隔膜无润滑压缩机分析及曲轴总成设计

成都理工大学毕业设计（论文）I隔膜无润滑压缩机分析及曲轴总成设计学生姓名： 专业班级：指导教师: 摘 要从目前市场上众多的压缩机来看，油润滑的空气压缩机存在一个固有的缺陷：润滑油容易进入压缩气体中。这种压缩机用于分离空气、氮气和氢气等没有太大的问题，但对于酸性气体，这些进入压缩气体中的润滑油是极其难以分离的，这需要采用适当的方式将其分离出来，但这需要一系列的后处理和清洁工艺且成本过高。隔膜压缩机作为一种特殊的容积式压缩机，无需在压缩缸体内加入润滑剂，而是通过一组膜片将润滑油和压缩气体完全分开，通过隔膜完成压缩机体积的变化完成压缩，完全保证气体不被污染，满足了高纯度要求。隔膜式压缩机具有两大特点：一是密封性好，二是压缩比大。这两大特点就是隔膜式压缩系统的生命力所在，是其他类型压缩机不能替代的。本文主要针对金属隔膜压缩机的结构进行分析，包括机身、膜腔、膜片、连杆、气阀等。并对其曲轴总成做详尽的设计，包括毛坯的分析，工艺规程的设计等。关键词：无油润滑；隔膜；压缩机；曲轴总成成都理工大学毕业设计（论文）IIAnalysis of the non-lubricated diaphragm Compressor and Design of the Crankshaft AssemblyAbstract: For a long time, oil-lubricated compressors have an inherent drawback that it takes harmful oil into the compressed gas, using appropriate method to exclude oil from the gas is inneed, such separation for air, nitrogen and hydrogen is not any problem,but for acid gas, the oil remains in the compressed gases is extremely difficult to separate, it needs a series of post-processing and cleaning process. There is no need for a oil-free compressor to take the lubricating oil into the the compressor. Diaphragm compressor is a special kind of positive displacement compressor, which uses a patch to separate lubricants from compressed gases completely, which guarantees the gas not to be contaminated completely, then it meets the high purity requirements. Diaphragm compression system has two main characteristics: First, fine sealing capacity and high compress proportion. These are life-force of diaphragm compression system, so it can not be substituted by other types of compressors. In this paper mainly talks about the design of metal diaphragm compressor, including an analysis of the structure, the fuselage, mold cavity, diaphragm, connecting