机械毕业设计（论文）-微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目：微型风冷活塞式压缩机（微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计）的设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：高级工程师） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 微型风冷活塞式压缩 机（W-80）的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成 果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的 内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写 的成果作品。 班 级： 机械 95 学 号： 0923208 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 II I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 微型风冷活塞式压缩机是单作用压缩机，是由气缸、气阀和在气缸中作 往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。在轻纺工业、冶金工业 广泛运用。压缩机由三相异步电动机作为原动机，经“V”型皮带传动，使曲轴 作旋转运动，再通过连杆带动活塞在气缸内作往复运动。空气由进气阀吸入 一级气缸，压缩后经排气阀进中间冷却器后再经一级气缸压缩后进入储气罐。 采用自动停机方式控制排气压力，压缩机的冷却主要由兼作风扇的飞轮对气 缸及中间冷却器进行强制对流换热来保证。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1、 根据设计参数进行压缩机的热、动力计算（主要包括缸径的确定，电动机 功率计算及选型，压缩机中的作用力分析，飞轮矩的确定，惯性力和惯性力矩 的平衡）。 2、根据计算结果，确定压缩机结构尺寸，完成总装图。 3、对压缩机主要零件进行强度校核。 II 4、绘制主机总图和主要零件图。 5、查阅相关资料，完成毕业设计说明书一份，不少于 30 页。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 95 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 活塞式压缩机是一种容积式压缩。它是用来提高气体压力和输送气体。目前活塞式 压缩机广泛应用于工业生产中，如石油裂解气的分离、石油加氢精制、气流纺纱、谷物 的气力输送、制冷等领域。 本次设计的压缩机主要用于轻纺工业、冶金工业中。通过了解该压缩机的基本结构 极其工作原理，重点掌握其结构设计，学会所含零部件的结构设计方法及其强度校核方 法。在设计过程中，理论联系实际，我最终了解设计一个机械设备的基本思路和方法。 整个设计过程主要包括三个部分。第一部分是热力计算，包括气缸行程容、最大活 塞力、排气温度、功率和效率以及压缩机其他主要结构尺寸的确定；第二部分是动力计 算与分析，包括曲柄连杆机构的受力情况的分析计算、主要零部件的强度校核以及力矩 平衡；第三部分主要是曲轴的平衡计算。整个设计过程与设计内容是按设计标准要求进 行的，符合工程需求。 关键词：关键词：活塞式压缩机；结构尺寸；行程容积；主要零部件强度校核； IV Abstract Piston type compressor is a new type of compression. It is used to increase the gas pressure and gas transportation. At present, the piston compressor is widely used in industrial production, such as oil gas separation, oil hydrofining, air spinning, grain pneumatic conveying, refrigeration and other fields. The design of the compressor is mainly used for the textile industry, the metallurgical industry. The basic structure of the compressor is working principle, key grasp its structure design, learn the