畢業(yè)設(shè)計(jì)---活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，壓縮機(jī)已經(jīng)成為眾多部門中的重要通用機(jī)械。壓縮機(jī)是壓縮氣體提高氣體壓力并輸送氣體的機(jī)械，它廣泛應(yīng)用于石油化工、紡織、冶煉、儀表控制、醫(yī)藥、食品和冷凍等工業(yè)部門。在化工生產(chǎn)中，大中型往復(fù)活塞式壓縮機(jī)及離心式壓縮機(jī)則成為關(guān)鍵設(shè)備。本次設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)為空氣壓縮機(jī)，其型號(hào)為D—30/8。該類設(shè)備屬于動(dòng)設(shè)備，它

2、為對(duì)稱平衡式壓縮機(jī)，其目的是為生產(chǎn)裝置和氣動(dòng)控制儀表提供氣源，因此本設(shè)計(jì)對(duì)生產(chǎn)有重要的實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　活塞式壓縮機(jī)是空氣壓縮機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種，它是利用氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來壓縮氣體的，通過能量轉(zhuǎn)換使氣體提高壓力的主要運(yùn)動(dòng)部件是在缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，而活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是靠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的曲軸帶動(dòng)連桿等傳動(dòng)部件來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　本文通過依據(jù)工藝條件對(duì)活塞式壓縮機(jī)

3、進(jìn)行了熱力計(jì)算，通過確定氣缸直徑、計(jì)算活塞力、復(fù)算排氣量、計(jì)算壓縮機(jī)功率并選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)；依據(jù)活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)氣缸組件和連桿組件進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算與校核；通過采用最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壓縮機(jī)的主要零部件及壓縮機(jī)輔助設(shè)備進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)，按照一定要求和步驟對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行安裝和維護(hù)。</p><p>　　在保證壓縮機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，盡量使設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的目的。</p>&

4、lt;p>　　關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī)；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；強(qiáng)度校核；選型</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of the national economy, the compressor has become an general machinery which used in

5、numerous sections. The compressor is a machine which used to compress the air to increases air pressure and transport the gas, it can widely applied to petrochemical industry、weaving、smelting、metallurgy、instrument contro

6、l、medicine、food and frozen and other industrial departments.In chemical industry production, large and medium scale reciprocating compressor and centrifugal compressor</p><p>　　The piston compressor is the o

7、ne which is the most widespread applied in the air compressor. It is the use of reciprocating piston within the cylinder to compress the gas to increase gas pressure. The main moving part through the energy conversion to

8、 enhance the pressure is the piston which makes reciprocal motion in cylinder, piston of the reciprocating motion is done by rotating the crankshaft connecting rods and other drive components to achieve the transmission.

9、Therefore, this design has a i</p><p>　　This article carries on the thermal design which is based on the technological conditions to the reciprocal compressor. the determination of cylinder bore、the computat

10、ion of piston force、 recalculation of the air displacement and selection of the electric motor. It also identifies structure and materials of the air cylinder group and connecting rod assembly to meet the technological r

11、equirements which based on the reciprocal compressor design standard. By using the latest national standards and </p><p>　　Under the premise of ensuring safety and smooth operation, the compressor tries to a

12、chieve the purposes which is economic、environmental、efficiency.</p><p>　　Keywords: piston compressor; structure; design; strength check; model selection</p><p><b>　　目 錄</b></p&

13、gt;<p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 引 言1</p><p>　　1.1 壓縮機(jī)的作用及用途1</p><p>　　1.1.1 壓縮機(jī)的作用1</p><p>　　1.1.2 壓縮機(jī)的用途

14、1</p><p>　　1.2 壓縮機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史1</p><p>　　1.2.2壓縮機(jī)的國(guó)內(nèi)發(fā)展歷史1</p><p>　　1.2.2壓縮機(jī)的國(guó)外發(fā)展歷史1</p><p>　　1.3 本次設(shè)計(jì)的介紹1</p><p>　　第2章 壓縮機(jī)的總體設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.

15、1 主機(jī)結(jié)構(gòu)方案的選擇2</p><p>　　2.1.1 結(jié)構(gòu)型式的選擇2</p><p>　　2.1.2 級(jí)數(shù)的選擇及壓力比分配3</p><p>　　2.1.3 列數(shù)的選擇及氣缸的排列4</p><p>　　2.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定4</p><p>　　2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)的選擇5</p>

16、<p>　　第3章 熱力計(jì)算6</p><p>　　3.1 原始數(shù)據(jù)6</p><p><b>　　3.2熱力計(jì)算6</b></p><p>　　3.2.1總名義壓力比6</p><p>　　3.2.2各級(jí)壓力比分配7</p><p>　　3.2.3各級(jí)名義壓力7</p

17、><p>　　3.2.4各級(jí)排氣溫度8</p><p>　　3.2.5各級(jí)排氣系數(shù)9</p><p>　　3.2.6各級(jí)氣缸的行程容積11</p><p>　　3.2.7各級(jí)氣缸直徑12</p><p>　　3.2.8各級(jí)名義壓力及溫度修正12</p><p>　　3.2.9 活塞力14

18、</p><p>　　3.3 復(fù)算排氣量16</p><p>　　3.3.1 復(fù)算16</p><p>　　3.3.2 第一次復(fù)算18</p><p>　　3.3.3 復(fù)算排氣量19</p><p>　　3.4壓縮機(jī)功率20</p><p>　　3.4.1 指示功率20</p&

19、gt;<p>　　3.4.2 軸功率21</p><p>　　3.4.3 電機(jī)功率21</p><p>　　3.4.4 電動(dòng)機(jī)型號(hào)21</p><p>　　3.4.5 比功率22</p><p>　　第4章 活塞組件設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1結(jié)構(gòu)形式及選材23</p>

20、<p>　　4.2活塞的設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.2.1設(shè)計(jì)計(jì)算24</p><p>　　4.3活塞環(huán)選材及設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.3.1選材27</p><p>　　4.3.2設(shè)計(jì)計(jì)算28</p><p>　　4.4活塞桿選材及校核31</p><p>

21、　　4.4.1選材31</p><p>　　4.4.2穩(wěn)定性校核31</p><p>　　4.4.3凸臺(tái)比壓校核33</p><p>　　4.4.4靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度校核34</p><p>　　第5章 連桿組件機(jī)械設(shè)計(jì)39</p><p>　　5.1結(jié)構(gòu)型式及材料的確定39</p><p

22、>　　5.1.1結(jié)構(gòu)型式39</p><p>　　5.1.2材料40</p><p>　　5.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42</p><p>　　5.3強(qiáng)度校核46</p><p>　　5.4 連桿螺栓的設(shè)計(jì)52</p><p>　　5.4.1主要尺寸的確定52</p><p>　　5.4.2

23、連桿螺栓的計(jì)算54</p><p>　　第6章 壓縮機(jī)主要零部件選型60</p><p>　　6.1 活塞組件60</p><p>　　6.2 氣閥組件60</p><p>　　6.3 冷卻系統(tǒng)60</p><p>　　6.4 潤(rùn)滑系統(tǒng)60</p><p>　　6.5 氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

24、60</p><p>　　第7章 結(jié) 論61</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)62</b></p><p><b>　　致 謝63</b></p><p><b>　　第1章 引 言</b></p><p>　　1.1 壓縮機(jī)的作用及

