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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Ts1=40第二级吸气温度Ts2=40额定排气量Qd=0.6m3/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=50mm。1.1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， =2.828但为使第一级有较高的容积系数，第一级的压力比取稍低值，各级名义压力级压力表
2、如下：表1-1级数吸气压力ps0/MPa0.40.8排气压力pd0/ MPa0.82压力比0= pd0/ ps022.5 定各级容积系数.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 =0.13 =1.3 =1.35 得 ： v2=0.874 =1-0.11x(21/1.3-1)=0.92 .选取压力系数： 0.97 0.99 .选取温度系数： 0.95 0.95 .选取泄露系数： 0.92 0.90 .确定容积效率： 得： 0.78 0.74 确定析水系数第一级无水析出，故=1.0。而且各级进口温度下的饱和蒸汽压由文献查的 t2=40 Psa=73
3、75Pa得： =(4 105-0.8x7375)x2/(8x105-7375)=0.98 确定各级行程容积 =0.6/(1000x0.78)=0.00077 m3 =（0.61053130.98）/（100081053130.74）=0.0004 m3 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： =sn/30=3.3 m/s由于汽缸为单作用，得： =(4Vs/s)1/2=0.099m根据气缸直径标准，圆整的=100mm ，实际行程容积为=0.00077 m3 。活塞有效面积为AP1=0.015 m2 同理得：D2= 0.051 m根
4、据气缸直径标准，圆整的=55 mm ，实际行程容积为=0.0004m3 。活塞有效面积为AP2=0.004 m2 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： 计算得新的容积系数为 ：=0.89 =0.74 在通过下式计算新的相对余隙结果为： 0.143 0.27 1.2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： 0.04 0.08 0.035 0.06 因总的进排气压力损失得： 0.12 0.095 计算实际吸排气压力：105 N/m2 8105 N/m2 (1-0.04)105
5、 (1+0.08) 8105=3.84MPa =8.64MPa =8105 N/m2 =20105 N/m2 =(1-0.035) 8105 =(1+0.06) 20105 =7.72MPa =2.12MPa计算实际压力比： = 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级次 公称压力/Mpa压力损失实际压力/Mpa实际压力比0.40.80.82.00.040.0350.080.060.3840.7720.8642.122.012.45 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 0.007850.00238由于汽缸为单作用，轴侧不作
6、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-I-3014N6782 NII-II1837N5045 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 =1.3 =1.35 取=313 K , =313 K排气温度由式得： = 367K =395K 1.2.2指示功率、轴功率的计算以及选配电动机各级指示功率为：得： 3.76kW 4.2kW 总的指示功率为： 7.96kW因为小型无油润滑压缩机=0.850.90 所以取机械效率=0.85即轴功率为： 9.4KW 取机械功率
7、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 = 100 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-3014N-6782 N-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
8、出行程s与曲柄销转角的关系，转角每等份取（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： 曲轴旋转角速度： =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6.8kN,取10 kN由公式 代入数据 得mp max=32kg往复质量在运动时产生的往复惯性力I为： （2-3）=9009现将查得与和I的值如表所示表2-2 一级往复惯性力数值表 I 01.1100 10000 0360151.0612 9560.4 0.041345300.9212 8299.1 0.159330450.7075 6373.9 0.343315600.445
9、6 4014.4 0.575300750.1643 1480.2 0.83428590-0.1092 -983.8 1.100270105-0.3533 -3182.9 1.352255120-0.5543 -4993.7 1.575240135-0.7065 -6364.9 1.757225150-0.8106 -7302.7 1.891210165-0.8704 -7841.4 1.973195180-0.8900 -8018.0 2.000180 列出二级往复惯性力数值表曲柄半径与连杆长度比：同上取曲轴旋转角速度： =104.7s-1 曲柄销旋转半径：r=0.5s=550mm由热力计算数
