【導讀】V型壓縮機是往復活塞。數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等，經(jīng)過動力計算得到活塞式壓縮機的受力情況。精確程度體現(xiàn)了壓縮機的設(shè)計水平。研究工作目的是為了使V型壓縮機具有更好的機械性能，提高機械效率，減小能耗，通過壓縮機動力的計算，機組、構(gòu)件尺寸的不斷修改，對以往壓縮機出。最終設(shè)計出這一款滿足用戶要求，體積小、工作效率高、使用壽命長的V-6/10. 空氣往復壓縮機。

　　

【正文】 0?p? ，取 ? ? 2kg/cm300?p? 。壁厚的附加項 a，其值按 ~，則 a=8mm。 ∴ ? ? 3002 ??? ???? aPD p??，則 mm10?? （ 2）水套壁厚 mm8~)~()~(39。 ???? ?? ，取 mm839。 ?? （ 3）連接法蘭壁厚 39。39。 ???? ?? Ⅱ 級氣缸的強度校核 氣缸與氣缸套的材料相同：? ?22232123222121222214rrrrrrprrErp?????? ， 由于 E 相對 r1 與 r2 大得多， r1 與 r2 分別表示為氣缸的內(nèi)外半徑 ，將其看做 r1=r2，r3=， 則 222222112 kg / c m03 ???? r rpp 氣缸和氣缸套內(nèi)的應力值為： 氣缸內(nèi)表面的切應力 tc? ： 222 22222323222 kg / c ???????? rr rrptc? 氣缸內(nèi)表面的徑向應力 rc? ： 22 k g / c ???? prc? 氣缸套內(nèi)表面的切向應力 tl? ： ? ? ? ? 222222212222222211 k g / c m3 5 3 7 ?? ??????? ??? rr rprrptl? 氣缸套內(nèi)表面的徑向應 力 rl? ： 21 k g / c m3 7 ??? prl? 氣缸套外表面的切向應力 39。tl? ： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 共 48 頁 ? ? ? ?22222221222221221139。k g / c m7 ????????????rrrrprptl? 氣缸套外表面的徑向應力 39。rl? ： 2239。 k g / c ???? prl? 由于鑄鐵氣缸應力不允許超過 200~300kg/cm2，所以符合要求，滿足強度。 氣缸材料 氣缸和汽缸套的材料根據(jù)壓縮氣體的性質(zhì)和承受的壓力選取。由于本設(shè)計的工作壓力低于 60 公斤 /厘米 2，取用灰鑄鐵 HT20 HT2547 氣閥 [3] 現(xiàn)代活塞式壓縮機使用的氣閥，都是隨著氣缸內(nèi)氣體壓力的變化而自行開、閉的自動閥。自動閥由閥座、運動密封組件、彈簧、升程限制器等零件組成。 圖 10 活塞式壓縮機自動閥的組成 1— 閥座； 2— 閥片； 3— 彈簧； 4— 升程限制器 氣閥的基本要求 氣閥是活塞式壓縮機重要部件之一，它的工作直接關(guān)系到壓縮機運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性和可靠性。對氣閥的基本要求如下 ： 1. 使用期限長，不能由于閥片或彈簧的損壞而引起壓縮機非計劃停車。 2. 氣體通過氣閥時的能量損失小，以減少壓縮機動力消耗。對于固定式長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的壓縮機尤為重要。 3. 氣閥關(guān)閉時具有良好的密封性，減少氣體的泄漏量。 4. 閥片起、閉動作及時和迅速，而且要完全開啟，以提高機器效率和延長和使用壽命。 5. 氣閥所引起的余隙容積要小，以提高氣缸容積效率。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 共 48 頁 以此，還要求結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、易于維修、氣閥零件標注化、通用化水平要高。 