2V—0.510型空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)、開(kāi)題報(bào)告】

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The design for the 2V-0.5/10 type compressor optimization calculation and design, the compact, light weight, thermodynamic calculations, and dynamics calculations, the structural design of components. The overall structural design of the main structure of the program to select, the number of revolutions to determine the choice of the valve, skating Selection and driven. Thermodynamic calculations to determine the design parameters of the compressor, structural form, stroke, compression ratio distribution at all levels, the actual compression ratio, thermodynamics four coefficients and stroke and the cylinder diameter. Dynamics calculations, the main task is to determine the flywheel moment and balance the inertial force, which aims to ensure that spindle rotation smooth. Parts of the structure design mainly for two cylinders, cylinder heads and connecting rod, crank shaft, oil ring, gas ring, and the structure diagram of the main moving parts Key Words Compressor Structural design Kinetics Parts diagram 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 I 頁(yè) 共 Ⅱ 頁(yè) 目 錄 1 緒論 1 1.1 本設(shè)計(jì)的背景及意義 1 1.2 本設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng) 2 1.3 本設(shè)計(jì)的預(yù)期工作 2 2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 2.1 結(jié)構(gòu)方案選擇 3 2.2 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的確定 5 2.3 氣閥的選取 5 2.4 壓縮機(jī)輪滑方式的選擇 5 2.5 壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng) 6 3 熱力學(xué)計(jì)算 7 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 7 3.2 結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)確定 7 3.3 行程的確定 7 3.4 級(jí)數(shù)選擇、各級(jí)名義壓力比分配和實(shí)際壓力比 8 3.5 各級(jí)排氣溫度 10 3.6 各級(jí)氣體的可壓縮性系數(shù) 10 3.7 各級(jí)熱力學(xué)系數(shù) 10 3.8 各級(jí)氣缸的行程容積 13 3.9 各級(jí)氣缸直徑 14 3.10 圓整后各級(jí)名義壓力及溫度 15 3.11　計(jì)算活塞力 16 3.12 計(jì)算軸功率 18 4 壓縮機(jī)零部件設(shè)計(jì) 20 4.1 活塞銷(xiāo)設(shè)計(jì) 20 4.2 活塞設(shè)計(jì) 21 4.3 曲軸設(shè)計(jì) 24 4.4 連桿設(shè)計(jì) 25 4.5 刮油環(huán)設(shè)計(jì) 27 4.6 活塞環(huán)設(shè)計(jì) 28 4.7 氣缸設(shè)計(jì) 30 5　動(dòng)力學(xué)計(jì)算 32 5.1 動(dòng)力學(xué)任務(wù) 32 5.2 活塞組件質(zhì)量計(jì)算數(shù)據(jù) 32 5.3 動(dòng)力學(xué)作用力計(jì)算 33 5.4 綜合活塞力計(jì)算及列的切向力圖繪制 39 5.5 總切向力疊加及總切向力圖的繪制 43 5.6 飛輪矩確定 48 5.7 飛輪矩設(shè)計(jì) 48 結(jié) 束 語(yǔ) 50 致 謝 51 參 考 文 獻(xiàn) 52 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 51 頁(yè) 共 52 頁(yè) 1 緒論 1.1 本設(shè)計(jì)的背景及意義 壓縮機(jī)是用來(lái)提高氣體壓力和輸送氣體的，屬于將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w壓力能的工作機(jī)械。要實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)需要兩個(gè)條件：一是主機(jī)完成壓縮任務(wù)；二是輔機(jī)確保機(jī)械的運(yùn)行安全。 壓縮機(jī)的種類(lèi)多、用途廣，有“通用機(jī)械”之稱(chēng)。目前，除了活塞式壓縮機(jī)，其他各類(lèi)壓縮機(jī)機(jī)型，比如離心式、雙螺桿式、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式和渦旋式等均被有效地開(kāi)發(fā)和利用，為用戶(hù)在機(jī)型的選擇上提供了更多的可能性[1]。 根據(jù) 2003 年，壓縮機(jī)行業(yè)協(xié)會(huì)單位 67 家企業(yè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，壓縮機(jī)工業(yè)總產(chǎn)值(不變價(jià))達(dá) 48 億元，且在大中型壓縮機(jī)中，空氣壓縮機(jī)占絕對(duì)主導(dǎo)地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005 年國(guó)內(nèi)動(dòng)力用壓縮機(jī)的生產(chǎn)銷(xiāo)售總量已經(jīng)達(dá)到 120 億元左右。圖 1.1 是從 1952年至 2003 年我國(guó)壓縮機(jī)年產(chǎn)量的變化[2]。 全國(guó)壓縮機(jī)產(chǎn)量 圖1.1 1952~2003 年全國(guó)壓縮機(jī)產(chǎn)量變化 隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，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。