rod, valves and so on. This paper introduces the design of Crankshaft in detail, including the rough analysis, Process design. Keywords: Non-lubricated；Diaphragm ；Compressors；Crankshaft Assembly成都理工大学毕业设计（论文）III目 录第 1章 绪 论 1第 2章 隔膜压缩机工作原理及应用 22.1 隔膜压缩机工作原理和基本特点 32.2 隔膜压缩机的应用 52.3 当前我国无油压缩机设计制造使用尚存在的问题 5第 3章 隔膜无润滑压缩机主要部件分析 73.1 机身 73.2 隔膜 73.3 连杆 83.4 气阀 93.5 曲轴 103.6 液压油循环系统 103.7 冷却系统 113.8 膜片破裂报警系统 123.9 控制系统 12第 4章 曲轴分析 134.1 曲轴的工作条件及设计要求 134.2 曲轴的材料选择 144.3 曲轴强化的方法 154.4 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计 154.4.1 根据经验比例初步决定主要尺寸 164.4.2 主轴颈扰弯变形的核算 174.4.3 轴颈压力的验算 174.4.4 平衡块及曲轴生产方式的选择 184.4.5 油道布置的设计 184.4.6 曲轴的止推 194.3.7 轴瓦的选择 20成都理工大学毕业设计（论文）IV4.3.8 轴承的选用 214.3.9 键的设计与校核 224.5 曲轴零件及工艺特点 22第 5章 曲轴工艺规程设计 235.1 确定毛坯的制造形式 235.2 基面的选择及技术参数的确定 235.2.1 粗基准选择 235.2.2 精基准的选择 235.2.3 尺寸公差等级 245.2.4 技术要求 245.3 工艺路线及加工余量的确定 255.3.1 工艺路线 255.3.2 加工余量的确定 265.4 确定切削用量及基本工时 26结 论 39致 谢 40参考文献 41成都理工大学毕业设计（论文）1第 1章 绪 论空气压缩机（英文为：air compressor）是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。空 气 压 缩 机 的 种 类 很 多 ， 按 工 作 原 理 可 分 为 容 积 式 压 缩 机 ， 速 度 式 压缩 机 ， 容 积 式 压 缩 机 的 工 作 原 理 是 压 缩 气 体 的 体 积 ， 使 单 位 体 积 内 气 体 分 子的 密 度 增 加 以 提 高 压 缩 空 气 的 压 力 ； 速 度 式 压 缩 机 的 工 作 原 理 是 提 高 气 体分 子 的 运 动 速 度 ， 使 气 体 分 子 具 有 的 动 能 转 化 为 气 体 的 压 力 能 ， 从 而 提 高 压缩 空 气 的 压 力 。长期以来由于老式油润滑压缩机存在诸多弊端，使压缩后的气体中常常混入润滑油，直接影响产品质量，甚至还给设备安全带来威胁。随着工业的发展，对压缩空气的品质也提出了更高的要求。常要求气体在压缩时不被润滑油所污染，或者根本不允许与润滑油接触，也不允许外界气体逸入汽缸。为满足上述要求，隔膜无润滑压缩系统应运而生。位于隔膜无润滑压缩机连杆处的曲轴由电机通过皮带轮驱动产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，它在工作过程中将承受周期性的复杂的交变载荷。其主要作用是传递转矩，是连杆获得所需的动力。曲轴总成设计能够加深我们对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用。选择曲轴的设计能很好的综合考查我们大学四年来所学的知识。本次所选设计内容主要包括：隔膜压缩机的研究，曲轴工艺路线的确定，各种图纸的绘制，设计说明书的编写等。