ZW压缩机课程设计说明书DOC

1、0目录TOC o 1-5 h z热力学计算1动力计算5结构尺寸设计18参考文献305实践心得31过程机器课程设计21 1热力学计算已知条件有：相对湿度屮=0.8空气等熵指数k=1.4第一级吸气温度Tsl=40C第二级吸气温度Ts2=40C额定排气量Qd=0.6m3/min额定进气压力Psl=0.4MPa额定排气压力Ps2=2MPa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=50mm。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，=s=错误!未找到引用源。=2.82812但为使第一级有较高的容

2、积系数，第一级的压力比取稍低值，各级名义压力级压力表如下：表1-1级数III吸气压力p0/MPas0.40.8排气压力p0/MPad0.82压力比0=p0/p0ds22.5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:a=0.132m=1.352入=0.874v2a=0.111m=1.31得：九=1a(1/m11)v111=1-0.11x(21/1.3-1)=0.92九=0.97九=0.99p1p2尢=0.95尢=0.95t1t2九=0.92X=0.90l1l2选取压力系数选取温度系数W.选取泄露系数V.确定容积效率得：耳=0.78耳=0.74V

3、1V2确定析水系数九第一级无水析出，故九=1.0。而且各级进口温度下的饱和蒸汽压p申申1sa由文献查的t=t=40CP=7375Pa12sa得：=(p-申p)S/(p-申p)2s11sa11s22sa2=(4105-0.8x7375)x2/(8x105-7375)=0.98确定各级行程容积V=q/nns1vv1=0.6/(1000 x0.78)=0.00077m3V=(qpT九)/(npTn)s2vsi22s21V2=(0.6X105X313X0.98)/(1000X8X105X313X0.74)=0.0004m3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=100

4、mm。得活塞平均速度：V=sn/30=3.3m/sm由于汽缸为单作用，得：D=(4V/ns)1/2=0.099m1s根据气缸直径标准，圆整的D=100mm，实际行程容积为V=0.00077m3。活塞有效面1s1积为A，=0.015m2P1同理得：D=0.051m2根据气缸直径标准，圆整的=55mm,实际行程容积为V=0.0004m3。活塞有效面积为s2A=0.004m2P2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，利用下式计算容积系数：九A九=_pvAp计算得新的容积系数为：九=0.89v1九=0.74v21九在通过下式计算新的相对余隙a=l1/m1结果为

5、:a=0.1431a=0.272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:5=0.04s15=0.08d1p=105N/m2s1p=(1-0.04)X105s1=3.84MPap=8X105N/m2s2p=(1-0.035)X8X105s2=7.72MPap=20X105N/m2d2p=(1+0.06)X20X105d2=2.12MPa5=0.0355=0.06s2d2因总的进排气压力损失5=5+5得:0sd5=0.125=0.0950102计算实际吸排气压力:p=8X105N/m2d1p=(1+0.08)X8X105d1=8.64MPa计

6、算实际压力比:=2.01，=2.45具体如下表1:2表1-2各级进排气压力和实际压力比级次公称压力/Mpa压力损失实际压力/Mpa实际压力比，Pspd5，s5，dP，sP，dI0.40.80.040.080.3840.8642.01II0.82.00.0350.060.7722.122.45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/m2AD2/4cIA=0.00785clIIA=0.00238c2由于汽缸为单作用，轴侧不作为工作面，故Aw=0w止点气体力计算见下表：表1-4列次内止点外止点I-IF二pApA二-3014NwldiwlsiclF二一pA+pA二-6782

7、NcidicisiwiII-IIF二pApA二-1837Nw2d2w2s2c2F二一pA+pA二-5045Nc2d2c2s2w2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n=1.3n=1.3512n1取T=313K,T=313K排气温度由式T二Tens1s2ds得：T=367KT=395Kd1d2指示功率、轴功率的计算以及选配电动机各级指示功率为：Nij60（1-8）xXxPxVxsjvjsjsjnXn-1j-1,得：N=3.76kWN=4.2kWi1i2总的指示功率为：N=工j=2N=7.96kWi

8、j=1ij因为小型无油润滑压缩机耳=0.850.90所以取机械效率耳=0.85mm即轴功率为：N=N/耳=9.4KWzim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=100mm转速：n=1000r/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-6782NII-1837N-5045N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2

9、s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1503)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：错误！未找到引用源。曲轴旋转角速度：曲柄销旋转半径:错误！未找到引用源。=104.7s-1r=0.55s=50mm由热力计算数据可知最大活塞力为6.8kN,取P=10kN由公式mpmaxpmax得mpmaX32kg往复质量mp在运动时产生的往复惯性力I为:2-3)I=mr2(cosa+九cos2a)p=9009错误！未找到引用源。x现将查得cosa+Xcos2a与r和I

