空壓機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要 …………………………………………………………………………………………… 1</p><p>　　關(guān)鍵詞 ……………………………………………………………………………………………1</p><p>　　第一部分 前言 ………………………………………………………………………………

2、… 1</p><p>　　第二部分 設(shè)計(jì)要點(diǎn) …………………………………………………………………………… 1</p><p>　　第三部分 熱力計(jì)算 …………………………………………………………………………… 1§1設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù) …………………………………………………………………………… 2 </p><p>　　§2熱力計(jì)算 …………………

3、………………………………………………………………… 2</p><p>　　3.2.1結(jié)構(gòu)型式及方案選擇 ………………………………………………………………… 2</p><p>　　3.2.2 名義壓力比 …………………………………………………………………………… 2</p><p>　　3.2.3 名義排氣溫度 ……………………………………………………………………

4、…… 2</p><p>　　3.2.4 計(jì)算與排氣量有關(guān)的各種系數(shù) ……………………………………………………… 2</p><p>　　3.2.5 計(jì)算氣缸行程容積 …………………………………………………………………… 3</p><p>　　3.2.6 求取氣缸直徑 ………………………………………………………………………… 3</p><p&

5、gt;　　3.2.7 圓整缸徑后復(fù)算氣缸容積 …………………………………………………………… 3</p><p>　　3.2.8 復(fù)算排氣量 …………………………………………………………………………… 3</p><p>　　3.2.9 考慮壓力損失后實(shí)際排氣壓力及壓縮終了溫度 …………………………………… 3</p><p>　　3.2.10 計(jì)算最大活塞力 …

6、………………………………………………………………… 4</p><p>　　3.2.11 計(jì)算指示功率………………………………………………………………………… 4</p><p>　　3.2.12 所需軸功率 ………………………………………………………………………… 4</p><p>　　3.2.13 電動(dòng)機(jī)功率 ……………………………………………………………

7、…………… 4</p><p>　　3.2.14 等溫效率 …………………………………………………………………………… 4</p><p>　　3.2.15 容積比能 …………………………………………………………………………… 5</p><p>　　第四部分 簧片閥設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………… 5</p><

8、;p>　　§1 氣閥的主要構(gòu)成 ………………………………………………………………………… 6</p><p>　　§2 設(shè)計(jì)的已知參數(shù) ………………………………………………………………………… 6</p><p>　　§3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………………… 6</p><p>　　§

9、;4 簧片閥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 …………………………………………………………… 7</p><p>　　4.4.1 確定閥片特征參數(shù) ………………………………………………………………… 7</p><p>　　4.4.2 校核進(jìn)氣閥閥隙馬赫數(shù) ……………………………………………………… 10</p><p>　　4.4.3 閥片厚度的確定 …………………………………

10、……………………………… 10</p><p>　　第五部分 結(jié)束語 ……………………………………………………………………………… 11</p><p>　　第六部分 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………… 12</p><p>　　摘要：活塞式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶制、制冷、國(guó)防、化工等工業(yè)部門.用途廣泛，品種繁多，因而保證其運(yùn)轉(zhuǎn)可

11、靠性、提高經(jīng)濟(jì)性就至關(guān)重要.本文主要介紹應(yīng)用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論和方法來優(yōu)化簧片閥，借助AutoCAD實(shí)現(xiàn)簧片閥的設(shè)計(jì)無紙化以及簧片閥的計(jì)算過程. 通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，基本達(dá)到氣閥阻力損失小，即控制在壓縮機(jī)指示功率的（6～12）%范圍內(nèi)；使用壽命長(zhǎng)；噪聲低；運(yùn)動(dòng)質(zhì)量輕；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、制造方便、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)；更為重要的是余隙容積小.因?yàn)槭俏⑿涂諌簷C(jī)，而其一般為單級(jí)壓縮，余隙容積大小特別重要，直接影響壓縮機(jī)的容積效率.此設(shè)計(jì)就使余隙容積嚴(yán)格控制在

12、氣缸工作容積的（2.5～4）%左右.</p><p>　　關(guān)鍵詞：空壓機(jī)、簧片閥、優(yōu)化、氣缸</p><p><b>　　一、前言</b></p><p>　　氣閥是活塞式壓縮機(jī)中的關(guān)鍵部件，又是易損件之一，它的好壞影響壓縮機(jī)排氣量和功率消耗以及運(yùn)行可靠性.一個(gè)好的氣閥既要有高的壽命，又要有高的效率.</p><p>　

