Z型活塞式压缩机机械结构设计

1、摘 要现代企业中，使用压缩气体的机器愈来愈多，例如：石油、化工、冶金、轻工、纺织、及采矿等，许多工业中无不广泛使用各种各类的气体压缩机。因此，气体压缩机是近代工业生产中不可缺少的通用机器。结合所学过的中、小型压缩机，了解其基本结构及其工作原理，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，最终了解设计一个机械设备的基本思路和方法。Z型活塞式级差压缩机主要应用于船舶中气体压缩，虽然其结构有别于其他压缩机，但它们的原理相似。因此可以根据已知的压缩机类型，通过互相比较，进而进行设计。整个设计过程包括总体结构设计、热力学的计算、初定相关零部件的结构尺寸，

2、然后借助AUTOCAD等绘图软件绘图，选定轴承等标准件，应用强度理论对其进行必要的强度校核以满足实际的需要，最后确定压缩机的辅助设备。关键词： 活塞式压缩机； 结构设计；辅助设备AbstractThe modern enterprise, using compressed gas machines is more and more, for example: petroleum, chemical, metallurgical, light industry, textile, and mining, and so on, many industries are widely used in

3、all kinds of gas compressor. Therefore, gas compressor is a modern industrial production in general machinery. Combined with the small and medium-sized compressors, understand the basic structure and how it works, focus its structure design, learn the parts of the structure design and its strength v

4、erification method, in the design process, the combination of theory with practice, and ultimately learn to design a basic idea of mechanical equipment and methods. Z type differential compressor is mainly used in shipbuilding, although its structure is different from other compressors, but they are

5、 similar. Therefore, based on the known compressor type, by comparison, which in turn make design. The entire design process consists of the overall structural design, thermodynamic calculations, lays down the relevant parts of the structure of the dimension, and then with the AUTOCAD drawing, such

6、as graphics software, and other selected bearing strength theory standard parts, applying them the necessary strength to meet actual needs, and finally determine compressor.Key words：piston compressor； structural Design； auxiliary equipment目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 概述11.2 压缩机的工作原理31.3 压缩机在国内的发展前景3第

7、2章 总体设计52.1 设计原则及设计要求52.2 结构方案的选择6第3章 热力计算83.1 概述83.2 气缸容积和行程的确定93.2.1 设计原始数据93.2.2 压缩机转数和行程的确定93.3.3 容积计算103.3 压缩机的驱动15第4章 惯性力和惯性力矩的平衡16第5章 气缸部分的设计175.1 气缸175.1.1 设计气缸的要点是：175.1.2 气缸主要尺寸的确定与校核：175.2 气阀185.2.1 气阀材料和主要技术要求185.2.2 气阀的计算185.3 活塞与活塞销21第6章 基本部件的设计246.1 机身、中体246.1.1 机体结构设计的基本原则：246.1.2 机体

8、主要结构尺寸的确定：246.1.3 机体的壁厚246.2 曲轴256.2.1 曲轴设计的基本原则256.2.2 曲轴结构尺寸的确定256.2.3 曲轴强度校核266.3 连杆27第7章 压缩机的辅助设备307.1 压缩机润滑与润滑设备307.1.1 概述307.1.2 压缩机中主要摩擦副和润滑状态307.1.3 润滑方式307.2 压缩机的冷却系统317.3 压缩机基础与隔振设计327.4 气体管路及管系设备32结论34致谢35参考文献36CONTENTSAbstractIChapter Introductio11.1 Overview11.2 The working principle of

9、 compressor31.3 Compressor in the countrys development prospects3Chapter 2 Design52.1 Design principles and design52.2 The structure of the program selection6Chapter 3 Thermal calculation83.1 Overview83.2 Determination of the cylinder volume and stroke93.2.1 Design of the original data93.2.2 Compres

10、sor rotation and stroke setting93.3.3 Volume calculation103.3 Compressor drive15Chapter 4 Inertial force and moment of inertia of the balance16Chapter 5 The design of the cylinder part175.1 Cylinder175.1.1 Design of the main points of the cylinder175.1.2 Determine the size of the cylinder and check

11、the main175.2 Valve185.2.1 Valve material and the main technical requirements185.2.2 Calculation of valve185.3 Piston and piston pin21Chapter 6 Basic components of design246.1 Body the body246.1.1 Design of the basic principles of body structure246.1.2 Determine the size of the main structure of the

12、 body246.1.3 The thickness of the body246.2 Crankshaft256.2.1 Design of the basic principles of the crankshaft256.2.2 Determine the size of crankshaft 256.2.3 Crankshaft strength check266.3 Bar27Chapter 7 The compressor auxiliary equipment307.1 Compressor lubrication and lubrication equipment307.1.1