25、用途</p><p>　　1.1.1 壓縮機(jī)的作用 </p><p>　　壓縮機(jī)是壓縮氣體提高氣體的壓力并輸送氣體的機(jī)械。</p><p>　　1.1.2 壓縮機(jī)的用途</p><p>　　壓縮機(jī)的用途極為廣泛，遍布工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防甚至生活的各個(gè)領(lǐng)域。按照氣體被壓縮的目的，大致可區(qū)分為如下四類：</p><p>

26、　　我國(guó)的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)也有了長(zhǎng)足進(jìn)步，在某些方面的技術(shù)水平也已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平〔6〕。</p><p>　　1.2 壓縮機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史</p><p>　　1.2.2壓縮機(jī)的國(guó)內(nèi)發(fā)展歷史</p><p>　　1.2.2壓縮機(jī)的國(guó)外發(fā)展歷史</p><p>　　1.3 本次設(shè)計(jì)的介紹</p><p>　　第2

27、章 壓縮機(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1.1結(jié)構(gòu)型式</b></p><p>　　壓縮機(jī)型式的基本特征是壓縮機(jī)汽缸中心線的空間位置，按照汽缸中心線的位置，活塞式壓縮機(jī)可分為立式、臥式與角式三大類，每種又可分為有十字頭與無十字頭兩種，這些型式各有優(yōu)缺點(diǎn)

28、，適合于不同的場(chǎng)合。</p><p>　　2.1.2級(jí)數(shù)及氣缸</p><p><b>　　(1)壓縮機(jī)的列數(shù)</b></p><p>　　壓縮機(jī)的列數(shù)是指氣缸中心線數(shù)或連桿數(shù)，有單列與多列之分。從動(dòng)力平衡的角度看，多列機(jī)可以得到較好的慣性力平衡性與切向力均勻性，所以機(jī)器轉(zhuǎn)速可較高，基礎(chǔ)也可較??；功率相同的機(jī)器，列數(shù)多者的活塞力小，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)就輕

29、巧，而且每列串的級(jí)數(shù)較少，拆裝也方便。但列數(shù)過多則結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件數(shù)量與泄露點(diǎn)增加，所以壓縮機(jī)的列數(shù)是由機(jī)器的型式、排氣量、級(jí)數(shù)與活塞力的大小等綜合考慮要決定的。通?；钊Γ?～22）× 時(shí)，取2～4列；所以本設(shè)計(jì)取2列。</p><p>　　級(jí)在列中的配置原則是指級(jí)在各列中以及在一個(gè)列中的排列次序，它是列數(shù)確定后對(duì)結(jié)構(gòu)方案影響最大的因素。</p><p><b>　　

30、(2)級(jí)的配置原則</b></p><p>　?、賾?yīng)爭(zhēng)取各列內(nèi)外止點(diǎn)時(shí)的最大活塞力的相等</p><p>　　對(duì)某一刻，這個(gè)要求可用運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)利用系數(shù)來表示，系數(shù)接近1最好，這時(shí)活塞往返行程的最大活塞力接近，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度在往返行程中得到充分利用，從而機(jī)構(gòu)重量輕，慣性力小，機(jī)械效率也高。而且由于往返行程的功耗相近，切向力也較均勻，飛輪也可作地小些。一列中配一級(jí)時(shí)，作成雙作用缸

31、時(shí)的較大。</p><p><b>　?、诹η笮孤┳钚?lt;/b></p><p>　　泄漏取決于密封壓差、密封周長(zhǎng)、間隙及潤(rùn)滑劑等，所以相鄰兩缸的級(jí)次應(yīng)相近，以減少壓差，降低泄露，高壓級(jí)盡量設(shè)在蓋側(cè)，這樣填料設(shè)在低壓側(cè)，所以泄露也可以減少。</p><p>　?、蹜?yīng)注意降低流動(dòng)損失和減少氣流脈動(dòng)</p><p>　　同一級(jí)

32、設(shè)有幾個(gè)缸時(shí)，應(yīng)讓各缸的吸氣和排氣按時(shí)間錯(cuò)開，以減少級(jí)間管道與設(shè)備中的氣流脈動(dòng)。</p><p>　　根據(jù)參考書[1]表1-3，選擇壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)為2級(jí)，每缸都是雙作用。</p><p><b>　　(3)氣缸形式</b></p><p>　　氣缸是構(gòu)成工作容積實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的主要部件。在氣缸設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮強(qiáng)度、剛度與制造外，還應(yīng)注意以下幾個(gè)問題

33、：</p><p>　　①氣缸的密封性、氣缸內(nèi)壁面耐磨性以及氣缸、填料的潤(rùn)滑性能要好。</p><p>　　②通流面積要大，彎道要少，以減少流動(dòng)損失。</p><p>　?、塾嘞度莘e要小，以提高容積系數(shù)。</p><p>　　④冷卻要好，以散逸壓縮氣體時(shí)產(chǎn)生的熱量。</p><p>　?、葸M(jìn)排氣閥的閥腔應(yīng)被冷卻介質(zhì)分別

34、包圍，以提高溫度系數(shù)。</p><p>　　⑥應(yīng)避免溫差應(yīng)力引起的開裂等。</p><p>　　按冷卻方式分，有風(fēng)冷氣缸與水冷氣缸；按活塞在氣缸中的作用方式分，有單作用、雙作用及級(jí)差式氣缸。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用雙作用水冷式氣缸結(jié)構(gòu)，其中第一級(jí)和第二級(jí)均為水平列，氣缸軸線夾角和曲軸錯(cuò)角均為180℃，即對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu)。</p><p>　

35、　2.1.3參數(shù)的確定</p><p>　　壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是轉(zhuǎn)速、活塞平均速度、活塞行程，它反映了機(jī)器的結(jié)構(gòu)面貌和工作特征，三者的關(guān)系是</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：—活塞平均速度，；</p><p><b>　　—轉(zhuǎn)速，；</b></p&g

36、t;<p><b>　　—活塞行程，。</b></p><p><b>　　(1)轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　設(shè)計(jì)壓縮機(jī)時(shí)，同樣的排氣量，轉(zhuǎn)速取得高，則機(jī)器的尺寸小，重量輕，并有可能與電機(jī)直聯(lián)，占地面積??；電動(dòng)機(jī)也是如此，同樣功率的電機(jī)，轉(zhuǎn)速高的尺寸小，價(jià)格也便宜，所以轉(zhuǎn)速高的壓縮機(jī)機(jī)組總的經(jīng)濟(jì)性好些，正因如此，現(xiàn)代壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)

37、速趨向于提高。</p><p>　　但提高轉(zhuǎn)速需克服一系列的設(shè)計(jì)、制造與材料方面的問題，如會(huì)使慣性力過大而引起機(jī)器振動(dòng)加劇；轉(zhuǎn)速過高會(huì)使易損件壽命降低，比如使活塞環(huán)、填料、十字頭、連桿軸瓦等的磨損加快，特別是氣閥閥片的壽命與轉(zhuǎn)速的提高成反比例降低；轉(zhuǎn)速的提高還使氣流通道與氣閥中的阻力增加等。</p><p>　　另外，若轉(zhuǎn)速增加使得慣性力超過最大活塞力，則運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)將以最大慣性力為依據(jù)