我國(guó)的壓縮機(jī)專(zhuān)業(yè)高等教育學(xué)科已設(shè)置半個(gè)世紀(jì)，機(jī)械部門(mén)的壓縮機(jī)研究機(jī)構(gòu)也已面世50 年。尤其在改革開(kāi)放后，壓縮機(jī)行業(yè)得到了快速發(fā)展，現(xiàn)已形成了人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和制造的完善體系。除少數(shù)超高壓和特殊氣體壓縮機(jī)外，現(xiàn)有產(chǎn)品品種和數(shù)量基本滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)的需要[3]。 1.2 本設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng) 壓縮機(jī)屬于單元過(guò)程機(jī)械，并都涵蓋在流體動(dòng)力過(guò)程的涉及范疇內(nèi)。壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程是遵循流體力學(xué)規(guī)律的過(guò)程，這其中要涉及到流體靜力學(xué)過(guò)程和流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程[4]。 在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中要符合以下基本原則： （1）滿(mǎn)足用戶(hù)提出的排氣量，排氣壓力及有關(guān)有關(guān)使用條件的要求； （2）有足夠長(zhǎng)的使用壽命，足夠高的使用可靠性； （3）有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性 （4）有良好的動(dòng)力平衡型 （5）維護(hù)檢修方便 （6）盡可能采用新機(jī)構(gòu)，新技術(shù)，新材料； （7）制造工藝性良好 （8）機(jī)器的尺寸小，重量輕。 顯然上述原則是相互矛盾的[5]。因?yàn)椋瑢?duì)于壓縮機(jī)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，重要的是根據(jù)壓縮機(jī)的用途，掌握其主要要求，在保證主要要求的前提下，盡量滿(mǎn)足其他要求。 1.3 本設(shè)計(jì)的預(yù)期工作 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)是在常溫下對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，進(jìn)氣壓力為大氣壓，壓縮后排氣壓力為1.1MPa，排氣量不低于0.5 m3/min。為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和技術(shù)要求，綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用V型兩級(jí)壓縮，有油淪滑，冷卻方式為風(fēng)冷式。 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括進(jìn)行總體方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算、動(dòng)力學(xué)計(jì)算、飛輪設(shè)計(jì)、主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及必要的強(qiáng)度校核計(jì)算、動(dòng)平衡設(shè)計(jì)計(jì)算等。其中總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面主要包括結(jié)構(gòu)方案選擇、氣缸排列形式、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)選擇、級(jí)數(shù)選擇、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、行程的確定和驅(qū)動(dòng)選擇；熱力學(xué)計(jì)算方面主要是通過(guò)各級(jí)排氣壓力、排氣溫度和各級(jí)排氣系數(shù)的計(jì)算來(lái)確定各級(jí)氣缸形成容積和氣缸直徑及活塞力和軸功率，從而選擇電機(jī)型號(hào)；零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面主要包括活塞組件的設(shè)計(jì)、曲軸結(jié)構(gòu)、連桿設(shè)計(jì)和氣缸的設(shè)計(jì)；動(dòng)畫(huà)里學(xué)計(jì)算主要是計(jì)算各級(jí)平均切向力，然后根據(jù)不同方案級(jí)數(shù)的布置進(jìn)行疊加計(jì)算總平均切向力，選擇最優(yōu)方案，確定飛輪距；飛輪設(shè)計(jì)主要包括根據(jù)及其允許的旋轉(zhuǎn)不均度、飛輪距的大小和冷卻所需風(fēng)量，參照工廠圖紙進(jìn)行尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)的基本步驟：（1）選擇結(jié)構(gòu)方案，主要參數(shù)，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方式和大體確定附屬設(shè)備布置。（2）壓縮機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)是否先進(jìn)，可否滿(mǎn)足使用要求根本取決于總體設(shè)計(jì)階段考慮的是否恰當(dāng)?shù)取Ｈ绻紤]不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致先天不足其消除時(shí)十分困難。故此，總體設(shè)計(jì)十分重要，故先要搜集國(guó)內(nèi)同類(lèi)型或相近的資料，進(jìn)行研究比較提出合理方案，再進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，動(dòng)力計(jì)算，初步選擇主要零件的尺寸，在分析研究的基礎(chǔ)上選出最符合要求的方案，最后繪出縱橫剖面圖和外形布置圖等盡量清楚明了。 2.1 結(jié)構(gòu)方案選擇 活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成：機(jī)器的型式、級(jí)數(shù)和列數(shù)以及各級(jí)氣缸在列中的排列和各列間曲柄錯(cuò)角的排列。 (1)機(jī)器的型式。無(wú)特殊說(shuō)明機(jī)器的型式均是帶十字頭的對(duì)稱(chēng)平街型壓縮機(jī)。 (2)級(jí)數(shù)的選擇和各級(jí)壓力比的分配原則。工業(yè)用的氣體，有時(shí)需要較高的壓力，需采取多級(jí)壓縮。在選擇壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)時(shí)，一般應(yīng)遵循下列原則：使壓縮機(jī)消耗的功最小、排氣溫度應(yīng)在使用條件許可的范圍內(nèi)、機(jī)器重量輕、造價(jià)低。