13、 Overview307.1.2 Compressor friction and lubrication of major state307.1.3 Iubrication307.2 Compressor cooling system317.3 Compressor design basis and isolation327.4 Gas pipeline and the pipe system32Conclusions34Thanks35References36第1章 绪论1.1 概述压缩机的定义：压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械。从能量的观点来看，压缩机是属于将原动机的动力能转变为气

14、体压力能的工作机。它的种类很多，用途极广，故有“通用机械”之称呼。随着科学技术的发展，近年来，特别是石油化工的发展，压力能的应用日益广泛，使得压缩机在国民经济的各个部门中成为必不可少的关键设备之一，压缩机的种类和结构型式也日益增多，目前不但广泛的应用在采矿业、冶金业、机械制造业、土木工程、石油化工、制冷与气体分离工程以及国防工业中。而且医疗、纺织、食品、农业、交通等部门，对压缩机的需要也在不断的增加。下面就压缩气体使用目的的不同，将压缩机在国民经济中的应用分成下面四个方面：1.动力用压缩机利用压缩空气作为动力风源，具有安全、经济、效率高的特点。因此，在机械、矿山、建筑等工业中广泛利用压缩空气来

15、驱动各种风动工具（如风镐、风钻、气力扳手、气力喷砂等），压力一般在061.5MPa。用来控制仪表及自动化装置时其压力为 0.6MPa。交通运输业中利用压缩空气制动车辆、启闭门窗，压力为 。食品、制药工业中利用压缩空气来搅拌浆液，压力为0.2MPa 。纺织工业中利用压缩空气吹送纬纱以代替梭子，压力为0.10.2MPa 。此外，大中型发动机的启动，压力为 2.56.0MPa；油井压裂，压力为15.0MPa ；高压空气爆破采煤，压力为80.0MPa 。鱼雷发射，潜艇沉浮及沉船打捞，医院中的气垫床、起点椅，旅游业中的气垫船等等，均用到不同压力的压缩空气。在这些部门中，空气压缩机就成为必不可少的设备。2

16、.化工工艺用压缩机在化学工业中，将气体压缩至高压，有利于化学反应。例如，化肥生产中的合成氨是由氮气和氢气在合成塔中的高压下合成而得。因此，根据工艺流程的不同：其中低压流程为15.020.0MPa 、中压流程为30.045.0MPa 、高压流程为80.0100.0MPa，而且需要提供相应压力的氮氢气压缩机，以提高氮气、氢气的压力后送入合成塔；在合成塔中未能合成的氮、氢气，则需要经循环压缩机再次提高压力后送入合成塔。3.制冷和气体分离用压缩机气体经压缩后送入冷凝器，使之变成液体，若再膨胀至低压，其液体经蒸发而吸热，可达到制冷目的。若液化的气体为混合气体，则可根据其各组分的不同气化温度，而将其分离出

17、来，得到各种纯度的气体。因此，压缩机是制冷装置和气体分离设备中的主机。冰箱、冷库、空调器都是常见的制冷装置。它们可按制冷工质不同，常使用氨压缩机或氟里昂压缩机等等。制冷压缩机的压力大都为0.81.2MPa 。最常见的气体分离设备是将空气分离以得到氧和氮，及所谓的空分设备，需要有空压机和氧压机。空气分离分低压流程，压力为0.50.6MPa ；中压流程，压力为1.52.5MPa ；高压流程，压力为15.022.0MPa 。相应的空压机所应达到的气体压力与其流程压力相对应。4.气体输送用压缩机在石油、化工生产中，常利用管道输送气体，则需要压缩机增压，以克服流动过程中的管道阻力。这种压缩机的压力，视其

18、管道长短而定。远程输送煤气是，压力可以达到 。当利用有限的容积输送较多量的气体时，可利用压缩机将气体压力提高，以较小的体积注入瓶中，达到装瓶输送气体的目的。气体装瓶输送用压缩机的压力视其装瓶压力而定。现代工业中，压缩气体的机械用的越来越多，各种类型的压缩机，按工作原理区分为两大类，即速度型和容积型。速度型压缩机靠气体在高速旋转的叶轮作用下，得到巨大的动能，随后在扩压气中急剧降速，使气体的动能转变为势能（压力能）。容积型压缩机靠在气缸内做往复或回转运动的活塞，使容积缩小而提高气体压力。压缩机按结构形式的不同，分类如下：速度型压缩机包括：轴流式、离心式和混流式；容积型压缩机有：回转式和往复式。其中

