20m3minL型空氣壓縮機結(jié)構(gòu)設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計論文.doc

摘 要空氣壓縮機是一種用來壓縮空氣、提高氣體壓力或輸送氣體的機械。此次設(shè)計的內(nèi)容包括壓縮機的總體、氣缸及基本部件的設(shè)計。主要通過熱力計算和動力計算來確定壓縮機的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計和各零部件的設(shè)計。同時側(cè)重對曲軸、連桿進行了設(shè)計，繪制了壓縮機的總裝圖，曲軸、連桿的零件圖。在本設(shè)計中采用了國內(nèi)常用的三、六瓣平面填料密封，很好地滿足了密封要求。關(guān)鍵詞：活塞；壓縮機；設(shè)計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目錄摘要IABSTRACTII第1章 緒論11.1 空壓機概述11.2 活塞式壓縮機簡介11.3 空壓機行業(yè)現(xiàn)狀21.4 空壓機的發(fā)展目標、重點與趨勢21.4.1 發(fā)展目標21.4.2 發(fā)展重點31.4.3 發(fā)展趨勢3第2章 熱力計算52.1 設(shè)計要求52.2 壓縮機基本參數(shù)選擇5 2.2.1 級數(shù)、壓力比、轉(zhuǎn)速選擇52.2.2 各項系數(shù)選擇52.3 確定缸徑102.4 復算壓力比或調(diào)整余隙容積112.5 計算活塞力132.6 計算排氣溫度142.7 計算功率142.8 等溫效率15第3章 動力計算163.1 壓縮機中的作用力163.1.1 慣性力計算173.1.2 慣性力圖183.1.3 往復摩擦力193.1.4 氣體力計算203.1.5 切向力223.2 飛輪距確定26第4章 零部件設(shè)計274.1 曲柄尺寸設(shè)計274.1.1 曲軸設(shè)計基本原則274.1.2 曲軸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計274.2 連桿尺寸設(shè)計274.3 氣缸部分設(shè)計28第5章 潤滑325.1 氣缸潤滑325.2 曲軸、連桿潤滑32第6章 結(jié)論33參考文獻34致謝3519四川理工學院畢業(yè)設(shè)計第1章 緒論1.1 空壓機概述 現(xiàn)代工業(yè)中，壓縮氣體的機器用得愈來愈多。各種型式的壓縮機，按工作原理區(qū)分為兩大類，即速度型和容積型。速度型壓縮機靠氣體在高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用下，得到巨大的動能，隨后在擴壓器中急劇降速，使氣體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閯菽?壓力能)。容積型壓縮機靠在氣缸內(nèi)作往復或回轉(zhuǎn)運動的活塞，使容積縮小而提高氣體壓力?？諝鈮嚎s機的種類很多，按工作原理可分為容積式壓縮機，速度式壓縮機，容積式壓縮機的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力；速度式壓縮機的工作原理是提高氣體分子的運動速度，使氣體分子具有的動能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。常用的空氣壓縮機有活塞式空氣壓縮機，螺桿式空氣壓縮機（螺桿式空氣壓縮機又分為雙螺桿式空氣壓縮機和單螺桿式空氣壓縮機）；離心式空氣壓縮機以及滑片式空氣壓縮機；渦旋式空氣壓縮機。