38、，這樣的運(yùn)動(dòng)件，其強(qiáng)度在壓縮機(jī)工作過程中得不到充分利用，機(jī)器笨重，浪費(fèi)材料。</p><p>　　根據(jù)參考書[1]表2-10，取壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　(2)活塞平均速度</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速提高導(dǎo)致活塞平均速度提高，而活塞平均速度的增加又會(huì)使易損件的壽命低并增加摩擦功耗，這是因?yàn)樘岣邉t單位時(shí)間內(nèi)活塞環(huán)、十字頭、填

39、料等在單位時(shí)間內(nèi)的摩擦距離增加了；另一方面，活塞平均速度的提高還會(huì)導(dǎo)致氣流通道的尤其是氣閥的阻力增加，所以活塞的平均速度也有一個(gè)限值范圍；對(duì)于采用環(huán)狀閥的壓縮機(jī)，大型機(jī)取下限；對(duì)迷宮壓縮機(jī)，為減少泄露；聚四氟乙烯密封環(huán)壓縮機(jī)考慮到活塞的壽命，超高壓壓縮機(jī)為了保證摩擦副的耐久性，；乙炔壓縮機(jī)從安全考慮，。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)。</b></p><p>&

40、lt;b>　　(3)活塞行程</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速與活塞平均速度確定后，行程可由[1]式1-222確定，但還應(yīng)考慮其他因素，如行程應(yīng)按壓縮機(jī)的三化標(biāo)準(zhǔn)取標(biāo)準(zhǔn)值；如要考慮壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，立式及角度式機(jī)行程宜取得比臥式機(jī)小些，以免高度太大；另外，還有一個(gè)行程與第一級(jí)缸徑比的取值問題；若取得太大，則機(jī)身較長(zhǎng)而笨重；若取得過小，則活塞直徑過大使活塞力太大，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也將變得笨重，而且雖然氣缸

41、直徑大、氣閥安裝方便，但過大又會(huì)使氣缸接管安裝空間減少，還影響到熱交換與泄露等等。</p><p>　　根據(jù)參考書[1]式1-222取。</p><p><b>　　2.2輔助設(shè)備設(shè)計(jì)</b></p><p>　　壓縮機(jī)的輔助設(shè)備包括，潤(rùn)滑、冷卻、氣量調(diào)節(jié)、管路與管路附件等，它們對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行有十分重要的關(guān)系。</p><p

42、><b>　　2.2.1冷卻系統(tǒng)</b></p><p>　　活塞式壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)由中間冷卻器、氣缸和填料的水套、潤(rùn)滑油冷卻器、后冷卻器、水管路以及其他附件組成。</p><p>　　(1)冷卻系統(tǒng)的配置原則</p><p>　?、俦ＷC進(jìn)入中間冷卻器的水溫，在系統(tǒng)中為最低；而氣缸和填料水套的進(jìn)水溫度不應(yīng)過低。風(fēng)冷式壓縮機(jī)，最冷空氣要先進(jìn)入

43、冷卻器，故多為吸風(fēng)式。</p><p>　　②經(jīng)濟(jì)性好，即系統(tǒng)耗水量小，管路簡(jiǎn)單。</p><p>　?、圻\(yùn)行時(shí)檢視和調(diào)節(jié)水量方便。</p><p>　　(2)冷卻系統(tǒng)配置的基本方案</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用串聯(lián)水冷系統(tǒng)。冷卻水首先進(jìn)入中間冷卻器，然后依次進(jìn)入氣缸水套，最后經(jīng)后冷卻器排除。</p><p>　　串

44、聯(lián)冷卻系統(tǒng)適用于兩級(jí)壓縮機(jī)，三級(jí)以上不予應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)：耗水量小，管路簡(jiǎn)單，檢視和調(diào)節(jié)水量、水溫的裝置較少；缺點(diǎn)是：導(dǎo)管截面尺寸較大，安裝不便，特別是各冷卻部分不能單獨(dú)調(diào)節(jié)，當(dāng)密封性受破壞時(shí)，氣體泄入冷卻水中，無法檢視其破壞位置。</p><p><b>　　(3)冷卻給水要求</b></p><p>　　空氣壓縮機(jī)的給水壓力一般在0.07～0.3Mpa之間，冷卻給水

45、量可按熱力學(xué)進(jìn)行計(jì)算，通?？諝鈮嚎s機(jī)的冷卻水的進(jìn)口溫度在10℃以上，在夏季，實(shí)際溫差可能只有2～3℃，此時(shí)所需水量也大些。冷卻水質(zhì)應(yīng)近中性，pH值應(yīng)在6.5～9.0之間，懸浮物含量應(yīng)小于等于100mg，當(dāng)用循環(huán)系統(tǒng)供水時(shí)，水質(zhì)的熱穩(wěn)定性應(yīng)按《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行。在條件適合時(shí)，可用軟化水復(fù)用或軟化水循環(huán)使用?？拷铀捶奖?，采用直流系統(tǒng)供水時(shí)，為防止碳酸鹽結(jié)垢，排水溫度不應(yīng)超過一定的值。</p><p&

46、gt;<b>　　(4)冷卻器</b></p><p>　　冷卻器的結(jié)構(gòu)一般有蛇管式、淋灑式、套管式及管殼式。本設(shè)計(jì)采用管殼式冷卻器，該冷卻器主要由筒體、封蓋、芯子組成。芯子由一束脹接在兩頭管板上的換熱管，折流管，旁路擋板，拉桿和定距管所組成。此類冷卻器的冷卻水一般是在管內(nèi)流動(dòng)，而氣體在管間流動(dòng)。該冷卻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清洗方便。</p><p><b>　　2.

47、2.2潤(rùn)滑系統(tǒng)</b></p><p>　　運(yùn)動(dòng)零件的摩擦表面需要潤(rùn)滑，當(dāng)摩擦表面為非自潤(rùn)滑材料時(shí)，一般用液體作潤(rùn)滑劑，活塞式壓縮機(jī)大多數(shù)零件的潤(rùn)滑就屬于這種情況，這是本節(jié)要討論的內(nèi)容。</p><p>　　(1)活塞式壓縮機(jī)潤(rùn)滑的目的</p><p>　　降低摩擦功耗；減少零件磨損；冷卻摩擦表面，防止燒傷咬死；清除摩擦面雜志和預(yù)防銹蝕等。另外，對(duì)氣缸與

48、填料部位的潤(rùn)滑還有加強(qiáng)氣缸工作容積密封的作用。</p><p>　　(2)活塞式壓縮機(jī)潤(rùn)滑的特點(diǎn)</p><p>　　其潤(rùn)滑系統(tǒng)分為內(nèi)部潤(rùn)滑與外部潤(rùn)滑兩部分，氣缸與填料的潤(rùn)滑屬于內(nèi)部潤(rùn)滑，氣缸以外曲軸連桿等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑屬于外部潤(rùn)滑。在內(nèi)部潤(rùn)滑中，潤(rùn)滑油與高溫、高壓的被壓縮氣體直接接觸，需采用特殊的專用潤(rùn)滑油，如壓縮機(jī)油、專用潤(rùn)滑油或其它專用油。外部潤(rùn)滑中，潤(rùn)滑油不與被壓縮氣體接觸，可采用