要使機(jī)器具有較高的熱效率，則級(jí)數(shù)越多越好(各級(jí)壓力比越小越好)。然而級(jí)數(shù)增多，則阻力損失增加，機(jī)器總效率反而降低，結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，造價(jià)便大大上升。因此。必須根據(jù)壓縮機(jī)的容量和工作特點(diǎn)，恰當(dāng)?shù)剡x擇所需的級(jí)數(shù)和各級(jí)壓力比。 (3)各級(jí)氣缸在列中的排列。在活塞式壓縮機(jī)中，一個(gè)連桿所對(duì)應(yīng)的氣缸活塞組即為一列[6]。壓縮機(jī)按列數(shù)的多少分成單列和多列兩類(lèi)。對(duì)稱(chēng)平衡型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機(jī)，而且列數(shù)通常是偶數(shù)。各級(jí)氣缸的排列應(yīng)根據(jù)下述原則進(jìn)行：要求各列往返止點(diǎn)的活塞力相等；盡可能使氣體的內(nèi)泄漏和外泄漏盡可能??；應(yīng)該使得級(jí)間設(shè)備和管道得到較有利的布置，以便降低流動(dòng)阻力損失和減小氣流脈動(dòng)；要使氣缸、活塞和氣閥的裝拆方便。 2.1.1 氣缸排列形式 壓縮機(jī)氣缸的排列多種多樣：臥式、立式、L型、V型、W型、星型和對(duì)稱(chēng)平衡型[7]。 臥式及對(duì)稱(chēng)平衡型壓縮機(jī)較多用于大、中型壓縮機(jī)；立式僅用于中小型且中型壓縮機(jī)主要用于無(wú)油淪滑；L型、V型、W型、星型等角度式壓縮機(jī)適用于中小型和微型。 L型、V型、W型、星型等角度式壓縮機(jī)共同優(yōu)點(diǎn)： 本設(shè)計(jì)屬于微型壓縮機(jī)常規(guī)設(shè)計(jì)，考慮設(shè)計(jì)參數(shù)和市場(chǎng)現(xiàn)狀選用V型結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)中相鄰氣缸中心線(xiàn)可以選擇90°、75°、60°等，其中以90°平衡最佳，兩級(jí)往復(fù)質(zhì)量相等，一階往復(fù)慣性力合力為定值，且始終處于曲柄方向，因此可以在曲柄相反方向用裝平衡重的方法來(lái)平衡。當(dāng)兩列不為90°時(shí)，用裝平衡重的方法只能平衡掉一階往復(fù)慣性力合力的一部分。在這種情況下往復(fù)慣性力合力的方向與曲柄方向是不一致的[8]。 故本設(shè)計(jì)采用氣缸夾角為90°。 2.1.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 活塞式壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有：無(wú)十字頭和有十字頭兩種。無(wú)十字頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊及其高度較低，相應(yīng)的機(jī)器重量較輕，一般不需要專(zhuān)門(mén)的淪滑機(jī)構(gòu)。但是只能做成單作用缸，氣體泄漏量較大，氣缸工作表面所受側(cè)向力較大，因而活塞易磨損，另外，氣缸中的淪滑油量也不好控制。其一般只用于立式、V型、W型和扇形結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓縮機(jī)功率大于（120~150）kW 時(shí)，無(wú)十字頭壓縮機(jī)重量超過(guò)有十字頭，而結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。因此，無(wú)十字頭壓縮機(jī)只在小功率范圍內(nèi)使用。小型壓縮機(jī)注重緊湊便于搬動(dòng)，多選用無(wú)十字頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 帶十字頭的特點(diǎn)有：工作表面不承受連桿帶來(lái)的側(cè)壓力，所以氣缸與活塞間摩擦和磨損較小，從分利用氣缸容積，輪滑油易于控制，可以設(shè)置填料函，故氣體泄漏量較小。但是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高度和重量也增加。特別是工藝流程的壓縮機(jī)，要求機(jī)械長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，所以多用帶十字頭的壓縮機(jī)。我國(guó)固定式動(dòng)力用空壓機(jī)，排量在（10~100）m3/min動(dòng)率在（60~630）kW之間時(shí)用帶十字頭結(jié)構(gòu)。化工石油部門(mén)工藝流程中使用都是帶十字頭的[9]。 本設(shè)計(jì)為功率較小的V型空氣壓縮及設(shè)計(jì)，考慮到以上因素采用無(wú)十字頭的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2.1.3 級(jí)數(shù)選擇及各級(jí)壓力比分配 工業(yè)用氣體有較高的壓力，多采用多級(jí)壓縮，這樣可以降低排氣溫度，提高氣缸容積系數(shù)，降低作用在活塞上的活塞力也節(jié)省功率消耗。 選擇級(jí)數(shù)的一般原則是：節(jié)省功率，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕成本低及操作維修方便，有時(shí)主要是滿(mǎn)足工藝流程上的特殊要求，例如排氣溫度不得超過(guò)允許值，某級(jí)間壓力符合工藝上對(duì)中間抽氣壓力的要求等。對(duì)不同的壓縮機(jī)，選擇級(jí)數(shù)的原則各有側(cè)重，例如化工上常用的大、中型壓縮機(jī)，首先是以省功和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠為第一要求，同時(shí)排氣溫度不應(yīng)過(guò)高，一般級(jí)壓力比均取在2~4之間。間歇使用的小型壓縮機(jī)，其基本要求則是機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、質(zhì)量輕及成本低，而功耗卻處于次要地位，所以這種壓縮機(jī)可適當(dāng)提高級(jí)的壓力比以減少級(jí)數(shù)。對(duì)于易燃、易爆等特殊氣體及無(wú)油潤(rùn)滑的壓縮機(jī)，級(jí)數(shù)選擇主要是受排氣溫度的限制，再兼顧其他原則[10] 本設(shè)計(jì)為2V-0.5/10壓縮機(jī)，根據(jù)市場(chǎng)常用壓縮機(jī)形式與宜采用的級(jí)數(shù)關(guān)系，選擇級(jí)數(shù)為二級(jí)。 對(duì)于壓縮比的分配，則以省功為主。研究表明，兩級(jí)壓縮當(dāng)其兩級(jí)壓縮比相等時(shí)可獲得最小指示功，則此壓縮比即為省功的最佳壓力比，但是，實(shí)際壓縮存在損失余隙影響有熱交換及回冷不完善等情況，故實(shí)際上最佳壓力比分配并不是等壓縮比分配，但各級(jí)名義壓縮比的乘積仍等于總壓縮比即： （2.1） 2.1.4 列數(shù)的選擇 活塞式壓縮機(jī)的一個(gè)連桿所對(duì)應(yīng)的氣缸活塞組即為一列。 壓縮機(jī)按列數(shù)的多少分成單列和多列兩類(lèi)，其列數(shù)的選擇主要取決于排氣量、排氣壓力、機(jī)器的型式和級(jí)數(shù)。