【正文】 信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 題目 微型風(fēng)冷活塞式壓縮機(jī)（ W80）的設(shè)計(jì) 專題 二、課題來源及選題依據(jù) 微型風(fēng)冷活塞式壓縮機(jī)是單作用壓縮機(jī)，是由氣缸、氣閥和在氣缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞所構(gòu)成的工作容積不斷變化來完成。壓縮機(jī)由三相異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，經(jīng)“ V”型皮帶傳動(dòng)，使曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過連桿帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。采用自動(dòng)停機(jī)方式控制排氣壓力，壓縮機(jī)的冷卻主要由兼作風(fēng)扇的飛輪對(duì)氣缸及中間冷卻器進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱來保證。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，完成總裝圖。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 繪制主機(jī)總圖和主要零件圖。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 95 班 姓名 顧佳慶 五、開始及完成日期： 自 2020 年 11 月 12 日 至 2020 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教研室主任 〔 學(xué)科組組長研究所所長 〕 簽名 系主任 簽名 2020 年 11 月 12 日全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 摘 要 活塞式壓縮機(jī)是一種容積式壓縮。目前活塞式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，如石油裂解氣的分離、石油加氫精制、氣流紡紗、谷物的氣力輸送、制冷等領(lǐng)域。通過了解該壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)極其工作原理，重點(diǎn)掌握其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)所含零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及其強(qiáng)度校核方法。 整個(gè)設(shè)計(jì)過程主要包括三個(gè)部分。整個(gè)設(shè)計(jì)過程與設(shè)計(jì)內(nèi)容是按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行的，符合工程需求。 The second part is the dynamic calculation and analysis, including the analysis of force of crank and connecting rod mechanism, the calculation of main parts of the strength check and balance。 structure。 the main parts of the strength check。是制冷系統(tǒng)的 心臟 ，它從吸氣管吸入低溫低壓的 制冷劑 氣體，通過 電機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)活塞對(duì)其進(jìn)行壓縮后，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 → 冷凝 → 膨脹 → 蒸發(fā) ( 吸熱 ) 的制冷循環(huán)。容積式壓縮機(jī)按照活塞運(yùn)動(dòng)方式的不同，分為往復(fù)活塞式和回轉(zhuǎn)活塞式兩種結(jié)構(gòu)形式。其制冷劑蒸氣僅在活塞的一側(cè)進(jìn)行壓縮，活塞往返一個(gè)行程，吸氣排氣各一次。所以同樣大小的氣缸，雙作用壓縮機(jī)的吸氣量較單作用的大。 活塞式壓縮機(jī)在圓筒形 氣缸中具有一個(gè)可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，氣缸上有控制進(jìn)、排氣的閥門。 活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可有多種驅(qū)動(dòng)方式：當(dāng)原動(dòng)機(jī)主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可通過曲軸連桿機(jī)構(gòu)圖 11 把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在壓縮機(jī)中，這種機(jī)構(gòu)運(yùn)用最普遍，也可以用偏心輪連桿機(jī)構(gòu)圖 12，但是由于偏心輪尺寸不宜過大，故一般僅用于小型壓縮機(jī)中。 往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的工作原理： 氣缸、氣閥和在氣缸中作往復(fù)運(yùn) 動(dòng)的活塞所構(gòu)成的工作容積不斷變化來完成。 壓縮過程：活塞從下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，吸、排汽閥處于關(guān)閉狀態(tài)，氣體在密閉的氣缸中被壓縮，由于氣缸容積逐漸縮小，則壓力、溫度逐漸升高直至氣缸內(nèi)氣體壓力與排氣壓力相等。