[工學(xué)]4L208型活塞式空氣壓縮機(jī)

1、大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要此設(shè)計(jì)的對象是目前使用較普遍的4l-20/8型活塞式空氣壓縮機(jī)。其內(nèi)容是對活塞式壓縮機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)進(jìn)行了詳述，并對壓縮機(jī)的曲軸組件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡介，側(cè)重于根據(jù)已知的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)對4l-20/8型活塞式空氣壓縮機(jī)進(jìn)行熱力計(jì)算和動力計(jì)算，完成其主要參數(shù)的選擇，并分析了本壓縮機(jī)的動力平衡情況，并對其傳動機(jī)構(gòu)中的重要部件曲軸進(jìn)行了準(zhǔn)確的強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算，并判斷其曲軸在強(qiáng)度和剛度上是否滿足使用要求，以保證其安全運(yùn)行。另一個主要內(nèi)容是對autocad這種目前在機(jī)械設(shè)計(jì)繪圖領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖軟件的發(fā)展、特點(diǎn)、應(yīng)用、軟件群體進(jìn)

2、行了詳細(xì)介紹，指出其和普通手工繪圖相比的強(qiáng)大優(yōu)勢。并在此設(shè)計(jì)中應(yīng)用autocad對4l-20/8型活塞式空氣壓縮機(jī)的部分零件圖和總裝配圖進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖。關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)；熱力計(jì)算；動力計(jì)算；曲軸；autocadabstractthe piston compressor 4l-20/8 which is widely used at present has been studied in this thesis .the compressors use, structure, work principle and function characteristics of the compre

3、ssor has been expatiated , especially in terms of structure parameter and the technology parameter, the thermodynamics and dynamics computation has been done, the compressors principle parameter has been choosed, and its motive balance function has been analysed, the computation of the crank in inte

4、nsity has been done in order to ensure the safety ,the crank has been judged if it is satisfied the requirement of use. the auto cad is widely used design drawing in machine, the cads development and character , is given a minute description ,and indicate the advantage of it .it is chief character t

5、o use auto cad to compute and make the drawing. key words：compressor；thermodynamics ；dynamics；crank ；auto cad前 言隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，壓縮機(jī)的應(yīng)用也越來越廣。由于石油化工工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種烴類氣體的壓縮機(jī)也日趨增多，壓縮機(jī)在石油化工業(yè)中的地位就顯得尤為重要。在石油化工廠中，用壓縮機(jī)輸送工藝氣體或動力氣體，在工藝流程中把介質(zhì)壓縮到反應(yīng)所需的壓力等。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括對壓縮機(jī)的熱力計(jì)算及動力計(jì)算，以及對其傳動機(jī)構(gòu)的重要部件曲軸的強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算，其中熱力計(jì)算部分確定了各級名義、實(shí)際壓

6、力及壓力比、各級實(shí)際排氣溫度、各級氣缸直徑、行程容積、實(shí)際排氣量，最大氣體力及電動機(jī)功率。動力計(jì)算部分包括運(yùn)動計(jì)算以及氣體力往復(fù)慣性力及摩擦力的計(jì)算，綜合活塞力的計(jì)算及綜合活塞力圖的繪制，切向力的計(jì)算及切向力圖的繪制，飛輪矩的計(jì)算。曲軸強(qiáng)度計(jì)算部分包括曲軸靜強(qiáng)度計(jì)算，疲勞強(qiáng)度計(jì)算及剛度計(jì)算。此設(shè)計(jì)的目的是針對4l-20/8型活塞式壓縮機(jī)，確定選型時的主要工作參數(shù)，并分析判斷本壓縮機(jī)的動力平衡性能以及曲軸的強(qiáng)度和剛度是否滿足石油化工中安全生產(chǎn)的要求。4l-20/8 型活塞式空氣壓縮機(jī)屬于中型壓縮機(jī)，目前使用很廣泛，因此對4l-20/8型活塞式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)具有非常實(shí)際而重要的現(xiàn)實(shí)意義。目 錄第1章

7、 概 述11.1 壓縮機(jī)的用途11.2 壓縮機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)簡介31.3 壓縮機(jī)曲軸組件簡介5第2章 4l-20/8型空氣壓縮機(jī)72.1 已知數(shù)據(jù)72.2 熱力計(jì)算8第3章 動力計(jì)算203.1 已知數(shù)據(jù)203.2 動力計(jì)算21第4章 曲軸強(qiáng)度計(jì)算274.1 曲軸受力分析274.2 靜強(qiáng)度計(jì)算294.3 疲勞強(qiáng)度計(jì)算304.4 曲軸剛度計(jì)算31總 結(jié)35參考文獻(xiàn)36致 謝37附錄138附錄248iv大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 概 述隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，壓縮機(jī)的應(yīng)用也越來越廣。壓縮機(jī)在采礦、冶金、石油化工生產(chǎn)、機(jī)械及建筑等部門得到廣泛應(yīng)用，由于石油化工工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種烴類氣體的

8、壓縮機(jī)也日趨增多，壓縮機(jī)在石油化工業(yè)中的地位就顯得尤為重要。將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的能量，用來給氣體增壓與輸送氣體的機(jī)械稱為壓縮機(jī)。各種型號的壓縮機(jī)，按工作原理可分為兩大類：速度式和容積式。速度式壓縮機(jī)靠氣體在高速旋轉(zhuǎn)葉輪作用下，得到巨大的能量，隨后在擴(kuò)壓器中急速降速，使氣體的動能轉(zhuǎn)變成勢能（壓力能）。容積式壓縮機(jī)靠在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的活塞，使容積縮小，從而提高氣體壓力4。壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)類型的不同，可分類為：圖1.1壓縮機(jī)分類 活塞式壓縮機(jī)與其它類型的壓縮機(jī)相比有許多優(yōu)點(diǎn)6：（1）適用壓力范圍廣。這種機(jī)器依靠工作容積變化的原理工作，因而不論其流量大小，都能達(dá)到很高的工作壓力；（2）熱力效率高