立式結(jié)構(gòu)和臥式結(jié)構(gòu)可以制成單列和多列壓縮機(jī)；對(duì)稱(chēng)平衡型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機(jī)，且列數(shù)通常是偶數(shù)；對(duì)置型結(jié)構(gòu)卻制成多列壓縮機(jī)。V型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機(jī)。 各級(jí)氣缸的排列應(yīng)根據(jù)下述原則進(jìn)行：要求各列往返止點(diǎn)的活塞力相等；盡可能使氣體的內(nèi)泄漏和外泄漏盡可能?。粦?yīng)該使得級(jí)間設(shè)備和管道得到較有利的布置，以便降低流動(dòng)阻力損失和減小氣流脈動(dòng)；要使氣缸、活塞和氣閥的裝拆方便。 本設(shè)計(jì)采用V型結(jié)構(gòu)，多列壓縮機(jī)單重V型結(jié)構(gòu)。 2.2 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的確定 轉(zhuǎn)數(shù)和行程的選取對(duì)機(jī)器的尺寸、制造難易和成本有重大影響，并且還直接影響機(jī)器的效率、壽命和動(dòng)力特性。轉(zhuǎn)數(shù)、行程和活塞平均速度的關(guān)系式如下： (2.2) 式中: ——活塞平均速度(m/s)； n——壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(r/min)； S——活塞行程(m)。 壓縮機(jī)按其轉(zhuǎn)速可以分為低速、中速和高速三種。雖然單從轉(zhuǎn)速出發(fā)而不顧及壓縮機(jī)的尺寸大小來(lái)衡量其高速性是不全面的，因而需要依據(jù)一些原則，但由于設(shè)計(jì)的為微型壓縮機(jī)，為是結(jié)構(gòu)緊湊，只能采取較小行程，較高轉(zhuǎn)數(shù)，但活塞平均速度較低，近代壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速通常在以下范圍：微型和小型（1000~3000）r/min；中型（500~1000）r/min；大型（250~500）r/min。 綜合考慮壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速取 n=1000 r/min. 2.3 氣閥的選取 氣閥是活塞式壓縮機(jī)的重要部件之一，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： (1)使用壽命長(zhǎng)(只閥片和彈簧的壽命長(zhǎng))； (2)氣體通過(guò)氣閥時(shí)能量損失小； (3)氣閥關(guān)閉時(shí)具有良好的密封性； (4)閥片起、閉動(dòng)作及時(shí)和迅速，且需完全開(kāi)啟； (5)氣閥所引起的余隙容積要小； (6) 還要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，舌簧閥 故綜合考慮壓縮機(jī)氣閥選用舌簧閥。 2.4 壓縮機(jī)輪滑方式的選擇 機(jī)器進(jìn)行淪滑的主要目的如下：（1）減小摩擦功率，降低壓縮機(jī)功率消耗（2）減少潤(rùn)滑部分磨損，延長(zhǎng)零件壽命（3）潤(rùn)滑劑有冷卻作用可以到走摩擦熱，是零件溫度不過(guò)高，防止?jié)櫥课灰罒齻?）做潤(rùn)滑即使有防止零件生銹的作用。 按氣缸是否用油潤(rùn)滑，可分為有潤(rùn)滑和無(wú)油潤(rùn)滑兩種 （1）無(wú)油潤(rùn)滑的特征為由氣缸、缸體、氣缸蓋、連桿、曲軸等組成，采用自潤(rùn)滑材料制成，不用添加潤(rùn)滑油排除氣體不含油污，使壓縮機(jī)的工作環(huán)境更加廣泛，適用于一切需要高凈化行業(yè)中。 （2）有油潤(rùn)滑大體又可分為兩種：飛濺式和壓力潤(rùn)滑。飛濺潤(rùn)滑多用于小型無(wú)十字頭壓縮機(jī)中，其特點(diǎn)是氣缸和運(yùn)動(dòng)部件的潤(rùn)滑面都靠裝在連桿上的甩桿油，將油甩起飛濺到潤(rùn)滑部位，氣缸和運(yùn)動(dòng)部件的潤(rùn)滑劑只能采用一種潤(rùn)滑油，氣缸內(nèi)帶油量較大。壓力輪滑多用于大、中型帶十字頭的壓縮機(jī)。 因?yàn)楸緣嚎s機(jī)為微型壓縮機(jī)，小成本故采用有油潤(rùn)滑中的飛濺潤(rùn)滑。 2.5 壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng) 活塞式壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)方式與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)的選擇有著密切的關(guān)系，在選擇壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)時(shí)，應(yīng)該同時(shí)考慮驅(qū)動(dòng)方式的選擇?；钊綁嚎s機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)可分三類(lèi)； (1)電動(dòng)機(jī)，比如異步交流電動(dòng)機(jī)或同步交流電動(dòng)機(jī)； (2)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，比如內(nèi)燃機(jī)或蒸汽機(jī)； (3)旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)，比如燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)。 在活塞式壓縮機(jī)中，用很最普遍的是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這里根據(jù)活塞式壓縮機(jī)的軸功率來(lái)選取電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)裝置為三角帶傳動(dòng)。 3 熱力學(xué)計(jì)算 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 熱力學(xué)計(jì)算的任務(wù)：根據(jù)氣體壓力、容積和溫度之間存在的熱力學(xué)關(guān)系，結(jié)合壓縮機(jī)的具體特性和使用要求確定壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)型式及合理的熱力參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。 3.2 結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)確定 結(jié)構(gòu)型式：V型壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3.1和圖3.2。 圖3.1 V型壓縮機(jī) V型兩級(jí)壓縮 圖3.2 V型壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 3.3 行程的確定 轉(zhuǎn)數(shù)、行程和活塞平均速度的關(guān)系式如下： （3.1） 式中: Cm——活塞平均速度 m/s； n ——壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù) r/min； S——活塞行程m。 