閥的分類 壓縮機自動閥按運動密封組件的特點可分為：環(huán)閥（包括環(huán)狀閥和網(wǎng)狀閥）、孔 閥（包括杯狀閥、菌狀閥、碟狀閥等）、直流閥；其它還有諸如條狀閥、槽狀閥、錐形槽狀閥等。 此壓縮機設(shè)計采用環(huán)狀閥，因為環(huán)狀閥制造簡單，工作可靠，可改變環(huán)數(shù)來適應各種氣量要求，它適用于各種壓力、轉(zhuǎn)數(shù)的壓縮機。 閥設(shè)計的主要技術(shù)要求 閥座密封表面要經(jīng)過研磨，閥片上下平面光潔度不低于 ▽ 9，內(nèi)外邊緣要倒鈍；氣閥組裝后要進行泄漏檢查。 一般環(huán)狀閥片和網(wǎng)狀閥片熱處理硬度為 RC46~52，同一閥片的硬度差不超過 3 個單位。在閥片精磨后要進行補充回火，其溫度不超過第一次回火溫度。 用 30CrMnSiA 鋼板制造 的環(huán)狀閥片，金相組織為回火馬氏體。 環(huán)狀閥結(jié)構(gòu)尺寸的選擇 圖 11 環(huán)狀閥的主要結(jié)構(gòu)尺寸及其幾何關(guān)系 Ⅰ 級上的氣閥尺寸選擇 壓縮機數(shù)據(jù)：壓縮機的轉(zhuǎn)速 n=980r/min；活塞行程 s=100mm；一級吸氣壓力Pa=；一級排氣壓力 Pd=；活塞有效面積 F=；活塞的平均速度 Cm=；同時作用的齊發(fā)數(shù) Z=2。 結(jié)構(gòu)尺寸的選擇：氣閥的主要特性參數(shù)確定后，就要確定閥座通道寬度 b、閥片寬度 B 和閥座相鄰信道平均直徑差 △ D 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 48 頁 a. 選擇的 閥縫隙通道氣體流速 Cv 表 6 間縫隙通道的平均氣流速度 工作壓力（公斤 /厘米 2） ≤4 ＞ 4~10 ＞ 10~30 ＞ 30~130 ＞ 130~320 ＞ 320~600 間縫隙通道的平均氣流速度（米 /秒） 30~45 25~40 20~35 18~28 15~20 12~15 工作壓力 P== Kg/cm24 Kg/cm2，則 Cv =30~45m/s,取 Cv =35m/s b. 需要的閥縫隙面積 fv 222 9 4 0352 ?? ?????? Z C vCmDZ C vF C mfv ? 式中： Z——同時作用的同名氣閥數(shù) F——活塞的有效面積 c．閥片開啟高度 h= 圖 12 環(huán)狀閥閥片開啟高度與壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)、工作壓力得到關(guān)系 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁 共 48 頁 d. 閥座通道寬度 b ~ ?bh ， 取 ?bh 又 ∵ h= ∴ b= e. 閥座密封口寬度 表 7 推薦的環(huán)狀閥主要結(jié)構(gòu)尺寸 型 式 閥座通道寬度 b（毫米） 氣閥工作壓力（公斤 /厘米 2） 閥片寬度 B（毫米） 閥座密封口寬度 α1（毫米） 閥座相鄰通道平均直徑差 ΔD（毫米） Ⅰ 4 40 25 5 40 Ⅱ 6 100 10 35 7 100 工作壓力 P== Kg/cm240Kg/cm2，則閥座密封口寬度 α1= f. 閥片寬度 B B=b+2α1=+2=，取 B=9mm g. 升程限制器通道寬度 b1 b1=（ 1~） b=（ 1~） =~，取 b1=7mm h. 限座相鄰信道平均直徑差 △ D △ D=2（ B+b1） =2(9+7)=32mm i. 閥座通道環(huán)數(shù) i i=3 j. 閥座最內(nèi)圈信道平均直徑 D1 vs fhbf 2? 122 11 ???????????????? Dibi fhbDibifD vs ?? K. 閥座各環(huán)信道平均直徑 Dj Dj=Di+(j1) △ D=+(31)32=，取 Dj=96mm l. 閥座安裝直徑 D0 取 C1=，則 D0=DJ+B+2C1=96+9+2=114mm m. 閥座最大外徑 maxD 取 ?2? ，則 mm1 2 1 42 20m a x ?????? ?DD n. 