20m3minL型空气压缩机结构设计毕业设计论文

摘 要空气压缩机是一种用来压缩空气、提高气体压力或输送气体的机械。此次设计的内容包括压缩机的总体、气缸及基本部件的设计。主要通过热力计算和动力计算来确定压缩机的总体结构方案设计和各零部件的设计。同时侧重对曲轴、连杆进行了设计，绘制了压缩机的总装图，曲轴、连杆的零件图。在本设计中采用了国内常用的三、六瓣平面填料密封，很好地满足了密封要求。关键词：活塞；压缩机；设计ABSTRACTThis project is the design of a back and forth piston type compressor. Air compressor is a kind of used for compressed air, increase the gas pressure or transport gases machinery.This design includes the total and crank shaft of the compressor designs. Mainly through thermodynamic calculation and dynamic calculation to determine the overall structure design of the compressor and the design of components. Designing at the same time focus on the crankshaft, connecting rod, and draw the assembly drawing the compressor, crankshaft, connecting rod parts drawing. Adopted domestic commonly used in the design of three, six disc flat packing seal, meet the sealing requirements.Key words: plunger；compressor；designI目录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 空压机概述11.2 活塞式压缩机简介11.3 空压机行业现状21.4 空压机的发展目标、重点与趋势21.4.1 发展目标21.4.2 发展重点31.4.3 发展趋势3第2章 热力计算52.1 设计要求52.2 压缩机基本参数选择5 2.2.1 级数、压力比、转速选择52.2.2 各项系数选择52.3 确定缸径102.4 复算压力比或调整余隙容积112.5 计算活塞力132.6 计算排气温度142.7 计算功率142.8 等温效率15第3章 动力计算163.1 压缩机中的作用力163.1.1 惯性力计算173.1.2 惯性力图183.1.3 往复摩擦力193.1.4 气体力计算203.1.5 切向力223.2 飞轮距确定26第4章 零部件设计274.1 曲柄尺寸设计274.1.1 曲轴设计基本原则274.1.2 曲轴结构尺寸的设计274.2 连杆尺寸设计274.3 气缸部分设计28第5章 润滑325.1 气缸润滑325.2 曲轴、连杆润滑32第6章 结论33参考文献34致谢3519四川理工学院毕业设计第1章 绪论1.1 空压机概述 现代工业中，压缩气体的机器用得愈来愈多。各种型式的压缩机，按工作原理区分为两大类，即速度型和容积型。速度型压缩机靠气体在高速旋转叶轮的作用下，得到巨大的动能，随后在扩压器中急剧降速，使气体的动能转变为势能(压力能)。容积型压缩机靠在气缸内作往复或回转运动的活塞，使容积缩小而提高气体压力。空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机，速度式压缩机，容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；速度式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机，螺杆式空气压缩机（螺杆式空气压缩机又分为双螺杆式空气压缩机和单螺杆式空气压缩机）；离心式空气压缩机以及滑片式空气压缩机；涡旋式空气压缩机。1.2 活塞式压缩机简介前后前后0.38570.380.11620.11870.24660.250.047030.04836由于一级气缸缸径圆整变小是一级排气压力要成比例降低，降低率：由于二级气缸缸径圆整变大使一级排气压力要成反比例降低，降低率：故一级压力比变为：相应的二级压力比变为：也可以用调整相对余隙容积的办法，维持压力比不变，即因第一级缸直径缩小了，相随余隙容积也相应缩小，使吸进的气量不变；第二级直径增大了，相对余隙容积也增大了，使二级吸进的气量也不变。