活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，在一定的參數(shù)和使用條件下，首先應(yīng)考慮選擇適宜的活塞平均速度， 一般說(shuō)來(lái)，微型和小型壓縮機(jī)，為使結(jié)構(gòu)緊湊，而只能采用較小行程，雖有較高轉(zhuǎn)數(shù)，但活塞平均速度卻較低，只有2m/s左右。個(gè)別小型壓縮機(jī)由于氣閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)，也可高達(dá)6m/s 。 在一定的活塞速度下，活塞行程的選取，與下列因素有關(guān)： 1． 氣量的大小 2． 機(jī)器的結(jié)構(gòu)型式 3． 氣缸的結(jié)構(gòu)。 在常壓進(jìn)氣時(shí)，一般當(dāng)轉(zhuǎn)速低于500r/min時(shí)，=0.4～0.7（D1為Ⅰ級(jí)氣缸直徑）；轉(zhuǎn)速高于500r/min時(shí)，=0.32～0.45。 現(xiàn)代活塞式壓縮機(jī)的行程與活塞力之間，按統(tǒng)計(jì)與分析，有下列關(guān)系： S=A （3.2） 式中: P——活塞力， N； A——系數(shù)，其值在0.065~0.095之間，較小值相應(yīng)于短行程的機(jī)器，較大值相應(yīng)于長(zhǎng)行程的機(jī)器。 選擇壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，通常應(yīng)遵循慣性力不超過(guò)活塞力原則（因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)部件的強(qiáng)度是按活塞力來(lái)計(jì)算的）。 一般說(shuō)來(lái)，活塞力較大的機(jī)器，轉(zhuǎn)數(shù)相應(yīng)較低，此外，由于各種結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)的動(dòng)力平衡性不同，所以轉(zhuǎn)數(shù)也會(huì)有區(qū)別。 壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)機(jī)相連時(shí)，應(yīng)參照驅(qū)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)。 近代壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)n通常在下列范圍： 微型和小型： 1000r/min～3000r/min 中型： 500r/min～1000r/min 大型： 250r/min～500r/min 由于選取轉(zhuǎn)速為1000 r/min可得出壓縮機(jī)的活塞平均轉(zhuǎn)速，根據(jù)以上要求，行程確定如下：行程：s=0.065m 3.4 級(jí)數(shù)選擇、各級(jí)名義壓力比分配和實(shí)際壓力比 根據(jù)已知的進(jìn)、排氣壓力，初步確定名義壓力比[10]。 (3.3) 式中： ——各級(jí)名義壓力比； ——排氣壓力，MPa； ——進(jìn)氣壓力，MPa。 上述結(jié)果是按假設(shè)的理想情況得到的。實(shí)際壓縮機(jī)存在壓力損失、余隙影響、有熱交換及回冷不完善等情況，另外，氣缸直徑圓整也會(huì)引起壓力再分配，故實(shí)際上各級(jí)的壓力比分配并不是等壓力比分配。 在確定各級(jí)壓力比的分配時(shí)往往還需要考慮其他一些因素，例如第I級(jí)常取較小的壓力比，以增大第I級(jí)的容積系數(shù)，目的是確保進(jìn)氣量。最末一級(jí)也常取較小的壓力比，以防止在氣量調(diào)節(jié)時(shí)，末級(jí)壓力比可能增大到超過(guò)一般允許值，造成末級(jí)超溫。由于本設(shè)計(jì)為兩級(jí)壓縮，以側(cè)重防止第二級(jí)超溫為前提?？紤]到風(fēng)冷效果不如水冷，為降低中冷負(fù)擔(dān)，將一級(jí)壓力比適當(dāng)調(diào)低，通過(guò)減小一級(jí)排氣溫度來(lái)間接降低二級(jí)排氣溫度，已達(dá)到緩解中冷負(fù)擔(dān)的目的，故此，一級(jí)壓力比應(yīng)做調(diào)整為： =（0.90~0.95） 適當(dāng)選取計(jì)算為=0.95×3.32 =3.154 則：===3.154×0.1=0.3154 = =3.488 調(diào)整后，各級(jí)名義進(jìn)、排氣壓力比列于表3.1： 表3.1 名義壓力比 級(jí)數(shù) 名義進(jìn)氣壓力 p1（MPa） 名義排氣壓力 p2（MPa） 名義壓力比 ε Ⅰ Ⅱ 0.1 0.3154 0.3154 1.1 3.154 3.488 各級(jí)的實(shí)際吸氣壓力按下式計(jì)算： （3.4） 各級(jí)的實(shí)際排氣壓力按下式計(jì)算： （3.5） 考慮相對(duì)壓力損失，查參考文獻(xiàn)相對(duì)壓力損失圖。查得各級(jí)相對(duì)壓力損失數(shù)據(jù)，計(jì)算各級(jí)實(shí)際吸、排氣壓力和壓力比如下表3.2： 級(jí)數(shù) p1(MPa) p2（MPa） δs δd ps(MPa) pd(MPa) ε' Ⅰ級(jí) 0.1 0.3154 0.05 0.078 0.095 0.3400 3.58 Ⅱ級(jí) 0.3154 1.1 0.038 0.058 0.3034 1.1638 3.84 表3.2 各級(jí)實(shí)際吸排氣壓力和實(shí)際壓力比 3.5 各級(jí)排氣溫度 根據(jù)下式，計(jì)算各級(jí)的排氣溫度： (3.6) 式中： ——各級(jí)排氣溫度，K； ——各級(jí)進(jìn)氣溫度，K； n ——絕熱壓縮過(guò)程指數(shù)。 在實(shí)際壓縮過(guò)程中，對(duì)微、小型壓縮機(jī)，，各級(jí)氣體的等熵指數(shù)近似取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的（雙原子），此處根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值n=0.95和k=1.33。 將計(jì)算結(jié)果列于下表3.3。 表3.3 各級(jí)名義排氣溫度 級(jí)數(shù) 名義進(jìn)氣溫度Ts 名義 壓力比 壓縮指數(shù)n 名義排氣溫度Td ℃ K ℃ K Ⅰ Ⅱ 20 35 293 308 3.154 3.488 1.33 1.33 1.335 1.359 118.2 145.6 391.2 418.6 3.6 各級(jí)氣體的可壓縮性系數(shù) 根據(jù)空氣的氣體性質(zhì)，查空氣的出臨界壓力和臨界溫度值，根據(jù)已求得的吸、排氣溫度和進(jìn)、排氣壓力，且已知當(dāng)壓力不高時(shí)，空氣可作為理想氣體處理。壓縮性系數(shù)均可取為1。 3.7 各級(jí)熱力學(xué)系數(shù) 3.7.1　 容積系數(shù) 容積系數(shù)可按下式進(jìn)行計(jì)算： (3.7) 式中： ——容積系數(shù)； ——壓力比； ——相對(duì)余隙容積； m ——膨脹指數(shù)。 