1.2 活塞式壓縮機簡介前后前后0.38570.380.11620.11870.24660.250.047030.04836由于一級氣缸缸徑圓整變小是一級排氣壓力要成比例降低，降低率：由于二級氣缸缸徑圓整變大使一級排氣壓力要成反比例降低，降低率：故一級壓力比變?yōu)椋合鄳?yīng)的二級壓力比變?yōu)椋阂部梢杂谜{(diào)整相對余隙容積的辦法，維持壓力比不變，即因第一級缸直徑縮小了，相隨余隙容積也相應(yīng)縮小，使吸進的氣量不變；第二級直徑增大了，相對余隙容積也增大了，使二級吸進的氣量也不變。由此可得一級新的相對余隙容積：二級新容積系數(shù)：二級新相對余隙容積：本計算中取調(diào)整相對余隙容積。2.5 計算活塞力1.進、排期相對壓力損失：表2-7 壓力損失對照表 根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)差得： 2.氣缸實際進、排氣壓力：；3.最大活塞力軸側(cè)和蓋側(cè)活塞面積如下表：表2-8 活塞面積表級數(shù)軸側(cè)蓋側(cè)第一級0.11870.1194第二級0.048360.04906最大活塞力（以連桿受拉伸為正）如下表；表2-9 活塞力表 級數(shù)活塞在外止點活塞在內(nèi)止點一級二級2.6 計算排氣溫度取壓縮指數(shù)： 排氣溫度：；153.1 160 滿足設(shè)計要求。2.7計算功率 Kw； Kw;總的指示功率：Ni=16.4+42.13=58.53 Kw；取機械效率：軸功率：； 驅(qū)動機傳給壓縮機曲軸的實際功率稱為壓縮機的軸功率。軸功率由以下二部分組成: 1)壓縮機的指示功率。 2)克服壓縮機運動部件各摩擦部分所需的摩擦功率。 3)由壓縮機曲軸直接馭動的附屬機構(gòu)所需的功率。:在壓縮機中常常將潤滑油泵和注油器(空冷式的壓縮機則還有風扇)直接聯(lián)結(jié)在壓縮機的主軸上，它們所消耗的功率很難單獨分開計算.所以往往計算在壓縮機軸功率內(nèi)。如果附屬機構(gòu)不接在曲軸上，則壓縮機軸功率不包括這些部分所消耗的功率，在比較壓縮機軸功率時應(yīng)注明。電動機功率取75 Kw，功率剩余度為17%。2.8 等溫效率在衡量壓縮機經(jīng)濟性時，對于水冷式壓縮機常用等溫效率;風冷式壓縮機以及壓縮高臨界溫度(臨界溫度近常溫)氣體的壓縮機常用絕熱效率。各級等溫壓縮功率： =； =；總的等溫指示功率：；等溫指示效率：85.56%；等溫軸效率：80.43%；第3章 動力計算3.1 壓縮機中的作用力 壓縮機中俄作用力分析，是進行壓縮機零件強度和剛度計算的依據(jù)，也是判斷這些力對壓縮機裝置影響的基礎(chǔ)。 壓縮經(jīng)運算： (3-1) 式中： -連桿長度 r-曲軸半徑-曲軸半徑和連桿長度之比當曲軸以n（rpm）作等角速度旋轉(zhuǎn)時： rad/s圖3-1 曲柄連桿機構(gòu)示意圖3.1.1 慣性力計算 (3-2)推導可得： (3-4)推導可得： (3-5)推導可得： (3-6) (3-10)對上式求時間導可得加速度： (3-11)根據(jù)活塞桿直徑d=30mm，可查得往復質(zhì)量=40 kg。往復質(zhì)量 (3-14)一階慣性力： （同期為曲軸一轉(zhuǎn)） (3-15)二階慣性力： （同期為曲軸半轉(zhuǎn)） (3-16)一般來說： (3-17)在壓縮機中，通常在范圍內(nèi)取值，即。在本次設(shè)計中，取值宜為0.25。在往復慣性力中，一階往復慣性力起主要作用。圖 3-2 慣性力圖3.1.2 慣性力圖 往復慣性力可用分析法和作圖法來求取，分析法根據(jù)在已知往復運動質(zhì)量后，根據(jù)選取的絡(luò)線CD，即表示不同活塞位置時的往復慣性力值。從的往復慣性力與區(qū)間對稱于的縱坐標軸。作圖的精準性可以由CD曲線與橫坐標AB所包圍得正面積與負面積是否相等來衡量。當時，用此法所得的正確性較差。 由熱力計算數(shù)據(jù)可知，3.1.4 氣體力計算 1.活塞力參數(shù)如下表：表3-1 活塞力參照指數(shù)表級數(shù)活塞力P（kg）相對余隙容積余隙容積折和長度蓋側(cè)軸側(cè)吸氣排氣吸氣排氣一級0.115116.111.4二級0.113115.831.42.