structure design method contained in parts and its strength check method. In the design process, linking theory with practice, I finally understand the basic idea and design method of a mechanical device. The whole design process mainly consists of three parts. The first part is the thermodynamic calculation, including the determination of the cylinder stroke volume, maximum piston force, the other main structure size, power and efficiency as well as the exhaust temperature of compressor; The second part is the dynamic calculation and analysis, including the analysis of force of crank and connecting rod mechanism, the calculation of main parts of the strength check and balance; The third part is the calculation of crankshaft balance. The whole design process and design are carried out according to the design requirements, meet the demands of engineering. Key words: piston compressor; structure; stroke volume; the main parts of the strength check; V 目目 录录 摘 要 -III Abstract-IV 目 录 -V 1 绪论-1 1.1 本课题的研究内容和意义 -1 1.2 国内外的发展概况 -2 1.3 本课题应达到的要求 -3 2 压缩机总体结构的设计-4 2.1 设计原则及设计要求 -4 2.2 结构方案的选择 -4 3 压缩机的热力计算-7 3.1 技术参数 -7 3.1.1 总压力比的确定-7 3.1.2 压缩机级数的确定-7 3.1.3 确定容积系数-7 3.3.4 确定压力系数和温度系数-8 3.3.5 计算泄漏系数-8 3.3.6 初步计算气缸工作容积-8 3.3.7 确定行程、缸径及实际行程容积-8 3.3.8 复算压力比或调整余隙容积-9 3.3.9 计算缸内实际压力，确定最大活塞力-9 3.3.10 计算实际排气温度 -9 3.3.11 计算轴功率-10 3.3.12 等温效率-10 4 压缩机的动力计算 -11 4.1 已知数据整理-11 4.1.1 运动计算 -11 4.1.2 气体力的计算 -13 4.1.3 往复惯性力的计算 -16 4.1.4 摩擦力的计算 -17 4.1.5 综合活塞力的计算及综合活塞力曲线的绘制 -18 4.1.6 切向力的计算及切向力曲线的绘制 -19 4.1.7 飞轮矩的确定 -21 5 主要零部件的分析设计 -24 5.1 运动部件分析计算-24 5.1.1 运动部件分析 -24 VI 5.1.2 曲轴的平衡计算 -25 5.1.3 运动部件受力校核 -26 5.2 工作部件分析计算-30 5.2.1 气阀组件 -30 5.2.2 活塞组件 -31 5.2.3 气缸 -32 6 结论与展望-34 6.1 结论-34 6.2 不足之处及未来展望-34 致 谢 -35 参考文献 -36 微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 压缩机是将低压气体提升为高压的一种从动的流体机械。是制冷系统的心脏，它从 吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管 排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩冷凝膨胀蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环。 首先按照压缩气体的原理，压缩机可区分为容积式和速度式两大类。容积式压缩机 按照活塞运动方式的不同，分为往复活塞式和回转活塞式两种结构形式。本设计采用的 是往复活塞式压缩机，按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机。