9、；（3）對介質(zhì)及排氣量的適應(yīng)性強(qiáng)，特別是可用于小排氣量情況。1.1 壓縮機(jī)的用途 4l20/8型空氣壓縮機(jī)（其外觀圖見下頁），使用壓力0.11.6mpa（絕壓）排氣量20m3 /min，可用于氣動設(shè)備及工藝流程，適用于易燃易爆的場合3。圖1.2 4l壓縮機(jī)外觀圖圖1.3 4l-20/8型活塞壓縮機(jī)總裝配圖該種壓縮機(jī)可以大幅度提高生產(chǎn)率，工藝流程用壓縮機(jī)是為了滿足分離、合成、反應(yīng)、輸送等過程的需要，因而應(yīng)用于各有關(guān)工業(yè)中。因?yàn)榛钊綁嚎s機(jī)已得到如此廣泛的應(yīng)用的需要，故保證其可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)極為重要。氣液分離系統(tǒng)是為了減少或消除壓縮氣體中的油、水及其它冷凝液6。本機(jī)為角度式l型壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)較緊湊，氣缸

10、配管及檢修空間也比較寬闊，基礎(chǔ)力好，切向力也較均勻，機(jī)器轉(zhuǎn)速較高，整機(jī)緊湊，便于管理。本機(jī)分成兩列，其中豎直列為第一列，水平列為第二列，兩列夾角為90度，共用一個曲拐，曲拐錯角為0度。1.2 壓縮機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)簡介1.2.1 工作原理本機(jī)為往復(fù)活塞式壓縮機(jī)，依靠氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動的活塞壓縮氣體容積而提高其壓力。當(dāng)驅(qū)動機(jī)（電機(jī)）開啟后，通過彈性聯(lián)軸器帶動壓縮機(jī)的曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，不斷旋轉(zhuǎn)的曲軸使連桿不停的擺動，從而牽動十字頭、活塞桿、活塞分別在十字頭滑道內(nèi)和氣缸內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動5。壓縮機(jī)工作時，在活塞從內(nèi)止點(diǎn)到外止點(diǎn)運(yùn)動的過程中，氣缸容積處于相對真空狀態(tài)，缸外一級進(jìn)氣緩沖罐中的氣體即通過吸氣閥進(jìn)入

11、一級氣缸內(nèi)，當(dāng)活塞行至外止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)充滿了低壓氣體。當(dāng)活塞由外止點(diǎn)向內(nèi)止點(diǎn)運(yùn)動時，吸氣閥自動關(guān)閉，氣缸內(nèi)的氣體被逐漸壓縮而使壓力不斷提高，當(dāng)氣體壓力大于排氣閥外壓力和氣閥彈簧力時，排氣閥打開，排出壓縮氣體，活塞運(yùn)動到內(nèi)止點(diǎn)時排氣終了，準(zhǔn)備重新吸氣。至此，完成一個膨脹、吸氣、壓縮、排氣、再吸氣的工作循環(huán)14。從一級氣缸排出的氣體，進(jìn)入中間冷卻器后，再經(jīng)儀表控制管路組件二級氣缸，進(jìn)行第二次壓縮至需要壓力，經(jīng)過二級排氣緩沖罐排出壓縮機(jī)。因此，周而復(fù)始，活塞不斷的往復(fù)運(yùn)動，吸入氣缸的氣體亦不斷地被吸入排出，從而不斷地獲得脈動壓縮氣體。1.2.2 結(jié)構(gòu)簡介（1）壓縮機(jī)構(gòu)1）氣缸組件：各級氣缸中都有三層

12、壁并行成三層空腔，最里層的薄壁筒為氣缸套，緊貼在內(nèi)壁上，內(nèi)壁與其外面一層形成空腔通冷卻水，稱為冷卻水套；冷卻水套包在整個缸體、缸頭、填料涵腔和氣閥空腔周圍，以期全面冷卻氣缸里的各部件；外層是氣體通道，它被分成兩部分：吸入通道和排出通道，分別與吸入和排出閥相通，缸體靠近曲軸側(cè)，由于穿過活塞桿，為防止氣體泄漏，設(shè)有填料函腔，整體為鑄鐵結(jié)構(gòu)6。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是氣缸靠軸側(cè)的座蓋與缸體鑄成一體，簡化了座蓋結(jié)構(gòu)，減少了密封面，填料涵和氣缸中心線的同心度很容易保證，氣缸座蓋上有止口與壓縮機(jī)中相配合，以保證氣缸和十字頭滑道的同心度，但這種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鑄造工藝有一定難度。2）活塞組件： 圖1.4壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖一

13、級活塞為盤形中空組合活塞，整個活塞分成兩部分；二級活塞為盤形中空整體活塞。均為鋁合金鑄造，表面用陽極氧化處理，可以防腐蝕，一級活塞有一道支撐環(huán)，四道活塞環(huán)，裝配時應(yīng)將活塞環(huán)的開口相互錯開，可以減少泄漏。各級活塞環(huán)均為四氟乙烯，氣缸由注油器實(shí)現(xiàn)有油潤滑?；钊麠U有良好的耐磨性，活塞桿與十字頭用螺栓連接，旋入或旋出螺紋即可調(diào)節(jié)氣缸和活塞的間隙。3）吸氣閥和排氣閥部件：各級吸氣閥均為環(huán)形閥，由閥座、閥蓋、閥片、彈簧等零件組成。閥片由不銹鋼組成，其它零件都經(jīng)鍍鎘處理，因而氣閥的耐磨性良好。氣閥中均勻分布的彈簧將閥片壓緊在閥座上，工作時，閥片在兩邊壓差和彈簧力的作用下打開或關(guān)閉，由于氣閥閥片自動而頻繁的開