13、　氣閥的效率問題，主要指機(jī)器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的流動(dòng)阻力損失.在設(shè)計(jì)較好的氣閥中，流動(dòng)阻力損失約為壓縮機(jī)指示功率的（4～8）%，而設(shè)計(jì)不好的氣閥，其流動(dòng)阻力損失可以高達(dá)指示功率的（15～20）%.減少流動(dòng)阻力損失的主要方法是增加氣閥的有效流通面積，以降低氣體流經(jīng)氣閥是的流速，因?yàn)榱鲃?dòng)阻力損失是和速度的平方成正比的.但是，增加有效通流面積，將受到機(jī)器結(jié)構(gòu)和氣閥壽命的限制.例如：升程不能太高，否則壽命顯著下降.此外，在計(jì)算的有效通流面積較大

14、情況下，有時(shí)因閥片開、啟不合理，使實(shí)際的通流面積小于計(jì)算值，造成附加的流動(dòng)阻力損失.這一附加的阻力損失，有時(shí)甚至?xí)_(dá)到驚人的程度.</p><p>　　應(yīng)用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論和方法來改進(jìn)和提高機(jī)械零件與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低成本、縮短開發(fā)周期、增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力已被各國(guó)證明是非常有效的途徑.本設(shè)計(jì)基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中最活躍的分支之一—機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得機(jī)械零件及系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為合理和實(shí)用.</p><p&

15、gt;<b>　　二、總體設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　1.首先按氣缸尺寸及氣缸總的結(jié)構(gòu)，選用或設(shè)計(jì)簧片閥的結(jié)構(gòu)型式，完成氣閥的平面布置，確實(shí)吸、排氣閥的閥孔數(shù)目、閥孔直徑、閥片的幾何形狀等.</p><p>　　2.確定簧片閥的主要參數(shù).如升程、閥座通道面積、間隙通道面積、閥片幾何尺寸、閥片厚度及閥片剛性系數(shù)等.其中有些參數(shù)對(duì)簧片閥的經(jīng)濟(jì)性及壽命影響較大，必

16、須在簧片閥設(shè)計(jì)時(shí)先確定下來.此些稱為簧片閥的主要結(jié)構(gòu)參數(shù).它們是：閥隙馬赫數(shù)M、升程h、閥片剛性系數(shù)及閥片厚度等.</p><p><b>　　三、簧片閥設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)</p><p><b>　　排氣量 </b></p><p>　　進(jìn)氣壓力

17、 （絕對(duì)壓力） </p><p><b>　　進(jìn)氣溫度 </b></p><p>　　排氣壓力 （絕對(duì)壓力）</p><p><b>　?。ǘ崃τ?jì)算</b></p><p>　　1. 結(jié)構(gòu)型式及方案選擇</p><p>　　因?yàn)槭莿?dòng)力用微、小型空氣壓縮

18、機(jī)，故可采用單級(jí)壓縮，采用以排氣量為的氣缸為準(zhǔn)雙缸單作用風(fēng)冷V型可為.圖1-1為方案示意圖.采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)（皮帶輪連接），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取. </p><p>　　圖1-1 控制容積選取示例 </p><p><b>　　2. 名義壓力比</b></p><p><b>　　3.名義排氣溫度</b></p>

19、;<p>　　考慮到微小型壓縮機(jī)的熱交換條件及單作用高壓力比條件下的泄漏情況，取壓縮過程指數(shù) ，計(jì)算排氣溫度</p><p>　　4.計(jì)算由排氣量有關(guān)的各種系數(shù)</p><p><b>　　（1）進(jìn)氣系數(shù)</b></p><p><b>　　計(jì)算容積系數(shù)，</b></p><p>　　

20、取，按表選取得，計(jì)算得</p><p><b>　　取壓力系數(shù) </b></p><p><b>　　由圖取</b></p><p>　　計(jì)算得 </p><p><b>　?。?）泄漏系數(shù)</b></p><p>　　5

21、.計(jì)算氣缸行程容積</p><p><b>　　6.求取氣缸直徑</b></p><p>　　取活塞行程S=55 mm</p><p><b>　　計(jì)算得活塞平均速度</b></p><p><b>　　由式 知?dú)飧字睆?lt;/b></p><p><