此時(shí)由于 排氣閥彈簧力和閥片本身重力的作用，排氣閥關(guān)閉排氣結(jié)束。此后，活塞又向下運(yùn)動(dòng)，重復(fù)上述三個(gè)過程，如此周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)。壓縮機(jī)是原基礎(chǔ)材料之一的冶金工業(yè)中極為重要的設(shè)備；壓縮機(jī)又是石油化工流程中的心臟設(shè)備，象征國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的乙烯裝置中有所謂“乙烯三機(jī)”（裂解氣壓縮機(jī)、丙烯壓縮機(jī)、乙烯壓縮機(jī)），化肥工業(yè)中有原料空氣壓縮機(jī)、氮?dú)浠旌蠚鈮嚎s機(jī)、二氧 化碳?jí)嚎s機(jī)、加氫煉制用氫氣壓縮機(jī)是保證煉油工業(yè)出好油，多出油的關(guān)鍵設(shè)備，氫氣壓縮機(jī)也是柴油、汽油等燃油替代技術(shù)煤液化裝置中的重要設(shè)備；原油開采中的開礦、筑路、制造業(yè)需要各種動(dòng)力用空氣壓縮機(jī)，單機(jī)排量可以從 /min到 100 3m /min以上。壓縮機(jī)與人民的日常生活更是休戚相關(guān)，生產(chǎn)紡織原料的的化纖廠需要多種壓縮機(jī)，紡織 廠氣流紡紗新工藝需要無油空氣壓縮機(jī)，谷物的氣力輸送需要低壓壓縮機(jī)，食品工業(yè)、制藥工業(yè)都需要高潔凈度的無油壓縮機(jī)。 本課題應(yīng) 達(dá)到的要求 本次設(shè)計(jì)的微型壓縮機(jī)主要用于輕紡工業(yè)、冶金工業(yè)等等。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 2 壓縮機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)要求 本次設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)需要達(dá)到的要求是：排氣量： Q= 3m /min；排氣壓力： Pd =；需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)工況是：進(jìn)氣壓力： Ps =；進(jìn)氣溫度： T1 =20?C；進(jìn)氣相對(duì)濕度： φ=； 不同場合活塞平均速度也不同，目的是保證運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì) 性、可靠性、延長運(yùn)動(dòng)部件壽命。 大中型固定式動(dòng)力用的空壓機(jī)： ?mv 3~4 sm/ 直流閥大中型低壓移動(dòng)式空壓機(jī)： ?mv 5~6 sm/ 微型壓縮機(jī)（轉(zhuǎn)速高，沖程低，速度較低） ： ?mv ~ sm/ 所以本次設(shè)計(jì)的微型壓縮機(jī)選取的平均速度為 ?mv ? sm/ 根據(jù)活塞平均速度： 30snvm? （ ） 當(dāng)速度 ?mv 時(shí)得出 s 的取值范圍是 ~。 同樣得出壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 n的取值范圍是 500r/min~1250r/min。 設(shè)計(jì)要求 ]1[ ： （ 1） 滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力及有關(guān)使用條件的要求。 （ 3） 有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性。 （ 5） 維修檢修方便。 （ 7） 制造工藝性良好。 結(jié)構(gòu)方案的選擇 活塞式壓縮機(jī)的 結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成 ]1[ ： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 一、 機(jī)器的形式； 二、 級(jí)數(shù)和列數(shù)； 三、 各級(jí)氣缸在列中的排列。 一、壓縮機(jī)的形式可以分為： （ 1） 立式壓縮機(jī) 其優(yōu)點(diǎn)是：主機(jī)直立，占地面積??；活塞重量不支承在氣缸上，沒有因此而產(chǎn)生的摩擦和磨損：機(jī)身受力良好，形狀簡單，重量輕；轉(zhuǎn)速高，活塞速度大；不裝輔助支座。所以，立式壓縮機(jī)現(xiàn)僅用于中、小型及微型，使機(jī)器高度均處于人體高度便于操作的范圍內(nèi)，且中型壓縮機(jī)主要用于無油潤滑結(jié)構(gòu) —— 活塞無需支承而僅需向?qū)?；此外，?jí)數(shù)以少為宜，以避免管道布置的麻煩。 一般臥式壓縮機(jī)氣缸位于曲軸的一側(cè)，最多只有兩列。缺點(diǎn)是：慣性力平衡差，轉(zhuǎn)速低；氣缸串聯(lián)，氣缸活塞安裝困難。缺點(diǎn)是 2D 型切向力曲線不均勻； H 和 M 型運(yùn)動(dòng)部件、填料函、曲軸、機(jī)身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)器制造質(zhì)量要求高。 （ 3） 角度式壓縮機(jī) 角度式壓縮機(jī)是指氣缸中心線間有一夾角但不等于 180?，有 V型、 L 型、 W 型、扇型等。所以角度式壓縮機(jī)的適用于小、微型移動(dòng)式壓縮機(jī)（無十字頭，單作用）。 兩級(jí)壓縮機(jī)，若采用 V 型和扇型則級(jí)的布置較方便。在兩列的雙作用式壓縮機(jī)中，也?？梢?到 L 型結(jié)構(gòu)，L型可認(rèn)為是 V型轉(zhuǎn)置 45?