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　　免费在线/min增压压缩机设计 第1章 绪论 1.1 引言 活塞式压缩机是一种用处十分广泛的通用机械，在国民经济建设和国防建设中占有重要地位。现在，很难找到一个不使用活塞式压缩机的工厂。因此，活塞式压缩机的设计具有极其重要的意义。我国的压缩机工业是在新中国成立以后建立和发展起来的，在改革开放后得到了快速发展，现已形成了人才培养、科学研究、产品开发设计和制造较为完善的体系。除少数超高压和特殊气体压缩机外，现有产品品种和数量基本能满足国民经济各部门的需要。但各类压缩机的可靠性和配套水平与国际先进水平还有较大差距。 1.2 产品简介 压缩机是一种压缩各种气体提高气体压力或输送气体的机器。 在采矿业、冶金业、机械制造业、土木工程、石油化工、制冷分离工程及国防工业中，压缩机是必不可少的关键设备之一，此外还应用于医药、纺织、食品、农业、交通、电子、电力等部门。压缩机因其应用广泛而被称为“通用机械”。 压缩气体主要应用于以下方面： 作为动力：压缩空气驱动各种风动机械，风冷工具，控制表及其自动化装置，车辆制动，门窗启闭，制造业、酿造业的搅拌，大型柴油机启动，高压爆破采煤，发射武器，潜水艇的沉浮，沉船打捞等等。 气体用以制冷和气体分离：空气液化分离后，得到纯氧、氮等。 用以合成及聚合：如氮氢合成氨，氢、二氧化碳合成尿素等等。 用以油的加氢精制：如重油的轻化，润滑油加氢精制等等。 气体输送、气瓶罐装等等。 天然气燃料车的气源提供。 第二章:活塞压缩机简介 2.1缩机的使用历史和发展现状 早在三，四千年前，我们的祖先便掌握了压气鼓风从事冶炼的技术，最早是由兽皮做成“皮老虎”；公元三十一年，东汉的杜诗创造了用水力鼓风的设备——水排；一直沿用到现在的木制“风箱”，可以说是现代活塞式压缩机的初形。 到1757年英国人wilkinson提出的一个叫做“金属风箱”的专利，它有两个汽缸，由水轮机驱动。1777年watt进一步设计了由蒸汽驱动的压缩机。上述的机器都是单机的，主要也是用作冶炼鼓风。 1829年和1830年在英国和法国相继提出了多机结构的压缩机，但采用级间冷却是 1849年由von rathen建议的。 活塞压缩机作为一种工业设备是陆续进入各个领域的。 1834年，perking 发明了世界上第一台活塞制冷机，1877年，sommeiler 发明了 风钻，第一次通过压缩，冷却及膨胀实现了氧的液化；1892年，实现空气的液化。 1939年，第一台超高压压缩机问世，1916年，corblion 发明了膜式压缩机。 50年代，活塞式压缩机行业从修理转向仿制和组织批量生产。60年代，结合我国国情，制定了我国中小型活塞式制冷压缩机系列标准。到70年代末，除了全封闭式外，大多数是自行设计制造的系列产品，其品种、数量、质量以及技术水平都有显著提高。80年代我国完成了全封闭式制冷压缩机标准的制定，并研制、生产了一些全封闭式压缩机。 从世界范围看，活塞式压缩机发展历史悠久，具有丰富的设计、研究、制造和运行经验，至今在各个领域中依然被广泛应用、发展着。同时，制冷压缩机的持续进步还反映在其种类的多样化：离心式、螺杆式、滚动转子式、涡旋式等都在被卓有成效地开发。但是，在中小冷量范围内，仍以活塞式压缩机为主（据统计，在100瓦-7.5千瓦的小型封闭式压缩机中，活塞式占75%）；而且，随着压缩机本身可靠性和耐久性不断提高和压缩机紧凑轻量化的追求，高速活塞式压缩机的发展是很自然的。使用直线电动机驱动的新一代制冷压缩机不存在旋转运动以及将电动机的旋转运动转变为活塞直线往复运动的转换机构，结构紧凑，体积小、效率高、寿命长、可以轻松实现高速驱动。 2.2压缩机的分类 2.2.1 按工作原理分类 压缩机种类繁多，按其工作原理可分为容积式（活塞式压缩机就是最常见的一种）压缩机和速度式压缩机，其分类如下： 活塞式 往复式 膜式 容积式压缩机 螺杆式 压缩机 回转式 滑片式 轴流式 速度式压缩机 转子式 离心式 混流式 （1）容积式压缩机 它是使气体直接受到压缩，从而使气体容积缩小、压力增大的机械。一般这类压缩机具有装盛气体的气缸，以及压缩气体的活塞。按照活塞运动的不同，它又可分为往复活塞式和回转活塞式两种结构型式；并且为了称呼方便，在我国把前者称为“活塞式压缩机”，后者称为“回转式压缩机”。活塞式压缩机在圆形气缸中有一个可往复运动的活塞，气缸上有控制进、排气的阀门。当活塞作往复运动时，气缸容积便周期变化，借以实现气体的吸进、压缩、排出。