第7章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本概念2學(xué)時(shí)

第七章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本概念吳偉烽2013.4第七章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)：掌握活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、各個(gè)零部件的特點(diǎn)（運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、受力特點(diǎn)）；掌握活塞式壓縮機(jī)零部件的初步設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：壓縮機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)壓縮機(jī)的輔助系統(tǒng)第七章基本概念壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于壓縮氣體借以提高氣體壓力的機(jī)械，活塞式壓縮機(jī)是其中應(yīng)用非常廣泛的一種。結(jié)構(gòu)：為實(shí)現(xiàn)某個(gè)功能而由各個(gè)要素按一定的關(guān)系組成而又相互作用形成的一個(gè)整體，既有整體性又有層次性。結(jié)構(gòu)是功能的載體，功能決定結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)技術(shù)任務(wù)的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)的工作原理、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，包含構(gòu)型、選材及尺寸三要素，最后將這三個(gè)方面形成數(shù)據(jù)，如圖紙和文件等。第七章基本概念構(gòu)型即是構(gòu)造零件的形狀以及零件間的聯(lián)結(jié)關(guān)系。構(gòu)型要遵循5個(gè)方面的原則：1）滿足系統(tǒng)功能的要求；2）滿足運(yùn)動(dòng)的要求；3）提高零部件強(qiáng)度、剛度及壽命；4）降低振動(dòng)和噪聲；5）結(jié)構(gòu)的工藝性良好，即工藝簡單、加工成型容易、能源消耗少。第七章基本概念選材即確定各個(gè)零部件所使用的材料，選材時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：1）選材最主要的依據(jù)是根據(jù)零件對(duì)材料性能的要求，包含力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等。不同零件要求的使用性能是不同的，有的要求高強(qiáng)度，有的要求高彈性，有的要求耐腐蝕等。即使是同一零件，不同部位的性能要求也不一樣，如齒面要求高硬度，而心部要求有一定的強(qiáng)度、塑性和韌性。第七章基本概念2）所選的材料應(yīng)具有良好的工藝性，零件對(duì)所選材料的工藝性能要求，與其制造工藝路線相關(guān)。3）材料應(yīng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。材料的經(jīng)濟(jì)性不只是選用材料的價(jià)格，更重要的是使生產(chǎn)零件的總成本降低，包含材料價(jià)格、零件自重、零件的加工費(fèi)、試驗(yàn)研究費(fèi)等。第七章基本概念4）材料的可靠性要高。材料的可靠性是指材料制成的零件在給定的壽命用期內(nèi)完成給定的工作而不破壞的幾率。產(chǎn)品的可靠性首先由設(shè)計(jì)本身決定，設(shè)計(jì)所賦予的可靠性稱為潛在可靠性，潛在可靠性低，則在以后的制造和使用過程中無論如何努力，可靠性也不會(huì)高。5）材料的資源、能源與環(huán)?？紤]。要求在材料生產(chǎn)——使用——廢棄的全過程中，對(duì)資源、能源、對(duì)環(huán)境的影響盡量小。第七章基本概念尺寸宏觀上是指主要結(jié)構(gòu)尺寸以及主要尺寸之間的比例關(guān)系微觀意義包含形位公差、表面粗糙度、材料的表面硬度、加工腐蝕余量等。尺寸與構(gòu)型是緊密聯(lián)系在一起的，其選取原則與構(gòu)型一樣。本課程即按構(gòu)型、選材和尺寸三方面講述往復(fù)式壓縮機(jī)主要零部件的結(jié)構(gòu)。7-2往復(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)首先，往復(fù)式壓縮機(jī)通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其零部件繁多。其次，活塞式壓縮機(jī)的品種、規(guī)格特別繁多，就以我國生產(chǎn)的活塞式壓縮機(jī)為例，到現(xiàn)在為止，就有500多種不同規(guī)格。再次，往復(fù)壓縮機(jī)零部件的受力復(fù)雜。結(jié)構(gòu)方案方面的共同的特點(diǎn)都包含以下4大部件氣缸部件：包括氣缸、活塞、活塞桿、氣閥、填函等，它們組成壓縮機(jī)氣體的可變工作容積。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與機(jī)身部件：組成能量的傳遞機(jī)構(gòu)，把驅(qū)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過安裝在機(jī)身內(nèi)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)身還為安裝氣缸和其它零部件提供支座。這部分包括曲軸、連桿、十字頭、機(jī)身等。結(jié)構(gòu)方案方面的共同的特點(diǎn)輔機(jī)部件：它是保證壓縮機(jī)運(yùn)行和提高經(jīng)濟(jì)性、可靠性所必需的一些輔助設(shè)備和系統(tǒng)，包括冷卻器、液氣分離器、緩沖器、濾清器、消聲器、排氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、潤滑系統(tǒng)以及管系等等。驅(qū)動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)它是用來驅(qū)動(dòng)并控制壓縮機(jī)運(yùn)行的動(dòng)力設(shè)備，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)(交直流電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、渦輪機(jī)等)、啟動(dòng)器、聯(lián)軸節(jié)或皮帶輪、相應(yīng)的控制系統(tǒng)等。