14、啟，因而要求彈簧力均勻，安裝時應(yīng)對彈簧仔細(xì)挑選，力求彈簧高度一致。另外，在閥座、閥蓋的密封面上，嚴(yán)禁劃傷或粘上固體顆粒雜質(zhì)。4）填料部件：本機(jī)填料部件由節(jié)流套、密封環(huán)、閉鎖環(huán)等組成，節(jié)流套內(nèi)的節(jié)密封環(huán)槽用于節(jié)流降壓，減輕密封環(huán)的負(fù)荷。閉鎖環(huán)、密封環(huán)靠外圈彈簧和氣體力緊箍在活塞桿上起到密封作用，若內(nèi)表面磨損，密封元件將自行補(bǔ)充，因而不致密封實(shí)效。5）中間接筒部件：中間接筒、刮油環(huán)座、油封圈等組成中間接筒部件。中間接筒分別與氣缸和機(jī)身相連，其上有兩個窗孔，供 裝卸刮油座及填料等用，并開有三個接管口，一個接填料密封潤滑管路，另兩路接排污管路。（2）傳動機(jī)構(gòu)l型機(jī)身內(nèi)裝有曲軸，與聯(lián)軸器同步電機(jī)相連，曲

15、軸軸徑兩端各裝有一個滾動軸承，曲軸上裝有兩塊平衡塊，以平衡回轉(zhuǎn)部分不平衡質(zhì)量和運(yùn)動部件的部分慣性力，同一曲軸柄銷上裝有兩根連桿，同時帶動水平列和豎直列的往復(fù)部件。連桿為球墨鑄鐵鑄造，與曲柄銷連接的大部分都裝有軸瓦，軸瓦與軸頸的間隙可用墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)，大小頭軸瓦之間沿連桿軸向鉆有油孔，連桿與活塞桿之間的空隙，十字頭銷及十字頭體上鉆有油孔，使由連桿進(jìn)來的潤滑油能進(jìn)入十字頭。1.3 壓縮機(jī)曲軸組件簡介1.3.1 概述曲軸組件，包括曲軸、平衡重及兩者之間的連接件等。曲軸如下圖所示由三部分組成：主軸頸、曲柄和曲柄銷。曲柄和曲柄銷構(gòu)成的彎曲部分稱之為曲拐12。1主軸頸 2曲柄 3曲柄銷圖1.5 曲軸組成示意

16、圖1.3.2 曲軸結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)曲軸有三種基本型式：曲柄軸、曲拐軸（簡稱曲軸）和偏心輪軸。曲軸是目前普遍采用的型式，其曲拐一般兩端支承，剛性較曲柄軸好。曲軸的支承方式有兩種：全支承是每個曲拐兩側(cè)均設(shè)有主軸承；非全支承方式是每23個曲拐的兩側(cè)用兩個主軸承。前者對曲軸的剛性，以及機(jī)身系列化時奇數(shù)列要求的滿足有利；后者對縮短壓縮機(jī)的長度有利。曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)是曲軸定位、軸頸、過渡圓角、油孔、軸端和平衡重的設(shè)計(jì)。其主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)使配用的軸承有承受負(fù)荷的能力，同時曲軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受交變彎曲與交變扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，保證軸頸偏轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力不超過許用值。曲軸一般用40#和45#優(yōu)質(zhì)碳素鋼。碳素鋼

17、在合理的熱處理及表面處理后，已可滿足壓縮機(jī)曲軸的要求，只有極少場合應(yīng)用40cr等合金。1.3.3 曲軸強(qiáng)度曲軸強(qiáng)度計(jì)算主要包括靜強(qiáng)度計(jì)算和疲勞強(qiáng)度計(jì)算。靜強(qiáng)度計(jì)算的目的是求出曲軸各危險部位最大工作應(yīng)力。疲勞強(qiáng)度計(jì)算的目的是求出曲軸在反復(fù)承受交變工作應(yīng)力下的最小強(qiáng)度儲備，通常以安全系數(shù)的形式表示。曲軸的強(qiáng)度計(jì)算一般有如下步驟：（1） 軸的受力分析；（2） 軸靜強(qiáng)度校核；（3） 軸疲勞強(qiáng)度校核；（4） 軸剛度校核。曲軸的強(qiáng)度計(jì)算是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中必不可少的重要步驟，具體的計(jì)算過程詳見第五章。第2章 4l-20/8型空氣壓縮機(jī)2.1 已知數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)型式：4l-20/8型空氣壓縮機(jī)-l型（即氣缸中心線分別與

18、水平面垂直、平行，且成l型排列）兩列雙作用（每只活塞兩側(cè)均形成相同級次工作容積的壓縮機(jī)）單重（重?cái)?shù)等于曲軸的曲拐數(shù)）水冷式壓縮機(jī)，公稱容積流量20,壓力13。工藝參數(shù)：級名義吸氣壓力（絕）： 吸氣溫度：級名義排氣壓力（絕）： 吸氣溫度：排氣量（級吸入狀態(tài)）： 空氣相對濕度： 結(jié)構(gòu)參數(shù)：活塞行程： 電機(jī)轉(zhuǎn)速： 活塞桿直徑： 氣缸直徑： 級： 級：相對余隙容積： 電動機(jī)： tr127-8型 130kw電動機(jī)與壓縮機(jī)的連接： 三角帶傳動 連桿長度： 運(yùn)動部件質(zhì)量（kg）見表2-1。 表2-1 運(yùn)動部件質(zhì)量 kg名稱級級活塞組件4925.5十字頭組件 14.44 14.44連桿組件 21.921.92