机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。本文主要从理论角度谈论隔膜式压缩机曲轴总成的设计。就本人而言，由于专业水平有限，在做此论文过程中难免有不足和偏颇之处，但我本着和大家共同探讨，共同学习，共同提高的态度来进行的，希望老师和评审组给以批评指正。成都理工大学毕业设计（论文）2成都理工大学毕业设计（论文）3第二章 隔膜压缩机工作原理及应用隔膜压缩机靠隔膜在气缸中作往复运动来压缩和输送气体的往复压缩机。隔膜沿周边由两限制板夹紧并组成气缸，隔膜由液压驱动在气缸内往复运动，从而实现对气体的压缩和输送。具有压缩比大，压力范围广，密封性好的特点。由于隔膜压缩机的气腔不需要任何润滑，从而保证了压缩气体的纯度，特别适用于易燃易爆，有毒有害，高纯度气体的压缩，输送和装瓶。如氧气，氩气，氮气，乙炔，六氟化硫，二氧化碳等。根据排气压力的不同，一般制成为单级或两级的。图 2-1隔膜压缩机原理图隔膜式压缩机是两个系统的结合液压油系统和气体压缩系统。金属膜片将两个部分完全隔离开。隔膜压缩机气体压缩体系：气体压缩系统包括三层金属膜片和气体进口和出口阀。 成都理工大学毕业设计（论文）4隔膜压缩机液压油系统：液压油系统包括一个由电机驱动的曲轴、活塞和连杆，通过活塞往复运动，产生液压油压力，推动底层膜片向气体侧运动，从而压缩气体，将气体排出。液压系统的另一个组件是补偿油泵、止回阀和压力调节阀，保证液压油系统在压缩循环过程中一直处于充满液压油状态。在压缩过程中，止回阀将液压油和补偿油泵隔离开，防止液压油回流，同时压力调节阀控制液压油压力，从而形成液压油系统的压力。隔膜压缩机作为一种特殊的容积式压缩机，通过一组膜片将润滑油和压缩气体完全分开，完全保证气体不被污染，满足了高纯度要求。2.1隔膜压缩机工作原理和基本特点在隔膜压缩机中，气缸是由一个膜腔来完成的，膜片由液压油驱动，膜片在液压油推力的作用下来回摆动，从而完成吸气、压缩、排气循环往复的过程。膜腔中压缩气体不与任何润滑油接触，而且通过静密封件与外界做到完全密封，因此，在气体压缩过程中保证无泄漏、气体不受污染。如图 1-2，隔膜压缩机的工作原理。成都理工大学毕业设计（论文）51 配油盘 2膜片 3 一压缩室 4 一气缸盖 5 一油压室 6 一油缸活塞 7一曲轴连杆机构图 2-2 膜压机工作原理图气缸盖 4 和配油盘 1 上有特殊的曲面，膜片沿周边被压紧在气缸盖和配油盘之间，缸盖曲面和膜片之间所包含的空间构成了密封性很好的气体压缩室3(气缸 )，油缸活塞顶面与膜片之间所包含的空间构成油压室 5(油缸)。曲轴连杆机构 7 带动油缸活塞往复运动，周期性的改变着油缸中的油压，推动膜片 2，膜片在油压与气体压力差及本身弹性变形力的作用下，来回折动，周期性的改变气体压缩室( 气缸) 的容积，进行气体的压缩过程。以活塞处于上止点的位置为起点，当曲轴转动时，活塞开始向下运动，膜片随着油液下沉和自身弹力的作用，恢复到平衡位置，这时气缸容积逐渐增大，先是残留在余隙中的气体膨胀，继而从气缸的吸气阀吸入气体，当活塞行至下止点时，膜片到达下极限位置，则气缸中吸气过程完成。成都理工大学毕业设计（论文）6接着，活塞开始向上运动，驱动油液，从配油盘上的许多小孔均匀地作用在膜片上，推动膜片向上变形，这时气缸中开始压缩气体，当压力高于排气管道中的气体压力时，排气阀自动开启，气体被压出，油压继续上升，迫使膜片紧贴缸盖曲面，排净气体，则排气过程结束。往复运动的活塞驱动油液，促使膜片来回振动，在吸、排气阀的配合下，膜片每振动一个周期，气缸中就完成一次包括膨胀、吸气、压缩和排气的循环过程，从而提高了输送气体的压力。油缸中的油液有一部分会通过活塞与缸壁及环槽的间隙泄漏到曲轴箱中，为了使膜片在压缩行程终了时能紧贴缸盖曲面排净压缩介质，因此装有补偿油泵，补偿油泵在吸气行程中将油注入油腔，油量略多于泄漏量，多余的油量在行程终了时通过控制油压的调压阀(或随动阀)流回到曲轴箱中。所以，隔膜压缩机具有如下特点：(1)采用液压驱动膜片，结构比较复杂，机器尺寸和重量较大。