49、一般的機(jī)械油，當(dāng)然也可采用壓縮機(jī)油。</p><p>　　小型無十字頭壓縮機(jī)中，運(yùn)動(dòng)部件與氣缸用同一潤(rùn)滑油系統(tǒng)，共用內(nèi)部潤(rùn)滑用的潤(rùn)滑油—壓縮機(jī)油。</p><p>　　外部系統(tǒng)潤(rùn)滑中，為起冷卻沖洗作用，潤(rùn)滑油用量很大，是循環(huán)使用的。內(nèi)部潤(rùn)滑系統(tǒng)中，潤(rùn)滑油用量很小，是一次性使用，油以每分鐘數(shù)滴速度，壓力注入氣缸與填料，并被壓縮氣體帶走。</p><p><b&g

50、t;　　(3)內(nèi)部潤(rùn)滑</b></p><p><b>　　①氣缸的潤(rùn)滑方式</b></p><p>　　由于本設(shè)計(jì)的活塞環(huán)采用聚四氟乙烯材質(zhì)，故氣缸為自潤(rùn)滑。</p><p><b>　?、谔盍系臐?rùn)滑方式</b></p><p>　　填料的潤(rùn)滑也屬于內(nèi)部潤(rùn)滑，潤(rùn)滑的部位是活塞桿與填料的

51、相互摩擦表面，它采用壓力潤(rùn)滑，一個(gè)點(diǎn)配一個(gè)注油器，一般一個(gè)填料函設(shè)一個(gè)注油點(diǎn)。當(dāng)氣體壓力大于50個(gè)大氣壓時(shí)，設(shè)置兩個(gè)注油點(diǎn)。</p><p><b>　?、圩⒂推?lt;/b></p><p>　　填料用與氣缸用的注油器是數(shù)個(gè)集裝在一起統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)的，每個(gè)注油器均為一個(gè)真空滴油式柱塞泵。</p><p><b>　?、軆?nèi)部潤(rùn)滑用油</b&

52、gt;</p><p>　　因?yàn)閮?nèi)部潤(rùn)滑用油與被壓縮的高溫高壓氣體接觸，所以對(duì)它的質(zhì)量有一些特殊的要求。一般來說，空氣壓縮機(jī)內(nèi)部潤(rùn)滑采用壓縮機(jī)油；其它氣體壓縮機(jī)則視氣體性質(zhì)或采用專用潤(rùn)滑劑或仍采用壓縮機(jī)油。</p><p>　　(4)空氣壓縮機(jī)對(duì)內(nèi)部潤(rùn)滑用油的基本要求</p><p>　?、僭诟邷馗邏合聭?yīng)仍有適當(dāng)?shù)恼扯取?lt;/p><p>&l

53、t;b>　?、诹己玫目寡趸?。</b></p><p><b>　　③積炭?jī)A向要小。</b></p><p><b>　?、芨g性小。</b></p><p>　　⑤適當(dāng)?shù)拈W點(diǎn)與高的自燃點(diǎn)。</p><p><b>　　(5)外部潤(rùn)滑</b></p>

54、;<p>　　外部潤(rùn)滑是指曲柄連桿機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑，除了微、小型機(jī)的曲柄連桿靠飛濺潤(rùn)滑外，其余的主要都是靠壓力進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑。為沖洗與冷卻摩擦表面，并在軸承處產(chǎn)生足夠的油膜壓力，外部潤(rùn)滑需采用流量較大的油泵。外部潤(rùn)滑油一般采用機(jī)械油，也可以采用壓縮機(jī)油。</p><p>　?、侔磦鲃?dòng)方式外部潤(rùn)滑的分類</p><p>　　主機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：主軸直接傳動(dòng)油泵，曲軸箱又當(dāng)作循環(huán)油箱，這種方式

55、多用于中小型壓縮機(jī)。采用這種方式時(shí)，在壓縮機(jī)啟動(dòng)前，應(yīng)事先人工搖轉(zhuǎn)油泵注油，以避免干磨。</p><p>　　單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：大型壓縮機(jī)的油泵及油路部件較大，需另用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵。采用這種方式時(shí)，在壓縮機(jī)開啟前，應(yīng)事先啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵注油，以避免干磨。</p><p>　　這兩種方式的油路都是循環(huán)的，而且在油路上設(shè)了過濾器與冷卻器。</p><p>　?、谇S

56、連桿機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑油路</p><p>　　一般曲軸與連桿的內(nèi)部都設(shè)有油孔。</p><p>　　曲軸連桿機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑油路有很多形式，本設(shè)計(jì)采用：油泵—曲軸中心孔—連桿大頭—連桿小頭—十字頭滑道—油箱—油泵。</p><p>　　對(duì)曲軸的滑動(dòng)軸承，一般用油泵進(jìn)行壓力潤(rùn)滑。此外，還有幾個(gè)補(bǔ)充來油，在曲軸功率輸入端，機(jī)身有一集油槽，它可補(bǔ)充部分潤(rùn)滑油進(jìn)入有軸承，同時(shí)，軸上為了

57、防止油外泄設(shè)有的由甩油圈與反向螺紋組成的軸封也可以補(bǔ)充部分潤(rùn)滑油。在曲軸左側(cè)，曲軸中心孔接受來自齒輪泵的潤(rùn)滑油，從該孔的密封圈泄露出的小部分油，也會(huì)進(jìn)入左軸承，補(bǔ)充潤(rùn)滑左軸承。</p><p>　?、矍S連桿機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油的選用</p><p>　　本設(shè)計(jì)為有十字頭壓縮機(jī)，所以外部的機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑另成系統(tǒng)，一般使用40號(hào)或50號(hào)機(jī)械油，但也可以使用壓縮機(jī)油。</p><p>

58、　　④外部潤(rùn)滑用的潤(rùn)滑油泵</p><p>　　潤(rùn)滑泵多用齒輪泵或轉(zhuǎn)子泵，它們都是容積式泵，能產(chǎn)生很高的壓力，流量也比較大。</p><p>　　2.2.3氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　從壓縮機(jī)的作用原理得知，容積式壓縮機(jī)的排氣量不會(huì)由于背壓的升高而自動(dòng)降低，因此，如不進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，在有些場(chǎng)合，會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)的事故，所以必須設(shè)置調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)，以進(jìn)行調(diào)節(jié)。</

59、p><p>　　全行程完全頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)方法的工作原理是：當(dāng)排氣壓力超過規(guī)定值時(shí)，高壓氣體便通過壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)入調(diào)節(jié)裝置的小氣缸，將其中的小活塞連同壓叉壓下，壓叉將進(jìn)氣閥的閥片強(qiáng)行頂開，使氣體自由進(jìn)出氣缸，泄漏系數(shù)近似等于零，從而氣缸的排氣量也接近于零。這時(shí)用戶靠?jī)?chǔ)氣罐及管網(wǎng)中的剩余氣體供氣，當(dāng)壓力降至規(guī)定值時(shí)，彈簧又通過小活塞使壓叉復(fù)位，氣閥正常工作，排氣量恢復(fù)正常。</p><p>　　進(jìn)氣