值的大小取決于氣閥在氣缸上的布置方式、壓縮的級(jí)次和氣閥的結(jié)構(gòu)形式以及同一級(jí)次氣缸行程與缸徑之比值等等，一般值在下列范圍內(nèi)：低壓級(jí)=0.07～0.12，中壓級(jí)0.09～0.14，高壓級(jí)0.11～0.16。 在選擇時(shí)，應(yīng)該考慮到： （1） 在相同的活塞線(xiàn)速度和排氣量情況下，高速短行程壓縮機(jī)的相對(duì)余隙容積，要比低轉(zhuǎn)速長(zhǎng)行程壓縮機(jī)的相對(duì)余隙容積大。 （2） 氣閥在氣缸上的布置方式不同，相對(duì)余隙容積不同。氣閥布置在氣缸端面上的相對(duì)余隙容積較小，氣閥徑向布置在氣缸上的相對(duì)余隙容積較大。 （3） 各類(lèi)型氣閥，在安裝直徑相同時(shí)，具有不同的余隙容積。 （4） 一般直徑大的氣缸具有較小的相對(duì)余隙容積。 膨脹過(guò)程指數(shù)m愈小，膨脹所占體積愈大，容積系數(shù)愈小。膨脹過(guò)程指數(shù)的大小除與氣體性質(zhì)有關(guān)外，主要取決于余隙氣體在膨脹過(guò)程中與缸壁的熱交換情況。當(dāng)氣體得到的熱量多時(shí)，膨脹過(guò)程趨于等溫過(guò)程，m較小，就小。若得到的熱量少，則膨脹過(guò)程趨于絕熱過(guò)程，m趨于k，這時(shí)變大。 對(duì)于空氣冷卻式壓縮機(jī)，因?yàn)槭芾滹L(fēng)溫度的限制，不可能將氣體冷卻到一級(jí)進(jìn)氣溫度，導(dǎo)致回冷不完善。因此，其脹過(guò)程指數(shù)m值接近于1。另外，m值還隨氣體性質(zhì)的差異有所不同，膨脹過(guò)程指數(shù)m可根據(jù)進(jìn)氣壓力由表3.4來(lái)確定。 表3.4 不同進(jìn)氣壓力下的膨脹過(guò)程指數(shù)m值 進(jìn)氣壓力（MPa） 等熵指數(shù)k k=1.4 0.15 m=1+0.5(k-1) 1.20 0.15～0.4 m=1+0.62(k-1) 1.25 0.4～1 m=1+0.75(k-1) 1.30 1～3 m=1+0.88(k-1) 1.35 ＞3 m=k 1.40 按照表3.4計(jì)算各級(jí)膨脹過(guò)程指數(shù)： m1 = 1+0.5（k-1）= 1+0.5(1.4-1) = 1.2 m2= 1+0.62（k-1）= 1+0.62(1.4-1) = 1.248 由于采用舌簧閥，根據(jù)以上推薦，選擇一級(jí)和二級(jí)的相對(duì)余隙容積分別為： 于是，各級(jí)的容積系數(shù)分別為： = = 1-0.034(-1)= 0.996 ==1-0.035(-1)=0.9397 3.7.2 壓力系數(shù) 在同一個(gè)進(jìn)氣容積下，氣體壓力愈低，則其中的氣體質(zhì)量愈少，氣體經(jīng)過(guò)進(jìn)氣閥需克服氣閥彈簧力、氣閥通道阻力等，故進(jìn)入氣缸后壓力下降。因而對(duì)進(jìn)氣過(guò)程來(lái)說(shuō)，進(jìn)氣時(shí)壓力的下降，等于損失了進(jìn)氣量，所以可認(rèn)為壓力系數(shù)=表示了由于壓力降低使氣量減小的程度。 按經(jīng)驗(yàn)＝0.95～0.98。 因此，取值如下：=0.96 =0.97。 3.7.3 溫度系數(shù) 溫度系數(shù)表示進(jìn)入氣缸的氣體由于吸熱體積膨脹而使進(jìn)氣量減少的程度。的大小取決于氣體吸熱的多少，吸熱愈多愈小。 影響熱交換的因素很多，即有： (1)壓力比； (2)氣體的性質(zhì)； (3)氣缸的冷卻程度[11]。 值可從參考文獻(xiàn)中查取。并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推薦范圍=0.95～0.98，選擇溫度系數(shù)如下： =0.96 =0.95 3.7.4 泄漏系數(shù) （1）外泄漏 多級(jí)壓縮機(jī)填料函的泄漏都是外泄漏，而且為了保證一定的排氣量，經(jīng)第一級(jí)開(kāi)始到發(fā)生填料函泄漏的所在級(jí)為止所有氣缸都必須加大，以彌補(bǔ)這種外泄漏的損失，另外氣閥的泄漏對(duì)于本級(jí)而言屬于外泄漏 （2）內(nèi)泄漏 多級(jí)壓縮機(jī)中常有部分氣體由高壓級(jí)通過(guò)活塞環(huán)泄漏到低壓級(jí)或級(jí)間導(dǎo)管中（但不是漏到第一級(jí)或一級(jí)入口），在以后的工作循環(huán)中又從該低壓依次被壓向高壓級(jí)，這種在壓縮機(jī)內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)的泄露屬于內(nèi)泄漏。這種內(nèi)泄漏不影響壓縮機(jī)的進(jìn)氣量和排氣量，但是影響循環(huán)流動(dòng)所涉及的各個(gè)級(jí)的進(jìn)入氣量和排出氣量，并且使級(jí)間壓力的分布發(fā)生變化，壓縮機(jī)的功耗也有所增加。 影響多級(jí)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)各級(jí)氣缸泄漏系數(shù)的因素有（1）各級(jí)相對(duì)泄漏點(diǎn)的個(gè)數(shù)，（2）內(nèi)、外泄漏的路線(xiàn)，（3）每個(gè)泄漏點(diǎn)兩側(cè)的壓差。 對(duì)于通過(guò)活塞環(huán)的泄漏還應(yīng)考慮是全循環(huán)泄漏還是半循環(huán)泄漏等，然后選取各種相對(duì)泄漏值。 因此，可參照以下原則選擇： （1）大直徑氣缸，取大些，小直徑氣缸取小些； （2）有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，取大些，無(wú)油潤(rùn)滑時(shí)，取小些； （3）高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)，取大些，低轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)取小些； （4）壓力高或高壓級(jí)，取小些，相反時(shí)可取大些。 參照以上原則，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)取值范圍選擇溫度系數(shù)如下： =0.94 =0.93 3.7.5　排氣系數(shù) 排氣系數(shù)是容積系數(shù)、壓力系數(shù)、溫度系數(shù)和泄漏系數(shù)幾個(gè)系數(shù)的總稱(chēng)，可根據(jù)公式3.11算出： （3.11） 則= 0.996 0.96 0.96 0.94 = 0.863 = 0.9397 0.97 0.94 0.93 = 0.805 3.8 各級(jí)氣缸的行程容積 3.8.1 壓縮機(jī)的排氣量 在壓縮機(jī)排氣端測(cè)得的單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體容積值，換算到壓縮機(jī)吸氣條件下的數(shù)值稱(chēng)為排氣量。排氣量用表示，其單位為m3/min。計(jì)算行程容積時(shí)涉及到兩大系數(shù)。 3.8.2 凝析系數(shù) (1)　凝析的產(chǎn)生 壓縮的氣體中如含有一定量的水蒸汽，這種氣體就為濕氣體。當(dāng)濕氣體中的水汽分壓大于該溫度下的水汽飽和壓力時(shí)，便會(huì)有一部分水汽凝結(jié)成水然后在液汽分離器中分離析出，即所謂凝析。凝析出的水量正是過(guò)飽和的那部分水汽量。這種水汽的凝析常稱(chēng)為水析 [12]。 (2)　水析的條件 根據(jù)前面所述水析的原理，如第I級(jí)排出的氣體經(jīng)冷卻后有水汽冷凝析出，則應(yīng)存在以下關(guān)系式： (3.8) 式中：——I級(jí)進(jìn)氣的相對(duì)濕度，它的定義是： ==； (3.9) 式中： 、——I級(jí)、Ⅱ級(jí)進(jìn)氣溫度下的飽和水蒸汽壓； ——I級(jí)的名義壓力比。 如果計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足，則表明從I級(jí)排出的氣體經(jīng)冷卻后并無(wú)水汽析出。所以上式就是判別氣體中有無(wú)析水的判別式。 （3）凝析系數(shù)的計(jì)算 用公式3.10計(jì)算凝析系數(shù)： （3.10） 式中： 、——I級(jí)及k級(jí)的進(jìn)氣壓力，Pa； 、——I級(jí)及k級(jí)進(jìn)氣溫度下的飽和蒸汽壓，Pa； 、——I級(jí)及k級(jí)進(jìn)氣的相對(duì)濕度。 根據(jù)已知條件查出飽和蒸汽壓=2.337，=7.375。 根據(jù)空氣焓濕圖得I級(jí)相對(duì)濕度=0.65 先根據(jù)式3.10來(lái)判定有無(wú)水析出： I級(jí)無(wú)析水問(wèn)題： Ⅱ級(jí)： 0.65 2.337 0.3154 0.1 = 4.7911< 7.375 Ⅱ級(jí)亦無(wú)水析出； 因此：= 1。 3.8.3 抽（加）氣系數(shù) 抽（加）氣系數(shù)通常針對(duì)大中型工藝壓縮機(jī)而言。小型壓縮機(jī)一般無(wú)無(wú)抽（加）氣問(wèn)題，所以，取壓縮機(jī)的抽（加）氣系數(shù)：由于沒(méi)有抽（加）氣過(guò)程的存在所以： = = 1 3.8.4 行程容積 各級(jí)的行程容積，按下式3.12計(jì)算： （3.12） 計(jì)算、得： = =0.0005974 /次 = =0.000207 /次 3.9 各級(jí)氣缸直徑 根據(jù)氣缸直徑和行程的關(guān)系由下式來(lái)計(jì)算氣缸直徑： m （3.13） 根據(jù)已知的結(jié)構(gòu)參數(shù)，各級(jí)氣缸直徑為： == = 0.1082 m == = 0.0637 m 按照表3.6進(jìn)行圓整，經(jīng)圓整后： = 110 mm = 65 mm 3.10 圓整后各級(jí)名義壓力及溫度 3.10.1　 確定圓整后各級(jí)的實(shí)際行程容積 利用公式3.13，導(dǎo)出公式3.14： = /次 （3.14） 按照上式計(jì)算圓整后各級(jí)的實(shí)際行程容積： == =0.000617 /次 == = 0.000216 /次 3.10.2 各級(jí)壓力修正系數(shù) 按下式計(jì)算： （3.15） 按照上式計(jì)算壓力修正系數(shù)： 一級(jí)吸氣壓力無(wú)需修正 二級(jí)吸氣壓力修正系數(shù)=0.990 3.10.3 修正后各級(jí)名義壓力及壓力比 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.5。 表3.5 修正后各級(jí)名義壓力及壓力比 級(jí) 次 Ⅰ Ⅱ 計(jì)算行程容積， 0.0005974 0.000207 實(shí)際行程容積， 0.000617 0.000216 修正系數(shù) 1 0.990 0.990 名義進(jìn)氣壓力 0.1 0.3154 0.1 0.31225 名義排氣壓力 0.3154 1.1 0.31225 1.1 修正后的名義壓力比 3.1225 3.5228 表3.6 氣缸直徑[9] 3.10.4 修正后各級(jí)排氣溫度 計(jì)算結(jié)果列于表3.7中。 表3.7 修正后的各級(jí)排氣溫度 級(jí)次 進(jìn)氣溫度，K 壓力比ε′ 絕熱指數(shù)n 排氣溫度，K Ⅰ Ⅱ 293 308 3.1225 3.5228 1.33 1.33 1.326 1.367 388.5 421.1 3.11　計(jì)算活塞力 3.11.1　計(jì)算氣缸內(nèi)進(jìn)、排氣過(guò)程的平均壓力 氣缸實(shí)際壓力及壓力比要根據(jù)修正后的名義壓力查詢(xún)對(duì)應(yīng)的相對(duì)壓力損失，相對(duì)壓力損失根據(jù)資料查詢(xún)得： 一級(jí)相對(duì)壓力損失為 = 5%， = 7.8% ； 二級(jí)的相對(duì)壓力損失為 = 3.8%， = 5.8% 。 根據(jù)相對(duì)壓力損失計(jì)算實(shí)際氣缸內(nèi)實(shí)際壓力及壓力比，列于表3.8。 3.11.2 計(jì)算各列活塞力 計(jì)算各列活塞所承受的活塞力要根據(jù)氣缸內(nèi)的實(shí)際壓力和活塞的工作面積，活塞工作面積根據(jù)3.16式計(jì)算： 對(duì)于小型壓縮機(jī)，活塞工作面積為： （3.16） 式中： ——軸側(cè)活塞工作面積，； ——蓋側(cè)活塞工作面積，； D——?dú)飧字睆?，m。 一級(jí)氣缸工作面積： 二級(jí)氣缸工作面積： 計(jì)算各列活塞力，并將計(jì)算結(jié)果列于表3.9。 表3.8 實(shí)際壓力及壓力比 級(jí) 次 修正后名義壓力（MPa） 相對(duì)壓力損失（%） 1- 1+ 氣缸內(nèi)實(shí)際氣體壓力 實(shí)際壓力比 Ⅰ Ⅱ 0.1 0.31225 0.31225 1.1 5 3.8 7.8 5.8 0.95 0.968 1.078 1.058 0.095 0.30226 0.3366 1.163 3.5432 3.8477 表3.9 各列活塞力 級(jí) 次 內(nèi)止點(diǎn)活塞力（MPa） 外止點(diǎn)活塞力（MPa） 軸側(cè)（+） 蓋側(cè)（-） 軸側(cè)（+） 蓋側(cè)（-） Ⅰ Ⅱ 0.1 0.0095 0.00095 0.095 0.0095 0.000903 0.1 0.0095 0.00095 0.3366 0.0095 0.0032 =80 =0.02kN =6330N=-2.25 kN 0.1 0.003317 0.0003317 0.30226 0.003317 0.0010 0.1 0.003317 0.000317 1.163 0.003317 0.0039 =-0.6683 kN =3.6 kN 3.12 計(jì)算軸功率 3.12.1 計(jì)算各級(jí)指示功率及總指示功率 按式3.17： （3.17） 式中： ——指示功率，kW； k——等熵系數(shù)； Z——壓縮性系數(shù)。 多級(jí)壓縮機(jī)指示功率為各級(jí)指示功率之總和。 = 1.43564 + 1.6106 = 3.04624 kW 3.12.2 壓縮機(jī)軸功率 驅(qū)動(dòng)機(jī)傳約壓縮機(jī)主軸的功率稱(chēng)為軸功率，軸功率計(jì)算為： (3.18) 式中： ——軸功率，kW； ——機(jī)械效率，%； 根據(jù)已有機(jī)器的統(tǒng)計(jì)： 小微型不帶十字頭的壓縮機(jī) ＝0.85～0.92 ?。?.90。 