ZW压缩机课程设计说明书DOC

1、目录1. 热力学计算12. 动力计算53. 结构尺寸设计184. 参考文献305. 实践心得3191 热力学计算已知条件有：相对湿度 =0.8空气等熵指数k=1.4第一级吸气温度Ts仁40C第二级吸气温度Ts2=40C额定排气量Qd=0.6m/min额定进气压力Ps1=0.4MPa额定排气压力Ps2=2 MPa压缩机转速取n=1000r/min，活塞行程S=2r=100mm活塞杆长度500mm曲柄长度r=50mm1.1行程容积，气缸直径计算 初步确定各级名义压力根据工况的需要选择计数为两级，按照等压比的分配原则，/辽二错误未找到引用源。=2.828但为使第一级有较高的容积系数，第一级的压力比取

2、稍低值，各级名义压力级压力表如 下：表1-1级数In吸气压力ps0/ MPa0.40.8排气压力pd0/ MPa0.82压力比 & 0= pd0/ p s022.5 定各级容积系数I .确定各级容积系数。取绝热指数为 K=1.4,取各级相对余隙容积和膨胀指数如下:：、=0.11：2=0.13m1 =1.3m2 =1.35得：1/m1，v1 =1 - q 1)入 v2=0.8741/13=1-0.11x(2. -1)=0.92n .选取压力系数：p1 =0.97-p2 =0.99in .选取温度系数：+ =0.95t0.95IV .选取泄露系数：M =0.92l2 =0.90V .确定容积效率：

3、V二vptl得：V1 =0.78V2 =0.74 确定析水系数.第一级无水析出，故，1=1.0。而且各级进口温度下的饱和蒸汽压 Psa 由文献查的t, “2=40CPsa=7375Pa得：弋2(Ps1 - IPsa) 1 / Ps2 - 2psa2=(4 10 5-0.8x7375)x2/(8x10 5-7375)=0.98 确定各级行程容积Vs1 = qv / n v1=0.6/(1000x0.78)=0.00077 m3Vs2 = (qvPs1T2 送2 ) /(nps2T1 V2 )55=(0.6 x 10 x 313X 0.98 ) / (1000X 8X 10 x 313X 0.74

4、 )3 =0.0004 m 确定气缸直径，行程和实际行程容积已知转速n=1000r/min。取行程s=100mm得活塞平均速度：Vm =s n/30=3.3 m/s由于汽缸为单作用，得：1/2D1 =(4Vs/ n s) =0.099m一3_.根据气缸直径标准，圆整的D1=100mm,实际行程容积为Vs1=0.00077 m。活塞有效面 2积为 A p1=0.015 m同理得:D2= 0.051 m根据气缸直径标准，圆整的=55 mm，实际行程容积为Vs2=0.0004m。活塞有效面积为 2A p2=0.004 m考虑到圆整值与计算值之间有差值，这里采用维持压力比不变，调整相对余隙容积 的方法

5、，利用下式计算容积系数：vA计算得新的容积系数为：v1 =0.89在通过下式计算新的相对余隙v2=0.741 - v1/mZ -1结果为：“ =0.143：2 = 0.271.2活塞力、指示功率、轴功率的计算以及选配电动机1.2.1活塞力查表得各级进、排气相对压力损失取值:、S1 =0.04、di =0.08、s2 =0.035、d2 =0.06因总的进排气压力损失 d得:：；01 =0.12；0 2 =0.095计算实际吸排气压力：Ps1 =105 N/mi5Ps1(1-0.04) X 1052Pd1 =8X 10 N/m5Pd1 =(1+0.08) X 8X 10=3.84MPa=8.64

6、MPa52ps2 =8X 10 N/m，5ps2 =(1-0.035) X 8X 10 =7.72MPa52pd2 =20 X 10 N/m5pd2 =(1+0.06) X 20 X 10=2.12MPa计算实际压力比：可=2.01 = 2.45具体如下表：表1-2各级进排气压力和实际压力比公称压力/Mpa压力损失实际压力/Mpa实际压力比级次PsPdpspdF ZI0.40.80.040.080.3840.8642.01n0.82.00.0350.060.7722.122.45活塞力的计算首先计算盖侧和轴侧活塞工作面积见下表:表1-3级次盖侧 /m2 Ac =hD2/4IAc1 = 0.00