19、.2 熱力計(jì)算2.2.1 初步確定壓力比及各級名義壓力（1）確定各級壓力比壓力比的分配通常按最省工的原則進(jìn)行，即可按等壓比分配原則3。 （2-1）兩級壓縮總壓力比 ?。?）各級名義進(jìn)排氣壓力如下： （2-2） （2-3）表2-2 各級名義進(jìn)、排氣壓力 mpa級次名義吸氣壓力名義排氣壓力0.10.30.30.92.2.2 初步計(jì)算各級排氣溫度按多變過程方程可得各級排氣溫度： （2-4） 表2-3 各級名義排氣溫度級次名義吸氣溫度計(jì)算參數(shù)名義排氣溫度kkk4031331.41.3694291555032331.41.3694421692.2.3 計(jì)算各級排氣系數(shù)因壓縮級工作壓力不高，介質(zhì)為空氣，全

20、部計(jì)算可按理想氣體處理。由排氣系數(shù)的計(jì)算公式： （2-5）分別求各級的排氣系數(shù)。（1）計(jì)算容積系數(shù)： （2-6）其中，多變膨脹指數(shù)的計(jì)算按化工機(jī)器表32查得3級多變膨脹指數(shù)：級多變膨脹指數(shù)： 則各級容積系數(shù)為： （2）數(shù)的選擇：考慮到用環(huán)狀閥，氣閥彈簧力中等，吸氣管中壓力波動不大，兩極壓差也不大，可選取，。（3）溫度系數(shù)的選取3： 考慮到壓縮比不大，氣缸有較好的水冷卻，氣缸尺寸級轉(zhuǎn)速中等，從化工機(jī)器圖3-12查得在0.935 0.975范圍內(nèi)，可選取 。（4）泄漏系數(shù)的計(jì)算： （2-7）用相對漏損法計(jì)算：1）考慮氣閥成批生產(chǎn)，質(zhì)量可靠，閥彈簧力中等，選取氣閥相對泄漏值：2）活塞均為雙作用，有油

21、潤滑，缸徑中等，壓力不高，選活塞相對泄漏值： 3）有油潤滑，壓力不高，選取填料相對泄漏值： 由于填料為外泄漏，須在第級內(nèi)補(bǔ)足，所以第級相對泄漏中也包括第級填料的外泄漏量在內(nèi)，泄漏系數(shù)的計(jì)算列入下表： 表2-4 泄漏系數(shù)的計(jì)算漏損部位相對泄漏值級級氣閥0.020.02活塞環(huán)0.0060.007填料0.00050.0010.001總相對泄漏0.02750.028泄漏系數(shù)0.9730.973（5）各級排氣系數(shù)計(jì)算結(jié)果列入下表： 表2-5 各級排氣系數(shù)計(jì)算結(jié)果級數(shù)0.8580.970.960.9730.7770.8620.980.960.9730.7892.2.4 計(jì)算各級凝析系數(shù)及抽加氣系數(shù)計(jì)算各級

22、凝析系數(shù)13（1） 計(jì)算在級間冷卻器中有無水分凝析出來查化工機(jī)器表3-5得水在40和50時的飽和蒸氣壓：（40）（50）則可知： 所以在級間冷卻器中必然有水分凝析出來，這時。（2） 計(jì)算各級凝析系數(shù) （3） 抽加氣系數(shù)因級間無抽氣，無加氣，故 2.2.5 初步計(jì)算各級氣缸行程容積 2.2.6 確定活塞桿直徑為了計(jì)算雙作用氣缸缸徑，必須首先確定活塞桿直徑，但活塞桿直徑要根據(jù)最大氣體力來確定，而氣體力又須根據(jù)活塞面積來計(jì)算，它們是互相制約的。因此須先暫選活塞桿直徑，計(jì)算氣體力，然后校核活塞桿是否滿足要求。（1）計(jì)算任一級活塞總的工作面積（z同一級氣缸數(shù)）（2-8）（2）暫選活塞桿直徑根據(jù)雙作用活塞

23、面積和兩側(cè)壓差估算出該壓縮機(jī)的最大氣體力約為30噸左右，由化工機(jī)器附錄四暫選活塞桿直徑d=45mm?；钊麠U面積 （3）非貫穿活塞桿雙作用活塞面積的計(jì)算蓋側(cè)活塞工作面積 軸側(cè)活塞工作面積 級： 級： （4）計(jì)算活塞上所受氣體力1）第一列（第級） 外止點(diǎn)： 內(nèi)止點(diǎn)： 2）第二列（第級） 外止點(diǎn)： 外止點(diǎn)： 由以上計(jì)算可知，第二列的氣體力最大，為-27630n，約合3噸。由附表2可知，若選活塞直徑d=40mm是可以的，但考慮留有余地，取d=45mm。2.2.7 計(jì)算各級氣缸直徑（1）計(jì)算非貫穿活塞桿雙作用氣缸直徑根據(jù) （2-9）（2）確定各級氣缸直徑根據(jù)化工機(jī)器表3-4，將計(jì)算缸徑圓整為公稱直徑3：