60、閥完全頂開后的示功圖面積很小，此時(shí)的功耗僅用于克服氣流進(jìn)出全開進(jìn)氣閥的阻力，所以經(jīng)濟(jì)性較高。</p><p>　　各種調(diào)節(jié)方式的不斷出現(xiàn)，是由于現(xiàn)代工業(yè)中，使用者不因達(dá)到調(diào)節(jié)就滿足，而且還要求能經(jīng)濟(jì)的、方便的進(jìn)行調(diào)節(jié)。在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)裝置時(shí)，如何節(jié)省消耗，是值得注意的問題。不同的調(diào)節(jié)方式，經(jīng)濟(jì)性的差異很大。例如一臺(tái)排氣量為8400的六級(jí)壓縮機(jī)的擦頂指出：排氣量調(diào)節(jié)到額定值的70%時(shí)，用壓開吸氣閥的調(diào)節(jié)，比用吸入與壓出連

61、通的調(diào)節(jié)，能少耗96千瓦的功率。至于調(diào)節(jié)的方便與可靠，同樣必須考慮。應(yīng)該通過不斷的實(shí)踐，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高使用的可靠性，逐步改變現(xiàn)用的一些不經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式。所以本設(shè)計(jì)采用壓開吸氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)。</p><p>　　這種調(diào)節(jié)方法的經(jīng)濟(jì)性好，但因閥片受額外的載荷，故壽命較短，密封性變差，大中型壓縮機(jī)作卸荷或空載啟動(dòng)時(shí)，常用該方法。</p><p><b>　　第3章 熱力計(jì)算<

62、/b></p><p>　　壓縮機(jī)的熱力計(jì)算是根據(jù)氣體的壓力、容積和溫度之間存在的一定關(guān)系，結(jié)合壓縮機(jī)的具體特性和使用要求而進(jìn)行的。其目的是得到最有利的熱力參數(shù)，比如：各級(jí)的吸排氣溫度、壓力、所耗動(dòng)力；適宜的主要結(jié)構(gòu)尺寸：活塞行程、氣缸直徑等，最終確定驅(qū)動(dòng)型式。因此，新設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)必須進(jìn)行熱力計(jì)算。</p><p><b>　　3.1 原始數(shù)據(jù)</b></

63、p><p>　　型號(hào)： D—30/8型空氣壓縮機(jī)</p><p>　　壓縮介質(zhì)： 空氣</p><p>　　排氣量： 30±2 m3/min</p><p>　　吸氣壓力： 1.0×105 Pa（絕壓）</p><p>　　排氣

64、壓力： 8.0×105 Pa（表壓）</p><p>　?、窦?jí)吸氣溫度： 25℃</p><p>　?、蚣?jí)吸氣溫度： 35℃</p><p>　　相對(duì)濕度： 0.8</p><p>　　空氣的絕熱指數(shù)： 1.4</p><p>　　活塞行程：

65、 180 mm</p><p>　　壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速： 600 r/min</p><p><b>　　3.2熱力計(jì)算</b></p><p>　　3.2.1總名義壓力比</p><p>　　由參考文獻(xiàn)[3]式（1—87）計(jì)算總壓力比</p><p><b>　?。?—1）</

66、b></p><p><b>　　式中—總壓力比；</b></p><p>　　—Ⅰ級(jí)名義吸氣壓力,Pa；</p><p>　　—Ⅱ級(jí)名義排氣壓力，Pa。</p><p>　　則總的名義壓力比： </p><p>　　3.2.2各級(jí)壓力比分配</p><p&g

67、t;　　如總體設(shè)計(jì)中所述，為了使壓縮機(jī)的功耗最小，各級(jí)的名義壓力比應(yīng)相等，按等壓力比分配原則，由參考文獻(xiàn)[3]式（1—88）</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　式中—各級(jí)名義壓力比；</p><p><b>　　—總壓力比；</b></p><p><b>

68、;　　—壓縮級(jí)數(shù)。</b></p><p>　　故各級(jí)壓力比為： </p><p>　　3.2.3各級(jí)名義壓力</p><p>　?、窦?jí)：名義吸氣壓力Pa（絕對(duì)壓力）</p><p>　　名義排氣壓力Pa（絕對(duì)壓力）</p><p>　　Ⅱ級(jí)：名義吸氣壓力Pa（絕對(duì)壓力）</p>

69、;<p>　　名義排氣壓力Pa（絕對(duì)壓力）</p><p>　　表3—1 各級(jí)名義吸、排氣壓力及各級(jí)名義壓力比</p><p>　　3.2.4各級(jí)排氣溫度</p><p>　　由參考文獻(xiàn)[3]式（1—117）計(jì)算各級(jí)排氣溫度</p><p><b>　?。?—3）</b></p><p&

70、gt;　　式中—各級(jí)名義排氣溫度,K；</p><p>　　—各級(jí)名義吸氣溫度,K；</p><p>　　—空氣的絕熱指數(shù)（）。</p><p>　?、窦?jí)：名義吸氣溫度K</p><p><b>　　名義排氣溫度K</b></p><p>　?、蚣?jí)：名義吸氣溫度K</p><p

71、><b>　　名義排氣溫K</b></p><p>　　表3—2 各級(jí)名義溫度及壓力</p><p>　　3.2.5各級(jí)排氣系數(shù)</p><p><b>　?。?）容積系數(shù)</b></p><p>　　按參考文獻(xiàn)[3]表1—2查得各級(jí)膨脹系數(shù)為：</p><p>　　按

72、參考文獻(xiàn)[4]，查得當(dāng)壓力小于等于1.936MPa時(shí)，壓縮機(jī)的相對(duì)余隙容積值為=0.07～0.12，參照同類機(jī)器產(chǎn)品取，。</p><p>　　則各容積系數(shù)為：由參考文獻(xiàn)[3]式（1—74）</p><p><b>　　（3—4）</b></p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入式（3—4）得</p><p><b>

73、;　?。?）壓力系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]，取，</p><p><b>　?。?）溫度系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表1—16，取，</p><p><b>　?。?）凝析系數(shù) </b></p><p><b

74、>　　第Ⅰ級(jí)無析水問題：</b></p><p>　　第Ⅱ級(jí)由參考文獻(xiàn)[3]表1—4查得吸氣條件℃時(shí)，不飽和水蒸汽壓力KPa，則KPa。當(dāng)冷卻至℃時(shí)，水蒸汽飽和蒸汽壓KPa，因?yàn)椋?，所以第Ⅱ?jí)進(jìn)口前必有凝析發(fā)生。</p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]式（1—111）</p><p><b>　?。?—5）</b></p

75、><p>　　式中—壓縮機(jī)第Ⅰ級(jí)進(jìn)口處空氣的相對(duì)濕度；</p><p>　　,—分別為第Ⅰ級(jí)與第Ⅱ級(jí)的進(jìn)氣壓力，105Pa；</p><p>　　,—對(duì)應(yīng)于第Ⅰ級(jí)與第Ⅱ級(jí)進(jìn)氣溫度時(shí)的飽和水蒸氣壓力，105Pa。</p><p>　　將已知代入式（2—5）得</p><p><b>　?。?）抽氣系數(shù)</b&