22、b>　　將缸圓整為</b></p><p>　　7.圓整缸徑后復(fù)算氣缸容積</p><p><b>　　8.復(fù)算排氣量</b></p><p>　　9.考慮壓力損失后實(shí)際排氣壓力及壓縮終了溫度</p><p>　　由圖查得、，故實(shí)際進(jìn)氣壓力</p><p><b>　　

23、實(shí)際壓力比</b></p><p><b>　　壓縮終了溫度</b></p><p>　　10.計(jì)算最大活塞力 </p><p><b>　　向軸行程</b></p><p><b>　　向蓋行程</b></p><p>　　其中為曲軸箱內(nèi)的

24、背壓力，按計(jì)</p><p><b>　　11.計(jì)算指示功率</b></p><p><b>　　按式</b></p><p><b>　　這里</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　

25、12.所需軸功率</b></p><p><b>　　取機(jī)械效率</b></p><p><b>　　13.電動(dòng)機(jī)功率</b></p><p>　　取電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)備功率為軸功率的10%</p><p><b>　　14.等溫效率</b></p><p

26、><b>　　由式知等溫功率為</b></p><p><b>　　應(yīng)為復(fù)算后排氣量</b></p><p><b>　　等溫指示效率</b></p><p><b>　　等溫軸效率</b></p><p><b>　　15.容積比能<

27、;/b></p><p><b>　　四、簧片閥設(shè)計(jì)</b></p><p>　　壓縮機(jī)簧片閥基于數(shù)學(xué)建模的首要條件是：進(jìn)、排氣壓力為常量，并等于進(jìn)、排氣名義壓力、，即不考慮進(jìn)、排氣腔氣流壓力對(duì)于閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響.</p><p>　　氣閥是活塞式壓縮機(jī)中的關(guān)鍵部件，又是易損壞的部件之一。它的好壞影響壓縮機(jī)排氣量和功率消耗以及運(yùn)行可靠性

28、。一個(gè)好的氣閥有高的壽命，又要有高的效率?；善y是其中之一.</p><p>　　簧片閥一般適用于直徑小于100mm（最大氣缸直徑可到130mm）的微型空氣壓縮機(jī).</p><p>　?。ㄒ唬忾y的主要構(gòu)成</p><p>　　氣閥的結(jié)構(gòu)如圖(2-1)所示，主要由閥座、閥片、彈簧和升程器四個(gè)零件組成.</p><p>　　圖2-1 氣閥主要組

29、成部分</p><p>　　1——閥座 2——閥片 3——彈簧 4——升程限制器</p><p>　　閥座：它具有能被閥片覆蓋的氣流通道，是與閥片一起閉鎖進(jìn)氣（或排氣）通道，并承受氣缸內(nèi)外壓力差的零件.</p><p>　　閥片：它是交替、地開啟與閥座通道的零件，通常制成片狀，故稱為閥片.</p><p>　　彈簧：是氣閥關(guān)閉時(shí)

30、推動(dòng)閥片落向閥座的零件，并在閥片開啟時(shí)，減少閥片撞擊升程器.對(duì)于簧片閥，閥片本身具有彈性，并起一定的彈簧作用，故有時(shí)合二為一.</p><p>　　升程限制器：是限制閥片的升起高度，并往往作為承受彈簧的零件.</p><p>　　（二）設(shè)計(jì)的已知數(shù)據(jù)</p><p>　　一級(jí)氣缸直徑，二級(jí)氣缸直徑，行程S=55mm， </p><p><

31、;b>　　， 機(jī)器轉(zhuǎn)速，</b></p><p>　　進(jìn)氣壓力，排氣壓力（表壓）</p><p><b>　　進(jìn)氣溫度</b></p><p><b>　?。ㄈ┙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2V0.6/7型中壓微型空壓機(jī)氣缸為風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，氣缸蓋采用皇冠形結(jié)構(gòu).相應(yīng)進(jìn)

32、氣閥采用環(huán)形簧片閥，排氣閥采用圓弧工字形簧片閥。一級(jí)進(jìn)氣環(huán)形閥片的幾何形狀如圖2-2所示.因?yàn)橐患?jí)氣缸直徑D1=90mm,閥片外徑為=88mm，閥片內(nèi)徑為=70mm，閥片寬度B=9mm,圖中陰影部線為閥片安裝后定位側(cè)翼，側(cè)翼邊離開中心線R與a=7.5mm,閥片小舌部落到氣缸相應(yīng)的凹槽中，起升程限制器作用.</p><p>　　圖2-2 一級(jí)進(jìn)氣閥片幾何形狀</p><p>　　圖2-3a為