各圖 3-4 一級氣缸工作容積指示圖 N-壓縮過程指數(shù)。膨脹過程： (3-19) m-膨脹過程指數(shù)。3.1.5 切向力作用在曲柄銷上的連桿力可以分解為兩個方向的分力：垂直與曲柄銷的切向力T與沿曲柄半徑方向的徑向力R。用分析法可按下式計算：切向力曲線圖，作法：在綜合活塞力圖上，沿與橫坐標軸平行的另一輔助線上畫兩個半圓，半圓的直徑等于S，圓心在行程中點。從兩個圓心O開始各向內(nèi)止點方向移過的距離，得另一圓心，由作任一圓，半徑為r，并按每 做半徑分割圓，將焦點投影到活塞力圖的橫坐標上并延長至綜合活塞力曲線圖上，即得各轉(zhuǎn)角所對應(yīng)的活塞長度比例尺R；根據(jù)已定的結(jié)構(gòu)方案，相對列的曲軸錯角為0，相對列的氣缸中心夾角為90，落后90，故疊加時二級線要落后90，旋轉(zhuǎn)摩擦力計算，并加入總切向力中； 第4章 零部件設(shè)計4.1 曲柄尺寸設(shè)計4.1.1 曲軸設(shè)計基本原則： 1，曲軸的軸頸要有適當?shù)某叽纾古溆玫妮S承能有勝任的負荷能力。2.曲軸要有足 cm取曲柄銷直徑D=110mm主軸頸直徑： mm取主軸頸直徑120mm曲柄厚度： mm取曲柄厚 i.應(yīng)具有足夠的強度和剛度。工作表面具有良好的耐磨性。 2.要有良好的冷卻;在有油潤滑的氣缸中。工作表面應(yīng)有良好的潤滑狀態(tài)。 3.盡可能減小氣缸內(nèi)的余隙容積和氣體阻力。 4.結(jié)合部分的連接和密封要可靠。 5.要有良好的制造工藝性和裝拆方便。6.氣缸直徑和閥座安裝孔等尺寸應(yīng)符合“三化，要求。氣缸因工作壓力不同而選用不同強度的材料，工作服力低于60公斤/厘米a的氣缸用鑄鐵制造。工作壓力低于200公斤/座米，的氣缸用鑄鋼或稀土球墨鑄鐵制造。工作壓力更高的氣缸則用碳鋼或合金鋼制造。 鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能，對氣缸結(jié)構(gòu)形狀的限制較小，所以鑄鐵氣缸的形式較多。中型和大型壓縮機的鑄鐵氣缸，多為形狀復雜的雙層壁或三層壁的鑄件。雙層壁氣缸具有突起的閥室，其余部分由水套包圍著氣缸工作容積。二層壁氣缸除了構(gòu)成工作容積的層壁外，還有形成水套和閥室的第只層S以及形成連通閥室的氣體通道的第三層壁。 鑄鐵氣缸可以作成兩頭都帶蓋的開式結(jié)構(gòu)或一頭帶蓋一頭封閉的閉式結(jié)構(gòu)開式結(jié)構(gòu)能改善鑄造工藝，氣缸鏡面的加工精度容易得到保證，而且可以減小鑄造應(yīng)力和溫度，小直徑形狀簡單的稀土球墨鑄鐵氣缸可以達到較高的工作壓力。鑄鋼的澆鑄性能比鑄鐵差，不允許做成形狀復雜的氣缸，而且，為提高鑄鋼川的利用率，還要求氣缸的各部位便于檢查和焊補存在的缺陷，因此，鑄鋼氣缸的形狀只能設(shè)計得比鑄鐵氣缸似單。鑄鋼氣缸有時采用分段焊接的方法制成，這樣容易保證形狀較為復雜的雙作用氣缸的鑄造質(zhì)量。鍛制氣缸大塊形狀簡單的鍛件制造。顯然不可能鍛制出所需要的，切通道，而只能車機械加工來獲得，所以，氣缸的形狀必須非常簡單。在許多情況下高壓氣缸由可分的氣閥頭的鍛件或鑄件與鍛制的氣缸體組合而成氣缸的分開部分是用螺栓或焊接結(jié)合而成一體的。這樣可減小鍛件的尺寸，鍛造比較容易因而能得到強度較高的鍛件。壓力超過1000公斤/平方厘米的超高壓氣缸，為了提高氣缸的強度，常采用多層壁組合氣缸。 為廠保證工作的可靠性壓縮機列中的所有氣缸，以及氣缸與十字頭的中心線都要有較高的同心性。為此，氣缸上一般都設(shè)有定位凸肩，定位凸肩導向面應(yīng)與氣缸工作表面同心而其接合平面要與中心線垂直。 氣缸中孔的內(nèi)圓表面，為氣缸的工作表面，供活塞在其中作往復運動，并保朽滑動部分的氣密性以形成所需的壓縮容積。 