10、据可知最大活塞力为5.1 kN,取8 kN由公式 代入数据 得mp max=13.2kg往复质量在运动时产生的往复惯性力I为： （2-3）=7207现将查得与和I的值如表所示表2-3二级往复惯性力数值表 I 01.1100 8000.0 0360151.0612 7648.1 0.041345300.9212 6639.1 0.159330450.7075 5099.0 0.343315600.4456 3211.4 0.575300750.1643 1184.1 0.83428590-0.1092 -787.0 1.100270105-0.3533 -2546.2 1.352255120-0
11、.5543 -3994.9 1.575240135-0.7065 -5091.8 1.757225150-0.8106 -5842.0 1.891210165-0.8704 -6273.0 1.973195180-0.8900 -6414.2 2.000180（4）计算往复摩擦力查资料知： （2-4）fs1=258fs2=289N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转角RFA活塞位移（mm)盖侧气缸压力（Pa)盖侧气体力（KN)膨胀过程进气过程压缩过程排气过程pi=pd(S0/(xg+S0)mpi=
12、pspi=ps(S+S0/(xg+S0)mpi=pdpi=-piAc00.00 864000 -6.78 152.07 754746 -5.66 308.12 551079 -4.33 4517.61 387189-3.04 6029.75 384000-3.02 7543.56 380000-3.029057.99 384000-3.02 10572.02 384000-3.02 12084.73 384000-3.02 13595.36 384000-3.02 150103.36 384000-3.02 165108.31 384000-3.02 180110.00 384000-3.02
13、 195108.35 805179-6.32 210103.43 838828 -6.59 22595.48 899574 -7.06 24084.87 9958173 -7.82 25572.18 1141943 -8.96 27058.17 1362705 -10.7 28543.73 1701796 - 13.3630029.91 864000-6.78 31517.74 864000-6.78 3308.21 864000-6.78 3452.13 864000-6.78 3600.00 864000-6.78 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RFA活塞位移（mm
14、)盖侧气缸压力（Pa)盖侧气体力（KN)膨胀过程进气过程压缩过程排气过程pi=pd(S0/(xg+S0)mpi=pspi=ps(S+S0/(xg+S0)mpi=pdpi=-piAc00.00 2120000 -5.05152.07 1969040-4.69 308.12 1629840 -3.89 4517.61 1283120 -3.056029.75 772000-1.84 7543.56 772000-1.84 9057.99 772000-1.84 10572.02 772000-1.84 12084.73 772000-1.84 13595.36 772000-1.84 150103
15、.36 772000-1.84 165108.31 772000-1.84 180110.00 772000-1.84 195108.35 724374 -1.73 210103.43 751698 -1.79 22595.48 800817 -1.91 24084.87 876410 -2.08 25572.18 988546 - 2.3527058.17 1151156-2.74 28543.73 1447571 -3.45 30029.91 2120000-5.05 31517.74 2120000-5.05 3308.21 2120000-5.05 3452.13 2120000-5.
16、05 3600.00 2120000-5.05 （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转角()气体力 pi(N）往复惯性力I(N)往复摩擦力RS（N）综合活塞力P（N）0-6780 10000308.0 352815-5660 9560 308.0 420830-4330 8299 308.0 427745-3040 6373308.0 364160-3020 4014 308.0 130275-3020 1480308.0 -123290-3020 -983 308.0 -3695105-3020 -318
17、2 308.0 -5894120-3020 -4993 308.0 -7705135-3020 -6364 308.0 -9076150-3020 -7302 308.0 -10014165-3020 -7841 308.0 -10553180-3020 -8018 308.0 -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
18、 -308.0 -11991285-13600 1480 -308.0 -12428300-67804014 -308.0 -3074315-67806373 -308.0 -715330-67808299 -308.0 1211345-6780 9560-308.0 2472360-6780 10000 -308.0 2912表2-7 二级综合活塞力曲柄转角()气体力 pi(N）往复惯性力I(N)往复摩擦力RS（N）活塞力P（N）0-50508000 330.0 325815-4690 7648 330.0 326630-38906639 330.0 305745-30505039 330.