33、閥板上進(jìn)氣閥孔的平面布置情況。以O(shè)Y為對(duì)稱軸，兩邊個(gè)布置9個(gè)進(jìn)氣閥孔，閥孔直徑1=6.5mm，閥孔中心分布在79mm的圓周上，相鄰兩閥孔中心線尺寸夾角為15°，即1=15°，2=30°，3=45°，4=60°（相對(duì)與OX軸）.</p><p>　?。ㄋ模┗善y主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定</p><p>　　圖2-3 一級(jí)進(jìn)氣閥片</p>

34、<p>　　a)閥片上進(jìn)氣孔平面布置 b)閥片工作狀態(tài)</p><p>　　1-閥板 2-閥片 3-氣缸</p><p><b>　　確定閥片特征行程</b></p><p>　　由圖2-3a可知，在OX軸上閥孔至OY軸的距離，最外端距離l=50mm,按幾何關(guān)系其余個(gè)閥孔在OX軸方向上投影均

35、可計(jì)算出.即</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　閥片工作時(shí)，個(gè)閥孔中心在OX軸方向上至側(cè)翼邊投影距離為（見圖2-3b）:</p><p>　　則 （1-2）</p><p>　　在OX軸上，閥片對(duì)應(yīng)孔中心的升程高度定義為特征升程，OX軸外端撞到限制器的升程

36、高度定義為閥片的最大升程用表示.閥片開啟后彎形曲線近似用直線ob′代替.其余個(gè)閥孔中心的升程、…均可近似用指直角三角形的線段比例關(guān)系計(jì)算出.第個(gè)閥孔中心的升程高度表示為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　閥片最大升程 （1-4）</p><p>　　閥片平均升程用下式計(jì)算</p>

37、;<p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　則閥隙通道面積為：</b></p><p><b>　　（1-6）</b></p><p>　　式中 Z—表示閥孔數(shù)目.</p><p>　　任意選取的數(shù)值，在圖中查出相應(yīng)的流量系數(shù)為，

38、直接計(jì)算出的值.再按式（1-6）計(jì)算出閥隙通道面積及有效流通面積（），如表1-1第二數(shù)據(jù)作出的曲線如圖2-4所示.</p><p>　　由圖可以看出，當(dāng)時(shí)，圖中線段近似為直線，當(dāng)</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　　，增長(zhǎng)緩慢，變成曲線段.故選取，則</p><p>　　用式（1-4）可計(jì)算

39、出閥片最大升程：</p><p><b>　　圓整成，則</b></p><p>　　用式（1-5）計(jì)算出閥片平均升程</p><p><b>　　表1-1與計(jì)算表格</b></p><p>　　對(duì)應(yīng)閥隙有效流通面積同式（1-6）計(jì)算</p><p><b>　　按

40、式進(jìn)行校核：</b></p><p>　　即 （1-7）</p><p>　　也就是說，若閥孔為70mm，簧片閥可能設(shè)計(jì)的最大平均升程為2.5mm.</p><p><b>　　因?yàn)椋@里，故</b></p><p>　　，符合式

41、（1-7）的要求.</p><p>　　閥片當(dāng)量撞擊速度為：</p><p>　　當(dāng)量撞擊速度符合式的要求，說明閥片特征升程，與最大升程正確.</p><p>　　2.校核進(jìn)氣閥閥隙平均馬赫數(shù)為：</p><p><b>　　活塞平均速度</b></p><p><b>　　活塞面積&l

42、t;/b></p><p><b>　　則閥隙平均速度</b></p><p>　　空氣的氣體常數(shù),絕熱指數(shù)，一級(jí)氣缸進(jìn)氣溫度，則當(dāng)?shù)匾羲贋?lt;/p><p>　　一般進(jìn)氣閥的閥隙平均馬赫數(shù)為：</p><p>　　M的指數(shù)在推薦范圍內(nèi)（）.</p><p><b>　　3.閥片厚度

43、的確定</b></p><p>　　計(jì)算閥孔迎風(fēng)面積之和的等效面積</p><p>　　閥片氣體推力計(jì)算，式中為各閥孔迎風(fēng)面積之和的等效面積.等效原則是按個(gè)閥孔氣體力對(duì)閥片固定端取鉅，與集中力對(duì)固定端取鉅相等（見圖2-3），即</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　工程設(shè)計(jì)時(shí)，各