回转式压缩机它的气缸形式不一，气缸中可能有一个或两个可作旋转运动的活塞——称为转子。按照转子的结构、以及容积变化的特点，回转式压缩机也有许多种，常见的有：转子式压缩机、滑片式压缩机、液环式压缩机、螺杆式压缩机等。 ? 往复式压缩机 单级活塞压缩机（图2） ??? 只由一个过程就将吸入的大气压空气压缩到所需要的压力。 ??? 活塞下移，体积增加，缸内压力小于大气压，空气便从进气阀门进入缸内。 在冲程未端，活塞向上运动，进气阀门被打开，输出空气进入储气罐。 这种型式的压缩机通常用于需要3-7巴碰运气范围的系统。 两级活塞式压缩机（图3） ??? 在单级压缩机中，若空气压力超过6巴，产生的过热将大大地降低压缩机的效率。因此，工业中使用的活塞式压缩机通常是两级的。 ??? 由两面三刀个阶段将吸入的大气压空气压缩到最终的压力。 ??? 如果最终压力为7巴，第一级通常将它压缩到3巴，然后被冷却，再输送到第二级气缸中压缩到7巴。 ??? 压缩空气通过中间冷却器后温度大大下降，再进入第二级气缸。因此，相对于单级压缩机提高了效率。最后输出的温度可能在120°C左右。 ??? 膜片式压缩机（图4） ??? ??? 膜片式压缩能提供5巴的压缩空气。由于它完全没有油，因此广泛用于仪器医药和相类似的工业中。 ??? 膜片使气室容积发生变化，在下行程时吸进空气，上行程时压缩空气。 ???????????? （2）速度式压缩机 它首先使气体分子获得很高的速度，然后让气体停滞下来，使动能转化为位能，即使速度转化为压力。速度式压缩机主要的形式有轴流式和离心式两种。离心式压缩机 ，气体轴向的进入主轴带着作高速旋转的叶轮，并随着叶轮旋转；由于离心的作用使气体高速飞出叶轮，然后在涡壳里转化为压力。轴流式压缩机，气体轴向的进入高速旋转的叶片，然后被叶片推到导叶中扩压。 2.2.2 按所达到的排气压力分类 名 称 压力（105N/m2） 鼓风机 3 低压压缩机 3~10 中压压缩机 10~100 高压压缩机 100~1000 超高压压缩机 1000 2.2.3 按排气量分类 名 称 排气量（m3/min） 微型压缩机 1 小型压缩机 1-10 中型压缩机 10-60 大型压缩机 60 2.2.4 按气缸中心线与地平面的相对位置分类 立式压缩机——气缸中心线与地平面垂直 卧式压缩机——气缸中心线与地平面平行 角度式压缩机——气缸中心线与地平面成一定的角度（如V、L、W等形状的压缩机） 2.2.5 按气体达到终了压力所需的级数分类 单级压缩机——气体经一级达到终压 两级压缩机——气体经两级达到终压 多级压缩机——气体经三级以上达到终压 单级压缩机是指压缩过程中蒸气由低压至高压只经过一次压缩。而所谓的两级压缩机，压缩过程中蒸气由低压至高压要连续经过两次压缩。 2.2.6 按活塞在气缸内所实现的气体压缩循环分类 单作用式——气缸内仅一端进行压缩循环 双作用式——气缸内两端都进行同一级次的循环 单作用式如图5a所示，其制冷剂蒸气仅在活塞的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次。而双作用压缩机如图5b所示，制冷剂蒸气轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次。所以同样大小的气缸，双作用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压缩机的结构较复杂，因而目前大都是采用单作用压缩机。 2.2.7按制蒸气在气缸中的运动分类 有直流式和逆流式，如图6所示。所谓直流式是指蒸气的运动从吸气到排气都沿同一个方向进行，而逆流式，吸气与排气时蒸气的运动方向是相反的。从理论分析来看，直流式与逆流式相比，由于蒸气在气缸中温度及比容的变化较少，故直流式性能较好。但是由于直流式压缩机的进汽阀需装在活塞上，这样便相对增加了活塞的长度和重量，因而功的消耗就增加、检修也麻烦，所以目前生产的压缩机大都采用逆流式。 2.2.8 按压缩机具有的列数分类 单列压缩机——气缸配置在机身一侧的一条中心线上 两列压缩机——气缸配置在机身一侧或两侧的两条中心线上 多列压缩机——气缸配置在机身一侧或两侧两条以上的中心线压缩机的用途 压缩几用途极为广泛，几乎遍及工农业，交通运输，国防，甚至生活的各个领域。下面按气体被压缩的目的，大致区分为几类； 2.3.1.压缩空气作为传递力能的介质 空气取之不尽用之不竭，而用压缩空气作为传递力能的介质又具有安全的优点，所以，用压缩空气来驱动各种工具及器械已越来越普遍。