【正文】 缸直徑標(biāo)準(zhǔn)， 圓整后氣缸直徑如下 :D=140mm 。 活塞有效面積為 : 實(shí)際行程容積 新的的容積系數(shù)及新的相對(duì)余隙 考慮到圓整值與計(jì)算值之間有差值，這里采用維持壓力比不變，調(diào)整相對(duì)余隙容積的方法，利用下式計(jì)算容積系數(shù) : v39。? 為上面已計(jì)算的值 ∴新的容積系數(shù)為 : ?? 新的相對(duì)余隙 : 計(jì)算活塞力 ①計(jì)算實(shí)際吸排氣壓力 各級(jí)進(jìn)排氣相對(duì)壓力損失取值，各級(jí)進(jìn)、排氣壓力和實(shí)際壓力見下表。 322s )42(V ??? dDs?m1v ??? ??? II 表 3 各級(jí)進(jìn)氣、排氣壓力與實(shí)際壓力比 級(jí)次 公 稱壓力 排氣損失 實(shí)際壓力 實(shí)際壓比 Ps/MPa Pd/MPa δs’ δd’ ps’/MPa Pd’/MPa ε’ 1 1 ② 活塞力的計(jì)算 首先計(jì)算蓋測(cè)和軸側(cè)活塞工作面積，見表；止點(diǎn)氣體力計(jì)算見表。 表 4 蓋測(cè)和軸側(cè)活塞工作面積 級(jí)次 軸側(cè) /m2 蓋測(cè) /m2 1 表 5止點(diǎn)氣體力計(jì)算 列次 內(nèi)止點(diǎn) 外止點(diǎn) 11 10F 39。39。w ??? cswd ApAp 10F 39。39。w ??? cswd ApAp 確定 排氣溫度 因?yàn)榕艢鈮毫Σ惶?，所以天然氣可以看做理想氣體，由于采用風(fēng)冷的方式，近似的認(rèn)為壓縮指數(shù)為： ? 取 K293Ts ? ， ? 1)/m(md TsT ? )(4A 22w dD ?? ? 2c 4A D?? II ∴ 一級(jí)排氣溫度 331KT d1? 計(jì)算軸功率 并選配電機(jī) 各級(jí)指示功率為： }1)]1({[1)1(601N10i ??????jjnnjjj jsjsjvjsjj nnVpn ???? 代入數(shù)據(jù)得 1i ? ∴ 總的指示功率 i ?? ? ij 取 機(jī)械效率 η m= 則軸功率 1 5 .3 K W/NN miz ?? ? 取電機(jī)功率余度 10％ ，則電動(dòng)機(jī)功率取 17KW。 第四章 動(dòng)力計(jì)算 壓縮機(jī)中的作用力 II 圖 4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)示意圖 壓縮機(jī)中作用力的分析 ， 是進(jìn)行壓縮機(jī)零件強(qiáng)度和剛度計(jì)算的依據(jù) ， 也是判斷這些力對(duì)壓縮機(jī)裝置影響的基礎(chǔ)。 壓縮機(jī)中主要的作用力有氣體壓力、曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和摩擦力。 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和慣性力 活塞的位移、速度和加速度可從曲柄連桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系中確定。圖表示曲柄連桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系。 活塞位移 x和曲柄轉(zhuǎn)角 ? ： 往復(fù)慣性力： )]2c os1(4)c os1[( ??? ???? rx II ra d/ n2 ????? ??21222 2c o sc o s)2c o s( c o s IIrmrmrmamI pppp ??????? ????????? 往復(fù)慣性力 往復(fù)摩擦力 旋轉(zhuǎn)摩擦力的計(jì)算 熱力計(jì)算數(shù)據(jù)：活塞直徑 D=140mm ，吸氣壓力 ps=，排氣壓力 pd=1MPa，膨脹指數(shù) m=。 活塞行程 s=100mm，轉(zhuǎn)速 n=1000r/min， 取連桿比 6/1?? 。 角速度： 在初步設(shè)計(jì)是估計(jì)最大往復(fù)質(zhì)量活塞的質(zhì)量 mp=7kg ?往復(fù)慣性力 ： ????????? 2c o sc o s)2c o s( c o s 222 rmrmrmamI pppp ????? ?往復(fù)摩擦力（各部分零件間的總摩擦功往復(fù)運(yùn)動(dòng)部分占 60%—— 70%現(xiàn)取中間值 65%）： ip 為第 i列的指示功率， m? 為壓縮機(jī)的機(jī)械效率， s 為活塞行程， n 為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 ∴ 代入數(shù)據(jù)： ? ?旋轉(zhuǎn)摩擦力（一般旋轉(zhuǎn)摩擦力所消耗的功率占總的機(jī)械摩擦功率的30%—— 40%，現(xiàn)在取 35%）： 30)11(p ns mi?? ? II r 為活塞曲柄半徑 第五章汽缸部分的設(shè)計(jì) 氣缸 氣缸是活塞式壓縮機(jī)中的組成壓縮容積的主要部分。根據(jù)壓縮機(jī)所達(dá)到壓力，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，氣缸的結(jié)構(gòu)可以有各種各樣 的形式。 