24、 2.2.8 計(jì)算氣缸直徑圓整后的實(shí)際行程容積，各級名義壓力及壓力比（1）計(jì)算各級實(shí)際行程容積非貫穿活塞桿直徑雙作用氣缸行程容積： （2-10）（2）各級名義壓力及壓力比因各級實(shí)際行程容積與計(jì)算行程容積不同，各級名義壓力及壓力比必然變化。各級進(jìn)、排氣壓力修正系數(shù)及分別為：1）各級進(jìn)氣壓力修正系數(shù)： （2-11） 2）各級排氣壓力修正系數(shù)： （2-12）3）修正后各級名義壓力及壓力比 （2-13） （2-14）計(jì)算結(jié)果列入下表：表2-6 氣缸直徑圓整后的實(shí)際行程容積，各級名義壓力及壓力比級次計(jì)算行程容積 0.064350.02138實(shí)際行程容積 0.0660.023修正系數(shù)10.950.951名

25、義吸氣壓力（mpa）0.10.30.10.29名義排氣壓力(mpa)0.30.90.290.9修正后名義壓力比2.93.102.2.9 按修正后的名義壓力考慮壓力損失后計(jì)算缸內(nèi)實(shí)際壓力缸內(nèi)實(shí)際壓力： 由化工機(jī)器圖3-16，查得，計(jì)算各級氣體內(nèi)實(shí)際壓力，結(jié)果見表3-7。 表 2-7 考慮壓力損失后的缸內(nèi)實(shí)際壓力及壓力比級次修正后名義壓力(mpa)相對壓力損失缸內(nèi)實(shí)際壓力（mpa）實(shí)際 壓力比0.10.290.050.0810.951.0810.0950.3143.310.290.90.0340.0610.9661.0610.280.9553.412.2.10 根據(jù)實(shí)際壓力比，計(jì)算各級實(shí)際排氣溫度

26、 （2-15）按k=1.4和m=1.3兩種情況計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表8。從中可以看出，按k=1.4計(jì)算出的排氣溫度超過了180的允許范圍，但實(shí)際測出的排氣溫度接近多變壓縮m=1.3的結(jié)果，認(rèn)為在允許的范圍內(nèi)。 表2-8 根據(jù)實(shí)際壓力比求得各級實(shí)際排氣溫度級次吸氣溫度實(shí)際壓力比k=1.4m=1.3()(k)()(k)(k)()403133.311.4084401671.318413140503233.411.4204581851.3274291562.2.11 缸內(nèi)最大實(shí)際氣體力并核算活塞桿直徑氣缸直徑得圓整，活塞桿直徑的選取及各級吸氣排氣壓力的修正都直接影響到氣體力，需要新計(jì)算如下：（1）一列（第

27、級）1）活塞面積蓋側(cè)： 軸側(cè)： 2）壓力： 3）氣體力 外止點(diǎn) 內(nèi)止點(diǎn) （2）二列（第級）1）活塞面積：蓋側(cè)： 軸側(cè)： 2）壓力：3）氣體力： 外止點(diǎn) 內(nèi)止點(diǎn) 有以上計(jì)算表明，最大氣體力在第列外止點(diǎn)（-33561），但沒有超過活塞桿的允許值，可用。2.2.12 復(fù)算排氣量 氣缸直徑圓整后，壓力比發(fā)生變化，引起容積系數(shù)相應(yīng)的變化。 如其它系數(shù)不變，則排氣系數(shù)為：經(jīng)上述修正后的排氣量為：計(jì)算結(jié)果與題目要求相近，說明所選用的氣缸是合適的。2.2.13 計(jì)算功率選用電機(jī)（1）計(jì)算各級指示功率 （2-16） （2）整機(jī)總指示功率： （3）軸功率因本機(jī)為中型壓縮機(jī)，取機(jī)械效率 則（4）所需電機(jī)功率因本機(jī)是

28、三角皮帶傳動，取傳動效率，則實(shí)際本機(jī)選用tr127-8型電動機(jī)，功率為300kw是足夠的，說明以上計(jì)算可用。2.2.14 熱力計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)（1）名義、實(shí)際壓力及壓力比 表 2-9 各級名義、實(shí)際壓力及壓力比級次名義壓力（mpa）實(shí)際壓力(mpa)0.10.292.90.0950.3143.310.290.93.100.280.9553.41（2）各級實(shí)際排氣溫度 （3）氣缸直徑 （4）氣缸行程容積 （5）實(shí)際排氣量 （6）最大氣體力 （7）電動機(jī)功率（8）活塞桿直徑 d=45mm55第3章 動力計(jì)算3.1 已知數(shù)據(jù) 動力計(jì)算部分需要使用熱力計(jì)算部分所得的結(jié)果，現(xiàn)將動力計(jì)算已知數(shù)據(jù)匯總見表3-1

29、。表3-1 動力計(jì)算已知數(shù)據(jù)級次活塞面積0.138470.049060.136880.04747壓力(mpa)吸入0.10.290.0950.28排出0.290.90.3140.955溫度吸入（）4050（k）313323排出（）140156（k）413429相對余隙容積0.0950.098行程(mm)s240240余隙容積折合行程(cm)2.282.35指示功率(kw)50.5452.9軸功率(kw)114.6機(jī)械效率0.93轉(zhuǎn)速(r/min)n400連桿長(mm)l5003.2 動力計(jì)算3.2.1 運(yùn)動計(jì)算（1）作， 運(yùn)動曲線圖12 （2）位移：蓋側(cè)：軸側(cè)： 速度： 加速度： 每隔10按上