19、，回转式中包括：滑片式、螺杆式、转子式；往复式中包括膜式和活塞式。活塞式压缩机与其他类型压缩机相比，其特点是：（1） 压力范围广。活塞式压缩机从低压到超高压都适用。（2） 效率高。由于工作原理不同，活塞式压缩机比离心式压缩机的工作效率高的多。而回转式压缩机由于高速气流阻力损失和气体内泄漏等原因，效率亦较低。（3） 适应性强。活塞式压缩机的排气量可在较广的范围内选择，特别是在较小排气量的情况下，要作成速度型很困难，甚至是不可能。此外，气体的重度对压缩机性能的影响，亦不如速度型那样显著。活塞式压缩机的主要缺点是：外形尺寸和重量大，需要较大的基础，气流有脉动性，且易损件较多。活塞式压缩机其基本结构大

20、致可分为三个部分：（1） 基本部分：包括机身、中体、曲轴、连杆、十字头等部件。其作用是传递动力、连接基础与气缸部分。（2） 气缸部分：包括气缸、气阀、活塞、填料以及安装在气缸上的排气量调节装置等部件。其作用是形成压缩容积和防止气体泄漏。（3） 辅助部分：包括冷却器、缓冲器、液气分离器、滤清器、安全阀、油泵、注油器及各种管路系统，这些部件式保证压缩机正常工作所必须的。随着工业的发展，活塞式压缩机的气体种类也越来越多，主要应用于采矿、冶金、石油、化工、机械、建筑及船舶等部门。作动力用的压缩机数量最大，而化学工业的规格品种最多1。1.2 压缩机的工作原理在空压机中，压缩空气是依靠在气缸内做往复运动的

21、活塞还密闭的气缸来实现的。曲轴旋转一周，气缸对空气就完成了吸气、压缩、排气和膨胀过程，即一个工作循环1。其曲轴、连杆动作示意图如下：图1-1 曲柄连杆机构与活塞运动情况示意图1.3 压缩机在国内的发展前景1. 压缩机的应用范围很广，有时也称为通用机械。自20世纪70年代石油化工大发展之后，形成了与之配套的压缩机，如大化肥压缩机、乙烯工业“三机”等。总体看来，目前国内压缩机产品的供需情况是：一般的动力用活塞式压缩机和微型压缩机的产品的生产能力大于市场的需求，微型压缩机的快速发展主要依赖于出口为主的生产模式，工艺用压缩机虽然有了较快的发展，但在技术水平、技术能力，特别是在产品性能稳定性、可靠性方面

22、与国际先进水平还有一段差距。“十一.五”期间石化工业、化学工业、轻纺工业、冶金及采矿工业等各大领域内成套设备的加大国产化为我国压缩机行业的发展提供了巨大的商机，同时也为压缩机行业加快提升压缩机品质、赶超世界水准提供了前所未有的机遇15。2. 活塞式气体压缩机，为新设计的全无油气体压缩机，传动原理为曲轴、连杆、摆杆、结构，气阀是新设计的直流阀。目前国内外生产的活塞式气体压缩机，传动原理是曲轴连杆传动（有油压缩机），或曲轴连杆十字滑块活塞杆传动（半无油压缩机），所用气阀均为网状阀。现以国产半无油压缩机、排气量3立方、排气压力7公斤、与同样新机型作一对比，新机型有以下优越性：体积小、新机型的体积只有

23、现机型的五分之三。节省能源，新机型比现机型节能百分之二十以上。新机为全无油机，保证排出气体的洁净，可为用户节省大量资金去购买空气净化设备。制造成本低，新的传动原理，在机械零件数量上比现机型少百分之十。成本约低百分之八。新机型曲轴箱内无润滑油并与大气连通，整个运动机械零件都在常温下工作，降温冷却效果特好，对整机的使用寿命，安全性，可先辈性，都大有提高。这是现机型无法相比的。新机型用了二比一的杠杆机构，曲轴只承受一半的活塞力，对部份零件的强度要大为降低。综合上述对比，新机型是一种全新换代产品。该产品可设计出多种规格，排气量为3至40m3，排气压力为5至12kg。该产品在一般机械厂均可生产。市场需求

24、量大，如化工、食品、石化、医药、纺织、等行业都要用该项技术。第2章 总体设计2.1 设计原则及设计要求设计活塞式压缩机应符合以下基本原则：（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） 有足够长的使用寿命（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） 维护检修方便。（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。总体设计的任务是：选择结构方案、主要参数、相应的驱动方式，以及大体确定附属设备的布置。压缩机的技术经济指标是否先进，能不能很好的满足使用要求，很大程度上决定