其制冷剂蒸 气仅在活塞的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次。而双作用压缩机制 冷剂蒸气轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次。所 以同样大小的气缸，双作用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压缩机的结 构较复杂，因而目前大都是采用单作用压缩机。 活塞式压缩机在圆筒形气缸中具有一个可往复运动的活塞，气缸上有控制进、排气 的阀门。当活塞作往复运动时，气缸容积便周期的变化，借以实现气体的吸进、压缩和 排出。 活塞的往复运动，可有多种驱动方式：当原动机主轴作旋转运动时，可通过曲轴连 杆机构图 1-1 把旋转运动转化为往复运动，在压缩机中，这种机构运用最普遍，也可以用 偏心轮连杆机构图 1-2，但是由于偏心轮尺寸不宜过大，故一般仅用于小型压缩机中。 图 1-1 曲轴连杆机构 无锡太湖学院学士学位论文 2 图 1-2 偏心连杆机构 所以本次设计采用曲轴连杆机构。 往复活塞式压缩机的工作原理： 气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。如果 不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失（即理想工作过程） ，则活塞式压 缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和压缩过程、排气过程。 压缩过程：活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关闭状态，气体在密闭的气缸 中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气 压力相等。 排气过程：活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀开 启，气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。 此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。 至此，压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。此后，活 塞又向下运动，重复上述三个过程，如此周而复始地进行循环。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 随着经济的高速发展和科学技术的不断进步，各种压缩机在国民经济各个领域大显 身手。压缩机是原基础材料之一的冶金工业中极为重要的设备；压缩机又是石油化工流 程中的心脏设备，象征国家经济实力的乙烯装置中有所谓“乙烯三机”（裂解气压缩机、 丙烯压缩机、乙烯压缩机），化肥工业中有原料空气压缩机、氮氢混合气压缩机、二氧 化碳压缩机、加氢炼制用氢气压缩机是保证炼油工业出好油，多出油的关键设备，氢气 压缩机也是柴油、汽油等燃油替代技术煤液化装置中的重要设备；原油开采中的开矿、 筑路、制造业需要各种动力用空气压缩机，单机排量可以从/min到100/min以上。 3 1 . 0 m 3 m 微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计 3 车辆的制动、船用内燃机启动，航空发动机的运行都需要各种压缩机，可以说压缩机在 陆海空交通运输工具中都必不可少。压缩机与人民的日常生活更是休戚相关，生产纺织 原料的的化纤厂需要多种压缩机，纺织厂气流纺纱新工艺需要无油空气压缩机，谷物的 气力输送需要低压压缩机，食品工业、制药工业都需要高洁净度的无油压缩机。随着人 民生活水平的不断提高，制冷空调业更是蓬勃兴旺。 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 本次设计的微型压缩机主要用于轻纺工业、冶金工业等等。主要包括三个方面：一 是热力计算，确定行程容积、最大活塞力、排气温度、功率和效率等；二是动力计算， 确定气体力、综合活塞力、飞轮矩等；三是主要零部件的结构设计包括曲轴的平衡计算， 确定主轴颈直径，曲轴的强度校核计算，活塞组件的尺寸确定等等。 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 压缩机总体结构的设计压缩机总体结构的设计 2.1 设计原则及设计要求设计原则及设计要求 本次设计的压缩机需要达到的要求是：排气量：Q=0.52/min；排气压力： 3 m P =0.7MPa；需要达到的标准工况是：进气压力：P =0.1MPa；进气温度：T =20C；进 ds1 气相对湿度：=0.8； 不同场合活塞平均速度也不同，目的是保证运转经济性、可靠性、延长运动部件 寿命。 