由此可得一级新的相对余隙容积：二级新容积系数：二级新相对余隙容积：本计算中取调整相对余隙容积。2.5 计算活塞力1.进、排期相对压力损失：表2-7 压力损失对照表 根据现有数据差得： 2.气缸实际进、排气压力：；3.最大活塞力轴侧和盖侧活塞面积如下表：表2-8 活塞面积表级数轴侧盖侧第一级0.11870.1194第二级0.048360.04906最大活塞力（以连杆受拉伸为正）如下表；表2-9 活塞力表 级数活塞在外止点活塞在内止点一级二级2.6 计算排气温度取压缩指数： 排气温度：；153.1 160 满足设计要求。2.7计算功率 Kw； Kw;总的指示功率：Ni=16.4+42.13=58.53 Kw；取机械效率：轴功率：； 驱动机传给压缩机曲轴的实际功率称为压缩机的轴功率。轴功率由以下二部分组成: 1)压缩机的指示功率。 2)克服压缩机运动部件各摩擦部分所需的摩擦功率。 3)由压缩机曲轴直接驭动的附属机构所需的功率。:在压缩机中常常将润滑油泵和注油器(空冷式的压缩机则还有风扇)直接联结在压缩机的主轴上，它们所消耗的功率很难单独分开计算.所以往往计算在压缩机轴功率内。如果附属机构不接在曲轴上，则压缩机轴功率不包括这些部分所消耗的功率，在比较压缩机轴功率时应注明。电动机功率取75 Kw，功率剩余度为17%。2.8 等温效率在衡量压缩机经济性时，对于水冷式压缩机常用等温效率;风冷式压缩机以及压缩高临界温度(临界温度近常温)气体的压缩机常用绝热效率。各级等温压缩功率： =； =；总的等温指示功率：；等温指示效率：85.56%；等温轴效率：80.43%；第3章 动力计算3.1 压缩机中的作用力 压缩机中俄作用力分析，是进行压缩机零件强度和刚度计算的依据，也是判断这些力对压缩机装置影响的基础。 压缩经运算： (3-1) 式中： -连杆长度 r-曲轴半径-曲轴半径和连杆长度之比当曲轴以n（rpm）作等角速度旋转时： rad/s图3-1 曲柄连杆机构示意图3.1.1 惯性力计算 (3-2)推导可得： (3-4)推导可得： (3-5)推导可得： (3-6) (3-10)对上式求时间导可得加速度： (3-11)根据活塞杆直径d=30mm，可查得往复质量=40 kg。往复质量 (3-14)一阶惯性力： （同期为曲轴一转） (3-15)二阶惯性力： （同期为曲轴半转） (3-16)一般来说： (3-17)在压缩机中，通常在范围内取值，即。在本次设计中，取值宜为0.25。在往复惯性力中，一阶往复惯性力起主要作用。图 3-2 惯性力图3.1.2 惯性力图 往复惯性力可用分析法和作图法来求取，分析法根据在已知往复运动质量后，根据选取的络线CD，即表示不同活塞位置时的往复惯性力值。从的往复惯性力与区间对称于的纵坐标轴。作图的精准性可以由CD曲线与横坐标AB所包围得正面积与负面积是否相等来衡量。当时，用此法所得的正确性较差。 由热力计算数据可知，3.1.4 气体力计算 1.活塞力参数如下表：表3-1 活塞力参照指数表级数活塞力P（kg）相对余隙容积余隙容积折和长度盖侧轴侧吸气排气吸气排气一级0.115116.111.4二级0.113115.831.42.各图 3-4 一级气缸工作容积指示图 N-压缩过程指数。膨胀过程： (3-19) m-膨胀过程指数。3.1.5 切向力作用在曲柄销上的连杆力可以分解为两个方向的分力：垂直与曲柄销的切向力T与沿曲柄半径方向的径向力R。用分析法可按下式计算：切向力曲线图，作法：在综合活塞力图上，沿与横坐标轴平行的另一辅助线上画两个半圆，半圆的直径等于S，圆心在行程中点。从两个圆心O开始各向内止点方向移过的距离，得另一圆心，由作任一圆，半径为r，并按每 做半径分割圆，将焦点投影到活塞力图的横坐标上并延长至综合活塞力曲线图上，即得各转角所对应的活塞长度比例尺R；根据已定的结构方案，相对列的曲轴错角为0，相对列的气缸中心夹角为90，落后90，故叠加时二级线要落后90，旋转摩擦力计算，并加入总切向力中； 第4章 零部件设计4.1 曲柄尺寸设计4.1.1 曲轴设计基本原则： 1，曲轴的轴颈要有适当的尺寸，使配用的轴承能有胜任的负荷能力。2.曲轴要有足 cm取曲柄销直径D=110mm主轴颈直径： mm取主轴颈直径120mm曲柄厚度： mm取曲柄厚 i.应具有足够的强度和刚度。工作表面具有良好的耐磨性。 2.要有良好的冷却;在有油润滑的气缸中。工作表面应有良好的润滑状态。 3.尽可能减小气缸内的余隙容积和气体阻力。 4.结合部分的连接和密封要可靠。 5.要有良好的制造工艺性和装拆方便。6.气缸直径和阀座安装孔等尺寸应符合“三化，要求。气缸因工作压力不同而选用不同强度的材料，工作服力低于60公斤/厘米a的气缸用铸铁制造。工作压力低于200公斤/座米，的气缸用铸钢或稀土球墨铸铁制造。工作压力更高的气缸则用碳钢或合金钢制造。 铸铁具有优良的铸造性能，对气缸结构形状的限制较小，所以铸铁气缸的形式较多。