30、述計(jì)算，將結(jié)果列入附錄1表1，其中是第列及第列本列的曲柄轉(zhuǎn)角，兩者結(jié)果一樣，故用一個表。（3）由附錄1表1中值描點(diǎn)連線做出曲線圖如附錄2圖1。作圖比例尺： ， ， 3.2.2 氣體力計(jì)算 用列表計(jì)算法作各級氣缸指示圖及氣體力展開圖。（1）各過程壓力：膨脹過程： （3-1） 進(jìn)氣過程： （3-2） 壓縮過程： （3-3） 排氣過程： （3-4）本機(jī)屬于中型壓縮機(jī)，取，是活塞位移，用運(yùn)動計(jì)算中各點(diǎn)的位移值。因本機(jī)為雙作用活塞，蓋側(cè)氣體力與軸側(cè)氣體力應(yīng)分別列表計(jì)算12。（2）氣體力：蓋側(cè): 軸側(cè)： 對雙作用活塞蓋側(cè)與軸側(cè)氣體力應(yīng)分別計(jì)算，然后將同一轉(zhuǎn)角時兩側(cè)氣體力合成。氣體力符號規(guī)定：軸側(cè)氣體力是活

31、塞桿受拉，為正；蓋側(cè)氣體力使活塞桿受壓，為負(fù)。（3）將計(jì)算結(jié)果列入表中：級蓋側(cè)氣體力列入附錄1表2，級軸側(cè)氣體力列入附錄1表3，級蓋側(cè)氣體力列入附錄1表4，級軸側(cè)氣體力列入附錄1表5，合成氣體力列入附錄1表6。（4）作各級氣缸指示圖：用活塞行程為橫坐標(biāo)，以氣體力為縱坐標(biāo)，將表中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)上描點(diǎn)連線即成，級氣缸指示圖如附錄2圖2，級氣缸指示圖如附錄2圖3。作圖比例尺：， （5） 氣體力展開圖：以曲柄轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，以氣體力為縱坐標(biāo)，將指示圖展開。軸側(cè)氣體力為正，繪在橫坐標(biāo)上，蓋側(cè)氣體力為負(fù)，繪在橫坐標(biāo)下，并將合成氣體力繪出，級氣缸氣體力展開圖如附錄2圖4，級氣缸氣體力展開圖如附錄2圖5。 作圖比

32、例尺：，3.2.3 往復(fù)慣性力計(jì)算（1）往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量的計(jì)算連桿質(zhì)量 取小頭折算質(zhì)量 級活塞組件及十字頭組件質(zhì)量 級活塞組件及十字頭組件質(zhì)量 于是得到各級往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量： （2）活塞加速度值由運(yùn)動計(jì)算已知。（3）計(jì)算各級往復(fù)慣性力 計(jì)算結(jié)果列入附錄1表7，關(guān)于慣性力的符號規(guī)定：以使活塞桿受拉力為正，受壓力為負(fù)，這一規(guī)定恰好和慣性力與加速度方向相反的規(guī)定相一致。3.2.4 摩擦力的計(jì)算 （1）往復(fù)摩擦力為總摩擦力的70% （3-5）級往復(fù)摩擦力 級往復(fù)摩擦力 關(guān)于往復(fù)摩擦力的符號規(guī)定：1）使活塞桿受拉為正，受壓為負(fù)。2）之間為向軸行程，摩擦力使活塞桿受拉，定為正。在之間為向蓋行程，摩擦力使活塞桿受壓

33、，定為負(fù)。（2）旋轉(zhuǎn)摩擦力的計(jì)算旋轉(zhuǎn)摩擦力為總摩擦力的30% 3.2.5 綜合活塞力計(jì)算及綜合活塞力圖的繪制（1）氣體力、往復(fù)慣性力及往復(fù)摩擦力合成就得到綜合活塞力計(jì)算結(jié)果列入附錄1表8、表9?；钊κ请S著曲柄轉(zhuǎn)角而變化的其正負(fù)號規(guī)定同前。（2）列的綜合活塞力圖的繪制將每列的氣體力、往復(fù)慣性力及往復(fù)摩擦力相疊加，繪在同一比例尺的圖上，就得到列的綜合活塞力圖，橫坐標(biāo)為曲軸轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)為活塞力如附錄2圖6、附錄2圖7。作圖比例尺：，3.2.6 切向力的計(jì)算及切向力圖的繪制（1）切向力的計(jì)算 （3-6）計(jì)算結(jié)果列入附錄1表8、表9。（2）總切向力的計(jì)算將列切向力和旋轉(zhuǎn)摩擦力合成就得出總切向力，合成時

34、要注意列的相位差，列按旋轉(zhuǎn)方向超前270，即將列270時的切向力與列0時的切向力疊加，列280時的切向力與列10時的切向力疊加，以此類推，合成結(jié)果列入附錄1表10。（3）作切向力圖1）橫坐標(biāo)為曲柄轉(zhuǎn)角，比例尺為，換算為長度比例尺2）縱坐標(biāo)為切向力，比例尺：3）根據(jù)切向力的計(jì)算表作切向力圖，如附錄圖8。（4）平均切向力的計(jì)算1）由列表計(jì)算的切向力求平均切向力 2）由熱力計(jì)算所得的軸功率計(jì)算平均切向力 3）計(jì)算作圖誤差4）誤差沒有超過在允許的范圍內(nèi)。5）將平均切向力水平線畫在切向力圖上。3.2.7 作幅度面積向量圖1 用求機(jī)儀（或其它方法）求的平均切向力與總切向力曲線所包圍的面積： 2 作幅度面積