76、gt;</p><p>　　該壓縮機(jī)中間無抽氣，則。</p><p><b>　?。?）泄漏系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]，取，。</p><p>　　3.2.6各級(jí)氣缸的行程容積</p><p>　　按參考文獻(xiàn)[1]式（3—51）計(jì)算行程容積</p><

77、p><b>　　（3—6）</b></p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入式（3—6）得</p><p><b>　　m3/次</b></p><p><b>　　m3/次</b></p><p>　　3.2.7各級(jí)氣缸直徑</p><p>　　由設(shè)計(jì)

78、值根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]表2—10的選擇方法，初選活塞桿直徑mm。由參考文獻(xiàn)[3]式（1—55）計(jì)算氣缸直徑</p><p><b>　　（3—7）</b></p><p>　　式中S—活塞行程，mm。</p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入式（3—7）得</p><p><b>　　m</b></p

79、><p>　　按參考文獻(xiàn)[4]表2—8進(jìn)行圓整，取mm。</p><p><b>　　m</b></p><p>　　按參考文獻(xiàn)[4]表2—8進(jìn)行圓整，取mm。</p><p>　　3.2.8各級(jí)名義壓力及溫度修正</p><p>　　（1）確定圓整后的各級(jí)實(shí)際行程容積</p><

80、p>　　由參考文獻(xiàn)[3]式（1—135）</p><p><b>　?。?—8）</b></p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入式（3—8）得</p><p><b>　　m3/次</b></p><p><b>　　m3/次</b></p><p>

81、　?。?）確定各級(jí)壓力修正系數(shù)</p><p>　　由參考文獻(xiàn)[3]式（1—146）求壓力修正系數(shù)</p><p><b>　?。?—9）</b></p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入式（3—9）得</p><p>　　表3—3 修正后的名義壓力及壓力比</p><p>　　表3—4 修正后的各級(jí)排

82、氣溫度</p><p><b>　　3.2.9 活塞力</b></p><p>　?。?）計(jì)算氣缸實(shí)際平均壓力</p><p>　　相對(duì)壓力損失查參考文獻(xiàn)[3]圖1—18得</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b>&

83、lt;/p><p>　　由于m/s，而圖是按3.5m/s繪制的，故需進(jìn)行修正。修正后的相對(duì)壓力損失為：</p><p>　　表3—5 氣缸實(shí)際吸、排氣壓力</p><p><b>　?。?）計(jì)算活塞力</b></p><p>　　按氣缸內(nèi)的實(shí)際平均壓力分配，計(jì)算活塞力，表中、分別為活塞蓋側(cè)與軸側(cè)的面積，、分別為活塞外止點(diǎn)、內(nèi)

84、止點(diǎn)位置時(shí)的活塞力。計(jì)算結(jié)果如下表：</p><p>　　表3—6 內(nèi)、外止點(diǎn)活塞力</p><p>　　注：a.表中軸側(cè)活塞有效工作面積m2；</p><p>　　b.蓋側(cè)活塞有效工作面積 m2；</p><p>　　c.壓力的單位為Pa，活塞力的單位為N。</p><p>　　可見該機(jī)活塞力中最大值為N，它產(chǎn)生在第

85、Ⅱ級(jí)活塞的外止點(diǎn)時(shí)，負(fù)號(hào)表示它對(duì)活塞桿產(chǎn)生一個(gè)壓縮力，按此活塞力查參考文獻(xiàn)[3]附錄三，可知初選活塞桿直徑mm是正確的。</p><p><b>　　3.3 復(fù)算排氣量</b></p><p><b>　　3.3.1 復(fù)算</b></p><p>　　（1）確定各級(jí)行程容積</p><p>　　由前

86、述知： m3/次</p><p><b>　　m3/次</b></p><p>　?。?）初定各級(jí)的壓力分配</p><p><b>　　MPa</b></p><p><b>　　MPa</b></p><p><b>　　MPa</b

87、></p><p>　　兩級(jí)名義壓力比分別為：</p><p>　　（3）確定各級(jí)新的容積系數(shù)</p><p><b>　　膨脹指數(shù) ，</b></p><p><b>　　相對(duì)余隙容積 ，</b></p><p>　?。?）確定各級(jí)工況系數(shù)C</p>&

88、lt;p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]有</p><p>　　精確度 ＜0.97</p><p>　　分別計(jì)算各級(jí)的C值后，精確度B值應(yīng)在下述范圍，0.91～0.97。由此說明，與相差較大，所取初值精度不夠重新取值，再進(jìn)行復(fù)算。</p><p>　　3.3.2 第一次復(fù)算</p><p><b>　?。?）重新確定初值</b

89、></p><p><b>　　Pa</b></p><p><b>　　Pa</b></p><p><b>　?。?）確定壓力分配</b></p><p><b>　　（3）確定容積系數(shù)</b></p><p><b

90、>　　（4）確定工況系數(shù)</b></p><p><b>　　精確度 </b></p><p>　　精度已夠，所以確定的值成立。</p><p>　　3.3.3 復(fù)算排氣量</p><p><b>　　由前文計(jì)算得數(shù)據(jù)：</b></p><p><b

91、>　　，，，</b></p><p><b>　　吸氣系數(shù) </b></p><p><b>　　凝析系數(shù) </b></p><p>　　每轉(zhuǎn)排氣量 m3/次</p><p>　　排氣量 m3/min </p><p>　　滿足工藝要求 m3/min&

92、lt;/p><p><b>　　3.4壓縮機(jī)功率</b></p><p>　　3.4.1 指示功率</p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]式（1—81）</p><p><b>　?。?—10）</b></p><p>　　式中低壓級(jí)可?。?.95～0.99）k，對(duì)中壓與高壓級(jí)取

93、。</p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入式（3—10）得</p><p><b>　　第Ⅰ級(jí)：式中，</b></p><p><b>　　kw</b></p><p><b>　　第Ⅱ級(jí)：式中，</b></p><p><b>　　kw</

94、b></p><p>　　壓縮機(jī)的總指示功率：</p><p><b>　　kw</b></p><p><b>　　3.4.2 軸功率</b></p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]，取機(jī)械效率 </p><p><b>　　kw</b><

95、/p><p>　　3.4.3 電機(jī)功率</p><p>　　考慮到壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)常會(huì)因工況的變化、冷卻的惡化等引起功率消耗增加而造成驅(qū)動(dòng)機(jī)負(fù)荷超過正常工作的需要，因此，一般驅(qū)動(dòng)機(jī)還應(yīng)留有一定的儲(chǔ)備功率。本設(shè)計(jì)按10%的裕度取值。</p><p><b>　　則 kw</b></p><p>　　3.4.4 電動(dòng)機(jī)型號(hào)</

96、p><p>　　根據(jù)kw選擇電動(dòng)機(jī)，由參考文獻(xiàn)[10]選用電動(dòng)機(jī)：</p><p>　　型 式：開啟式單伸軸三相同步電動(dòng)機(jī)</p><p>　　型 號(hào)：TK200—18/1430</p><p>　　額定功率：200kw</p><p>　　轉(zhuǎn) 速：600r/min</p><p>

97、;　　效 率：90.5%</p><p>　　電 壓：6000V</p><p>　　重 量：1743kg</p><p>　　外形尺寸：1457×1350×1260</p><p>　　勵(lì)磁方式：可控硅勵(lì)磁</p><p><b>　　3.4.5 比功率</b&g