7、785nAc2 =0.00238由于汽缸为单作用，轴侧不作为工作面，故 Aw=0 止点气体力计算见下表：表1-4列次内止点外止点I-IFw1 = Pd1 A W1 Ps1 A c1 = -3014 NFc1 = Pd1 A c1 + Ps1 A w1 = 6782 Nll-ll丘2 =Pd2Aw2 Ps2Ac2 = 1837NFc2 = Pd2 Ac2 + Ps2 A w2 = 5045 N确定各级排气温度因为排气压力不太高，所以空气可以看作理想气体，等熵指数为K=1.4,由于该压缩 机采用水冷的方式，近似的认为各级压缩指数为门！ =1.3n2 =1.35n 4 取Ts1=313 K , Ts

8、2=313 K排气温度由式 T T_得：Td1 = 367 K Td2 =395K1.2.2指示功率、轴功率的计算以及选配电动机各级指示功率为：nj-11n j-一-叫-1-飞 為 V%:j 1+oj nj -160nj-1-得：NM = 3.76 kWNi2 = 4.2 kW总的指示功率为：、.j=2Ni=1 j” Nij = 7.96 kW因为小型无油润滑压缩机 m=0.850.90所以取机械效率m=0.85 即轴功率为：Nz = Ni / m =9.4KW取机械功率余度10%则电机功率取11kW动力计算1已知条件和数据根据第一部分热力计算的结果，得出所用数据如下所示:活塞行程：s = 1

9、00 mm转 速：n = 1000 r/min压缩机各级汽缸气体力指示图设计的压缩机为单缸作用两级压缩机，各级汽缸参数及力学情况已知，则相应一些部 分可以简化，作汽缸的动力计算。现用作图法作汽缸示功图。动力计算基本数据表2-1盖侧活塞力级数吸气排气I-3014N-6782 Nn-1837N-5045 N作图法绘制综合活塞力图（1）将设计示功图展开在横坐标为 2s的综合活塞力图上，纵坐标与设计示功图中的 力的比例尺相同。（2） 按勃列克斯近似作图法在展开的设计示功图下方作两个半圆找出行程s与曲柄销 转角的关系，转角每等份取15 ：（3）列出一级往复惯性力数值表由已知条件，曲柄半径与连杆长度比：错

10、误！未找到引用源。曲轴旋转角速度：错误！未找到引用源。=104.7s-1曲柄销旋转半径：r=0.55s=50mm由热力计算数据可知最大活塞力为 6.8 kN,取P = 10 kN由公式 mpmax二一2 代入数据呷2（1+丸）得 m ma=32kg往复质量mp在运动时产生的往复惯性力I为：(2-3)2I 二 mpr；：,cost 亠；.cos2 ：=9009错误！未找到引用源。现将查得cos：亠cos2.工与r和I的值如表所示表2-2 一级往复惯性力数值表o aCO因+ 入 cos2aIx ro a01.1100100000360151.06129560.40.041345300.921282

11、99.10.159330450.70756373.90.343315600.44564014.40.575300750.16431480.20.83428590-0.1092-983.81.100270105-0.3533-3182.91.352255120-0.5543-4993.71.575240135-0.7065-6364.91.757225150-0.8106-7302.71.891210165-0.8704-7841.41.973195180-0.8900-8018.02.000180列出二级往复惯性力数值表曲柄半径与连杆长度比：同上取 错误！未找到引用源。曲轴旋转角速度： 错误！