本課程的主要內(nèi)容，就是介紹上述部件的工作原理、結(jié)構(gòu)型式及其特點(diǎn)、設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)要求等。7-3往復(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況與展望我國往復(fù)式壓縮機(jī)的發(fā)展歷程我國往復(fù)壓縮機(jī)工業(yè)在解放前基本上是空白。新中國成立初期，測(cè)繪仿制一些國外簡單低壓空壓機(jī)，50年代，除測(cè)繪仿制外，還按國外提供的一些圖紙，原封不動(dòng)地生產(chǎn)一批空壓機(jī)，這些圖紙是國外30年代產(chǎn)品，性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都比較差。60年代初，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)壓縮機(jī)。90年代至今，逐步步入現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的階段。壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分類經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)：參考已有的同類樣機(jī)或技術(shù)資料，憑借設(shè)計(jì)者的主觀經(jīng)驗(yàn)和意向，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的選擇，設(shè)計(jì)中缺乏新技術(shù)、新方法、新材料的應(yīng)用。但比較保險(xiǎn)可靠。隨著時(shí)間的推移，設(shè)計(jì)隊(duì)伍不斷壯大，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累豐富，這類設(shè)計(jì)還是能解決實(shí)際問題的，而且設(shè)計(jì)水平不斷提高，在我國壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中，一直沿用至今。經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)的4個(gè)步驟確定結(jié)構(gòu)的初步方案。憑借分析機(jī)理或類比已有的同類型結(jié)構(gòu)，確定結(jié)構(gòu)形式、主要尺寸和材質(zhì)。構(gòu)件力學(xué)分析。用材料力學(xué)或彈性力學(xué)中的有關(guān)方法和計(jì)算公式，加上壓縮機(jī)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)修正，對(duì)初步的構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)計(jì)算求得構(gòu)件中的載荷響應(yīng)參數(shù)如應(yīng)力、位移和穩(wěn)定件等。經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)的4個(gè)步驟檢驗(yàn)可行性。將求得的響應(yīng)參數(shù)與設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的許用值進(jìn)行比較，以檢驗(yàn)初定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否可行，如結(jié)構(gòu)能滿足強(qiáng)度、剛度等判據(jù)條件，即說明結(jié)構(gòu)可行。調(diào)整設(shè)計(jì)。末通過可行性檢驗(yàn)的構(gòu)件，就要進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。主要修改構(gòu)件的形狀和截面尺寸或另選材質(zhì)。調(diào)整設(shè)計(jì)后的新設(shè)計(jì)方案，又必須重復(fù)上述第（2）步、第（3）步的分析，直到滿意為止。冰箱壓縮機(jī)的經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)Slim系列N系列J系列曲軸箱曲軸孔直徑φ12φ16φ16曲軸孔長度485448.5氣缸孔偏置222氣缸孔—曲軸支承面距離14.014.514.5曲軸孔—?dú)飧酌婢嚯x56.2561.554.5曲軸凸臺(tái)—定子面13.516.7514.5氣缸面螺孔間距35×2840×3233×30定子螺孔間距48-80×2782.55×82.5578×78曲軸長軸直徑φ11.991φ15.991φ15.991偏心軸直徑φ11.98φ13.98φ13.98連桿大孔直徑φ12φ14φ14小孔直徑φ7.94φ7.94φ7.94兩孔中心距3640.536活塞銷孔φ7.938φ7.938φ7.938長度18.5～2118.5～2118.5～21轉(zhuǎn)子外徑φ55φ56φ56沖片厚度404535內(nèi)孔φ11.947φ15.947φ15.947臺(tái)階孔φ20.5×13.75φ23.5×17φ23.5×14.75下殼體支承彈簧間距48-80×27109×7378×78第七章基本概念現(xiàn)代化設(shè)計(jì)：以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)為主體，以多學(xué)科知識(shí)為依托，并以相應(yīng)的方法和技術(shù)為手段，從事產(chǎn)品研究、改進(jìn)和創(chuàng)造，是多學(xué)科有效融合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的繼承、延伸和發(fā)展。優(yōu)化設(shè)計(jì)：是現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的一個(gè)分支。在工程設(shè)計(jì)中，總存在一定條件的最佳方案，尋找這個(gè)最佳方案的過程就稱為優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)是以數(shù)學(xué)規(guī)劃為理論基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為求解工具，尋找最佳方案的先進(jìn)設(shè)計(jì)方