1 环状阀、网状阀大中型压缩机：3.54.5。 m vsm/ 大中型固定式动力用的空压机：34 m vsm/ 直流阀大中型低压移动式空压机：56 m vsm/ 微型压缩机（转速高，冲程低，速度较低）：1.02.5 m vsm/ 所以本次设计的微型压缩机选取的平均速度为 m v5 . 20 . 1sm/ 根据活塞平均速度： （2.1） 30 sn vm 当速度1.0 时得出 s 的取值范围是 37.5mm93.75mm。所以本次设计选取行 m v 程 s 为 60mm。 同样得出压缩机转速 n 的取值范围是 500r/min1250r/min。所以本次设计选取转 速为 800r/min。 设计要求： 1 （1） 满足用户提出的排气量、排气压力及有关使用条件的要求。 （2） 有足够长的使用生命（压缩机大修时间间隔长） 、足够高的使用可靠性。 （3） 有较高的运转经济性。 （4） 有良好的动力平衡性。 （5） 维修检修方便。 （6） 尽可能采用新结构、新材料、新技术。 （7） 制造工艺性良好。 （8） 机器的尺寸小、重量轻。 2.2 结构方案的选择结构方案的选择 活塞式压缩机的结构方案由下列因素组成： 1 一、机器的形式； 微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计 5 二、级数和列数； 三、各级气缸在列中的排列。 选择压缩机的结构方案时，应根据压缩机的用途，运转条件，排气量和排气压力制 造生产的可行性，驱动方式以及占地面积等条件，从选择机器形式和级数入手，制定出 合适的方案。 一、压缩机的形式可以分为： （1） 立式压缩机 其优点是：主机直立，占地面积小；活塞重量不支承在气缸上，没有因此而产生的 摩擦和磨损：机身受力良好，形状简单，重量轻；转速高，活塞速度大；不装辅助支座。 缺点是：大型时高度大，需设置操作平台，操作不方便；管道布置困难，不易变型。所 以，立式压缩机现仅用于中、小型及微型，使机器高度均处于人体高度便于操作的范围 内，且中型压缩机主要用于无油润滑结构活塞无需支承而仅需向导；此外，级数以 少为宜，以避免管道布置的麻烦。 （2） 卧式压缩机 卧式压缩机包括一般卧式、对称平衡型和对置式。 一般卧式压缩机气缸位于曲轴的一侧，最多只有两列。其优点是：管理维护方便； 运动件和填料函数量小，可避免高压填料函，机身曲轴结构简单；管路布置方便，厂房 低。缺点是：惯性力平衡差，转速低；气缸串联，气缸活塞安装困难。 对称平衡型压缩机的优点是：管理维护方便，管路布置方便；惯性力可完全平衡， 惯性力矩很小或为零，转速大大提高；相对两列活塞力方向相反，压缩机主轴承受力为 二者之差，改善了主轴承和主轴颈的磨损情况，降低摩擦功率；气缸、活塞安装方便， 检修方便。缺点是 2D 型切向力曲线不均匀；H 和 M 型运动部件、填料函、曲轴、机身 结构复杂，机器制造质量要求高。 对置式压缩机是气缸在曲轴两侧不同位的运动。 （3） 角度式压缩机 角度式压缩机是指气缸中心线间有一夹角但不等于 180，有 V 型、L 型、W 型、扇 型等。其优点是结构紧凑，每个曲拐上装有两根以上的连杆，使曲轴结构简单、长度较 短，并可能采用滚动轴承；缺点是大型时高度大。所以角度式压缩机的适用于小、微型 移动式压缩机（无十字头，单作用） 。 单级压缩机，如冷冻压缩机，视气量大小采用 V 型、W 型及扇型均可。 两级压缩机，若采用 V 型和扇型则级的布置较方便。W 型的结构在两级压缩机中也可 看到，并且通常是一级分设两缸中，从而使一、二级的往复质量容易相等，且一级气阀 布置较方便；但与 V 型相比，其缺点是：结构复杂，空间尺寸大，一级连杆强度使用不 充分，一、二级连杆轴瓦的耐久性也不均等。在两列的双作用式压缩机中，也常可见到 L 型结构，L 型可认为是 V 型转置 45，通常水平列气缸的磨损较大，机器的重心与机身 底面形心不易处于一条垂线上，与 V 型相比其管道布置较方便，此外并无什么独特的优 点。 二、级数和列数的选择 无锡太湖学院学士学位论文 6 1、级数的选择 功耗最小，满足排气温度，重量轻，造价低。 2、列数的选择 一般选择多列，因为单列又笨又重。 多列的优点：曲柄错脚合理配置，切向力均匀，飞轮轻，惯性力平衡性好；功率相 同的，列数越多，列的活塞力小，结构轻巧，运动机构轻，原动机，机器本身结构紧凑； 活塞拆装方便。所以本设计采用三列。 三、各列气缸在列中的排列 四大原则： 1、力求各列中最大活塞力相等或相近，力求同一列中内外止点活塞力相等或相近。 2、力求减少气体的内外泄漏。 3、降低流动阻力损失，减少气流脉动。 4、力求制造、装拆、维修方便。 综合上述优缺点及任务参数要求，本次设计的压缩机排气量为 0.52/min 属于微型 3 m 压缩机，考虑到压缩机参数等因素，所以选择角度式压缩机且为 W 型单作用式压缩机如 下图 2.2 所示。 