【正文】 2 氣缸 圖 氣缸是往復(fù)式壓縮機(jī)中直接進(jìn)行氣體壓縮的部分。 ⑵良好的鑄造工藝性和加工工藝性。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)體時(shí)，應(yīng)合理的構(gòu)型，盡量使應(yīng)力均勻分布，使機(jī)體具有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證各運(yùn)動(dòng)零部件的正確位置和間隙。 如某些潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等就安裝在機(jī)體上。 （ 2）給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供定位和導(dǎo)向基礎(chǔ)；如曲軸支承在機(jī)體的主軸承上， 十字頭以機(jī)身滑道為導(dǎo)向。 m (430) 對(duì)于曲柄銷部位的合成彎曲應(yīng)力： = =﹤﹙ 80 ﹚ MPa (431) 機(jī)體和氣缸 機(jī)體 機(jī)體是活塞式空氣壓縮機(jī)非常重要的部件，機(jī)體支承著曲軸、連桿機(jī)構(gòu)和氣缸等零部件，并使這些零件互相保持著合適的位置與間隙。 m (428) 曲軸的平均扭矩為 = = m (426) 18 曲柄部分的彎矩為 = ﹙ ﹚ =曲軸一般采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛造，這里采用 45 號(hào)鋼。其主要作用是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過連桿改變?yōu)榛钊耐鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)。其壓縮力為：σ= =(423) σ﹤ [σ ] 故強(qiáng)度符合要求。曲柄銷旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿大頭作擺動(dòng)，由于離心力的作用 ，對(duì)桿身產(chǎn)生彎矩，因此從小頭到大頭的截面組件增大。 15 連桿在工作中主要承受氣體壓力和慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，對(duì)連桿的結(jié)構(gòu)要求是：具有足夠的強(qiáng)度和剛度；具有較高的加工精度和表面粗糙度；在保證連桿強(qiáng)度和剛度的條件下， 應(yīng)盡量減少連桿的質(zhì)量；減小連桿大小頭孔中心距，可使壓縮機(jī)總體尺寸和重量下降；連桿大小頭孔耐磨性良 好；連桿易于加工和測量，成本低等。整體式連桿的加工精度容易保證，由于加工時(shí)可以同時(shí)加工大小頭孔，又省去了連桿螺栓、螺母、墊片等零件，不但加工簡單，而且裝配也很方便，制造成本低。 連桿 ． 1 連桿基本尺寸 在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就是通過連桿使活塞在汽缸中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的。一般 l=( )D=46mm 活塞銷的外徑 應(yīng)使連桿小頭孔有合適的比壓 b=21mm 圖 活塞銷強(qiáng)度驗(yàn)算簡圖 比壓： K= 式中 = == (48) 許用比壓 [K] ≤﹙ 150 ﹚ N/ 將上述數(shù)據(jù)代入公式得 ≥ 14 取 , =12mm 活塞銷的強(qiáng)度計(jì)算 把活塞銷作為簡支梁對(duì)待，驗(yàn)算其彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力。為 此，應(yīng)盡可能使用表面硬度高、具有韌性的材料。 (47) 活塞銷設(shè)計(jì) 活塞銷的材料 13 由于氣體力和往復(fù)慣性力作用在活塞銷上，加上活塞銷直徑一般很小，故活塞銷承受很大的交變彎曲應(yīng)力和沖擊力。 活塞頂部的強(qiáng)度驗(yàn)算 ： 由于活塞頂部并非自由支承， 若圓盤厚度為δ，直徑 D=52mm，則直徑截面處的最大彎曲應(yīng)力為： =μ ﹙ ﹚ 2 (45) 式中 為最大氣體壓力差 對(duì)于圓形活塞，可以取μ =， D為活塞直徑；δ為活塞頂部最薄處的厚度。 ==21mm. (43) 取活塞側(cè)壁的厚度 t,=3mm。 圖 活塞幾何尺寸的相互關(guān)系 12 圖 尺寸 d、 b與 D的關(guān)系 綜上， D=52mm, =,L=42mm =, =26mm。 圖 活塞的長度 L與直徑 D之比為 ，活塞銷孔中心線距活塞頂部的距離與直徑之 比 為 1。 以減少往復(fù)慣性力。