35、向量圖將平均切向力下方的面積定為-向上作向量，平均切向力上方的定為+向下作向量，把所有這些向量依次首尾相接平行作出（最末一個向量的終點(diǎn)與第一個向量的始點(diǎn)在同一個水平線上），得到向量圖上最高點(diǎn)與最低點(diǎn)間得差值，如附錄2圖8。 比例尺：。3.2.8 飛輪矩的計(jì)算（1）壓縮機(jī)一轉(zhuǎn)中的能量最大變化量l： （3-7）（2）旋轉(zhuǎn)不均勻度的選取本壓縮機(jī)與電機(jī)使用三角帶傳動，由化工機(jī)器，取。（3）飛輪矩的計(jì)算 （3-8）3.2.9 分析本壓縮機(jī)動力平衡性能 如下圖為l型壓縮機(jī)，一列水平配置，一列垂直配置，垂直列常是低壓氣缸，水平列為高壓氣缸。設(shè)兩列的往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量相等為。垂直列的往復(fù)慣性力： 水平列的往復(fù)慣性力

36、： 將兩慣性力合成得： 一階慣性合力的方向角為，則： 故知 二階慣性合力的方向角為： 故 以上表明：一階往復(fù)慣性力的合力是個定值，方向始終沿曲柄方向外指，這樣就可在曲柄的反方向加平衡質(zhì)量，產(chǎn)生的離心慣性力，可使一階慣性力完全平衡。二階慣性力的合力方向總是在與垂直軸線成角的射線方向上，其大小成周期性變化，故不能用平衡質(zhì)量加以平衡。旋轉(zhuǎn)慣性力可用平衡質(zhì)量離心慣性力平衡。由于角度式壓縮機(jī)各列連桿置于同一曲柄銷上，列間距很小，所以各種慣性力矩很小，可忽略不計(jì)。由此可見，l型壓縮機(jī)的動力平衡性很好，結(jié)構(gòu)緊湊，是我國廣泛使用的一種中型壓縮機(jī)機(jī)型。第4章 曲軸強(qiáng)度計(jì)算4.1 曲軸受力分析為使計(jì)算簡便，對曲軸

37、的受力情況先作如下簡化假定：（1）對于多支承曲軸，作為在主軸承中點(diǎn)處被切開的分段簡支梁考慮；（2）連桿力集中作用在曲柄銷中點(diǎn)處；（3）略去回轉(zhuǎn)慣性力；（4）略去曲軸自重。作如上假設(shè)后，規(guī)定軸頸與曲柄的坐標(biāo)系，如圖4.1所示。其中：t為作用在曲柄銷上的切向力；為作用在曲柄銷上的法向力；、為軸前端載荷沿坐標(biāo)方向上的分量；為a、b兩個主軸承處支反力沿坐標(biāo)方向的分量；m為輸入扭矩；為相鄰一跨傳來的阻力扭矩。內(nèi)力正負(fù)號規(guī)定如圖5-1所示。 圖4.1 曲軸受力圖及正負(fù)號規(guī)定表5-1 曲軸所受外力表4-1 曲軸所受切向力序號曲軸旋轉(zhuǎn)位置特點(diǎn)曲柄轉(zhuǎn)角(度)列m()(n)(n)(n)(n)t1列綜合活塞力最大絕

38、對值290-7.1225.523062.43507.78-12572.83611.98-12936.22列切向力最大值4017.6937.494498.8-8715.86-18471.3-8974.14-19018.73列切向力最小值350-35.2617.672120.417372.6-8715.917887.4-8963.994列法向力最大值23019.6122.732727.6-9661.8-11199.1-9948.15-11530.95列法向力最小值180-44.4821.422570.421915.310553.62567.7-10866.4表4-2 曲軸內(nèi)力序號曲軸旋轉(zhuǎn)位置特點(diǎn)曲

39、柄轉(zhuǎn)角(度)曲軸截面繞軸彎矩()繞軸彎矩繞軸扭矩（） 軸力()靜強(qiáng)度計(jì)算用1列綜合活塞力最大絕對值2903355447.17315.7-11948.92276.61552.31131.6_-3507.82列切向力最大值403355-1111.020-17569.53344.32282.21662.4_8715.9疲勞強(qiáng)度計(jì)算用3456列切向力最大值列切向力最小值列法向力最大值列法向力最小值4035023018033335555-869.61972.4_2282.21075.7_剛度計(jì)算用7列綜合活塞力最大絕對值2900 077880727.900-1508.70_被校核一跨的結(jié)構(gòu)尺寸如圖4-1

40、所示。在這一跨中，一列中分別布置級級氣缸。按照強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算的需要，從動力計(jì)算提供的各列活塞力表、切向力表合法向力表，找出曲軸的幾個特殊旋轉(zhuǎn)位置、，再找出與、相應(yīng)的法向力、切向力和輸入扭矩m。根據(jù)圖4-1和表4-1已知數(shù)據(jù)，按支反力計(jì)算公式計(jì)算各支反力。計(jì)算結(jié)果填入表5-1。按照強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算的需要，根據(jù)圖4-1尺寸和表4-1數(shù)據(jù)，按曲軸各截面彎矩、扭矩、軸力計(jì)算公式表計(jì)算曲軸在各特殊旋轉(zhuǎn)位置時有關(guān)截面上的彎矩、扭矩、軸力。計(jì)算結(jié)果如表4-2所示。4.2 靜強(qiáng)度計(jì)算由于工作負(fù)荷引起的曲軸破壞總是疲勞破壞，因此對曲軸要求進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。但為使計(jì)算簡便，通常把曲軸所受載荷，看成是應(yīng)力幅度