12、未找到引用源。=104.7s-1曲柄销旋转半径：r=0.5s=550mm由热力计算数据可知最大活塞力为5.1 kN,取P=8 kN由公式讣-二2”代入数据 得m max =13.2kg(2-3)往复质量mp在运动时产生的往复惯性力I为:I 二 mpr 2 cos-匚 cos2:=7207错误！未找到引用源。现将查得错误！未找到引用源。与-和I的值如表所示 r表2-3二级往复惯性力数值表oOtCO曲 + 入 cos2aIx ro a01.11008000.00360151.06127648.10.041345300.92126639.10.159330450.70755099.00.343315

13、600.44563211.40.575300750.16431184.10.83428590-0.1092-787.01.100270105-0.3533-2546.21.352255120-0.5543-3994.91.575240135-0.7065-5091.81.757225150-0.8106-5842.01.891210165-0.8704-6273.01.973195180-0.8900-6414.22.000180（4）计算往复摩擦力f查资料知：1 （厂-1）沢60f =0.65 Nd（ 2-4）2snfsi=258错误！未找到引用源。fs2=289N向轴行程，往复运动摩擦力为

14、正；离轴行程，往复运动摩擦力为负。（5）计算各级气体力列出一级气体力数值表表2-4 一级气体力数值表曲柄活塞位盖侧气缸压力（Pa）盖侧气转角RFA移(mm)膨胀过程进气过 程压缩过程排气过 程体力（KN）Pi=Pd(So/(X g+S) mPi=PsPi=ps(S+Sn /(x g+Sc) mPi=PdPi =-p iAc00.00864000-6.78152.07754746-5.66308.12551079-4.334517.61387189-3.046029.75384000-3.027543.56380000-3.029057.99384000-3.0210572.02384000-3

15、.0212084.73384000-3.0213595.36384000-3.02150103.36384000-3.02165108.31384000-3.02180110.00384000-3.02195108.35805179-6.32210103.43838828-6.5922595.48899574-7.0624084.879958173-7.8225572.181141943-8.9627058.171362705-10.728543.731701796-13.3630029.91864000-6.7831517.74864000-6.783308.21864000-6.78345

16、2.13864000-6.783600.00864000-6.78列出二级气体力数值表表2-5二级气体力数值表柄角 曲转活塞位移（mm）盖侧气缸压力（Pa）盖侧气体力（KN）膨胀过进气过压缩过排气过RFA程程程程Pi=Pd(So /(X g+S0) )mPi=PsPi=ps(S+ Sd/(x g+Sn )mPi=PdPi =巾 iAc00.002120000-5.05152.071969040-4.69308.121629840-3.894517.611283120-3.056029.75772000-1.847543.56772000-1.849057.99772000-1.8410572.

17、02772000-1.8412084.73772000-1.8413595.36772000-1.84150103.36772000-1.84165108.31772000-1.84180110.00772000-1.84195108.35724374-1.73210103.43751698-1.7922595.48800817-1.9124084.87876410-2.0825572.18988546-2.3527058.171151156-2.7428543.731447571-3.4530029.912120000-5.0531517.742120000-5.053308.2121200

18、00-5.053452.132120000-5.053600.002120000-5.05(6)综合活塞力计算每一级的惯性力，气体力和摩擦力的合力，即为该级对应的综合活塞力。数值 表如下。表2-6 一级综合活塞力曲柄气体力往复惯性往复摩综合活塞力转a (角 )pi I (N)力 I I (N)擦力RSI (N)PEI( N)0-678010000308.0352815-56609560308.0420830-43308299308.0427745-30406373308.0364160-30204014308.0130275-30201480308.0-123290-3020-983308.0

19、-3695105-3020-3182308.0-5894120-3020-4993308.0-7705135-3020-6364308.0-9076150-3020-7302308.0-10014165-3020-7841308.0-10553180-3020-8018308.0-10730195-6320-7841-308.0-14469210-6590-7302-308.0-14200225-7060-6364-308.0-13732240-7820-4993-308.0-13121255-8960-3182-308.0-12450270-10700-983-308.0-11991285-