98、t;</p><p>　　壓縮機(jī)的比功率是指單位排氣量所消耗的軸功，表達(dá)壓縮機(jī)效率的另一種方式。這個(gè)指標(biāo)反映了同類型壓縮機(jī)在相同的進(jìn)排、氣條件下，其能量消耗指標(biāo)的先進(jìn)性。根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]式（3—31）有</p><p>　　kw/(m3/min)</p><p>　　據(jù)目前統(tǒng)計(jì)，一般動(dòng)力用空壓機(jī)，排氣量小于10 m3/min時(shí)，其比功為5.4～6.3 kw/(m3

99、/min)，排氣量為10～100 kw/(m3/min)時(shí)，其比功為5.0～5.3 kw/(m3/min)。此臺(tái)壓縮機(jī)的排氣量是30 m3，在10～100 m3/min范圍內(nèi)，其比功率的值也在要求范圍內(nèi)，所以本臺(tái)對(duì)動(dòng)式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)是合理的。</p><p>　　第4章 活塞組件設(shè)計(jì)</p><p>　　活塞組件包括活塞、活塞環(huán)、活塞桿等。它們?cè)跉飧字凶魍鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，與氣缸一起構(gòu)成壓縮容積。&l

100、t;/p><p>　　4.1結(jié)構(gòu)形式及選材</p><p>　　根據(jù)活塞的作用和它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及受力特點(diǎn)，對(duì)活塞的主要要求是：有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性、密封性好、重量輕，活塞與其連接件的傳遞動(dòng)力元件（如活塞桿）應(yīng)連接可靠。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，活塞可分為筒形活塞、盤形活塞、級(jí)差式活塞、組合式活塞及柱塞等幾種形式[8]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)為4D-40/7 型活塞式

101、壓縮機(jī)，由于該型壓縮機(jī)所采用的活塞用于有十字頭的雙作用汽缸中，故用盤形活塞較合適。為減輕重量，常制成中空結(jié)構(gòu)?；钊麅啥嗣嬖O(shè)有筋板一增強(qiáng)斷面的剛性。活塞圓柱面上開有活塞環(huán)槽。為防止熱膨脹和活塞與氣缸磨損下沉?xí)r加劇磨損，活塞的外圓與氣缸內(nèi)圓應(yīng)留有1～2mm的間隙（承壓面除外）。為避免鑄鐵應(yīng)力和縮孔，以及防止工作中心受熱而造成不規(guī)則變形，鑄鐵活塞的筋不能與轂部和外壁相連。在活塞端面每?jī)蓷l筋之間開清砂孔，清砂后用螺塞封閉，但必須采取防漏防松措施

102、。</p><p>　　盤形活塞鑄造的通常采用的材料有ZL7、ZL109、ZL108、T20-40、T25-47、T30-54等，本設(shè)計(jì)采用ZL108，其在鑄造時(shí)有良好的流動(dòng)性，并且鑄件的致密度也高，具有較低比重，較高耐蝕性和較小線收縮率等優(yōu)點(diǎn)，故選此材。</p><p><b>　　4.2活塞的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>

103、　　已知參數(shù)：</b></p><p>　　級(jí)活塞質(zhì)量： 61.5kg</p><p>　　級(jí)活塞桿質(zhì)量： 34.7kg</p><p>　　級(jí)活塞桿長(zhǎng)： 1125mm</p><p>　　支撐面長(zhǎng)： 38mm</p><p>　　包角 ： </p&

104、gt;<p><b>　　4.2.1設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　(1)活塞的高度</b></p><p>　　活塞的高度取決于所需安裝活塞環(huán)的多少及氣閥配置的方式等。沒有支撐面的活塞，還需考慮考慮支撐面許用比壓的需要。第一道活塞環(huán)與活塞之間的距離應(yīng)根據(jù)氣閥安置，并保證其越出汽缸鏡面1～2mm要求來確定。本設(shè)計(jì)壓縮機(jī)

105、中的滑動(dòng)活塞的高度應(yīng)按支撐面上的許用比壓校核。</p><p>　　根據(jù)參考書[1] 4-64式</p><p>　　mm （4-1）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　H除去活塞環(huán)后的承壓面高度，mm；</p><p>　　B-承

106、壓表面的投影寬度，mm；</p><p>　　G-活塞重量與活塞桿一半重量的和，kg。</p><p>　　[K]-盤形活塞承壓表面的許用比壓，該金屬對(duì)填充聚四氟乙烯[K]，鑄鐵對(duì)鑄鐵[K]，鑄鐵對(duì)巴氏 合金[K]，根據(jù)參考書[7]圖8可知</p><p>　　由于支撐環(huán)選用的材料是填充聚四氟乙烯，即[K]=0.049，則</p><p&g

107、t;　　由于，所以滿足要求。</p><p>　　(2)活塞的轂部外徑和活塞外壁的內(nèi)徑</p><p><b>　　取 取mm，mm。</b></p><p>　　圖4-1有加強(qiáng)筋的雙端面活塞計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　(3)活塞頂端面的厚度t</p><p>　　本設(shè)計(jì)壓縮機(jī)的活塞面是有加強(qiáng)筋

108、的雙端面活塞，為方便起見，計(jì)算時(shí)以一個(gè)面積與扇形面積相等的當(dāng)量圓來代替扇形面積。</p><p>　　根據(jù)[1]4-676式</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　式中：—考慮鑄造偏差的附加項(xiàng)，可取=2～5mm</p><p>　　鑄鋁的許用彎曲應(yīng)力；</p><p>

109、;　　—汽缸中最大氣體力，Mpa；</p><p>　　—當(dāng)量圓的直徑，mm。</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　—為加強(qiáng)筋數(shù)，取；則</p><p>　　(4)活塞端面的最大彎曲應(yīng)力</p><p>　　根據(jù)參考書[2]式4-68計(jì)算</p>&l

110、t;p>　　根據(jù)參考書[7]所提供的鑄鋁的許用剪切應(yīng)力為，所以安全。</p><p>　　(5)活塞與活塞桿連接處的轂部應(yīng)力計(jì)算剪應(yīng)力</p><p>　　根據(jù)參考書[7]提供的鑄鋁許用剪切應(yīng)力，，所以滿足要求。</p><p>　　4.3活塞環(huán)選材及設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.3.1選材</b><

111、/p><p>　　活塞環(huán)是活塞式壓縮機(jī)中的關(guān)鍵零件之一，它的好壞直接影響壓縮機(jī)的排氣量、功率及氣密性和可靠性，即影響壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。</p><p><b>　　(1)密封原理</b></p><p>　　活塞主要依靠節(jié)流和阻塞來密封，當(dāng)環(huán)裝入汽缸后，由于環(huán)的彈性而產(chǎn)生預(yù)緊壓力，使環(huán)緊貼在汽缸上。當(dāng)氣體通過環(huán)表面高低不平的間隙時(shí)，受到節(jié)流和阻塞作用