41、等于最大應(yīng)力的對稱循環(huán)載荷，且略去應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)對計(jì)算結(jié)果的影響，而代之選用較大的安全系數(shù)，從而使復(fù)雜的疲勞強(qiáng)度校核具有靜強(qiáng)度校核的簡單形式3。一般要校核軸頸和曲柄的如下截面：即軸與曲柄連接處和軸頸開油孔處。近似地可取曲軸下述各旋轉(zhuǎn)位置，對曲軸進(jìn)行靜強(qiáng)度校核：1）被校核一跨的輸入扭矩最大時；2）被校核一跨中，列的綜合活塞力絕對值最大時（在角度式壓縮機(jī)情形中，是一拐上各列綜合活塞力矢量和的絕對值最大時）。軸頸和曲柄各截面的靜強(qiáng)度校核按下式進(jìn)行： （4-1）式中 曲軸材料對稱彎曲疲勞極限；危險點(diǎn)上的正應(yīng)力；危險點(diǎn)上的切應(yīng)力； 許用安全系數(shù)，推薦：被校核危險點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算，對于軸頸： （4-2

42、） （4-3）對于曲柄的校核。截面為矩形時，要校核：（1）截面短軸端點(diǎn)；（2）截面長軸端點(diǎn)；（3）矩形角點(diǎn)。故如圖所示，靜強(qiáng)度校核截面3-3和截面5-5，計(jì)算結(jié)果如表4-3所示。表4-3 靜強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果序號曲 軸旋 轉(zhuǎn)位 置特 點(diǎn)曲柄轉(zhuǎn)角(度)曲軸截面危險點(diǎn)安全系數(shù)許用安全系數(shù)是否安全1列 綜合 活塞 力絕 對值 最 大290336.54.5安全55短軸端點(diǎn)長軸端點(diǎn)矩形角點(diǎn)3110.410.2555安全安全安全2列 切向 力最 大 值40336.04.5安全55短軸端點(diǎn)長軸端點(diǎn)矩形角點(diǎn)1259.69.6555安全安全安全4.3 疲勞強(qiáng)度計(jì)算軸頸與曲柄間的過渡圓角處，由于有高度應(yīng)力集中現(xiàn)象存在，

43、是曲柄最易發(fā)生破壞的地方，有時要按考慮了應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法，進(jìn)行進(jìn)一步的強(qiáng)度校核。疲勞強(qiáng)度校核方法如下： （4-4）式中 彎扭交變應(yīng)力綜合作用下，曲軸的工作安全系數(shù)；彎曲交變應(yīng)力作用下，曲軸的工作安全系數(shù)；扭轉(zhuǎn)交變應(yīng)力作用下，曲軸的工作安全系數(shù)；許用工作安全系數(shù)。推薦：=1.82.5 45優(yōu)質(zhì)碳素鋼 ，故疲勞強(qiáng)度計(jì)算截面和截面所在過渡圓角，過渡圓角半徑為8mm，計(jì)算結(jié)果如表5-4所示。表4-4 疲勞強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果序號曲柄旋轉(zhuǎn)位置特點(diǎn)曲柄轉(zhuǎn)角（度）曲柄截面安全系數(shù)許用安全系數(shù)是否安全列切向力最大40334.620.612.74.53.382.5安全列切向力最小350列法向力最

44、大2305511.464.5列法向力最小1804.4 曲軸剛度計(jì)算 首先把曲軸轉(zhuǎn)化為變截面直梁，要求轉(zhuǎn)化梁與曲軸有同樣的抗彎剛度。轉(zhuǎn)化梁與曲軸有同樣的坐標(biāo)系?？山频厝∏S的下述旋轉(zhuǎn)位置，對曲軸進(jìn)行剛度校核，即：被校核一跨列的綜合活塞力絕對值最大時。（在角式壓縮機(jī)情形，是一拐上個列綜合活塞力矢量和的絕對值最大時）。本軸只對軸頸偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行計(jì)算即可。 式中 曲柄銷載荷單獨(dú)作用時軸頸偏轉(zhuǎn)角； 軸前端載荷單獨(dú)作用時軸頸偏轉(zhuǎn)角。，的求取，使用圖解法較為方便，其步驟如下：（1）根據(jù)圖4-1，確定變截面轉(zhuǎn)化梁各段的長度尺寸，如圖5-2所示。（2）根據(jù)圖4-1，按剛度轉(zhuǎn)化關(guān)系，計(jì)算轉(zhuǎn)化梁各段的截面慣性矩。計(jì)算

45、結(jié)果如表5-5所示。（3）根據(jù)表4-5中剛度計(jì)算數(shù)據(jù)，作轉(zhuǎn)化梁的彎矩圖，如圖4-2a所示(以繞z軸彎曲為例).（4）以為虛載荷，作等截面梁的虛載荷圖，如圖4-2b所示。（5）作集中虛載荷圖，如圖4-2c所示。（6）取極距h=16厘米，集中虛載荷比例尺，軸長縮小比例，作力多邊形（圖5-2e）和索多邊形（圖4-2d）。（7）作多邊形的封閉邊，即在圖4-2d中，以直線連接001 。（8）計(jì)算主軸頸偏轉(zhuǎn)角（以軸承a處為例即可）。表4-5 轉(zhuǎn)化梁各段截面慣性矩轉(zhuǎn)化梁截面撓度放大比例 （4-5）式中：s撓度放大比例尺；m集中虛載荷比例尺；n軸長縮小比例尺；h力多邊形中的極距；e曲軸材料彈性模數(shù)。由計(jì)算和圖得： 790在圖5-3d中，10mm, 21mm，所以：0.00012 （弧度）軸頸偏轉(zhuǎn)角在允許范圍內(nèi)，故剛度滿足要求。圖4.2 轉(zhuǎn)化梁和撓度計(jì)算圖同理，可算出：弧度。 則0.000123