(2)隔膜头缸盖和配油盘的内侧凹面为特殊型面，设计和加工比较困难。(3)因膜片可紧贴凹面，故相对余隙容积很小，一般仅为 24。(4)缸盖与膜片构成的膜腔不仅散热表面大，而且气体与液压油之间的膜片极薄，故压缩过程中散热情况良好。(5)膜片两侧气-液压力达到平衡，又由于过程指数和容积效率高，所以可以有高压缩比(最大压缩比可达 25)和高排气压力(最高压力可达 300MPa)。(6)由于液压油的惯性，使得液压油缸活塞往复运动不能过快，否则可能使液压油柱与活塞脱离，从而造成液力冲击，所以机器转速一般控制在 250500 rpm 范围内。2.2隔膜压缩机的应用隔膜压缩机应用在各种压缩气体的场合（除氧气）无油及避免因机械微粒导致表面摩擦。隔膜压缩机被广泛应用在实验室研究、石油和气体工业、化学工业、冶金行业、制药行业和电力行业。有两种型号：活塞力达到 16KN 和活塞力从 16KN 到 40KN。隔膜压缩机主机、电机、辅助系统安装一个底架上，配有手动和自动控制系统、故障保护系统、显示主要运行参数、压缩机异常运行电源自动切断、水冷却系统。成都理工大学毕业设计（论文）7优势和特点：压缩机按统一标准设计。相同型号的零件之间可以互换。全自动化运行，无需专人看管。隔膜式压缩机中的 G445 系列隔膜压缩机为膜头立式配置的单级压缩的小型机，它密封性好，压缩介质不泄漏、不污染，具有徘气压力高(最高可达 50MPa)、吸气压力(大气压-15MPa)和排气压力(1.2-50MPa)范围广、容积流量(0.04-9Nm3/h)覆盖面大，且体积小、重量轻、运行时振动小、噪音低、移动维修方便的突出特点而主要为大专院校、科研单位的实验室提供高压气源设备，各工艺试验流程中的小试、中试流程气体的压缩和输送设备。2.3当前我国无油压缩机设计制造使用尚存在的问题1.对填充氟塑料元件的配方研究，尤其是高压密封元件的配方研制不足，配方与气体种类、湿度、温度、气体洁净程度使用压差速度等因素有关，技术创新需要实事求是，不该有半点科技浮澡。 国外在氮气中试验 11 种配方，其磨损系数 K 值可相差 500 倍，由此可见，配方研究十分重要。 近年来新型塑料发展很快，PEEK（聚醚醚酮）视为灵丹妙药，实则不然，也有其使用条件限制，首先是不可用在氧气、氯气和核幅射气中使用，压力限制在13.5Mpa，以少油润滑使用最佳，PEEK 阀片可用以无油润滑。聚酰亚胺适合无油、高温高压，但价格昂贵。 2.对无油压缩机其干摩擦热未给予足够重视。沈气厂在 1966-1967 年期间进行 320kgf/cm2 无油压缩高压填料试验，在正常状况 80 的活塞杆 4 分钟内温升可达 62，美国“烃”压缩机手册中的“往复式压缩机的密封”一文列出活塞杆克服摩擦所需要的功. 国外进口压缩机,其活塞杆通油冷却是 1970 年 7 月规划组在南京炼油厂，在西德进口的立式压缩机上发现的，从手感活塞杆温度低，直至发现活塞杆内钻油孔，无锡压缩机利用这一发现，回厂后对 70-90kgf/cm2 的氢压机活塞杆钻眼通油冷却，解决了摩擦热，顺利地通过了试车。冷却降温达 90。 3.关于整体过盈的设计。对整体过盈设计前提是PV值即活塞压缩机气缸排出压力和活塞速度的乘积允许PV20kgf/cm2.m/s，PV 值愈大，磨损愈快，为了降低 PV 值，推荐使用整体过盈环为导向支承环，整体环在成都理工大学毕业设计（论文）8120-130以下使用其过盈力可以抵消膨胀力，也就是在此温度下塑料的膨胀系数比金属还小。上述理论是可靠的，我们曾在压缩机上作过验证。但是目前在压缩机上使用很多奇怪现象，如低压级使用，而高压级不用，采用过盈环设计温度常常大于 120-130；组合活塞设计仅需要 2%的过盈量，改成整体活塞后在考虑过盈量的同时还要考虑 6-11%的扩张量；本应采用热装工具加热至 120保温后热装，而不用热装工具，将温度提高至 250，甚至达到半透明状温度 310套装。有工艺不遵循，有工装不使用，经济利益驱使之下，可以什么都不管。