44、閥孔迎風(fēng)面積均近似按閥孔出口通道面積計(jì)算.這里，各閥孔直徑為，各閥孔迎風(fēng)面積均相等，用代替，則式（1-8）變成 （1-9）</p><p>　　式（1-9）與比較，等效面積等于</p><p>　　計(jì)算新設(shè)計(jì)閥片的剛性系數(shù)</p><p>　　按工程設(shè)計(jì)要求，選取閥片推力系數(shù)，按式計(jì)算閥片最大氣體推力：</p><p

45、>　　按式，，的簡(jiǎn)切范圍，選取，按式和計(jì)算閥片單位寬度上剛性系數(shù)：</p><p>　　由圖2-2可知，閥片在固定端實(shí)際寬度為閥片寬度B的兩倍，則新設(shè)計(jì)閥片總剛性系數(shù)為：</p><p>　　按新設(shè)計(jì)閥片的幾何形狀和相同材質(zhì)，任選取閥片厚度作為模型閥片，再用數(shù)學(xué)方法模擬測(cè)量閥片剛性系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，模擬測(cè)出模型閥片剛性系數(shù).因?yàn)樾略O(shè)計(jì)閥片與模型閥片材質(zhì)相同、幾何形狀相同，具有，，，則按

46、式可以簡(jiǎn)化計(jì)算出設(shè)計(jì)閥片厚度為：</p><p>　　到此，進(jìn)氣閥片主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算完畢.</p><p><b>　　五、結(jié)束語</b></p><p>　　經(jīng)過一個(gè)月的努力,我終于將機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)做完了.在這次作業(yè)過程中,我遇到了許多困難,一遍又一遍的計(jì)算,一次又一次的設(shè)計(jì)方案修改這都暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足.剛開

47、始在簧片閥設(shè)計(jì)時(shí),由于以前高等數(shù)學(xué)學(xué)的不扎實(shí)，對(duì)著那么多的機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化書里的數(shù)學(xué)知識(shí)，是看的一頭霧水，沮喪極了.后來，總算有些思緒，開始嘗試著用數(shù)學(xué)軟件LINDO去求解.但是，往往漏掉條件，使的偏差很大，令我非?？鄲?后來在丁老師的指導(dǎo)下,我找到了問題所在之處,將之解決了.</p><p>　　在此期間,我還得到了許多同學(xué)和老師的幫助.在此我要向他們表示最誠(chéng)摯的謝意.丁素珍老師在我課程設(shè)計(jì)的過程給予全程指導(dǎo)，在此

48、特向丁素珍老師表示感謝.</p><p>　　盡管這次作業(yè)的時(shí)間是漫長(zhǎng)的,過程是曲折的,但我的收獲還是很大的.不僅僅掌握了簧片閥的設(shè)計(jì)步驟與方法;也不僅僅對(duì)制圖有了更進(jìn)一步的掌握;LINDO和Auto CAD ,Word這些僅僅是工具軟件,熟練掌握也是必需的.對(duì)我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個(gè)過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗(yàn),沒有感性的認(rèn)識(shí),空有理論知識(shí),有些東西

49、很可能與實(shí)際脫節(jié).總體來說,我覺得做這種類型的設(shè)計(jì)對(duì)我們的幫助還是很大的,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識(shí)都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的不足,以待改進(jìn).有時(shí)候,一個(gè)人的力量是有限的,合眾人智慧,我相信我們的作品會(huì)更完美!</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 李立主編，《制冷空壓機(jī)》，中國(guó)商業(yè)出版社，1997</p>

50、<p>　　[2] 蘇：M.N.弗廉克爾著,《活塞式空壓機(jī)》，化學(xué)工業(yè)出版社，1960</p><p>　　[3] 成大先主編，《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 </p><p>　　[4] 國(guó)家機(jī)械工業(yè)委員會(huì)編，《氣體壓縮機(jī)產(chǎn)品樣本》，機(jī)械工業(yè)出版社，1989</p><p>　　[5] 陳立德主編，《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》， 高等教育出版社，

51、2000年8月第一版</p><p>　　[6] 陳立德主編，《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》，高等教育出版社，2000年8月第一版</p><p>　　[7] 許毓潮主編，《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)》，中國(guó)電力出版社</p><p>　　[8] 《活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)》編寫組編，《活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1974年5月北京第一版</p><p&g