20、136001480-308.0-12428300-67804014-308.0-3074315-67806373-308.0-715330-67808299-308.01211345-67809560-308.02472360-678010000-308.02912一级气缸受力图15000系列1 一系列2 系列3 系刿4 系列5100005000 0-5000 -10000 -15000 -20000表2-7二级综合活塞力角转7 柄。/V 曲 app力 体似 气Un 力 性 惯 复往似力擦2 摩 往RO00 O00852351006676623339366753345935592266O841

21、123796175O841881833-99O8417-1O841201O8416255-531O84115-551O841-561O841881O841591O1O33.18-O21O791O33.522O9-15-O33.402O33.552O33.270-2740-787-330.0-3527285-34501184-330.0-2664300-50503211-330.0-2147315-50505039-330.0-319330-50506639-330.01281345-50507648-330.02290360-50508000-330.02642100008000523 25均

22、 15 17 Z9 2600040002000-2000-4000-60003000系列1系列2系列3系列4系列5-10000切向力图(1)第一级切向力曲线的绘制确定飞轮矩之前，需作出压缩机各列的切向力图先求出各个曲柄转角处的切向力值,然后以曲柄转角为横坐标作出的切向力曲线称为切向力图用作图法求得的综合活塞力通常是以行程为等分的，而切向力图是以角度为等分的，因此,在求得各点的切向力 之前,需将综合活塞力图上的位移转换成相应的转角，然后在综合活塞力图上取得作用在曲柄销上的连杆力Pc ( Pc分解成切向力T和径向力Rx)COS(二 bCOS :式中：Pt-代表活塞力按曲柄转角:-求得的综合活塞力乘

23、以因子sin(j .-)/co ,即得转角时的切向力值 根据有关资料，错误！未找到引用源。作切向力图 以纵坐标表示切向力T,其比例尺 与活塞综合力相同,横坐标为按圆周长的展开得到的平滑线.取240mm表示100二。 由于存在旋转摩擦力Fr的影响，可得：=(0.30.4)错误！未找到引用源。=0.35错误！未找到引用源。=219N选取比例尺：力比例尺： m=1000N/m长度比例： m=1.44mm/mm将横坐标向下移动相当于Fr=错误！未找到引用源。的距离和总切向力曲线以移动后的 新横坐标为计算依据。按上公式计算各点切向力，然后根据叠加值绘制第一级总切向力 图。第一级切向力和综合活塞力如表 2

24、-8。表2-8综合活塞力和切向力值sin+ P) cosB综合活塞力PEsinfa + P pxfcosB00.000035280.0150.286342081204.8300.547742772342.5450.762336412775.5600.913913021189750.9936-1232-1224.1901.0000-3695-36951050.9383-5894-5530.31200.8182-7705-6304.21350.6519-9076-5916.61500.4523-10014-4529.31650.2313-10553-2440.91800.0000-107300.0

25、195-0.2313-144693346.7210-0.4523-142006422.6225-0.6519-137328951.9240-0.8182-1312110735.6255-0.9383-1245011681.8270-1.0000-1199111991285-0.9936-1242812348.5300-0.9139-30742809.3315-0.7623-715545.1330-0.54771211-663.3345-0.28632472-707.73600.000029120.0第二级切向力曲线的绘制按中公式计算各点切向力，然后根据叠加值绘制第二级总切向力图。第二级切向力和

26、 综合活塞力如表2-9表2-9二级综合活塞力和切向力值0(sin (ot + P ) cosP综合活塞力PEsin(o + P ) P疋cosP00.000032580.0150.286332669350.1300.547730571674.3450.762322971751.0600.913916791534.3750.9936-348-345.7901.0000-2319-23191050.9383-4078-3826.41200.8182-5526-4521.41350.6519-6623-4317.51500.4523-7374-3335.31650.2313-7805-1805.31

27、800.0000-79460.0195-0.2313-83111922.3210-0.4523-79403591.3225-0.6519-73094764.7240-0.8182-63825221.8255-0.9383-52044882.9270-1.0000-35273527285-0.9936-26642646.9300-0.9139-21471962.1315-0.7623-319243.2330-0.54771281-701.6345-0.28632290-655.63600.000026420.0总切向力曲线的绘制将两级的切向力叠加如表2-9表2-9总切向力值&I切向力值U切向力值

28、总切向力值旋转摩擦力00.000.000.220.22151.219.3510.780.22302.341.675.230.22452.781.754.750.22601.191.532.940.2275-1.23-3.46-4.470.2290-3.70-2.32-5.80.22105-5.53-3.83-9.140.22120-6.31-4.52-10.610.22135-5.92-4.32-10.020.22150-4.53-3.34-7.650.22165-2.44-1.81-4.030.221800.000.000.220.221953.351.925.050.222106.423.