因此，作为新一辈搞机械的人，我们任重而道远，我们一定要认识到这些不足，并加以改进，使我国的机械事业更上一层楼！ 第三章 隔膜无润滑压缩机主要部件分析整体方案的选择：假定压缩机的性能参数：排气压力为 1.6Mpa,标准容积流量 8 ， 额定3/mh转述 400r/min,查阅 GB/T6905-2004,选用额定功率为 4KW 的驱动电机，转速为1000r/min 的交流电机。主要结构： 机身，曲轴，连杆，隔膜，进排气阀，液压油循环系统，膜片破裂报警系统，冷却系统，控制系统等。 （一般无十字头）3.1机身机体是压缩机的主要基本部件，它包括机体中体与基座，是定位的基准件。成都理工大学毕业设计（论文）9内部装有曲轴、连杆、活塞、外部承接液压缸、电动机及其他附属部件，同时机身还承受气体作用力和其他部件的惯性力。机身可分为卧式、立式、对置式、角度式等卧式机身与机体常铸成一体，有刺刀状和叉形两种，适用高压，多级的压缩机。立式适用于大中小型和微型压缩机。一般由三部分组成：曲轴以下的称为基座，上面开有轴承孔；曲轴以上中体以下称为机体，机体上铸有滑道；位于机体和液压缸之间的部分称为中体，中体为圆筒形，装有刮油环。对置式机身一般由机体和中体组成，在曲轴平面上。中体多为圆筒状，与滑道铸成一体并分为上下两块。角度式机身有两种结构形式：一种无十字头的 V 型，W 型和扇形机身，采用曲轴箱结构和 T 型机身十字头和无十字头结构;另一种是有十字头和 L 型压缩机机身，采用封闭结构，机体和曲轴箱铸成一体，曲轴通过滚动轴承安装在机身的轴承座上。机身以上是十字头滑道，分为上下两块，机身前端设有液压缸定位孔以保证液压缸面与机身滑道同轴。由于标准容积流量为 8 ，排气量小，排气压力 1.6Mpa,属于一般压3/min力，立式单级机身结构简单，便于制造，所以就采用立式单级机身结构。机座和机体构成曲轴箱。3.2隔膜隔膜种类： 金属隔膜：材料： 厚度TiANCr91813rTiNCr985.03m可采用多层膜片 （二层，三层） 。压力： 膜片寿命：5.2MPa120h压力： 膜片寿命： 35 非金属隔膜：橡胶（夹布） ，塑料，使用压力低于 气体压缩。6.MPa膜片厚度： , 易老化，不耐高温，寿命 32m105h隔膜式压缩机中周边紧固的平膜片，在液、气压力差作用下将产生鼓起变形。由常识知，对相同材料及尺寸的膜片，压差愈大，鼓起的变形也愈大，而对于相同材料在相同压差作用下，膜片愈薄变形也愈大。在隔膜式无油润滑系统中，隔膜是极易损坏的关键部件。在联系运转过程成都理工大学毕业设计（论文）10中，隔膜要经受强制性的高频摆动弯曲和不均匀的拉深弹性变形，易产生疲劳断裂而导致漏气。因此，隔膜设计的好坏直接影响到机器的使用寿命和可靠性。可根据设计情况，选择隔膜的类型和层数。3.3连杆图 3-1连杆连 杆 机 构 中 两 端 分 别 与 主 动 和 从 动 构 件 铰 接 以 传 递 运 动 和 力 的 杆 件 。 例如 在 压 缩 机 中 ， 用 连 杆 来 连 接 活 塞 与 曲 柄 。 连 杆 多 为 钢 件 ， 其 主 体 部 分 的截 面 多 为 圆 形 或 工 字 形 ， 两 端 有 孔 ， 孔 内 装 有 青 铜 衬 套 或 滚 针 轴 承 ， 供 装入 轴 销 而 构 成 铰 接 。 连 杆 是 隔 膜 压 缩 机 中 的 重 要 零 件 ， 它 连 接 着 活 塞 和曲 轴 ， 其 作 用 是 将 活 塞 的 往 复 运 动 转 变 为 曲 轴 的 旋 转 运 动 ， 并 把 作 用 在 活 塞上 的 力 传 给 曲 轴 以 输 出 功 率 。传 统 连 杆 加 工 工 艺 中 其 材 料 一 般 采 用 45 钢 、 40Cr 或 40MnB 等 调 质 钢 。在 连 杆 外 形 、 过 度 圆 角 等 方 面 需 严 格 要 求 ， 还 应 注 意 表 面 加 工 质 量 以 提 高 疲劳 强 度 ， 否 则 高 强 度 合 金 钢 的 应 用 并 不 能 达 到 预 期 果 。