 17 .1 20. 4 2 20 13? ? ? ? ? ?? MPa，在允許范圍之內(nèi)，符合要求； 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 21 頁 共 52 頁 二級活塞銷： B 43600 24 20( 22 ) 2 20 0? ? ? ? ? ?? MPa，在允許范圍之內(nèi)，符合要求。 (3) 連桿部件與活塞銷座的間隙 ? 為 使活塞銷受力均勻 ，連桿部件與活塞銷座之間應留出一定間隙， 取間隙為 ? = mm。 (4) 活塞銷總長 L L=2? + 2l′+l0 () 一級活塞銷： L=2+237+24=99 mm； 二級活塞銷： L=2+214+24=53 mm。 (5) 計算剪切應力 ? 截面 Ⅱ —Ⅱ 上的剪切應力為： max2202()Pdd? ?? ? () 許用剪切應力：合金鋼 [? ]≤100 MPa。 一級活塞銷：222 2 2 5 0 6 .2 0 4( 2 0 1 3 )? ? ????? MPa，在允許范圍內(nèi)，符合要求； 二級活塞銷：22 3 6 0 0 5 .7 3 2(2 0 0 )? ? ????? MPa 活塞設計 活 塞的結(jié)構(gòu)形式及材料選擇 本次 活塞式壓縮機中采用的活塞基本結(jié)構(gòu)型式 為 筒形活塞，通過活塞銷與連桿相圖 活塞銷結(jié)構(gòu)簡圖及主要尺寸 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 22 頁 共 52 頁 連。 一、二級氣缸直徑相差 45 mm，選擇一級活塞材料為 ZL100，二級活塞材料同樣是HT200。 活塞的主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定 (1) 不計密封環(huán)和刮油環(huán)高度時的活塞高度 H′ max1[]NH Dk?≥ () 式中： Nmax—最 大側(cè)向力， N， Nmax=λPmax， λ=41 ； Pmax—最大活塞力， N； D—活塞直徑， mm，如圖 ； [k1]—筒形活塞支撐表面的許用比壓， MPa， [k1]≤(~) MPa， 可取 [k1]= MPa，則 一級活塞： 12250 4 0 0. 25H ?? ??≥ mm， 二級活塞： 13600 4 0. 25H ?? ??≥ mm， (2) 活塞的總高度 H 3H H n h m h???≥ () 式中： n， m—活塞環(huán)數(shù)和刮油環(huán)數(shù)； h， h3—活塞環(huán)軸向高度和刮油環(huán)軸向高度。 圖 活塞結(jié)構(gòu)簡圖及主要尺寸 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 23 頁 共 52 頁 一級活塞： H≥+2+1= mm； 二級活塞： H≥+3+14= mm。 活塞總高度 H 與活塞直徑 D 一般關(guān)系為： H=(~)D () 活塞直徑取缸徑即可： 一級活塞： D =110 mm， H=，取 H=120 mm； 二級活塞： D =65 mm，取 H=70 mm。 (3) 活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離 c c=(~)h () 一級活塞： 取 c= mm； 二級活塞： 取 c=。 (4）活塞環(huán)之間的距離 c1 c1=(~)h () 一級活塞：取 c1= mm； 二級活塞：取 c1= mm。 (5) 群座到底邊的高度 L L= () 一級活塞：取 L=84 mm； 二級活塞：取 L=49 mm。 (6) 活塞銷中心線到底邊的距離 h1 h1= () 一級活塞：取 h1=50 mm； 二級活塞：取 h1=30 mm。 (7) 活塞銷座處的表面壓力 q 按下式確定 ldPq ′2= max MPa () 式中： q—表面壓力， MPa； Pmax—最大活塞力， N； d—如圖 所示，為活塞銷外徑， mm； l′—活塞銷在一側(cè)銷座中的支撐長 度， mm，如圖 。 表面壓力的許用值：活塞銷在銷座中 緊固支撐，鑄鐵活塞 [q]≤(30~40 )MPa。 一級活塞： d=20 mm(見活塞銷設計 )，取 l′=37 mm，則： 2250 20 35q ???? MPa，在允許范圍之內(nèi)，符合要求； 二級活塞： d=20 mm(見活塞銷設計 )，取 l′=14 mm，則： 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 24 頁 共 52 頁 3600 20 14q ???? MPa，在允許范圍之內(nèi)，符合要求 。 曲軸設計 曲軸的結(jié)構(gòu)形式及選材 壓縮機曲軸有 兩種基本型式，即曲柄軸和曲拐軸。選擇曲拐軸， 其優(yōu)點是 可以實現(xiàn)對稱平衡式、角式、立式等先進的結(jié)構(gòu)型式，使壓縮機結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕； 采用曲拐軸的壓縮機，在氣缸列數(shù)設置方面幾乎不受限制 。 