閥座厚度 H H=（ ~） maxD =（ ~） 125=15~25mm，取 H=25mm o. 閥座安裝凸緣高度 H1 H1=（ ~） H=（ ~） 25=~，取 H1=10mm 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 共 48 頁 p. 連接螺栓直徑 d 表 8 氣閥連 接螺栓尺寸的選擇 氣 閥 安 裝 直 徑 D0（毫米） 氣 閥 螺 栓 d0（毫米） ≤60 60~100 100~150 150~200 200~300 ≥300 M101 M12 M16 M20 M24 M27 由于 D0=114mm，故選擇 M16 q. 閥片厚度 δ 取 δ=2mm 圖 13 環(huán)狀閥主要安裝尺寸示意圖 Ⅱ 級上的氣閥尺寸選擇 （由于 Ⅱ 級計算與 Ⅰ 級相似，所以圖表參 照上面） 壓縮機數(shù)據(jù)：壓縮機的轉(zhuǎn)速 n=980r/min；活塞行程 s=100mm；二級吸氣壓力Pa=；一級排氣壓力 Pd=；活塞有效面積 F=；活塞的平均速度 Cm=；同時作用的齊發(fā)數(shù) Z=2。 結(jié)構(gòu)尺寸的選擇：氣閥的主要特性參數(shù)確定后，就要確定閥座通道寬度 b、閥片寬度畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 28 頁 共 48 頁 B 和閥座相鄰信道平均直徑差 △ D a. 選擇的閥縫隙通道氣體流速 Cv 工作壓力 P== Kg/cm24 Kg/cm2， 則 Cv =30~45m/s,取 Cv =35m/s b. 需要的閥縫隙面積 fv 222 ?? ?????? Z C vCmDZ C vF C mfv ? 式中： Z——同時作用的同名氣閥數(shù) F——活塞的有效面積 c．閥片開啟高度 h= d. 閥座通道寬度 b ~ ?bh ， 取 ?bh 又 ∵ h= ∴ b= e. 閥座密封口寬度 工作壓力 P== Kg/cm240Kg/cm2，則閥座密封口寬度 α1= f. 閥片寬度 B B=b+2α1=+2=，取 B=9mm g. 升程限制器通道寬度 b1 b1=（ 1~） b=（ 1~） =~，取 b1=7mm h. 限座相鄰信道平均直徑差 △ D △ D=2（ B+b1） =2(9+7)=32mm i. 閥座通道環(huán)數(shù) i i=3 j. 閥座最內(nèi)圈信道平均直徑 D1 vs fhbf 2? mm11322 122 11 ????????????????? Dibi fhbDibifD vs ?? K. 閥座各環(huán)信道平均直徑 Dj Dj=Di+(j1) △ D=11+(31)32=53mm l. 閥座安裝直徑 D0 取 C1=，則 D0=DJ+B+2C1=53+9+2=69mm，取 D0=70mm m. 閥座最大外徑 maxD 取 ?2? 4mm，則 mm7842702 20m a x ?????? ?DD n. 閥座厚度 H H=（ ~） maxD =（ ~） 78=~，取 H=15mm o. 閥座安裝凸緣高度 H1 H1=（ ~） H=（ ~） 15=~，取 H1=7mm p. 連接螺栓直徑 d 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29 頁 共 48 頁 由于 D0=70mm，故選擇 M12 q. 閥片厚度 δ 取 δ=2mm 活塞 活塞與氣缸構(gòu)成了壓縮容積?；钊仨氂辛己玫拿芊庑?， 此外還有要求： 1，有足夠的強度和剛度； 2 活塞與活塞銷的連結(jié)和定位要可靠； 3，重量輕，兩列以上的壓縮機中，應根據(jù) 慣性力平衡的要求配置各列活塞的重量； 4，制造工藝性好。 活塞的基本結(jié)構(gòu)型式 活塞式壓縮機中采用的活塞基本結(jié)構(gòu)型式有 :筒形、盤形、級差式、組合式、柱塞等。對于小型無十字頭的壓縮機一般選用筒形活塞。 筒形活塞的主要結(jié)構(gòu)尺寸如右圖所示： 圖 14 筒形活塞主要結(jié)構(gòu)尺寸 Ⅰ 級活塞尺寸 活塞環(huán)的計算：活塞環(huán)是密封氣缸鏡面和活塞間的縫隙用的零件。