為了保證活塞對氣缸工作表面的可靠密封，須將活塞環(huán)運動時掃過的氣缸工作表面精密加工。工作表面的長度應(yīng)滿足這樣的要求;即活塞在內(nèi)、外止點位置時，相應(yīng)的最第5章 潤滑壓縮機各摩擦面，除采用自如版畫材料外，都需進行潤滑。潤滑劑大多數(shù)是液體，液體潤滑劑不僅能潤滑摩擦表面、減少摩擦和磨損，而且在氣缸中還能起阻塞液體的作用，機身重對摩擦表面清潔和冷卻，以帶走摩擦所造成的磨屑和有摩擦產(chǎn)生的熱量。5.1 氣缸潤滑按潤滑油達及氣缸鏡面的方式，氣缸潤滑可分為飛濺潤滑、壓力潤滑和噴霧潤滑三種。本次設(shè)計采用壓力潤滑。壓力潤滑中，潤滑油由專門的注油器在壓力下注入氣缸，多用于具有十字頭的壓縮機。注油點和注油量可以控制，適應(yīng)用廣泛的一種潤滑方式。5.2 曲軸、連桿潤滑 這部分的潤滑主要是主軸承和主軸頸，連桿大頭瓦和曲柄銷，活塞或十字頭銷和連桿小頭套，以及十字頭和滑道等副摩擦。 這部分潤滑方式采用壓力潤滑，壓力潤滑靠油泵將潤滑油輸至摩擦面。潤滑油由集油器進入，經(jīng)油泵后送至濾清器，然后導入曲軸的油孔中并送至各潤滑面。在油泵和濾清器之間應(yīng)裝置調(diào)節(jié)壓力的回油閥，使油壓力可借彈簧調(diào)整，以防止油泵供油量大于各摩擦面間最大通過面時，使壓力過高，導致破壞事故；同時也防止濾清器出現(xiàn)類似情況。第6章 結(jié)論第6章 結(jié)論本設(shè)計為常規(guī)設(shè)計，按照設(shè)計任務(wù)書提供的原始數(shù)據(jù)和工藝要求進行計算的。通過熱力計算和動力計算確定壓縮機第一級氣缸直徑為380mm，二級氣缸直徑為250mm，采用75kw電動機帶動，以及曲柄、連桿等其它零部件尺寸，并完成壓縮機的整體設(shè)計。經(jīng)由本次設(shè)計，可以得一些壓縮機相關(guān)結(jié)論：1.往復式活塞壓縮機依靠氣缸中活塞往復壓縮氣體體積而提高其壓力。具有適應(yīng)范圍廣、熱效率高、適應(yīng)性較強等特點。但其往復慣性力較大，使得轉(zhuǎn)速不高，故而機器笨重，大排量時尤甚。另外易損件較多，是維修工作量較大。因此活塞式壓縮機主要適用于中、小流量而壓力較高的場合。2.活塞壓縮機是在高溫高壓的條件下劇烈運動，所以對零部件的強度和剛度要求較高。3.良好的密封性能和冷卻系統(tǒng)能提高壓縮機效率。本設(shè)計中密封裝置采用國內(nèi)常用的三、六瓣平面填料密封；冷卻系統(tǒng)采用水冷，在兩極之間設(shè)置中間冷卻器。4.壓縮機氣閥、氣流脈動和振動等方面都會影響壓縮機性能。另外氣閥、密封元件等易損部件的壽命也可以提高壓縮機的運轉(zhuǎn)率。參考文獻1 郁永章，活塞式壓縮機.北京：機械工業(yè)出版社，19822 鄭祖斌，通用機械設(shè)備.北京：機械工業(yè)出版社，20043 康 永、張建偉，過程流體機械.北京：化學工業(yè)出版社，20074 王迪生，活塞式壓縮機結(jié)構(gòu).北京：機械工業(yè)出版社，19905 潘永密、李斯特，化工機器.北京：化學工業(yè)出版社，19806 活塞式壓縮機設(shè)計編寫組，活塞式壓縮機設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，19747 汪云瑛、張湘亞，泵和壓縮機.北京：石油工業(yè)出版社，19878 楊惠宗，泵與風機.上海：上海交通大學出版社，19929 周國良，壓縮機維修手冊.北京：化學工業(yè)出版社，201010 徐少明，空氣壓縮機實用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，199411 林 梅，活塞式壓縮機原理.北京：機械工業(yè)出版社，198712 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