19、0 229760-1840 3211 330.0 167975-1840 1184 330.0 -34890-1840 -787 330.0 -2319105-1840 -2546 330.0 -4078120-1840-3994 330.0 -5526135-1840 -5091 330.0 -6623150-1840 -5842 330.0 -7374165-1840 -6273 330.0 -7805180-1840 -6414 330.0 -7946195-1730 -6273 -330.0 -8311210-1790-5842-330.0 -7940225-1910 -5091 -3
20、30.0 -7309240-2080 -3994 -330.0 -6382255-2350 -2546 -330.0 -5204270-2740 -787 -330.0 -3527285-3450 1184 -330.0 -2664300-50503211 -330.0 -2147315-5050 5039 -330.0 -319330-5050 6639 -330.0 1281345-50507648 -330.0 2290360-5050 8000 -330.0 2642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
21、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 (分解成切向力T和径向力R)。 式中：-代表活塞力按曲柄转角求得的综合活塞力乘以因子,即得转角时的切向力值,根据有关资料，。作切向力图 以纵坐标表示切向力,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。由于存在旋转摩擦力的影响，可得：=(0.30.4) =0.35 =219N选取比例尺：力比例尺：mT=1000N/mm
22、长度比例： mL=1.44mm/mm将横坐标向下移动相当于Fr=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综合活塞力P00.000035280.0 150.286342081204.8 300.54774277 2342.5 450.7623 3641 2775.5 600.91391302 1189 750.9936-1232 -1224.1 901.0000-3695 - 36951050.9383-5894 -5530.3 1200.8182-7705 -
23、6304.2 1350.6519-9076 -5916.6 1500.4523-10014 -4529.3 1650.2313-10553 -2440.9 1800.0000-10730 0.0 195-0.2313-14469 3346.7 210-0.4523-14200 6422.6 225-0.6519-13732 8951.9 240-0.8182-13121 10735.6 255-0.9383-12450 11681.8 270-1.0000-11991 11991 285-0.9936-1242812348.5 300-0.9139-3074 2809.3315-0.7623-
24、715 545.1 330-0.54771211 -663.3 345-0.28632472 -707.7 3600.00002912 0.0 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综合活塞力P00.00003258 0.0 150.28633266 9350.1 300.54773057 1674.3 450.76232297 1751.0 600.91391679 1534.3 750.9936-348 -345.7 901.0000-2319 -2319 1050.9383-4
25、078 -3826.4 1200.8182-5526 -4521.4 1350.6519-6623 -4317.5 1500.4523-7374 -3335.3 1650.2313-7805 -1805.31800.0000-7946 0.0 195-0.2313-8311 1922.3 210-0.4523-7940 3591.3 225-0.6519-7309 4764.7 240-0.8182-6382 5221.8 255-0.9383-5204 4882.9 270-1.0000-3527 3527 285-0.9936-2664 2646.9 300-0.9139-2147 196
26、2.1 315-0.7623-319243.2 330-0.54771281 -701.6 345-0.28632290 -655.6 3600.00002642 0.0 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总切向力值切向力值切向力值总切向力值旋转摩擦力00.00 0.00 0.22 0.22151.219.3510.780.22302.34 1.675.230.22452.78 1.754.750.22601.19 1.532.940.2275-1.23-3.46-4.470.2290-3.70-2.32-5.80.22105-5.53-3.83-9.140.22120-6