图 2.2W 型压缩机示意图 微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计 7 3 压缩机的热力计算压缩机的热力计算 这一章主要目的是确定功率、气缸行程容积、缸径及活塞行程。 3.1 技术参数技术参数 排气量：Q=0.52/min； 3 m 排气压力：P =0.7MPa； d 进气压力：P =0.1MPa； s 进气温度：T =20C； 1 进气相对湿度：=0.8； 压缩机转速：n=800r/min； 行程：s=。mm60 3.1.1 总压力比的确定总压力比的确定 总压力比为： = （3.1） s d P P 7 1 . 0 7 . 0 所以总压力比为表压=7+1=8。 s 3.1.2 压缩机级数的确定压缩机级数的确定 表 3-1 往复压缩机级数与压力之间的关系 1 终压/MPa0.3-10.6-61.4-153.6-4015-10080-150 级数12345-67 根据排气压力，压缩机的级数确定为单极压缩 3.1.3 确定容积系数确定容积系数 相对余隙容积的大小，很大程度上取决于气阀在气缸上的布置方式，气阀的结构形 式和级次，以及同一级次的行程缸径比等。一般 处于以下范围： 1 低压级：0.070.12 中压级：0.090.14 高压级：0.110.16 单作用式压缩机，如果气阀轴向地配置在气缸盖上，低压级可小至 =0.040.07 高速短行程压缩机，可高达 =0.150.18 小型压缩机的高压级可达 =0.20 而超高压压缩机中可高达 =0.25 本次设计的压缩机为单作用式压缩机，相对余隙容积可以取小一点，选取 为 无锡太湖学院学士学位论文 8 0.02。 表 3-2 按绝热指数确定膨胀系数 1 进气压力 25 /10mN 任意 k 值K=1.40 1.5m=1+0.5（k-1）1.2 1.5-4.0m=1+0.62（k-1）1.25 4.0-10m=1+0.75（k-1）1.30 10-30m=1+0.88（k-1）1.35 30m=k1.4 由表可知 k 为 1.2，此时膨胀系数 m 为 1.1。 容积系数为： =1-（）=0.8876 （3.2） v 1 1 m s 3.3.4 确定压力系数和温度系数确定压力系数和温度系数 根据进气压力接近于大气压力，取压力系数=0.95。 p 根据温度系数与压力比的关系，取温度系数=0.95。 t 3.3.5 计算泄漏系数计算泄漏系数 对于不严密和延迟关闭的气阀：=0.01-0.04，取气阀相对泄漏量为 0.03。 v 对于单作用式气缸的活塞环：=0.01-0.05，取活塞环相对泄漏量为 0.04。 r 所以总相对泄漏量为 0.07。 得泄漏系数： =0.93 （3.3） v l 1 1 3.3.6 初步计算气缸工作容积初步计算气缸工作容积 工作容积： （3.4） 34 10725 . 8 m n Q V ltpv h 3.3.7 确定行程、缸径及实际行程容积确定行程、缸径及实际行程容积 根据排气量和之间的关系： m Q （3.5） 52 . 0 m Q 微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计 9 0.745 （3.6） ltpv （3.7）HnDQm 2 4 3 行程 H 即为 60，转速 n 为 800r/min，代入上式中得缸径 D 为 78.5，所mmmm 以圆整后为 80，且圆整后的实际行程容积为=。mm h V 34 100432 . 9 m 3.3.8 复算压力比或调整余隙容积复算压力比或调整余隙容积 表 3-3 圆整前、后总的活塞有效面积 气缸直径)(mD活塞有效面积（） 2 2 DA 2 m 前后前后 0.08750.080.009670.010048 由于缸径圆整以后变大，使得排气压力要成正比例升高。 提高率： 962 . 0 010048 . 0 00967 . 0 所以压力比变为=。 s s 696 . 7 8962 . 0 调整余隙容积，因为缸径圆整后变大，相对余隙容积也变大，似的吸进的气量要不变。 则： （3.8）854 . 0 962 . 0 8876 . 0 A A vv 所以新的相对余隙容积： （3.9）0259 . 0 1 1 1 m s v 3.3.9 计算缸内实际压力，确定最大活塞力计算缸内实际压力，确定最大活塞力 取进、排气相对压力损失： 075 . 0 s 167 . 0 d 气缸内实际进、排气压力： 255 /10925 . 0 10)075 . 0 1 (mNPs d P 255 /10336 . 9 108)167 . 0 1 (mN 盖侧活塞面积为：010048 . 0 d A 最大活塞力，垂直列上止点处： （3.10） dsd APPF)( 代入数据得最大活塞力为 8.45。