kW 3.12.3 所需電機(jī)功率 對(duì)于中、小型壓縮機(jī)，如在驅(qū)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)間有傳動(dòng)裝置(如皮帶、齒輪等)時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)的的輸出功率要考慮附加的傳動(dòng)損失，則驅(qū)動(dòng)機(jī)功率為： （3.19） 式中的為傳動(dòng)效率，一般對(duì)皮帶傳動(dòng)取=0.96～0.99，三角皮帶傳動(dòng)取下限；取=0.96 一般驅(qū)動(dòng)機(jī)還應(yīng)留有5%~15％的儲(chǔ)備功率以防止壓縮機(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耗增加而造成驅(qū)動(dòng)機(jī)負(fù)荷超過(guò)正常工作的需要，所以驅(qū)動(dòng)機(jī)的名義功率應(yīng)為： （3.20） 計(jì)算出驅(qū)動(dòng)機(jī)的名義功率后，可據(jù)此選取合適的驅(qū)動(dòng)機(jī)規(guī)格[13]。 選安全裕度為10%，則： = 3.89 kW 據(jù)此選取電機(jī)規(guī)格為：Y132M1-6 電機(jī)額定功率為：4 kW； 電機(jī)轉(zhuǎn)速為：1000 r/min； 滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為：960 r/min。 4 壓縮機(jī)零部件設(shè)計(jì) 4.1 活塞銷(xiāo)設(shè)計(jì) 4.1.1 活塞銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)形式及選材 活塞銷(xiāo)要有足夠的強(qiáng)度和剛度為連接了活塞和連桿，承受連桿的重量和連桿作用在活塞銷(xiāo)的力。 綜合考慮選擇20Cr。 4.1.2 活塞銷(xiāo)主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定 活塞銷(xiāo)的計(jì)算尺寸如圖4.1所示。 (1) 活塞銷(xiāo)的直徑d (4.1) 式中： d—活塞銷(xiāo)直徑，mm； l0—連桿小軸襯套寬度，l0 =(1.1~1.4) d mm [k2]—活塞銷(xiāo)許用比壓，活塞力始終在一個(gè)方向時(shí)，[k2]≤(120~150)×105 Pa；活塞力的方向有變化時(shí)，[k2]≤(150~250)×105 Pa。 因?yàn)榛钊τ凶兓扇k2]=200×105 Pa，則： 一級(jí)活塞銷(xiāo)：，d≥11.79mm，取d=20 mm 二級(jí)活塞銷(xiāo)：，d≥14.14mm，取d=20 mm。 (2) 計(jì)算彎曲應(yīng)力 把活塞銷(xiāo)看作兩端自由支撐的梁，與連桿接觸長(zhǎng)度l0上承受均布載荷，如圖4.1所示，中間截面Ⅰ—Ⅰ的彎曲應(yīng)力最大，其值為： (4.2) 式中： —彎曲應(yīng)力，MPa； Pmax—最大活塞力，N； l—活塞銷(xiāo)座支撐長(zhǎng)度中點(diǎn)間的距離，mm； l0—連桿小軸襯套寬度，mm； d0—活塞銷(xiāo)中心孔徑，mm。 一般取d0=(0.6~0.7)d=0.7×20=14 mm，取d0=14 mm。由于一級(jí)活塞直徑較大，質(zhì)量也大，只在一級(jí)活塞銷(xiāo)打孔。所選材料20Cr屬于合金鋼，許用彎曲應(yīng)力：合金鋼[]≤150 MPa。一級(jí)活塞銷(xiāo)： MPa，在允許范圍之內(nèi)，符合要求； 圖4.1 活塞銷(xiāo)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及主要尺寸 二級(jí)活塞銷(xiāo)： MPa，在允許范圍之內(nèi)，符合要求。 (3) 連桿部件與活塞銷(xiāo)座的間隙 為使活塞銷(xiāo)受力均勻，連桿部件與活塞銷(xiāo)座之間應(yīng)留出一定間隙，取間隙為=0.5 mm。 (4) 活塞銷(xiāo)總長(zhǎng)L L=2+ 2l′+l0 (4.3) 一級(jí)活塞銷(xiāo)：L=2×0.5+2×37+24=99 mm； 二級(jí)活塞銷(xiāo)：L=2×0.5+2×14+24=53 mm。 (5) 計(jì)算剪切應(yīng)力 截面Ⅱ—Ⅱ上的剪切應(yīng)力為： (4.4) 許用剪切應(yīng)力：合金鋼[]≤100 MPa。 一級(jí)活塞銷(xiāo)： MPa，在允許范圍內(nèi)，符合要求； 二級(jí)活塞銷(xiāo)： MPa 4.2 活塞設(shè)計(jì) 4.2.1 活塞的結(jié)構(gòu)形式及材料選擇 本次活塞式壓縮機(jī)中采用的活塞基本結(jié)構(gòu)型式為筒形活塞，通過(guò)活塞銷(xiāo)與連桿相連。 一、二級(jí)氣缸直徑相差45 mm，選擇一級(jí)活塞材料為ZL100，二級(jí)活塞材料同樣是HT200。 圖4.2 活塞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及主要尺寸 4.2.2 活塞的主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定 (1) 不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時(shí)的活塞高度H′ (4.5) 式中： Nmax—最大側(cè)向力，N，Nmax=λPmax，λ=； Pmax—最大活塞力，N； D—活塞直徑，mm，如圖4.2； [k1]—筒形活塞支撐表面的許用比壓，MPa，[k1]≤(0.15~0.30) MPa， 可取[k1]=0.25 MPa，則 一級(jí)活塞： mm， 二級(jí)活塞： mm， (2) 活塞的總高度H (4.6) 式中：n，m—活塞環(huán)數(shù)和刮油環(huán)數(shù)； h，h3—活塞環(huán)軸向高度和刮油環(huán)軸向高度。 一級(jí)活塞：H≥20.45+2×3.5+1×4.5=31.95 mm； 二級(jí)活塞：H≥55.38+3×2.5+1×4=66.88 mm。 活塞總高度H與活塞直徑D一般關(guān)系為： H=(0.65~1.50)D (4.7) 活塞直徑取缸徑即可： 一級(jí)活塞：D =110 mm，H=1.1D，取H=120 mm； 二級(jí)活塞：D =65 mm，取H=70 mm。 (3) 活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離c c=(1.2~3.0)h (4.8) 一級(jí)活塞： 取c=7.5 mm； 二級(jí)活塞： 取c=5.5mm。 (4）活塞環(huán)之間的距離c1 c1=(0.8~1.5)h (4.9) 一級(jí)活塞：取c1=4.0 mm； 二級(jí)活塞：取c1=3.0 mm。 (5) 群座到底邊的高度L L=0.7H (4.10) 一級(jí)活塞：取L=84 mm； 二級(jí)活塞：取L=49 mm。 (6) 活塞銷(xiāo)中心線(xiàn)到底邊的距離h1 h1=0.6L (4.11) 一級(jí)活塞：取h1=50 mm； 二級(jí)活塞：取h1=30 mm。 (7) 活塞銷(xiāo)座處的表面壓力q按下式確定 MPa (4.12) 式中：q—表面壓力，MPa； Pmax—最大活塞力，N； d—如圖4.4所示，為活塞銷(xiāo)外徑，mm； l′—活塞銷(xiāo)在一側(cè)銷(xiāo)座中的支撐長(zhǎng)度，mm，如圖4.3。 表面壓力的許用值：活塞銷(xiāo)在銷(xiāo)座中緊固支撐，鑄鐵活塞[q]≤(30~40 )MPa。 一級(jí)活塞：d=20 mm(見(jiàn)活塞銷(xiāo)設(shè)計(jì))，取l′=37 mm，則： MPa，在允許范圍之內(nèi)，符合要求； 二級(jí)活塞：d=20 mm(見(jiàn)活塞銷(xiāo)設(shè)計(jì))，取l′=