25、于总体设计阶段的考虑是否周当和适当。如果总体设计不当，就会给压缩机带来“先天不足”的缺陷，要消除它的后患，就比较困难。因此，总体设计是压缩机设计的最重要的环节。为了使总体设计能达到既符合多快好省的方针，又符合用户的特定要求，在总体设计时应广泛搜集国内外同类型和相近机型的资料，进行充分的分析比较，提出几个方案，通过热力计算、动力计算，初步确定主要零件的主要尺寸，在分析研究的基础上，选择最符合要求的总体方案。总体设计完成之后，即着手进行工作图设计。工作图设计的任务是根据总体设计中初步定下的零件和部件的尺寸、轮廓和基本结构型式，详细的绘出总体和部件的装配图，零件图、编制必要的技术文件、拟定型号、同时

26、完成各种零件的强度校核计算。2.2 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.机器的型式；2.级数和列数；3.各级气缸在列中的排列和各列间曲柄错角的排列。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，从选择机器型式和级数入手，制定出合适的方案。（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。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；多级时级间设备占地面积大。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

27、，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导向；此外，级数以少为宜，以避免管道布置得麻烦。（2） 卧式压缩机卧式压缩机大都制成气缸置于机身两侧的结构，其优缺点正好和立式压缩机相反；卧式压缩机的级间设备甚至可配置在压缩机的上方，特别是缓冲容积可紧靠气缸，故中、大型压缩机宜采用卧式结构。（3） 角度式压缩机其优点是结构紧凑，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范围也仅为中小型及微型。L型可认为是V型45度，通常优点是管道布置及设备安装方便。综合上述优缺点及任务参数要求，设计的压缩机为中小型，及压缩机参数等

28、因素，所以选择立式压缩机。活塞式压缩机的运动机构有：无十字头与带十字头两种。（1） 无十字头运动机构的特点是：结构简单、紧凑，机器高度较低，相应的机器重量较轻，一般不需专门的润滑机构。但是无十字头的压缩机只能作成单作用的，所以，气缸容积的利用不充分，气体的泄漏也较大，气缸工作表面所受的侧向力也较大，因而活塞易磨损，另外，气缸中的润滑油量也难于控制。无十字头的压缩机一般只适于做成立式、V型、W型和扇形的结构。当压缩机的功率大于120150kW时，无十字头的压缩机的重量要超过有十字头的压缩机，而且结构也较复杂。因此无十字头压缩机只能在小功率范围内采用。在小型移动装置中用的压缩机，要求轻便紧凑以便于

29、搬运，多选用无十字头的运动机构(2) 带十字头运动机构的特点是：由于带有十字头，气缸工作表面不承受连杆传来的侧压力，所以，气缸与活塞间的摩擦和磨损较小，充分利用了气缸容积，润滑油易于控制；可以设置填料密封，所以，气体的泄漏量小，特别是对于易燃、易爆、有毒的气体，只能采用此种结构。当然，带十字头的压缩机增多了十字头、活塞杆及填料等部件，使机器的结构复杂，高度和重量也相应增加。一般排气量在10100m/min、功率在55630kW之间的都是带十字头结构。化工、石油等部门工艺流程中使用的压缩机都带十字头。带十字头的压缩机差不多都是设计成水冷式的。第3章 热力计算3.1 概述压缩机的热力计算，是根据气

30、体的压力、容积和温度之间存在一定的关系，结合压缩机的具体特点和使用要求而进行的，其目的是要求得最有利的热力学参数和适宜的主要结构尺寸。这是新设计压缩机时必须进行的计算。计算步骤大致如下。1. 把标准状态下的气量换算成进气状态下的气量：式中 p0标准状态压力p0=1.013X105N/m2; T0标准状态温度T0=273K。2. 计算总压力比并选择级数总压力比3. 确定各级压力比分配一般可根据总压力比及级数按等压力比分配。4. 计算各级容积系数、压力系数、温度系数、泄露系数、析水系数等。5.计算各级气缸每分钟工作容积式中 pj任一级的进气压力； T1任一级的进气温度。6. 求取指示功率查5中式（

31、2-18）和（2-19）求得各级指示功率，然后相加。7. 确定轴功率查5式（2-26）确定轴功率。8. 确定原动机功率按原动机传动的方式、压缩机运行情况等，确定功率裕度，一般为515%，然后确定原动机功率。3.2 气缸容积和行程的确定3.2.1 设计原始数据排气量60m3/h；进气压力0.1MPa；排气压力3.0MPa进气温度200C；进气相对湿度0.8；压缩机转速750r/min3.2.2 压缩机转数和行程的确定转数和行程的选取对机器的尺寸、重量、制造难易程度和成本有重大影响，并且还直接影响机器的效率，寿命和动力特性。如果压缩机与驱动机直接连接，业影响驱动机的经济性和成本。近代设计活塞式压缩