KN 无锡太湖学院学士学位论文 10 3.3.10 计算实际排气温度计算实际排气温度 取压缩指数 n=1.3 排气温度： （3.11）n n sd TT 1 代入相关数据得排气温度为 473.45K。 3.3.11 计算轴功率计算轴功率 公式： （3.12）1)1 () 1 ( 60 1 n n shvs n n VP n N 代入已知数据得功率为 3.118。 总的指示功率为 3.118。kW 取机械效率，所以轴功率为：90.0 m kWNz46 . 3 9 . 0 118 . 3 电动机的功率余度取 10%，则计算得所需要的功率是 3.806。所以根据该功kW 率确定电动机额定功率为 4，满载转速为 2890r/min，型号为 Y112M-2。 3 kW 3.3.12 等温效率等温效率 等温压缩功率： （3.13） shvss nP n N 60 代入已知数据得等温压缩功率为 2.141。kW 总的等温指示功率为 2.141。kW 等温指示效率： %=68.67%100 118 . 3 141 . 2 s 等温轴效率： %=63.18%10092 . 0 6867 . 0 s 微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计 11 4 压缩机的动力计算压缩机的动力计算 这一章主要目的有两个方面，一是求得施加在各零部件上的作用力以及这些力与曲 柄转角 间的变化规律。二是确定压缩机所需的飞轮矩。主要作图是气体力指示图、列 的活塞力图、压缩机总切向力图等。 4.1 已知数据整理已知数据整理 动力计算部分需使用热力计算部分所得的结果，先将动力计算所需数据整理如下表： 表 4-1 已知数据 活塞面积)( 2 m g A 0.010048 s P 0.0925 吸入 s P0.1 d P 0.9336 压力Mpa 排出 d P0.8 吸入 K293 温度 排气 K473 相对余隙容积 0.0259 行程)(mms60 余隙容积折合行程)(mmss 0 1.554 指示功率)(kWN3.118 轴功率)(kW Z N3.46 机械效率)( m m 0.90 转速min)/(rn800 曲柄半径)(mmr30 4.1.1 运动计算运动计算 计算活塞位移、速度、加速度。 无锡太湖学院学士学位论文 12 （4.1）sr n /733.83 60 8002 60 2 512. 2733.8303 . 0 r smr/34.210733.8303 . 0 22 取径长比： （4.2） 4 1 120 30 l r 位移： （4.3）)sin11 ( 1 )cos1( 22 xrX g 速度： （4.4）)2sin 2 (sin rv 加速度： （4.5）)2cos(cos 2 ra 表 4-2 活塞位移、速度、加速度 曲柄转角活塞位移活塞速度活塞加速度 )(mmX g )/(smv)/( 2 sma 000262.925 151.270.807248.713 304.961.528208.452 4510.662.090148.733 6017.812.44778.878 7525.732.5838.900 9033.752.512-52.585 10541.262.269-99.98 12047.811.904-131.463 13553.091.462-148.733 15056.920.984-155.867 微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计 13 续表 4-2 曲柄转角活塞位移活塞速度活塞加速度 )(mmX g )/(smv)/( 2 sma 16559.230.493-157.633 180600-157.755 19559.23-0.493-157.633 21056.92-0.984-155.867 22553.09-1.462-148.733 24047.81-1.904-131.463 25541.26-2.269-99.98 27033.75-2.512-52.585 28525.73-2.5838.900 30017.81-2.44778.878 31510.66-2.090148.733 3304.96-1.528208.452 3451.27-0.807248.713 36000262.925 4.1.2 气体力的计算气体力的计算 气体力指示图 各气缸的气体力指示图，一律以活塞行程 s 为横坐标，以气缸中的气体压力 p 为纵坐 标。绘图时首先确定实际的排气压力和实际的进气压力，且它们的数值不变，故 d p s p 得两条水平的直线，即指示图形的上、下两条边。见图 4.1 指示图上的压缩过程曲线和膨胀过程曲线，习惯上都用勃劳厄（Brauer） 法绘制。 无锡太湖学院学士学位论文 14 其步骤如下： （1）在 P-S 坐标系统上，画出表示进气过程和排气过程的过程线和。 s P d P （2）在横坐标上，定出相应于余隙容积折合行程（即所占的假想活塞行程） 。