3.4气阀成都理工大学毕业设计（论文）11图 3-2气阀结构气 阀 是 往 复 活 塞 式 压 缩 机 中 的 重 要 部 件 ， 也 是 易 损 坏 的 部 件 之 一 。 它 的好 坏 直 接 影 响 压 缩 机 的 排 气 量 、 功 率 消 耗 及 运 转 的 可 靠 性 ， 目 前 压 缩 机 正 向高 速 方 向 发 展 ， 而 限 制 转 速 提 高 的 关 键 问 题 之 一 就 是 气 阀 。 压 缩 机 一 般 都 采用 “自 动 阀 ”， 就 是 气 阀 的 开 启 与 关 闭 是 依 靠 阀 片 两 边 的 压 力 差 实 现 的 ， 没 有 其它 的 驱 动 机 构 。 排 气 阀 的 结 构 与 吸 气 阀 基 本 相 同 ， 两 者 仅 是 阀 座 与 升 程 限 制器 的 位 置 互 换 ， 吸 气 阀 升 程 限 制 器 靠 近 气 缸 里 侧 ， 排 气 阀 则 是 阀 座 靠 近 气 缸里 侧 。 环 状 阀 因 其 阀 片 为 薄 圆 环 而 得 名 阀 座 与 升 程 限 制 器 上 都 有 环 形 或 孔 形通 道 ， 供 气 体 通 过 。 阀 片 与 阀 座 上 的 密 封 口 贴 合 形 成 密 封 。 升 程 限 制 器 上 有导 向 凸 台 ， 对 阀 片 升 降 起 导 向 作 用 。从 气 阀 工 作 原 理 来 看 ， 气 阀 工 作 性 能 将 直 接 影 响 压 缩 机 气 缸 的 工 作 ， 因此 ， 对 气 阀 有 如 下 要 求 ： 阻 力 损 失 小 、 气 阀 关 闭 及 时 、 迅 速 、 形 成 的 余 隙容 积 要 小 、 噪 声 小 、 此 外 ， 还 要 求 气 阀 装 配 、 安 装 、 维 修 方 便 ， 加 工 容 易 等 。当 曲 轴 旋 转 时 ， 通 过 连 杆 的 传 动 ， 活 塞 便 做 往 复 运 动 ， 由 气 缸 内 壁 、 气缸 盖 和 活 塞 顶 面 所 构 成 的 工 作 容 积 则 会 发 生 周 期 性 变 化 。 活 塞 从 气 缸 盖 处 开始 运 动 时 ， 气 缸 内 的 工 作 容 积 逐 渐 增 大 ， 这 时 ， 气 体 即 沿 着 进 气 管 ， 推 开 进气 阀 而 进 入 气 缸 ， 直 到 工 作 容 积 变 到 最 大 时 为 止 ， 进 气 阀 关 闭 ； 活 塞 反 向 运动 时 ， 气 缸 内 工 作 容 积 缩 小 ， 气 体 压 力 升 高 ， 当 气 缸 内 压 力 达 到 并 略 高 于 排气 压 力 时 ， 排 气 阀 打 开 ， 气 体 排 出 气 缸 ， 直 到 活 塞 运 动 到 极 限 位 置 为 止 ， 排成都理工大学毕业设计（论文）12气 阀 关 闭 。 当 活 塞 再 次 反 向 运 动 时 ， 上 述 过 程 重 复 出 现 。 总 之 ， 曲 轴 旋 转 一周 ， 活 塞 往 复 一 次 ， 气 缸 内 相 继 实 现 进 气 、 压 缩 、 排 气 的 过 程 ， 即 完 成 一 个工 作 循 环 。3.5曲轴曲轴位于空气压缩机连杆处，曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，并将旋转转为直线运动，它在工作过程中将承受周期性的复杂的交变载荷。其主要作用是传递转矩，使连杆获得所需的动力。它的设计和计算将在下面两章做较为详细的阐述。3.6 液压油循环系统1) 隔膜压缩机的液压油循环系统的组成隔膜压缩机液压油系统：液压油系统包括一个由电机驱动的曲轴、活塞和连杆，通过活塞往复运动，产生液压油压力，推动底层膜片向气体侧运动，从而压缩气体，将气体排出。液压系统的另一个组件是补偿油泵、止回阀和压力调节阀，保证液压油系统在压缩循环过程中一直处于充满液压油状态。在压缩过程中，止回阀将液压油和补偿油泵隔离开，防止液压油回流，同时压力调节阀控制液压油压力，从而形成液压油系统的压力。2) 液压油的选择依据液压件。