設(shè)計(jì)氣缸的要點(diǎn)是： 。工作表面具有良好的耐磨性。 ，在有油潤(rùn)滑的氣缸中，工作表面應(yīng)有良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。 。 。 。 “ 三化 ” 要求。 結(jié)構(gòu)形式的確定 氣缸因工作壓力不同而選用不同強(qiáng)度的材料，本設(shè)計(jì)采用 風(fēng) 冷壓縮機(jī)的單層壁氣缸，氣缸用鑄鐵制造，鑄鐵具有良好的鑄造性能，對(duì)氣缸結(jié)構(gòu)形狀的限制較小，所以鑄鐵氣缸的形式較 多。極差式的鑄鐵氣缸，根據(jù)級(jí)在氣缸中的布置方式和氣缸的尺寸，可以制成整體式和分段的。本設(shè)計(jì)的氣缸 為 一級(jí)氣缸 。 氣缸主要尺寸的計(jì)算 ?氣缸的壁厚 ? ? aPDp ?? ?? 2 氣缸布置在氣缸蓋上，氣缸形狀較簡(jiǎn)單且用高強(qiáng)度鐵 ,? ? 2k g/cm4 0 0~2 5 0?p? 30)11( ??rnpmi ?? II 取 ? ? 2kg/cm250?p? 。壁厚的附加項(xiàng) a，其值按 ～ 選擇，則 a=5mm。則計(jì)算得 : ∴ 取 mm10?? ?連接法蘭 壁厚 39。 ???? ?? 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(jì)的工作壓力低于 60公斤 /厘米 2，取用灰鑄鐵 HT20 HT2547 氣閥 現(xiàn)代活塞式壓縮機(jī)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(dòng)閥。自動(dòng)閥由閥座、運(yùn)動(dòng)密封組件、彈簧、升程限制器等零件組成。 圖 5 活塞式壓縮機(jī)自動(dòng)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(jī)重要部件之 一，它的工作直接關(guān)系到壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。對(duì)氣閥的基本要求如下： ? ? ??? ???? aPD p?? II 1. 使用期限長(zhǎng)，不能由于閥片或彈簧的損壞而引起壓縮機(jī)非計(jì)劃停車。 2. 氣體通過(guò)氣閥時(shí)的能量損失小，以減少壓縮機(jī)動(dòng)力消耗。對(duì)于固定式長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)尤為重要。 3. 氣閥關(guān)閉時(shí)具有良好的密封性，減少氣體的泄漏量。 4. 閥片起、閉動(dòng)作及時(shí)和迅速，而且要完全開啟，以提高機(jī)器效率和延長(zhǎng)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。 以此，還要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、易于維修、氣閥零件標(biāo)注化、通用化水平要高。 閥設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要求 閥座 密封表面要經(jīng)過(guò)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(jìn)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(guò)3個(gè)單位。在閥片精磨后要進(jìn)行補(bǔ)充回火，其溫度不超過(guò)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。 壓縮機(jī)自動(dòng)閥按運(yùn)動(dòng)密封組件的特點(diǎn)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(jī)設(shè)計(jì)采用環(huán)狀閥， 因?yàn)榄h(huán)狀閥制造簡(jiǎn)單，工作可靠，可改變環(huán)數(shù)來(lái)適應(yīng)各種氣量要求，它適用于各種壓力、轉(zhuǎn)數(shù)的壓縮機(jī)。 閥設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要求 閥座密封表面要經(jīng)過(guò)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(jìn)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(guò)3個(gè)單位。在閥片精磨后要進(jìn)行補(bǔ)充回火，其溫度不超過(guò)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。 II 活塞 活塞可分為筒形和盤形兩大類。我國(guó)系列壓縮機(jī)的活塞均采用筒形結(jié)構(gòu)，它由頂 部 ， 環(huán)部和群部三部分組成?；钊敳拷M成封閉氣缸的工作面?；钊h(huán)部的外圓上 ， 開有安裝活塞環(huán)的環(huán)槽，環(huán)槽的深度略大于活塞環(huán)的徑向厚度，使活塞環(huán)由一定的活動(dòng)余地?；钊共吭跉飧字衅饘?dǎo)向作用并承受側(cè)壓力。 活塞材料一般為鋁合金或鑄鐵。