材料上講，鑄鐵價(jià)格低，熱膨脹系數(shù)小，有良好的耐磨性；采用粉末冶金活塞，可以減少加工量和加工工序，節(jié)約工時(shí)，使制造成本降低。 （ 3）耐磨性好，熱膨脹性??； （ 4）工藝性良好， 價(jià)格低 。 活塞 設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足 的要求是： （ 1）具有足夠的剛度和強(qiáng)度 ； （ 2）導(dǎo)熱系數(shù)高?；钊O(shè)計(jì)的好壞與壓縮機(jī)的性能（如排氣量）有很大關(guān)系。曲軸的固定由角接觸球軸承、端蓋及擋圈來完成。 曲拐部分做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可認(rèn)為曲軸、曲柄銷的質(zhì)量集中在 A 點(diǎn)，用 表示。 活塞的位移從 外止點(diǎn) C算起時(shí)為 x,長度為 L的 連桿與氣缸中心線的夾角為 β ，曲柄的轉(zhuǎn)角為 α 。 圖 圖中 X 軸與氣缸軸線重合， Y軸與 X軸 垂直。 活塞的運(yùn)動(dòng) 壓縮機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)在進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)，往往簡化成如圖 所示。 (3)動(dòng)力平衡性能分析 往復(fù)壓縮機(jī)中的慣性力和慣性力矩是外力，它的大小 和方向均隨曲柄轉(zhuǎn)角作周期性的變化，若在機(jī)器內(nèi)部沒有相應(yīng)的平衡力和平衡力矩與之相平衡，則會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的振動(dòng)，并且還會(huì)傳給基礎(chǔ)。 (1)壓縮機(jī)中主要作用力的求解 壓縮機(jī)中的主要作用力有氣體連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間產(chǎn)生的摩擦力。 動(dòng)力計(jì)算的任務(wù)是計(jì)算壓縮機(jī)中的作用力，分析壓縮機(jī)的動(dòng)力平衡性能，確定壓縮機(jī)所需的飛輪矩，解決慣性力和慣性力矩的平衡問題。 3. 空氣壓縮機(jī)的動(dòng)力計(jì)算 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 動(dòng)力計(jì)算是以往復(fù)壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)即曲柄連桿機(jī)構(gòu)為主要研究對(duì)象，分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、受力情況以及對(duì)壓縮機(jī)動(dòng)力性能的影響。 ，選擇級(jí)數(shù)，然后根據(jù)排氣量、級(jí)數(shù)及壓縮機(jī)用途等選擇合理的結(jié)構(gòu)型式及各級(jí)氣缸的布置方案； ，初步估算排氣溫度； 定各級(jí)的諸系數(shù)如：λ v、λ p、λ T、λ l、μ 0 和μφ等； ； 、功率及壓縮機(jī)效率； 。對(duì)壓縮機(jī)的熱力過程進(jìn)行分析計(jì)算，這是設(shè)計(jì)壓縮機(jī)時(shí)必須進(jìn)行的。本次課程設(shè)計(jì)采用常規(guī)熱力計(jì)算方法。其目的是要求得最有利的熱力參數(shù)（如各級(jí)的吸排氣溫度、壓力和所耗功等）和適宜的主要結(jié)構(gòu)尺寸（如活塞行程、氣缸直徑等）。主要應(yīng)用于采礦、冶金、石油、化工、機(jī)械、建筑等部門。 活塞 式 壓縮機(jī)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1 、適用壓力范圍廣，不論流量大小，均能達(dá)到所需壓力； 2 、熱效率高，單位耗電量少； 3 、適應(yīng)性強(qiáng)，即排氣范圍較廣，且不受壓力高低影響，能適應(yīng)較廣闊的壓力范圍和制冷量要求； 4 、可維修性強(qiáng)； 5 、對(duì)材料要求低，多用普通鋼鐵材料，加工較容易，造價(jià)也較低廉； 6 、技術(shù)上較為成熟，生產(chǎn)使用上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)； 7 、裝置系統(tǒng)比較簡單；缺點(diǎn)： 1 、轉(zhuǎn)速不高，機(jī)器大而重； 2 、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件多，維修量大； 3 、排氣不連續(xù)，造成氣流脈動(dòng)； 4 、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有較大的震動(dòng)。