29、599.790.222258.954.7713.50.2224010.745.2215.740.2225511.684.8816.340.2227011.993.5315.30.2228512.352.6514.780.223002.811.964.550.223155.452.437.660.22330-6.63-7.0213.430.22345-7.08-6.5613.420.223600.000.000.220.22计算飞轮矩计算飞轮矩，根据式：GD2 =3600-2二一一旋转不均匀度，查阅相关资料可以取为 错误！未找到引用源。LL=mimT错 误！ 未 找 到 引 用 源D Dd将上述

30、数据计算代入后即可得知飞轮矩的大小O曲轴结构1曲轴结构尺寸的确定对于曲拐轴主要尺寸初步确定如下:图18曲柄的主要尺寸 曲柄销直径DP取最大值为二级压缩时的最大活塞力，P=8.311KND =(4.6 5.6) . p = (4.6 5.6)8-314.6cm ,9.8取 D=50mm主轴颈直径DiD1 =(11.1)D =(11.1) 50 =5055mm，取 Di=55mm 轴颈长度：根据选取轴承宽度略大些 曲柄厚度t: t =(0.7 0.6)D =(0.7 0.6) 50 =30 35mm，取 t=35mm 曲柄宽度h h = (1.2 1.6)D = (1.2 1.6) 50 = 60

31、 80mm，取 h=80mm连杆连杆是将作用在活塞上的推力传递给曲轴， 又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动 的机件。连杆包括杆体、大头、小头三部分，如图。本设计由于转速较高，选择工字形截面连杆1小头；2杆体；3大头;4连杆螺栓；5大头盖；6连杆螺母I级连杆尺寸计算3 连杆长度L的确定图20连杆杆体主要结构尺寸连杆长度L即连杆大小头孔中心距，由曲柄半径 R与连杆长度L的比值=-决定。入L愈大，压缩机的外形愈小，愈容易使连杆在运动时与滑道壁相碰；入值小了的话，就会使压缩机的外形愈大；所以选取要适当。选取 =1 05行程s=100 mm，曲柄半径 R=55mm二连杆长度L: L=250mm由于本

32、设计选择工字型连杆，对于非圆形截面的杆体，计算出杆体的中间截面面积 根据工字型的尺寸的公式计算：Hm=60mmBm= (0.650.75) Hm= (0.650.75)X 60=3945mm。取 Bm=40mm 连杆大头盖的尺寸确定A-A截面的厚度：Sa=40mmB-B截面的厚度：Sb=36mm 连杆小头的截面：Sc=Sd=26mm 连杆螺栓要求强度高，塑性好的材料，螺母的材料可以与其不同表9常用连杆螺栓及螺母的材料螺栓4540Cr30CrMo35CrMoA25CwMoV38CrMoAI40Cr2 MnV材料螺母3535M n, 20Cr20Cr30Mn30Mn ,30Mn,30Mn,材料30CrMo30CrMo30CrMo连杆螺栓的直径：选择螺栓为 M24 X 1.5连杆螺栓的个数Z=2连杆的材料选取45锻钢，连杆螺栓的材料选用40Cr钢U级连杆尺寸的计算(与I级相似) 取 h m = 34mmBm= (0.650.75) Hm= (0.650.75)X 34=22.125.5mm。取 Bm=24mm 连杆大头盖的尺寸确定 取 SA =25mm取 SB =22mm 连杆小头的截面：取 Sc=Sd=16mm 连杆螺