不同的液压元件对所用液压油都有一个最低的配置要求，因此 1选择液压油时，应留意液压件种类及其使用的材质、密封件和涂料或油漆等与液压油的相容性，保证各运动副润滑良好，使元件达到设计寿命，满足使用性能的要求。液压泵是对液压油的黏度和黏温性能最敏感的元件之一，因此，常将系统中泵对液压油的要求作为选择液压油的重要依据（有伺服阀的系统除外） 。系统工况。假如对执行机构速度、系统压力和机构动作精确度的要求 2越高，则对液压油的耐磨和承载能力等的要求也越高。根据系统可能的工作温度，连续运转时间和工作环境的卫生情况等，选油时须留意油的黏度、高温性能和热稳定性，以减少油泥等的形成和沉积。油箱大小。油箱越小对油的抗氧化安定性、极压抗磨性、空气开释性和 3成都理工大学毕业设计（论文）13过滤性等要求就越高。环境温度。针对在地下、水上、室内、室外、冷区、或是处于温度变化 4的严冷区，以及四周有无高温热源或明火等环境温度特点，公道选用液压油。若四周无明火，工作温度在 60以下，承载较轻时，可选用普通液压油，假如设备须在很低的温度下启动时，须选用低凝液压油。综上所述，若液压油的质量合格，系统执行机构运动速度很高时，油液的流速也高，液压损失随之增大，而泄漏相对减少，故宜选择黏度较低的油；反之，当油的流速低时，泄漏量相对增大，将对工作机构运动速度产生影响，这是宜选择黏度较高的油。通常，当工作压力高时，宜选用黏度高的液压油，由于解决高压时的泄漏题目比克服其黏阻更应优先；当工作压力较低时，宜选用低黏度的油。环境温度高时，应采用黏度较高的油，反之，应采用黏度较低的油。液压油的最后确定。液压油初步选定后，还须留意核查其货源、黏度、 5质量、使用特点、适用范围，以及对系统和元件材料的相容性，看各项指标是否能完全满足使用要求。经济性。要综合考虑液压油的价格、使用寿命、以及液压系统和维护、 6安全运行周期等情况，着眼于经济效益好的品牌3.7 冷却系统由于膜片和压缩机头较大的表面，相当一部分压缩热通过辐射散发到了周围大气中。一部分压缩热通过膜片传给液压油带走。一般隔膜压缩机提供压缩气体中间套管式冷却和后套管式冷却。3.8 膜片破裂报警系统隔膜压缩机由三层膜片组成，用来将压缩气体的模腔与液压油腔相隔开，中间层膜片有小槽，用于气侧膜片或油侧膜片产生裂纹后将气压或油压引导到一个膜片破裂报警装置与压力开关相连。压缩机隔膜头配置膜片破裂报警系统，是由接头、活塞、密封件，压力开关、支架组成。通常情况下，一旦油侧膜片或气侧膜片破裂，压力推动活塞，再顶压力开关，压力开关向控制系统发出信号，压缩机自动关闭。这样就避免了可能因膜片组破裂而导致液压油渗到压缩气体膜腔污染气体，同时确保压缩成都理工大学毕业设计（论文）14机安全、可靠地运行，如图 2-1.图 2-1膜片破裂报警装置3.9控制系统为保证隔膜压缩机安全、可靠运行，一般配置如下控制系统：1） 膜片破裂报警停机，避免由于膜片破裂后油进入气腔污染气体或发生爆炸；2） 润滑油压低报警停机，避免油压过低，压缩机运动部件得不到充分的润滑而损坏；3） 排气口设安全阀，避免压力过高损坏设备或发生爆炸。第 4章 曲轴分析4.1曲轴的工作条件和设计要求曲轴是在不断周期性变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩共同作用下工作的，从而使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态；对内不平衡的发动机曲轴还承受内弯矩和剪力；未采取扭转振动减振措施使曲轴还可能作用着幅值较大的扭转振动弹性力矩。这些载荷都是交变性的，可能引起曲轴疲劳失效。实践表明，弯曲载荷具有决定性作用，弯曲疲劳失效成都理工大学毕业设计（论文）15是主要破坏形式。因此曲轴结构强度的研究重点是弯曲疲劳强度，曲轴设计上要致力于提高曲轴的疲劳强度。图 4-1 曲轴的疲劳破坏 a)弯曲疲劳破坏 b) 扭转疲劳破坏因为曲轴形状复杂，应力集中现象相当严重，特别在连杆轴颈与曲柄臂的过渡圆角处和润滑油孔出口附近的应力集中尤为突出。通常的曲轴断裂、疲劳裂纹都开始于过渡圆角和油孔处。