mms554 . 1 0 定出相当于活塞行程 s 的两个限制线，它们和进气过程线及排气过程线的交点是 A 和 D，此两点即为压缩过程线和膨胀过程线的开始点。 （3）自坐标原点 O 开始，做斜线 OE 和 OG，分别和横、纵坐标轴线成 角和 角。角 和角 之间应满足下列关系式： （4.6）1) 1(tgtg m 式中 m 指所作过程曲线的多方指数。 角 可任意选取，但其值越小，则作图点越多，作图的精确性也越高。 一般取。本设计中取 0.25。 值一经确定， 值也随之而定。根据式（4.6） ，25 . 0 tg 在表 4-3 中列出了不同多方指数 m 时，相应于两种值的值。tgtg 表 4-3 不同多方指数 m(n)时，和值对应的值tgtg m1.101.201.251.301.351.40 25 . 0 tg0.2780.3070.3220.3370.3520.369 20 . 0 tg tg 0.2230.2460.2560.2690.2790.291 根据上表当=0.25 时，m=1.1 时，=0.278，得 =14，=15tgtg 当=0.25 时，n=1.3 时，=0.337，得 =14，=19tgtg 作气缸压力指示图如下,力的比例尺。行程的比例尺为。 210 /102mmNmpmmms1 微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计 15 图 4.1 气缸压力指示图 由上图可知膨胀过程线的结束点大致在曲柄转角为 45时，而压缩过程线的结束点大 致在曲柄转角为 285时。 气体力计算： 膨胀过程： （4.7） m j dj xs s PP)( 0 0 进气过程： （4.8） sj PP 压缩过程： （4.9） m j sj xs ss PP)( 0 0 排气过程： （4.10） dj PP 本设计中膨胀系数 m 为 1.1，是活塞位移，代表余隙容积的折合行程，由于本 j x 0 s 设计是单作用式压缩机，所以只考虑盖侧气体力。 盖侧气体力： （4.11） gijgj APP 气体力符号规定：盖侧气体力是活塞杆受压，为负。 表 4-3 盖侧气体力表 曲柄 转角 活塞位 移 膨胀过程 进气过 程 压缩过程 排气过 程 气体力 无锡太湖学院学士学位论文 16 )(mmX g m j dj xs s PP)( 0 0 sj PP m j sj xs ss PP)( 0 0 dj PP gijgj APP 00 9.336-9380 151.27 4.840-4860 304.96 1.930-1939 4510.66 0.967-972 6017.81 0.925-929 7525.730.925-929 9033.750.925-929 10541.260.925-929 12047.810.925-929 续表 4-3 曲柄 转角 活塞位 移 膨胀过程 进气过 程 压缩过程 排气过 程 气体力 )(mmX g m j dj xs s PP)( 0 0 sj PP m j sj xs ss PP)( 0 0 dj PP gijgj APP 13553.090.925-929 15056.920.925-929 16559.230.925-929 180600.925-929 19559.23 0.938-943 21056.92 0.979-984 22553.09 1.054-1059 24047.81 1.179-1185 25541.26 1.379-1386 微型风冷活塞式压缩机（W-80）的设计 17 27033.75 1.705-1713 28525.73 2.264-2275 30017.81 9.336-9400 31510.669.336-9400 3304.969.336-9400 3451.279.336-9400 36009.336-9400 4.1.3 往复惯性力的计算往复惯性力的计算 估算活塞：385，连杆中心距 120，255，包括连杆小头 67，大头 188，gmmggg 活塞销 62，113，挡圈 20，两个共 2（孔用挡圈） ，活塞环mmgmmg 75，35，连杆质心离大头 31.5。mmgmm 计算往复质量为： 385+67+113+2+35+2=602g 往复惯性力为： （4.12）)2cos(cos 2 mrwI （4.13）maI 表 4-4 往复惯性力的计算 曲柄转角活塞加速度往复惯性力1.5I )/( 2 sma 0262.925158.280237.42 15248.713149.725224.588 30208.452125.488188.232 45148.73389.537134.306 6078.87847.48471.226 758.9005.35788.037 90-52.585-31.656-47.484 105-99.98-60.188-90.282 12