10、的值如表所示表2-2一级往复惯性力数值表aocosa+Xcos2aIxrao01.1100100000360151.06129560.40.041345300.92128299.10.159330450.70756373.90.343315600.44564014.40.575300750.16431480.20.83428590-0.1092-983.81.100270105-0.3533-3182.91.352255120-0.5543-4993.71.575240135-0.7065-6364.91.757225150-0.8106-7302.71.891210165-0.8704-78

11、41.41.973195180-0.8900-8018.02.000180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！未找到引用源。=104.7s-i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5.1kN,取P二8kN由公式mpmaxpmax兄）代入数据得mpma=x13.2kg往复质量mp在运动时产生的往复惯性力I为:I=mr2p(cosa+Xcos2a)2-3)=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aocosa+九cos2aIxrao01.110

12、08000.00360151.06127648.10.041345300.92126639.10.159330450.70755099.00.343315600.44563211.40.575300750.16431184.10.834285900.1092787.01.1002701050.35332546.21.3522551200.55433994.91.5752401350.70655091.81.7572251500.81065842.01.8912101650.87046273.01.9731951800.89006414.22.000180（4）计算往复摩擦力f查资料知：（丄-l

13、）x60f=0.65xNm（24）id2snf=258错误！未找到引用源。s1f=289Ns2向轴行程，往复运动摩擦力为正；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)p二p(S/(xid0g+S)m0pi=psp二p(s+sis0/(x+S)mg0pi=pdpi=-piAc00.00864000-6.78152.07754746-5.66308.12551079-4.334517.61387189-3.046029.75384000-3.027

14、543.56380000-3.029057.99384000-3.0210572.02384000-3.0212084.73384000-3.0213595.36384000-3.02150103.36384000-3.02165108.31384000-3.02180110.00384000-3.02195108.35805179-6.32210103.43838828-6.5922595.48899574-7.0624084.879958173-7.8225572.181141943-8.9627058.171362705-10.728543.731701796-13.3630029.91

15、864000-6.7831517.74864000-6.783308.21864000-6.783452.13864000-6.783600.00864000-6.78列出二级气体力数值表表2-5二级气体力数值表曲柄转角活塞位移（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(S0/(x+S)g0)mp=pisp=p(s+isS/(x+S0g0)mp=pidPi=-PiAc00.002120000-5.05152.071969040-4.69308.121629840-3.894517.611283120-3.056029.75772000-1.8

16、47543.56772000-1.849057.99772000-1.8410572.02772000-1.8412084.73772000-1.8413595.36772000-1.84150103.36772000-1.84165108.31772000-1.84180110.00772000-1.84195108.35724374-1.73210103.43751698-1.7922595.48800817-1.9124084.87876410-2.0825572.18988546-2.3527058.171151156-2.7428543.731447571-3.4530029.912

17、120000-5.0531517.742120000-5.053308.212120000-5.053452.132120000-5.053600.002120000-5.05（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)piI(N)力II(N)擦力RSI(N)PEI(N)0-678010000308.0352815-56609560308.0420830-43308299308.0427745-30406373308.0364160-30204014308.0130275-30

18、201480308.0-123290-3020-983308.0-3695105-3020-3182308.0-5894120-3020-4993308.0-7705135-3020-6364308.0-9076150-3020-7302308.0-10014165-3020-7841308.0-10553180-3020-8018308.0-10730195-6320-7841-308.0-14469210-6590-7302-308.0-14200225-7060-6364-308.0-13732240-7820-4993-308.0-13121255-8960-3182-308.0-12

19、450270-10700-983-308.0-11991285-136001480-308.0-12428300-67804014-308.0-3074315-67806373-308.0-715330-67808299-308.01211345-67809560-308.02472360-678010000-308.02912一级气缸受力图系列1系列2系列3系列4系列5表2-7二级综合活塞力曲柄转角a()气体力piII(N)往复惯性力III(N)往复摩擦力RSII(N)活塞力PEH(N)0-50508000330.0325815-46907648330.0326630-38906639330

20、.0305745-30505039330.022976001679750-34890-1840-787330.0-2319105-1840-2546330.0-4078120-1840-3994330.0-5526135-1840-5091330.0-6623150-1840-5842330.0-7374165-1840-6273330.0-7805180-1840-6414330.0-7946195-1730-6273-330.0-8311210-1790-5842-330.0-7940225-1910-5091-330.0-7309240