图 4-1 表明了曲轴弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏的情况。弯曲疲劳裂缝从轴颈根部表面的圆角处发展到曲柄上，基本上成450折断曲柄；扭转疲劳破坏通常是从机械加工不良的油孔边缘开始，约成 450剪断曲柄销。所以，在设计曲轴时，要特别注意设法缓和应力集中现象，强化应力集中部位。曲轴各轴颈在很高的比压下，以很大的相对速度在轴承中发生滑动摩擦。这些轴承在实际变工况运转条件下并不总能保证为液体摩擦，尤其当润滑油不洁净时，轴颈表面遭到强烈的磨料磨损，使得曲轴的实际使用寿命大大降低。所以，设计时，要使其各摩擦表面耐磨，并匹配好适当材料的轴瓦。曲轴是曲柄连杆机构中的中心环节，其刚度亦很重要。如果曲轴弯曲刚度不足，则可能发生较剧烈的弯曲振动，使活塞连杆和轴承的工作条件大为恶化，影响这些零件的工作可靠性和耐久性，甚至使曲轴箱局部应力过大而开裂。曲轴的扭转刚度差，则可能在工作转速范围内产生强烈的扭转振动。轻则引起噪音，加速曲柄上齿轮等传动件的磨损；重则使曲轴断裂。所以，设计时，应保证它有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度。成都理工大学毕业设计（论文）16由于曲轴受力复杂，几何断面形状比较特殊，在设计时，至今还没有一个能反映客观实际的理论公式可供通用。因此，目前曲轴的设计主要是依靠经验来设计。4.2曲轴的材料选择在结构设计和加工工艺正确合理的条件下，主要是材料强度决定着曲轴的体积、重量和寿命。因此，必须根据内燃机的用途及强化强度，正确的选用曲轴材料，在保证曲轴有足够强度的前提下，尽可能采用一般材料。以铸代锻，以铁代钢。作为曲轴的材料，除了应具有优良的机械性能以外，还要求有高度的耐磨性，耐疲劳性和冲击韧性。同时也要使曲轴的加工容易和造价低廉。因压缩机中的曲轴为承受中等载荷而精度要求不是很高的的轴类零件，常用优质碳素结构钢，如 35，40，45，50 钢，其中 45 钢应用最多。球墨铸铁有较高的屈强比和疲劳强度，且球墨铸铁的扭转疲劳强度甚至超过 45 钢，因此完全可以用球墨铸铁来代替 45 钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴等。综上所述，适宜用来制造此压缩机曲轴的材料可选 45 钢、球墨铸铁、40Cr。球墨铸铁的塑性、韧性虽低于钢，但其他力学性能可与钢比美，而且还具有灰铸铁的许多优点，如良好的铸造性、耐磨性、吸振性能以及低的缺口敏感性等。同时此曲轴需大量生产，从经济性、生产效率、适用范围等方面都有一定的优势，所以选择球墨铸铁作为此曲轴的材料。参照材料成形工艺基础表 2-4，所说的球墨铸铁的牌号、性能及用途举例，选择 QT600-3 作为此曲轴的材料。4.3曲轴强化的方法球墨铸铁的热处理主要是为了改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，球墨铸铁热处理后的性能如表 4-1 所示。表 4-1球墨铸铁热处理后的力学性能球墨铸铁类 型热处理工艺/bMpa/%2/()kaJcm硬度 备注铁素体球墨铸铁退火 400-500 12-25 60-120 121-175HBS 可代替碳素钢，如 35钢，40 钢成都理工大学毕业设计（论文）17珠光体球墨铸铁正火调质700-950900-12002-51-520-305-30229-302HBS32-43HRC可代替合金结构钢，如 45 钢，35CrMo,40CrMnmo贝氏体球墨铸铁等温淬火1200-1500 1-3 20-60 38-50HRC 可代替合金结构钢，如 20CrMnTi根据上表，选择该曲轴的热处理方式为正火调质，安装轴承出采用表面高频淬火。此外还可采用一系列结构设计和工艺设计措施来提高曲轴的疲劳强度。1）提高曲柄销和曲轴主轴颈的重叠度。2）采用较大的圆角半径可以使圆角弯曲形状系数下降，从而提高弯曲强度。3）轴颈上设计卸载槽使应力分布更加均匀，而且沿轴颈和曲柄臂宽度的最大应力较小，