這時(shí)余隙內(nèi)的氣體隨著活塞下移而進(jìn)行膨脹，一直膨脹到吸氣壓力以下時(shí)才結(jié)束。圖中 (c)是余隙膨脹過程：為了防止活塞與吸排汽閥碰撞，活塞上移到上止點(diǎn)時(shí)，活塞與汽缸頂部之間留有一定間隙，稱余隙。而活塞轉(zhuǎn)而向上，這時(shí)吸、排汽門都關(guān)閉，汽缸容積縮小，氣體被壓縮，一直壓縮到排汽壓力為止。 圖 圖 。當(dāng)活塞式壓縮機(jī)的活塞再次反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上述過程重復(fù)出現(xiàn)。 1 — 排氣閥 2 — 氣缸 3 — 活塞 4 — 活塞桿 5 — 滑塊 6 — 連桿 7 — 曲柄 8 — 吸氣閥 9 — 閥門彈簧 圖 當(dāng)活塞式壓縮機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過連桿的傳動(dòng)，活塞便做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)成的工作容積則會(huì)發(fā)生周期性變化。連桿小頭主要通過活塞銷與活塞相連，而連桿大頭套在曲軸的曲軸柄部分，曲軸由帶輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，氣缸頂部安裝有閥板組件。 往復(fù)式空氣壓縮 機(jī)主要有曲軸連桿活塞式、曲柄連桿活塞式和曲柄滑管式三種形 2 式。 空氣壓縮機(jī)的種類很多，按工作原理可分為容積式壓縮機(jī)，速度式壓縮機(jī)，容積式壓縮機(jī)的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力；速度式壓縮機(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度，使氣體分子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。 ，著重了解和掌握活塞式空氣壓縮機(jī)的基本原理、組成結(jié)構(gòu)、材料、制造加工工藝、冷卻潤滑方式等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生正確運(yùn)用和查 閱與本課題相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)等技術(shù)資料，獨(dú)立的進(jìn)行理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算、繪制工程圖樣、編寫設(shè)計(jì)說明書等。 通過近兩個(gè)月的設(shè)計(jì)過程，對(duì)于我 掌握過程流體機(jī)械選型基本方法、基本步驟 和基本原則起到了明顯的效果，達(dá)到了預(yù)期的訓(xùn)練目的。 1 1 引言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)完所有 課 程后應(yīng)用四年所學(xué)到的 課 本知識(shí)及課外的知識(shí) 而進(jìn)行的綜合性、開放性的訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié) ， 也是考查 學(xué)生四年學(xué)習(xí)成果的 重要途徑 。 此次畢業(yè) 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是通過對(duì)活塞式壓縮機(jī)熱力性能和動(dòng)力性能的計(jì)算，完成壓縮機(jī)的校核和選型工作。同時(shí)，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使我的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力得到了提高，培養(yǎng)了我 的設(shè)計(jì)能力和解決實(shí)際問題的能力。掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求、基本方法、基本步驟，為走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 題目： 排氣壓力 = 吸氣壓力 Ps= 排氣量 Q=轉(zhuǎn)速 n=2840r/min 空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 空氣壓縮機(jī)是氣源裝置中的主體，它是將原動(dòng)機(jī)（通常是電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