另外，它還起布油和導熱的作用。對活塞環(huán)的基本要求是密封可靠和耐磨損。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 30 頁 共 48 頁 活塞環(huán)的徑向厚度 t： ~)361~221()361~221( ???? Dt ∴ 取 t=8mm 活塞環(huán)的軸向高度 h： h=（ ~） t=（ ~） 8=~，取 h=4mm 刮油環(huán)的軸向高度： h3=（ 1~2） h=（ 1~2） 4=4~8mm，取 h3=6mm 活塞直徑： D=230mm 活塞總高度 H 與活塞直徑 D 一般為： H=（ ~） D=（ ~） 230=~345mm，取 H=184mm 活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離： C=（ ~3） h=（ ~3） 4=~12mm，取 C=8mm 活塞環(huán)之間的距離： C1=（ ~） h=（ ~） 4=~6mm，取 C1=5mm 裙座到底邊的高度 L 約為 ，則 L==184=，取 L=130mm 活塞銷中心線到底邊的距離 h1 約為 ，則 h1==130=78mm 活塞頂部的強度計算，可將活塞頂部作為圓周固定的圓板來計算：對于無加強筋的鑄鐵活塞 [σB]≤300~350Kg/cm2，取 [σB]=300 Kg/cm2 cmtttrPB 2 222m a x ???????? ，取 t=8mm Ⅱ 級活塞尺寸 (與 Ⅰ 級活塞尺寸計算相似 ) 活塞環(huán)的 徑向厚度 t： ~ 0)361~221()361~221( ???? Dt ∴ 取 t=4mm 活塞環(huán)的軸向高度 h： h=（ ~） t=（ ~） 4=~，取 h=4mm 刮油環(huán)的軸向高度： h3=（ 1~2） h=（ 1~2） 4=4~8mm，取 h3=6mm 活塞直徑： D=130mm 活塞總高度 H 與活塞直徑 D 一般為： H=（ ~） D=（ ~） 130=~195mm，取 H=156mm 活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離： C=（ ~3） h=（ ~3） 4=~12mm，取 C=8mm 活塞環(huán)之間的距離： C1=（ ~） h=（ ~） 4=~6mm，取 C1=5mm 裙座到底邊的高度 L 約為 ，則 L==156=，取 L=110mm 活塞銷中心線到底邊的距離 h1 約為 ，則 h1==110=66mm 活塞頂部的強度計算，可將活塞頂部作為圓周固定的圓板來計算：對于無加強筋的鑄鐵畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 31 頁 共 48 頁 活塞 [σB]≤300~350Kg/cm2，取 [σB]=300 Kg/cm2 cmtttrPB 2 222m a x ???????? ，取 t=8mm 活塞材料的選擇 本次設(shè)計活塞材料選用 HT2040，活塞銷材料選用 20 鋼。 活塞銷 圖 15 活塞銷 活塞銷的主要技術(shù)要求 1. 20 鋼和 20Cr 鋼制的銷子，圓柱外表面的滲炭深度為： 1）壁厚 3~5 毫米的活塞銷~ 毫米； 2）厚度大于 5 毫米的活塞銷 ~ 毫米； 2. 銷子外圓柱表面硬度為 HRC57~67，各點硬度差不大于 3 個 HRC 單位； 3. 銷子硬化層的顯微組織應符合以下規(guī)定： 1）滲碳層影視細密的馬氏體組織，不允許有針狀或連續(xù)網(wǎng)狀的游離滲碳體； 2）高頻淬火硬化層應是細 針狀的馬氏體組織，其轉(zhuǎn)變區(qū)為索氏體組織，并允許有碳素體的晶粒存在。 4. 銷子外圓的橢圓度和錐形度不大于 2 級精度直徑公差之半 5. 銷子外圓表面光潔度： 1）直徑小于 150 毫米時為▽ 9； 2）直徑大于 150 毫米時為▽ 8 6. 銷子外圓表面不允許有裂紋、凹痕、擦傷、斑疤以及肉眼可見的非金屬夾雜物等缺陷 7. 銷子加工完后，應進行磁粉探傷，不得有裂紋。 