壓縮機上用得較多，制造經(jīng)驗較成熟的，是中碳鋼鍛造曲軸。但近年來由于鑄造技術(shù)的發(fā)展，多采用球墨鑄鐵鑄造曲軸，選擇曲軸的材料為 QT6003 其優(yōu)點為： 節(jié)省原材料 ， 減少加工工時條件把曲軸的形狀設計得更合理。 對曲拐軸主要尺寸進行初步確定如圖 ： L 39。dsd圖 活塞銷座結(jié)構(gòu)簡圖及主要 尺寸 圖 曲軸結(jié)構(gòu)簡圖及主要尺寸 D1D1Datah 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 25 頁 共 52 頁 曲柄銷直徑 D 410)56~46(= －PD () 式中： P—最大活塞力， N 為了提高曲柄銷強度且參考工廠圖紙，取 D=35 mm。 主軸頸直徑 D1 DD )~(=1 () 在確定軸頸尺寸時，應顧及軸頸重合度 S，應盡量避免 S/D 等于零或接近零。 則 1 35 35D ? ? ? mm，經(jīng)參考工廠圖紙，取 D1=36 mm 軸頸長度 a 軸頸長度要與軸承寬度相適應。根據(jù)參考工廠圖紙，取左邊的軸頸長度 a=18 mm，右邊的 a=24 mm 曲柄厚度 t Dt )~(= () 大的曲柄厚度相應于小的曲柄寬度；小的曲柄厚度相應于大的曲柄寬度。 因此 ， 35 ? ? ? mm，參考工廠圖 紙，可取 t=24 mm。 曲柄寬度 h Dh )~(= () 則 50h? mm。 曲柄半徑 r 根據(jù)所選取的活塞行程 65 mm 的一半來確定曲柄半徑，則曲柄半徑 r= mm。 連桿設計 連桿的結(jié)構(gòu)形式及選材 連桿包括桿體、大頭、小頭三部分。 選擇工字形截面， 其毛坯用模鍛或鑄造 [14]。在 連桿的大頭小頭處分別設置大小軸瓦，以方便裝配調(diào)整，降低連桿的磨損。帶軸套的整體連桿結(jié)構(gòu)簡圖及主要尺寸如圖 所示。 以下以選擇與曲軸相同的 QT6003 為設計連桿。 連桿長度的確定 連桿長度 L，即連桿大小頭孔中心距，由曲柄半徑 r 與連桿長度 L 的比值 /Lr?? 決定。 λ 愈大，愈容易使連桿在運動時與滑道壁相碰； λ 值取小了，就會使壓縮機外形增大。所以 λ 值必須取得適當。對不同類型的壓縮機， λ 值取 ： 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 26 頁 共 52 頁 對于 角度式壓縮機： ~41=? 因此可取 ? =41 ， 1301 4rL ?? ? ? mm 連桿大頭瓦尺寸的確定 目前 很 多壓縮機考慮到制造、維修的便利，選擇軸瓦的材料為 15ZChSnSb116，取大頭瓦內(nèi)徑為曲柄銷直徑 D=35 mm。 連桿小頭襯套尺寸的確定 小頭軸瓦近年廣泛采用襯套結(jié)構(gòu)，襯套的厚度 S 及寬度 l0取： dS )~(= （ ） ( ~ )bd? （ ） 式中： d — 十字頭銷或活塞銷直徑， mm。 小頭襯套材料多采用 ZQSn101。 取小頭襯套內(nèi)徑 d 為活塞銷直徑 20 mm； 那么， S=20= mm，取 S=2 mm； b=20=28 mm，取 l0=24 mm。 連桿的寬度 B 對于連桿 寬度取 B= mm，式中 b 為軸瓦的寬度， mm；對于大頭定位時，為大頭瓦寬度；對于小頭定位時，則為小頭襯套寬度。 大頭寬度 B1=22 mm； 小頭寬度 B2=22 mm。 圖 連桿部件結(jié)構(gòu)簡圖及主要尺寸 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 27 頁 共 52 頁 連桿大小頭的孔徑 D， d 大頭孔徑取大頭瓦外徑為 40mm，小頭孔徑取小頭襯套外徑為 24mm。 連桿桿體結(jié)構(gòu)尺寸的確定 （ 1）桿體中間截面的尺寸 4m (1 6 .5 ~ 2 4 .5 ) 1 0dP ??? （ ） 式中： dm—桿體中間截面面積的 當量直徑， mm； P—最大活塞力， N。 式（ ）中系數(shù)取 ~。 當 P2104 N，桿體為工字形截面，式（ ）中系數(shù)取 ~；桿體為圓形截面，系數(shù)取 ~。 對于非圓形截面的桿體，從式（ ）求得 dm后，必須再計算成面積： 42mm dF ?? （ ） 以 Fm為桿體的中間截面面積 。工字形截面的尺寸，如圖 所示： mm FH ? （ ） Bm=(~)H （ ） 桿體的中間截面，即為 H′與 H′′的平均值處截面。 故 4m 16 .7 36 00 10 10d ?? ? ? ? mm，取 dm=10； 2m 10 ? ??? mm2； m 2 .5 7 8 .5 1 4H ? ? ? mm； Bm=10 mm。 （ 2）桿體截面變化尺寸 桿體截面沿長度通常是直線變化的， 且 受力情況愈接近大頭的截面尺寸愈大。工字形的截面寬度 Bm是不變的，其高度變化一般取： 在 l′=(~)d1處： H′= （ ） 在 l′′=(~)D1處： H′′= Hm （ ） 則 l′=(~)mm， 取 l′=28mm H′=14=。 l′′=(~42) mm， 取 l′′=40mm H′′=14=。 刮油環(huán)設計 圖 工字形截面尺寸