32、机的总趋势是提高转数。转数、行程和活塞平均速度的关系式如下： （31）式中 活塞平均速度（m/s） n压缩机转数（r/min） S活塞行程（m）活塞式压缩机设计中，在一定的参数和使用条件下，首先应考虑适宜的活塞平均速度，因为：(1) 活塞平均速度的高低，对运动机件中的摩擦和磨损有直接影响。对气缸内的工作过程也有影响。(2) 活塞速度过高，气阀在气缸上难以得到足够的安装面积，所以气阀、管道中的阻力损失很大，功率的消耗和排气温度将会过高。严重影响压缩机工作的经济性和可靠性。一般说来，对工艺流程中使用的大，中型压缩机，活塞速度可取45m/s；对于大批量生产的动力用固定式空气压缩机，为获得较高的效率3

33、4m/s；移动式压缩机为尽量减小机器重量和尺寸，所以取45m/s；微型和小型压缩机，为使结构紧凑，而只能采用较小的行程，虽有较高转数，但活塞平均速度却较低，只有2m/s左右。在一定的活塞速度下，活塞行程的选取，与下列因素有关：排气量的大小。排气量大者行程应取得长些，反之则短些。机器的结构型式。考虑到压缩机的维护和使用条件，对于立式、V型、W型、扇型等结构，活塞机行程不易取太长。气缸的结构。主要考虑I级缸径与行程要保持一定的比例，如果行程太小，则进、排气接管在气缸上的布置将发上困难。在常压进气时，一般当转数低于500r/min时，S/D =0.40.7（D为I级气缸直径）；转数高于500r/mi

34、n时，S/D =0.320.45。现代活塞式压缩机的行程和活塞力之间的关系，按统计与分析，有下列关系：式中 P活塞力（t） A系数，其值在0.065 0.095之间，较小值相应于短行程的机器，较大值相应于长行程的机器。应该注意到只有当转数与行程最终确定后，才能由式（31）得出压缩机实际的活塞的平均速度。3.3.3 容积计算(1) 计算总压力比(2) 选择级数(3) 压力比分配(4) 计算容积系数取相对余隙 膨胀过程指数 (5) 确定压力系数取 (6) 确定温度系数查3，按图1-23取 (7) 计算泄漏系数查5表3-1 表3-1 泄漏系数表 相对泄漏值项 目第一级第二级气阀一级二级0.020.0

35、20.020.02活塞环一级二级0.0060.0060.0060.006填料一级二级0.00060.0010.0010.001总相对泄漏量0.02760.0270.97310.9737(8) 计算析水系数因进入第二级前气体压力为，设冷却后气体温度为，由1附表7的表3-2查得200C时的饱和蒸汽压，250C时的饱和蒸汽压，故，有水分析出。第二级的析水系数=0.9862（9） 计算干气系数进口温度下的饱和蒸汽压查表2-7得I级无水分析出II级因压力已经超过10kg/cm2，可按下式计算:（10） 计算抽气系数 （11） 计算气缸行程容积(12) 确定缸径极差式气缸。可先计算其中最高压力级次的缸径，

36、再求中间压力级次的缸径，最后求低压级缸径。设高压级缸径为，中间压力级缸径为，则低压级行程容积：由此得缸径 圆整成I级气缸直径=155mm圆整后的实际行程容积Vh1=0。II级气缸直径=138mm圆整后的实际行程容积Vh1=0.。(13) 复算压力比或调整余隙容积气缸直径圆整后，如其他参数不变，则压力比分配便改变；若忽略压力比改变后对容积系数的影响，则压力比的改变可认为与活塞有效面积改变成比例。由于一级缸径圆整变小使一级排气压力要成正比例降低，降低率由于二级缸径圆整变大使一级排气压力要成反比例降低，降低率故一级压力比为取值6.4也可以用调整相对余隙的办法，维持压力比不变，即因第一级缸径缩小了，相

37、对余隙容积也相应缩小，使吸进的气量不变；第二级气缸直径增大了，相对余隙容积也增大，使二级吸进的气量也不变。由此可得=0.8483一级新的相对余隙容积二级新的容积系数=0.8219二级新的相对余隙容积=0.1292(14) 计算功率=13.36kW取机械效率轴功率NZ=13.36/0.94=14.21kW电动机的功率余度取15%，则电动机取18.5kW。3.3 压缩机的驱动活塞式压缩机是消耗功的机械，需要原动机来驱动。原动机的选择要根据能源供应情况及总的经济效果来决定。异步电机结构简单，功率在150kW以内应用较合适。因为异步电机功率因数小于1，电网要供给一部分无功功率，而且转速越低功率因数就越