灰鑄鐵活塞過(guò)去在制冷壓縮機(jī)中應(yīng)用較廣，但由于鑄鐵活塞的質(zhì)量大且導(dǎo)熱性能差，因此，今年來(lái)系列制冷壓縮機(jī)的活塞都采用鋁合金活塞。鋁合金活塞的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕，導(dǎo)熱性能好，表面經(jīng)陽(yáng)極處理后具有良好的耐磨性。但鋁合金活塞比鑄鐵活塞的機(jī)械強(qiáng)度低，耐磨性差。 活塞與氣缸構(gòu)成了壓縮容積?；钊仨?有良好的密封性， 此外還有要求： ① 有足夠的強(qiáng)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(jī)中，應(yīng)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(jī)中采用的活塞基本結(jié)構(gòu)型式有 :筒形、盤形、級(jí)差式、組合式、柱塞等。對(duì)于小型無(wú)十字頭的壓縮機(jī)一般選用筒形活塞。 所以本設(shè)計(jì)選用 筒形活塞 。 筒形活塞的主要結(jié)構(gòu)尺寸如右圖所示： II ~)361~221()361~221( ???? Dt 圖 6 筒形活塞主要結(jié)構(gòu)尺寸 活塞環(huán) 活塞環(huán)的計(jì)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(dǎo)熱的作用。對(duì)活塞環(huán)的基本要求是密封可靠和耐磨損。 活塞環(huán)個(gè)數(shù)可按下面經(jīng)驗(yàn)公式估算： PZ ?? 式中 Z活塞環(huán)個(gè)數(shù) ΔP 需要密封的壓力差， MPa。 表 6密封壓力差與活塞環(huán)數(shù)關(guān)系 由 )(2/1 21 PPP ??? 可知各級(jí)活塞的活塞環(huán)個(gè)數(shù) 一級(jí) )(2/1)(2/1 21 ?????? PPP 取 Z=2 活塞基本尺寸 一級(jí)活塞環(huán)部尺寸： 活塞直徑： D=140mm 活塞環(huán)的徑向厚度 t： 密封壓力差 ΔP/MPa 活塞環(huán)個(gè)數(shù) Z 密封壓力差 ΔP/MPa 活塞環(huán)個(gè)數(shù) Z ～ 2～ 3 ～ 5～ 10 ～ 3～ 5 ～ 12～ 20 II ∴ 取 t=4mm 活塞環(huán)的軸向高度 h： 5 . 6 m m~1 . 641 . 4 )~()~(h ???? t ，取 h=4mm 活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離： 1 2 m m~4 . 843)~(h)3~( ????C ，取 C=8mm 活塞環(huán)之間的距離： 6 m m~3 . 241 . 5 )~(h)1 . 5~(1 ????C ， 取 C1=5mm 第六章 基本部件的設(shè)計(jì) 曲軸 曲軸結(jié)構(gòu)的選擇 壓縮機(jī)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(jī)軸一起，一般只有兩個(gè)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(jī)，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。此外，采用曲拐軸的壓縮機(jī)，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(jì)采用曲拐軸。 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 曲軸設(shè)計(jì)基本原則： a. 曲軸的軸頸要有適當(dāng)?shù)某叽?，使配用的軸承能有勝任的負(fù)荷能力 b. 曲軸要有足夠的強(qiáng)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，要進(jìn)行強(qiáng)度校核 c. 曲軸要有足夠的剛度。軸頸偏轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)許用值，以保證軸承可靠的工作。在采用懸掛電機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子中心的繞度應(yīng)不超過(guò)許用值，以保證電機(jī)正常工作。 II 曲軸結(jié)構(gòu)尺 寸的確定 基于以上幾項(xiàng)要求，對(duì)于曲拐軸主要尺寸初步確定如下： 圖 7曲柄的主要尺寸 1 曲柄銷直徑 D P 為 壓縮時(shí)的最大活塞力， P=10KN ∴ 為保證安全 取 D=55mm 2 主軸頸直徑 D1 ~5555)~1()~1(1 ???? DD ，取 D1=60mm 3 軸頸長(zhǎng)度：根據(jù)選取軸承寬度略大些 軸承：根據(jù)主軸頸直徑 ， 取 d=55mm 4 曲柄厚度 t： mm33~)~()~( ???? Dt ，取 t=35mm 5 曲柄寬度 h mm88~6655)~()~( ???? Dh ，取 h=70mm 曲 柄銷距主軸頸中心線的距離 S39。=50mm 5)2/5550(2/55)2/39。(2/1 ??????? DSDS c )~()~( ???? p