，通常水平列氣缸的磨損較大，機(jī)器的重心與機(jī)身底面形心不易處于一條垂線上，與 V型相比其管道布置較方便，此外并無什么獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 列數(shù)的選擇 一般選擇多列，因?yàn)閱瘟杏直坑种?。所以本設(shè)計(jì)采用三列。 力求減少氣體的內(nèi)外泄漏。 力求制造、裝拆、維修方便。 圖 型壓縮機(jī)示意圖 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 3 壓縮機(jī)的熱力計(jì)算 這一章主要目的是確定功率、氣缸行程容積、缸徑及活塞行程。 總壓力比的確定 總壓力比為： ? =sdPP = ? （ ） 所以總壓力比為表壓 s? =7+1=8。一般 α處于以下范圍 ]1[ ： 低壓級(jí)： ~ 中壓級(jí)： ~ 高壓級(jí)： ~ 單作用式壓縮機(jī)，如果氣閥軸向地配置在氣缸蓋上，低壓級(jí)可小至 α=~ 高速短行程壓縮機(jī)，可高達(dá) α=~ 小型壓縮機(jī)的高壓級(jí)可達(dá) α= 而超高壓壓縮機(jī)中可高達(dá) α= 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 本次設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)為單作用式壓縮機(jī)，相對(duì)余隙容積可以取小一點(diǎn)，選取 α為 。 容積系數(shù)為： λv=1α（ 11 ?ms? ） = （ ） 確定壓力系數(shù)和溫度系數(shù) 根據(jù)進(jìn)氣壓力接近于大氣壓力，取壓力系數(shù) p? =。 計(jì)算泄漏系數(shù) 對(duì)于不嚴(yán)密和延遲關(guān)閉的氣閥： v? =， 取氣閥相對(duì)泄漏量為 。 所以總相對(duì)泄漏量為 。 復(fù)算壓力比或調(diào)整余隙容積 表 33 圓整前、后總的活塞有效面積 氣缸直徑 )(mD 活塞有效面積 22DA ??（ 2m ） 前 后 前 后 由于缸徑圓整以后變大，使得排氣壓力要成正比例升高。 調(diào)整余隙容積，因?yàn)楦讖綀A整后變大，相對(duì)余隙容積也變大，似的吸進(jìn)的氣量要不變。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 計(jì)算實(shí)際排氣溫度 取壓縮指數(shù) n= 排氣溫度： nnsd TT 1?? ? （ ） 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得排氣溫度為 。 總的指示功率為 。所以根據(jù)該功率確定電動(dòng)機(jī)額定功率 ]3[ 為 4 kW ，滿載轉(zhuǎn)速為 2890r/min，型號(hào)為 Y112M2。 總的等溫指示功率為 。二是確定壓縮機(jī)所需的飛輪矩。 已知數(shù)據(jù)整理 動(dòng)力計(jì)算部分需使用熱力計(jì)算部分所得的結(jié)果，先將動(dòng)力計(jì)算所需數(shù)據(jù)整理如下表： 表 41 已知數(shù)據(jù) 活塞面積 )( 2m gA 壓力 Mpa 吸入 ?sP sP 排出 ?dP dP 溫度 吸入 K 293 排氣 K 473 相對(duì)余隙容積 ? 行程 )(mm s 60 余隙容積折合行程 )(mm ?ss ?0 指示功率 )(kW N 軸功率 )(kW ZN 機(jī)械效率 )(m? m? 轉(zhuǎn)速 min)/(r n 800 曲柄半徑 )(mm r 30 運(yùn)動(dòng)計(jì)算 計(jì)算活塞位移、速度、加速度。繪圖時(shí)首先確定實(shí)際的排氣壓力 ?dp 和實(shí)際的進(jìn)氣壓力 ?sp ，且它們的數(shù)值不變，故得兩條水平的直線，即指示圖形的上、下兩條邊。 其步驟如下： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 （ 1）在 PS 坐標(biāo)系統(tǒng)上，畫出表示進(jìn)氣過程和排氣過程的過程線 sP 和 dP 。 定出相當(dāng)于活塞行程 s的兩個(gè)限制線，它們和進(jìn)氣過程線及排氣過程線的交點(diǎn)是 A和D，此兩點(diǎn)即為壓縮過程線和膨脹過程線的開 始點(diǎn)。角 α和角 β之間應(yīng)滿足下列關(guān)系式： 1)1( ??? ?? tgtg m （ ） 式中 m 指所作過程曲線的多方指數(shù)。 一般取 ??tg 。 α值一經(jīng)確定， β值也隨之而定。 表 43 不同多方指數(shù) m(n)時(shí)，和 ?tg 值對(duì)應(yīng)的 ?tg 值 m ??tg ?tg ??tg 根據(jù)上表當(dāng) ?tg = 時(shí)， m= 時(shí)， ?tg =，得 α=14?， β=15? 當(dāng) ?tg = 時(shí)， n= 時(shí)， ?tg =，得 α=14?， β=19? 作氣缸壓力指示圖如下 ,力的比例尺 210 /102 mmNm p ?? 。 圖 氣缸壓力指示圖 由上圖可知膨脹過程線的結(jié)束點(diǎn)大致在曲柄轉(zhuǎn)角為 45?時(shí)，而壓縮過程線的結(jié)束點(diǎn)大全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 致在曲柄轉(zhuǎn)角為 285?時(shí)。 蓋側(cè)氣體力： gijgj APP ?? （ ） 氣體力符號(hào)規(guī)定：蓋側(cè)氣體力是活塞桿受壓，為負(fù)。 計(jì)算往復(fù)質(zhì)量為： 385+67+113+2+35+2=602g 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 往復(fù)慣性力為：