38、小，所以转速低的大功率压缩机不合适。根据热力学的计算，已知电机功率为18kW,则查表16-67及16-1-396选YR200L-8异步电机。表3-1 YR200L-8主要参数型号额定功率（）同步转速（）额定电流（A）满载效率（%）满载功率因数（）堵转电流/额定电流（A）堵转转矩/额定转矩（N.m）YR200L-818.575044860.736.42.2第4章 惯性力和惯性力矩的平衡惯性力和惯性力矩的数值和方向做周期性变化，引起机组的震动。减小震动最有效的方法就是在机器内部平衡惯性力和惯性力矩。惯性力和惯性力矩都是自由力，只有用变化周期相同但方向相反的另一个惯性力和惯性力矩来平衡。本设计为单列

39、立式压缩机，因此以在曲轴上附加平衡铁的方法来达到目的。立式单列压缩机，如果在曲柄的相反方向离曲轴中心r处设置个不平衡质量相等的平衡重，则平衡重产生的旋转惯性力与机器的大小相等，方向相反，达到完全平衡。如果在曲柄的相反方向离曲轴中心r处再设置另一个质量为mp的平衡重，则沿曲柄相反方向形成离心力，若与往复运动质量相等，则次力的垂直分量为，与一阶惯性力大小相等，方向相反，也达到完全平衡。但是在水平方向的分力却成为自由力，所以，单列压缩机中设置平衡重只能是一阶惯性力在曲轴旋转平面内转过90，而不能平衡。若使平衡重的质量小于往复运动质量，则平衡重产生的离心力可以使一阶惯性力分解成沿气缸中心线和垂直于气缸

40、中心线的两个方向上的分量。在立式压缩机中，当采用滚动轴承时，为改善轴承受载的情况，将一阶惯性力的15%20%转移到水平方向，这时所需的平衡重质量为。平衡重质量应该在两个曲柄上均匀布置，每一个平衡重的质量为：第5章 气缸部分的设计5.1 气缸5.1.1 设计气缸的要点是：(1) 应具有足够的刚度和强度。工作表面具有良好的耐磨性。(2) 要有良好的冷却；在有油润滑的气缸中，工作表面应有良好的润滑状态。(3) 尽可能减小气缸内的余隙容积和工作阻力。(4) 结合部分的密封和连接要可靠。(5) 要有良好的制造工艺性和拆装方便。(6) 气缸直径和阀座安装孔等尺寸应符合要求。5.1.2 气缸主要尺寸的确定与

41、校核：压力较高的铸铁气缸的壁厚按薄壁圆筒公式计算：取值为17mm式中气缸工作压力（kg/m2） 气缸内径（cm） a壁厚的附加项，其值按0.50.8选取。直径大时取较大值。 气缸材料的需用拉伸应力（kg/m2），气阀布置在气缸盖上，气缸形状较简单且高强度铸铁时，=250400 kg/m2。气缸其余部分的厚度通常按以下关系选取：水套壁厚： 外壁厚：（低压级）（高压级）端壁厚：法兰厚：5.2 气阀5.2.1 气阀材料和主要技术要求（1） 阀片材料为了保证阀片具有足够的强度和较长的使用寿命，阀片材料应具有强度高、韧性好、耐磨、耐腐蚀等性能。对于空气等没有腐蚀性介质的压缩机，其阀片材料经常使用30Cr

42、MnSiA。其技术条件见YB53965的规定。（2） 阀座和升程限制器的材料根据气阀两侧压差选取，查表4-41，阀座材料为稀土球墨铸铁。对于升程限制器的材料，一般与阀座材料相同。（3） 气阀弹簧材料气阀弹簧材料为合金弹簧钢丝。5.2.2 气阀的计算1. 主要特征参数（1） 阀缝隙通道的平均气流速度，查表4-61取：28m/s（2） 阀缝隙通道面积：式中 F活塞有效面积（） 活塞平均速度（） 选择的阀缝隙通道平均气体流速（） z同时作用的同名气阀数（3） 气阀升程，查图4-801取：h=1.5mm（4） 气阀全开时每砸弹簧力：I级弹簧力为0.008kg/mm2,II级弹簧力为0.020 kg/m