中型和大型压缩机的铸铁气缸，多为形状复杂的双层壁或三层壁的铸件。双层壁气缸具有突起的阀室，其余部分由水套包围着气缸工作容积。二层壁气缸除了构成工作容积的层壁外，还有形成水套和阀室的第只层S以及形成连通阀室的气体通道的第三层壁。 铸铁气缸可以作成两头都带盖的开式结构或一头带盖一头封闭的闭式结构开式结构能改善铸造工艺，气缸镜面的加工精度容易得到保证，而且可以减小铸造应力和温度，小直径形状简单的稀土球墨铸铁气缸可以达到较高的工作压力。铸钢的浇铸性能比铸铁差，不允许做成形状复杂的气缸，而且，为提高铸钢川的利用率，还要求气缸的各部位便于检查和焊补存在的缺陷，因此，铸钢气缸的形状只能设计得比铸铁气缸似单。铸钢气缸有时采用分段焊接的方法制成，这样容易保证形状较为复杂的双作用气缸的铸造质量。锻制气缸大块形状简单的锻件制造。显然不可能锻制出所需要的，切通道，而只能车机械加工来获得，所以，气缸的形状必须非常简单。在许多情况下高压气缸由可分的气阀头的锻件或铸件与锻制的气缸体组合而成气缸的分开部分是用螺栓或焊接结合而成一体的。这样可减小锻件的尺寸，锻造比较容易因而能得到强度较高的锻件。压力超过1000公斤/平方厘米的超高压气缸，为了提高气缸的强度，常采用多层壁组合气缸。 为厂保证工作的可靠性压缩机列中的所有气缸，以及气缸与十字头的中心线都要有较高的同心性。为此，气缸上一般都设有定位凸肩，定位凸肩导向面应与气缸工作表面同心而其接合平面要与中心线垂直。 气缸中孔的内圆表面，为气缸的工作表面，供活塞在其中作往复运动，并保朽滑动部分的气密性以形成所需的压缩容积。 为了保证活塞对气缸工作表面的可靠密封，须将活塞环运动时扫过的气缸工作表面精密加工。工作表面的长度应满足这样的要求;即活塞在内、外止点位置时，相应的最第5章 润滑压缩机各摩擦面，除采用自如版画材料外，都需进行润滑。润滑剂大多数是液体，液体润滑剂不仅能润滑摩擦表面、减少摩擦和磨损，而且在气缸中还能起阻塞液体的作用，机身重对摩擦表面清洁和冷却，以带走摩擦所造成的磨屑和有摩擦产生的热量。5.1 气缸润滑按润滑油达及气缸镜面的方式，气缸润滑可分为飞溅润滑、压力润滑和喷雾润滑三种。本次设计采用压力润滑。压力润滑中，润滑油由专门的注油器在压力下注入气缸，多用于具有十字头的压缩机。注油点和注油量可以控制，适应用广泛的一种润滑方式。5.2 曲轴、连杆润滑 这部分的润滑主要是主轴承和主轴颈，连杆大头瓦和曲柄销，活塞或十字头销和连杆小头套，以及十字头和滑道等副摩擦。 这部分润滑方式采用压力润滑，压力润滑靠油泵将润滑油输至摩擦面。润滑油由集油器进入，经油泵后送至滤清器，然后导入曲轴的油孔中并送至各润滑面。在油泵和滤清器之间应装置调节压力的回油阀，使油压力可借弹簧调整，以防止油泵供油量大于各摩擦面间最大通过面时，使压力过高，导致破坏事故；同时也防止滤清器出现类似情况。第6章 结论第6章 结论本设计为常规设计，按照设计任务书提供的原始数据和工艺要求进行计算的。通过热力计算和动力计算确定压缩机第一级气缸直径为380mm，二级气缸直径为250mm，采用75kw电动机带动，以及曲柄、连杆等其它零部件尺寸，并完成压缩机的整体设计。经由本次设计，可以得一些压缩机相关结论：1.往复式活塞压缩机依靠气缸中活塞往复压缩气体体积而提高其压力。具有适应范围广、热效率高、适应性较强等特点。但其往复惯性力较大，使得转速不高，故而机器笨重，大排量时尤甚。另外易损件较多，是维修工作量较大。因此活塞式压缩机主要适用于中、小流量而压力较高的场合。2.活塞压缩机是在高温高压的条件下剧烈运动，所以对零部件的强度和刚度要求较高。3.良好的密封性能和冷却系统能提高压缩机效率。本设计中密封装置采用国内常用的三、六瓣平面填料密封；冷却系统采用水冷，在两极之间设置中间冷却器。4.压缩机气阀、气流脉动和振动等方面都会影响压缩机性能。另外气阀、密封元件等易损部件的寿命也可以提高压缩机的运转率。参考文献1 郁永章，活塞式压缩机.北京：机械工业出版社，19822 郑祖斌，通用机械设备.北京：机械工业出版社，20043 康 永、张建伟，过程流体机械.北京：化学工业出版社，20074 王迪生，活塞式压缩机结构.北京：机械工业出版社，19905 潘永密、李斯特，化工机器.北京：化学工业出版社，19806 活塞式压缩机设计编写组，活塞式压缩机设计.北京：机械工业出版社，19747 汪云瑛、张湘亚，泵和压缩机.北京：石油工业出版社，19878 杨惠宗，泵与风机.上海：上海交通大学出版社，19929 周国良，压缩机维修手册.北京：化学工业出版社，201010 徐少明，空气压缩机实用技术.北京：机械工业出版社，199411 林 梅，活塞式压缩机原理.北京：机械工业出版社，198712 程志红、唐大放，机械设计课程上机与设计.南京：东南大学出版社，200613 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