I 級活塞銷尺寸 活塞銷的尺寸，根據(jù)最大活塞力 Pmax作用下活塞銷投影工作表面上的許用比壓 [k]畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 32 頁 共 48 頁 初步確定后，按彎曲和剪切作用校核其強度?；钊N的計算尺寸如圖： 圖 16 活塞銷計算簡圖 ][ max0 kpdl ? 連桿軸承長度 0l =（ ~） d，取 0l = 活塞銷許用比壓 [k]≤ 150~250 Kg/cm2，取 [k]=200 Kg/cm2 則 md ][3m a x2 ??? ??? kpd ∴取 d=22mm 活塞銷內(nèi)徑 d0=(~) d=(~) 22=~，取 d0=14mm 活塞銷長度 pl =(~)D1=(~) 230=184~207mm ，取 pl =200mm Ⅱ級活塞銷的尺寸 （與Ⅰ級的相似） ][max0 kpdl ? 連桿軸承長度 0l =（ ~） d，取 0l = 活塞銷許用 比壓 [k]≤ 150~250 Kg/cm2，取 [k]=200 Kg/cm2 則 md ][3m a x2 ??? ??? kpd ∴取 d=22mm 活塞銷內(nèi)徑 d0=(~) d=(~) 22=~，取 d0=14mm 活塞銷長度 pl =(~)D1=(~) 230=184~207mm ，取 pl =200mm 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 33 頁 共 48 頁 6 基本部件的設(shè)計 機身、中體 機身、中體統(tǒng)稱機體，它包括機身、中體、機座、曲軸箱、中間接筒、端接筒等部件。 機體的作用是： 1. 作為轉(zhuǎn)動機構(gòu)的定位于導向部分。如曲軸支撐在機體的主軸承上，十字頭以機體滑道導向。 2. 作為壓縮機承受作用力的部分。壓縮機中的作用力，基本上可分為兩大類：內(nèi)力與外力。內(nèi)力是氣體壓力，作用在活塞與氣缸蓋上。內(nèi)力的傳遞，一方面是通過活塞、曲柄連桿機構(gòu)傳至主軸承與滑道上，另一方面則通過缸體傳至機體上，并在主軸與滑道上保持平衡。外力是運動部件質(zhì)量慣性力。外力的傳遞是由傳動部件經(jīng)過機體上的主軸承，滑道傳到機體外部。 3. 作為氣缸的承座并連接某些輔助部件。如潤滑系統(tǒng)、盤車系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，以組成整臺機器。 曲軸 曲軸結(jié)構(gòu)的選擇 壓縮機曲軸有兩種基本型式，即曲柄軸和曲拐軸。曲柄軸結(jié)構(gòu)，連同電機軸一起，一般只有兩個主軸承。曲拐軸在制造安裝方面，雖較曲柄軸為差，但是采用曲拐軸的壓縮機，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。此外，采用曲拐軸的壓縮機，在氣缸列數(shù)設(shè)置方面幾乎不受限制，便于滿足流程要求。本設(shè)計采用曲拐軸。 圖 17 雙拐軸 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 曲軸設(shè)計基本原則： a. 曲軸的軸頸要有適當?shù)某叽?，使配用的軸承能有勝 任的負荷能力 b. 曲軸要有足夠的強度，以承受交變彎曲與交變扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用。曲軸的 2 處，畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 34 頁 共 48 頁 要進行強度校核 c. 曲軸要有足夠的剛度。軸頸偏轉(zhuǎn)角不應超過許用值，以保證軸承可靠的工作。在采用懸掛電機結(jié)構(gòu)時，電機轉(zhuǎn)子中心的繞度應不超過許用值，以保證電機正常工作。 曲軸結(jié)構(gòu)尺寸的確定 基于以上幾項要求，對于曲拐軸主要尺寸初步確定如下： 圖 18 曲柄的主要尺寸 ① 曲柄銷直徑 D P 取最大值為二級壓縮時的最大活塞力， P= )~()~( ???? pD ，取 D=60mm ② 主軸頸直徑 D1 mm66~6060)~1()~1