43、m22. 环状阀结构尺寸的选择（1） 阀座通道宽度b与阀片开启高度h应维持一定的比例关系：（2） 阀片宽度B与阀座通道宽度b的关系为：式中 阀座密封口宽度（mm）。当采用强度等于或高于HT200的材质时，高转数压缩机1.5mm,取1.25mm（3） 阀座相邻通道平均直径差：式中 b升程限制器通道宽，取5mm。上述计算值按表4-111进行圆整。（4） 阀座最内环通道平均直径：式中 需要的阀座通道面积 阀缝隙面积 i阀座通道数，必须为偶数，取4则=80.5mm查表4-121圆整得D1=80mm（5） 阀片厚度根据气阀工作压力和阀片直径，一般取1.83mm，取（6） 阀座的安装直径和最大外径根据表4

44、-131选取推荐的安装直径。式中阀座安装的凸缘宽度，（7） 阀座厚度阀座厚度H，一方面式保证阀座的强度，更主要的是阀座具有足够的刚性，因此根据表4-141取0.25 175=43.75mm。（8） 阀座安装凸缘高度（9） 阀座通道无连接筋部分深度：一般去310mm，本设计取5mm。（10） 升程限制器厚度：式中 升程限制器上最大弹簧孔深度。取5mm 升程限制器弹簧孔底的最小厚度。取5mm。（11） 连接螺栓通过表4-151取M202的螺栓，材料为45号碳素钢。5.3 活塞与活塞销1. 活塞高度对于轻型筒形活塞，由于侧面开口，支撑面积应按实际尺寸计算。活塞总高度H与活塞直径D一般为：，则对与I级

45、活塞其值为（100.75232）mm，II级活塞其值为（89.7207）mm。活塞顶至第一道活塞环的距离：，h为密封环高度，差表10-4-6【7】GB3452.3-1988得h=3.4mm。则C=9mm。2. 活塞环间距：，取值为4.5mm。3. 裙部到底边高。4. 活塞销中心线到底边约为0.5L=82.8mm。5. 活塞顶部的强度计算，可将活塞顶部作为圆周固定的圆板来计算，在圆板上受到气体压力的均匀载荷，在四周边缘上的最大弯曲应力：式中气体中最大的压力（kg/m2）。 l活塞顶的厚度（cm）。 r活塞顶结合外圆半径（cm）。顶部有加强筋的铸铁活塞其值为1000（kg/m2）。则l12.3mm

46、。6. 活塞销的计算式中 d活塞销直径（cm）。 连杆轴承长度，一般范围（1.21.4）d。 活塞销需用比压，活塞力方向有变化时取150250（kg/m2）。则d=(45.19)cm取50mm。7. 活塞销进行弯曲校核时，把活塞销看成两端自由支撑的梁，与连杆接触长度上承受均布载荷。中间截面上的应力最大，则:式中最大活塞力（kg）。 l活塞销座支撑长度中点间的距离（cm）。 连杆轴承的长度（cm）。 活塞中心孔径（cm）。一般取0.6d。碳素钢900 kg/m2。经计算满足条件。8. 活塞销支撑中点截面的校核：许用剪切应力，其值为500 kg/m2。9. 活塞销座处的表面压力按下式确定：式中最大

47、活塞力（kg）。 活塞销外径（cm）。 活塞销在一侧销座中的支撑长度（cm）。铸铁活塞，若活塞销在销座中又相对滑动，则上值取一半。10. 活塞销座外径尺寸，按校核公式选取：式中活塞销座外径（cm）。11. 活塞销长度第6章 基本部件的设计6.1 机身、中体机身、中体统称为机体，它包括机身、中体、机座、曲轴箱、中间接筒、端接筒等部件。机体的作用是：（1） 作为传动机构的定位与导向部分。（2） 作为压缩机承受作用力的部分。（3） 作为气缸的支承座及连接某些辅助部件。6.1.1 机体结构设计的基本原则：（1） 适应压缩机结构型式的要求，（2） 应有足够的强度和刚度。（3） 结构简单、工艺性良好。（4

48、） 机体下部面积应满足运转时稳定性要求。6.1.2 机体主要结构尺寸的确定：1. 主轴承座孔的确定，参考本章第五节2 主轴承螺栓尺寸的确定（按满足螺栓强度计算选取），=16mm。（d为主轴颈直径.）3. 机体的主轴承轴线高度H的确定，根据机体有足够的刚度，贮油多少确定。一般取（1.152），主轴承孔座直径。6.1.3 机体的壁厚1. 机身、机座、曲轴箱的壁厚按表5-11选取。=20mm。2. 中体壁厚：。3. 中体与机身连接法兰厚：，同时要满足。取h=36mm 6.2曲轴图6-1 曲轴结构示意图6.2.1 曲轴设计的基本原则1.曲轴的轴颈要有适当的尺寸，使配用的轴承有胜任的负荷能力。2.曲轴要