112、，壓力自降至，同時(shí)由于活塞環(huán)與槽間有側(cè)間隙，環(huán)緊靠在壓力低的一側(cè)，故在活塞內(nèi)表面與環(huán)槽之間的間隙處由一個(gè)近似等于的氣體壓力作用，而沿活塞處表面作用的氣體壓力是變化的，從降至，其平均值為（+）/2，這樣便產(chǎn)生了一個(gè)壓力差，這個(gè)壓力差使活塞緊貼在汽缸上，達(dá)到密封作用。同理，在軸向也有一個(gè)壓力差把環(huán)緊壓在環(huán)槽的側(cè)面達(dá)到其密封作用。</p><p>　　(2)工作條件、結(jié)構(gòu)形式和材料選擇</p><p

113、>　　活塞環(huán)為一開口的圓環(huán)，作為密封元件組裝在活塞上，通過活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的吸、排氣的過程。在自由狀態(tài)下，其外徑大于汽缸的直徑，裝入汽缸后，環(huán)徑縮小僅在切口處留下一個(gè)膨脹間隙?；钊h(huán)的主要作用是密封汽缸與活塞之間的間隙，防止氣體從壓縮容積的一側(cè)漏向下一側(cè)，并且還有均勻分布潤(rùn)滑油的作用。但是它會(huì)引起粘著、疲勞、變形和腐蝕等多種形式的磨損，其磨損壽命很大程度上取決于材料的性質(zhì)。</p><p>　　為保

114、證活塞環(huán)的外圓能夠全部均勻地緊密靠在汽缸上，要求活塞環(huán)具有良好的正圓度和適當(dāng)大小并且應(yīng)具有均勻持久的彈力；又因?yàn)榛钊h(huán)的工作處于高溫、高壓、和較高的應(yīng)力下，并且與汽缸、活塞相摩擦，因此要求活塞環(huán)不僅要密封可靠，并且要有一定的強(qiáng)度，并耐熱、耐磨、和導(dǎo)熱性好。</p><p>　　活塞的結(jié)構(gòu)形式一般有三種：直切口、斜切口、和塔接口。壓縮機(jī)工作時(shí)，氣體通過活塞環(huán)切口的泄露是和切口列面積成比例的。直切口形式泄露橫截面最大

115、，在切口間隙相同時(shí)，斜切口泄露面積較小。塔切口則不會(huì)造成直接通過切口泄露，并且使氣體不能直接通過切口，需經(jīng)二次折流，從而大大減少泄漏量。由此，本設(shè)計(jì)采用的是塔接口形式。為了增加塔接口處的強(qiáng)度，防止其變形折斷，故活塞環(huán)軸的高度取較大。</p><p>　　活塞的材料通?？捎没诣T鐵或合金鑄鐵制造。但在無油潤(rùn)滑壓縮機(jī)中，多采用填充氟材料活塞環(huán)密封，其特點(diǎn)是無毒、自潤(rùn)滑、沒有污染介質(zhì)、耐酸堿、耐溶劑、不磨損汽缸等。一般來

116、說，填充聚四氟乙烯的使用壽命都比金屬環(huán)壽命長(zhǎng)。填充聚四氟乙烯具有如下特點(diǎn)：良好的自潤(rùn)滑性能；密封效果好；允許的比壓比金屬環(huán)小等。本設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)屬于無油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，所以我們采用填充聚四氟乙烯。</p><p><b>　　4.3.2設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　(1)環(huán)數(shù)Z</b></p><p>　　根據(jù)[

117、7]P46式(1)(2)計(jì)算：</p><p>　　(1) （4-4）</p><p>　　(2) （4-5）</p><p>　　式中：—活塞兩端最大壓差，；</p><p>　　—作用在活塞環(huán)上的壓力，；</p><p><b>　　—活

118、塞平均速度，。</b></p><p><b>　　取，則</b></p><p><b>　　所以滿足要求。</b></p><p>　　(2)熱間隙（開口間隙）</p><p>　　根據(jù)參考書[6]P108式1-225計(jì)算</p><p><b>　

119、　（4-6）</b></p><p>　　式中：—活塞環(huán)外徑，即汽缸直徑，；</p><p>　　—檢驗(yàn)活塞環(huán)時(shí)的溫度，℃；</p><p>　　—活塞環(huán)工作時(shí)的溫度，℃。</p><p>　　根據(jù)參考書[6]由于難于得到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)初步設(shè)計(jì)時(shí)使用下列推薦參考值：</p><p><b>　　（4-7）

120、</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　(3)環(huán)的徑向厚度t</p><p>　　根據(jù)[6]式1-231</p><p>　　根據(jù)參考書[6]表1-14取</p><p><b>　　(4)軸向高度h</b></p>&

121、lt;p>　　根據(jù)參考書[6]所知環(huán)的軸向高度應(yīng)該保證環(huán)的必要性，但過大，將導(dǎo)致摩擦功增加，而且加劇環(huán)對(duì)槽的沖擊。一般取，考慮到活塞環(huán)采用塔接形式，應(yīng)取較大值，一般取。</p><p><b>　　(5)槽寬間隙</b></p><p>　　根據(jù)參考書[6]得知，由于難以得到運(yùn)轉(zhuǎn)的、初步設(shè)計(jì)使用下列推薦參考值： </p><p><

122、b>　　（4-9）</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　(6)環(huán)的自由開口間隙</p><p>　　根據(jù)參考書[6]式1-226</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　式中：值由活塞環(huán)所需的預(yù)緊

123、密封壓力決定。</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中：—汽缸直徑，；</p><p><b>　　—環(huán)的徑向厚度，；</b></p><p>　　—環(huán)材料彈性模量，；</p><p>　　—所需預(yù)接觸壓力，。</p><

124、;p>　　當(dāng)時(shí)，。因?yàn)楸緣嚎s機(jī)的活塞直徑大于，根據(jù)參考書[8]取。</p><p>　　4.4活塞桿選材及校核</p><p>　　活塞桿將活塞與十字頭連接成一個(gè)整體，傳遞作用在活塞上的力并帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)?；钊炕钊麠U上的凸肩及螺紋用螺母固定在活塞桿上，由于活塞桿承受交變載荷，活塞桿上的連接螺紋應(yīng)采用細(xì)牙螺紋，而且根部應(yīng)倒圓，以減小應(yīng)力集中。因此，本設(shè)計(jì)采用細(xì)牙螺紋聯(lián)接。同時(shí)，為防止螺

125、紋松動(dòng)，必須采用防松措施，如加開口銷、加鎖緊墊片等，本設(shè)計(jì)采用開口銷來防止螺母松動(dòng)，以保證活塞桿緊固于活塞上。在無油潤(rùn)滑壓縮機(jī)中，為防止油進(jìn)入填料函和汽缸要適當(dāng)加長(zhǎng)活塞桿長(zhǎng)，使活塞桿通過刮油器的部分不進(jìn)入填料函。</p><p>　　(1)對(duì)活塞桿的主要要求</p><p>　?、倩钊麠U要有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。</p><p>　?、谀湍バ院貌⒂休^高的加工精度

126、和表面粗糙度。</p><p>　?、墼诮Y(jié)構(gòu)上盡量減少應(yīng)力集中的影響。</p><p>　　④保證連接可靠，防止松動(dòng)。</p><p>　?、莼钊麠U的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要便于活塞的拆裝。</p><p><b>　　4.4.1選材</b></p><p>　　活塞桿的常用材料有35鋼、45鋼、38CrMoA