27、.31-4.52-10.610.22135-5.92-4.32-10.020.22150-4.53-3.34-7.650.22165-2.44-1.81-4.030.221800.00 0.00 0.22 0.221953.351.925.050.222106.423.599.790.222258.954.7713.50.2224010.745.2215.740.2225511.684.8816.340.2227011.993.5315.30.2228512.35 2.6514.780.223002.811.964.550.223155.452.437.660.22330-6.63-7.021
28、3.430.22345-7.08-6.5613.420.223600.00 0.00 0.22 0.22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： 旋转不均匀度,查阅相关资料可以取为LL=mlmTDDd将上述数据计算代入后即可得知飞轮矩的大小。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=8.311KN，取D=50mm 主轴颈直径D1，取D1=55mm 轴颈长度：根据选取轴承宽度略大些 曲柄厚度t：，取t=35mm 曲柄宽度h，取h=80mm连杆 连杆是将作用在活塞上的推力传递
29、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 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。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；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。行程s=100 mm ，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
30、计算：Hm=60mm Bm=（0.650.75）Hm= （0.650.75）60=3945mm。取Bm=40mm连杆大头盖的尺寸确定A-A截面的厚度：Sa=40mm B-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材料4540Cr30CrMo35CrMoA25Cr2MoV38CrMoAl40Cr2MnV螺母材料3535Mn,20Cr20Cr30Mn30Mn，30CrMo30Mn, 30CrMo30Mn, 30CrMo连杆螺栓的直径：选择螺栓为M241.5连杆螺栓的个数Z=2连杆
31、的材料选取45锻钢，连杆螺栓的材料选用40Cr钢。 级连杆尺寸的计算（与级相似）取Bm=（0.650.75）Hm= （0.650.75）34=22.125.5mm。取Bm=24mm连杆大头盖的尺寸确定取 取 连杆小头的截面： 取 Sc=Sd=16mm 连杆螺栓选择螺栓为M201.5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。连杆材料本次设计中压缩机的连杆采用稀土合金球墨铸铁的材料。 轴承此压缩机选用深沟球轴承轴承内径： , p最大活塞力具体尺寸参照机械设计手册。4.参考文献1参考资料：高慎琴、潘永密、郁永章等编写的有关活塞式压缩机书籍，压缩机设计手册等相关资料2
32、过程流体机械第二版 主编 李云 姜培正3 压缩机设计手册4 化工设计手册5.实践心得在刚面对这次课程设计的任务的时候，我更多的是茫然而不是新奇。在大学里，过去的三年间我们也接触了大大小小形形色色的各种课程设计，然而每次都会有指导老师详尽的告知和解析任务，甚至会指导整个课程设计的流程和做法，弄得人浮于事，真实靠自己去学到的知识就很有限了。然而这次，指导老师有意锻炼我们自行学习，自行查阅相关资料的能力，只给了为数不多的提示和任务条件，留下的是巨大的自由发挥的空间。于是，当我面前被放上这么一个“前所未有”的课程设计的时候，无异乎一个巨大的挑战。在先前的一小段时间里，我茫然得不知道该从何处下手。于是，
33、我不得不再次温习教科书过程流体机械中有关热力计算的部分，对于之前模糊的知识点，也不得不再次翻阅书本及有关资料，直到自己可以独立完成整个热力计算过程为止。在接下来的动力计算阶段，教科书上已经没有可以参考的过程了，于是我首先还是把有关知识点在教科书的相应部分再次温习直至看懂，然后参考从网络途径找来的资料结合自身实际情况进行计算校核，最终完成任务。结构尺寸设计部分我结合了作图，是一起完成的。在参考的图书馆的有关书籍后，我对自己将要画的压缩机大体结构形式有了一定的了解。然后从动力部分开始，由外向里，直至气阀部分，一步一步，逐层深入。对于每一步中重要的零部件，都查阅有关资料进行结构尺寸的分析和强度的校核。然后相辅相成，最终得以一起完成两个任务。在这次课程设计的过程中，我得以真正的体会到“设计”两字的意义。这个从无到有的过程裹挟着创造的欢欣愉悦和毫无头绪时的焦躁烦恼。这是一次真正锻炼我独立查阅有用资料来辅助自己完成任务的课设。同时，同学间的互助和灵感的交流碰撞都是很必要的因素，对于拿不定主意的东西多讨论讨论，取长补短，方可以达到目标最优化。最后，还要感谢老师的教诲和对这次特殊的课程设计的良苦用心。没有老师的旁敲侧击和及时指正，我们都会走不少弯路。没有这次特殊的课程设计作为大学四年课程设计的华丽收尾和对毕业设计的铺垫，日后若回想这大学四年的课程设计生涯，定会少了些许光彩吧。