49、有足够的强度，以承受交变弯曲和交变扭矩的联合作用。3.曲轴要有足够的刚度。6.2.2 曲轴结构尺寸的确定1. 曲轴销的直径查表圆整得D=100mm2. 主轴颈直径查表圆整得=100mm。3. 曲柄厚度4. 轴颈重合度S/D0.3则S取30mm5. 曲柄宽度取h=120mm。6.2.3 曲轴强度校核抗曲疲劳安全系数为：扭转疲劳安全系数为：总的安全系数为：（单曲拐安全系数）上列式中、，分别为弯曲和扭转时的应力集中系数和尺寸系数，可按 5图8-15、图8-16、图8-17求取，分别为1.9、1.8、0.7、0.63。系数和可取0.10.2，0.1，材料为45号钢弯曲极限为250MPa，扭转极限为15

50、0 MPa。代入式中得，满足强度要求。6.3 连杆图6-2 连杆结构示意图1. 连杆长度L的确定立式压缩机中其值取0.25，则。2. 连杆大头瓦尺寸设计把曲柄销直径与主轴颈一样，则大头瓦与主轴瓦一样。查表5-241得：轴瓦座孔径为107mm，宽45mm，厚3.5mm3. 连杆小头衬套尺寸确定查表5-111得：4.连杆宽度BB=0.9b=96.3mm。5. 连杆杆体结构尺寸确定杆体中间截面尺寸取46mm.式中杆体中间截面当量直径（mm）。 P最大活塞力（t）。当量面积则工字型尺寸6. 连杆大头盖尺寸A-A：B-B：7. 连杆小头最小截面的确定C-C：8. 连杆螺栓尺寸连杆螺栓直径取M24的螺栓连

51、杆，它承受拉力、压力、弯曲力和振动冲击等各种作用力，必须有足够的强度和刚度。式中 连杆的作用力， （kg）。连杆当量直径， （cm），材料的许用应力代入已知数据，计算得，满足强度要求第7章 压缩机的辅助设备7.1 压缩机润滑与润滑设备7.1.1 概述压缩机中，在零件相互滑动的部位，如活塞环与气缸、曲轴与轴承、轴颈与连杆大头瓦、连杆小头衬套与活塞销等处，要注入润滑剂进行润滑，以达到以下目的:1. 减小摩擦功率，降低压缩机的消耗功率。2. 减少滑动部位的磨损，延长零件寿命。3. 润滑剂有冷却作用，可导走摩擦热，使零件的工作温度不过高，从而保证滑动部位必要的运转间隙，防止滑动部位咬死或烧伤。4. 用

52、油作润滑剂时，尚有防止零件生锈的作用。7.1.2 压缩机中主要摩擦副和润滑状态润滑包括两部分：轴承的润滑；连杆两头的润滑，通过曲轴中间的孔和连杆中间的孔实现连杆大小头的润滑。往复滑动摩擦副：立式往复活塞式压缩机中有气缸衬与活塞环、气缸气缸衬与活塞之间。旋转滑动摩擦副：压缩机中的旋转滑动摩擦副最为广泛。往复压缩机中的活塞销与连杆小头孔之间的连接属于摆动的摩擦副。曲柄销与连杆大头孔之间，大、中型曲轴的主轴颈与轴瓦之间的连接，普遍都采用旋转滑动轴承的摩擦副形式。7.1.3 润滑方式根据压缩机结构的特点，可以采用不同的润滑方式进行润滑，大致分为两类：1. 飞溅润滑：多用于小型无十字头的压缩机中。其特点

53、是：气缸与运动部件的摩擦面，均靠装在连杆上的打油杆将油飞溅到各润滑部位进行润滑，因而气缸和运动机构只能采用同一种润滑油。2. 压力润滑：在大、中型有十字头压缩机中，均采用此种方式。这种润滑方式往往分为两个独立系统，即气缸填料部分的润滑靠注油器供油，而运动部件的润滑，是由油泵连续供油。综合本次设计的压缩机结构形式，选择飞溅的润滑形式。其具体的润滑方式如下：曲轴箱中飞溅的油雾和油滴，当活塞接近上止点时，能落于气缸未被活塞遮盖的镜面，并在活塞下一循环中润滑油进入活塞环槽中，再由活塞环布置需要润滑的表面。低压的一级，在吸气过程中气缸里能产生真空度，故润滑油很容易呗吸入气缸内，并在压缩气体高温作用下挥发，然后和被压缩气体一起排出压缩机。7.2 压缩机的冷却系统活塞式压