21、-2080-3994-330.0-6382255-2350-2546-330.0-5204270-2740-787-330.0-3527285-34501184-330.0-2664300-50503211-330.0-2147315-50505039-330.0-319330-50506639-330.01281345-50507648-330.02290360-50508000-330.026421000070359111315172232580006000系列140002000系列4-2000系列5-4000-6000-8000-10000系列2系列3切向力图（1）第一级切向力曲线的绘制

22、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P（P分解成切向力T和径向力R）。ccxT=psin（a+卩）tcosPR=pcos（a+卩）xtcosP式中：p代表活塞力t按曲柄转角求得的综合活塞力乘以因子sin(a+p)/cosp,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

23、例尺与活塞综合力相同，横坐标为0按圆周长的展开得到的平滑线取240mm表示100沢。由于存在旋转摩擦力F的影响，可得：r=(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/mm长度比例：m=1.44mm/mmTL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2-8。表2-8综合活塞力和切向力值a0sin(a+p)综合活塞力PEsin(a+p)Pxpcospcosp00.000035280.01

24、50.286342081204.8300.547742772342.5450.762336412775.5600.913913021189750.9936-1232-1224.1901.0000-3695-36951050.9383-5894-5530.31200.8182-7705-6304.21350.6519-9076-5916.61500.4523-10014-4529.31650.2313-10553-2440.91800.0000-107300.0195-0.2313-144693346.7210-0.4523-142006422.6225-0.6519-137328951.924

25、0-0.8182-1312110735.6255-0.9383-1245011681.8270-1.0000-1199111991285-0.9936-1242812348.5300-0.9139-30742809.3315-0.7623-715545.1330-0.54771211-663.3345-0.28632472-707.73600.000029120.0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。第二级切向力和综合活塞力如表2-9表2-9二级综合活塞力和切向力值aOsin(a+p)综合活塞力PEsin(a+p)PxtCOSpcosp00.000

26、032580.0150.286332669350.1300.547730571674.3450.762322971751.0600.913916791534.3750.9936-348-345.7901.0000-2319-23191050.9383-4078-3826.41200.8182-5526-4521.41350.6519-6623-4317.51500.4523-7374-3335.31650.2313-7805-1805.31800.0000-79460.0195-0.2313-83111922.3210-0.4523-79403591.3225-0.6519-73094764.

27、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II切向力值总切向力值旋转摩擦力000.000.000.220.22151.219.3510.780.22302.341.675.230.22452.781.754.7

28、50.22601.191.532.940.2275-1.23-3.46-4.470.2290-3.70-2.32-5.80.22105-5.53-3.83-9.140.22120-6.31-4.52-10.610.22135-5.92-4.32-10.020.22150-4.53-3.34-7.650.22165-2.44-1.81-4.030.221800.000.000.220.221953.351.925.050.222106.423.599.790.222258.954.7713.50.2224010.745.2215.740.2225511.684.8816.340.2227011.

29、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下图为压缩机各级切向力及总切向力曲线图：计算飞轮矩计算飞轮矩，根据式：GD2=3600厶n255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=mlmT错误！未找到引用源DDd将上述数据计算代入后即可得知飞轮矩的大小。曲轴结构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A曲柄销直径DP取最大

30、值为二级压缩时的最大活塞力，P=8.311KND=（4.65,6.-万二（4.65.6）x8.311一4.6cm，9.8取D=50mm主轴颈直径D1D二(11.1)D二(11.1)x50二5055mm，取D1=55mm轴颈长度：根据选取轴承宽度略大些曲柄厚度t：t=（0.70.6）D=（0.70.6）x50=30-35mm，取t=35mm曲柄宽度hh=（1.21.6）D=（1.21.6）x50=60-80mm，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

31、；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的比值九=R决定。人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；人值小了的话，就会使压缩机的外形愈大；所以选取要适当。选取x=5。行程s=100mm，曲柄半径R=55mm连杆长度L：L=250mm由于本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=60mmmB=(0.650.75)H=(0.650.75)X60=3945mm。取B=40mmmmm连杆大头盖的尺寸确

32、定A-A截面的厚度：S=40mmaB-B截面的厚度：S=36mmb连杆小头的截面：S=S=26mmcd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材料4540Cr30CrMo35CrMoA25Cr2MoV38CrMoAl40Cr2MnV螺母3535Mn,20Cr20Cr30Mn30Mn，30Mn,30Mn,材料30CrMo30CrMo30CrMo连杆螺栓的直径：选择螺栓为M24X1.5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。II级连杆尺寸的计算(与I级相似)取H=34mmmB=(0.650.75)H=(0.650.75)X34=22.125.5mm。取B=24mmmmm连杆大头盖的尺寸确定取S=25mmA取S=22mmB连杆小头的截面：取Sc=S