例如用压缩空气驱动的风镐，风钻，气力扳手，造型机，车辆制动，门窗启闭，以及控制仪表和自动化装置等；此外，在喷气织机中用压缩气吹送纬纱以代替竣子；中，大型发动机启动；桨液搅拌；油井压裂；高空气爆破采煤；鱼雷发射；等需用到不同压力的压缩空气。 2.3.2.使气体液化 气体经压缩，冷却和膨胀便能液化。液化气体蒸发可以进行人工制冷；混合气体液化后可利用其组分的佛点不同，逐步蒸发而彼此分离。如分离空气得氧，氮等。此外，液化气体还具有便于储存及运输的优点。 2.3.3.压缩气体利于合成 化学工业中常将合成的原料气体压缩至高压，以利于合成反应。例如氮，氢合成氨，二氧化碳和氢合成甲醇，氨和二氧化碳合成尿素等。此外，它也可以在高压下进行聚合。 2.3.4输送气体 气体输送管道输送和装瓶输送两种方式；气体量大时由管道输送，量少时由装瓶输送。管道输送时压缩气体的目的是使较小的管经输送较多的气体，以及克服流动过程中管道的阻力。瓶装输送是压缩气体则可使有限的容积纳质量较多的气体。 2.4往复活塞式压缩机的工作原理的优缺点 2.4.1活塞式压缩机的工作原理 活塞式压缩机的工作是靠气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失（即理想工作过程），则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和排汽 。 压缩过程1-2： 活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关闭状态，气体在密闭的气缸中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。 排气过程2-3： 活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀开启，气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。 至此，压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。此后，活塞又向下运动，重复上述三个过程，如此周而复始地进行循环。这就是活塞式制冷压缩机的理想工作过程与原理 2.4.2往复式压缩机的优缺点 活塞式压缩机与其他类型的压缩机相比，特点是： 力范围广。活塞式压缩机从低压到超高压都适用，目前工业上使用的最高工作压力达350Mpa,实验室使用的压力更高。 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效率高得多。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。 适应性强。活塞式压缩机的排气量可在较广范围内进行选择；特别是在较小排气量的情况下，要做成速度型，往往很困难，甚至是不可能的。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，所以同一规格的压缩机，将其用于压缩不同介质时，较易改造。 活塞式压缩机的主要缺点是：外形尺寸和重量较大，需要较大的基础，气流有脉动性 ，以及易损零件较多。 2.5 活塞式压缩机的发展趋向 （1） 高压、高速、大容量。某些化工部门，提高压力可以提高合成效率， 所以相应的压缩机压力也不断提高。如合成氨用的压缩机工作压力达60Mpa及100Mpa，而合成聚乙烯用的压缩机压力已达350Mpa。 高转速、短行程结构的应用，使机器的占地面积、金属消耗量大为降低。大型压缩机的转速一般为250～500rpm,中型为500~1000rmp，小型为1000～3000rmp。 目前常压进去时的单机容量最大为333m^3/min。提高容量的主要途径是应用离心式或回转式压缩机与活塞式压缩机串连运行。 （2） 提高效率和延长使用期限。压缩机是一种消耗巨大能量的机器，如1000台排气压力为0.9Mpa，排气量为20m^3/min的压缩机，就需要12.5万千瓦的动力。因此，提高压缩机效率，对国民经济建设具有重大意义，而通过合理设计，提高其效率5～10％，是完全有可能做到的。 （3） 按系列化、通用化、标准化进行生产，以利提高产量、质量，缩短制造周期，便于产品变型。 第3章 设计结构型式的确定 压缩机机构方案、结构参数和转速的合理选择，不仅能使机器的重量和所占空间最大限度的缩小，而且也将影响到机器的经济性和耐久性，所以极为重要。 这次设计的压缩机结构型式是参考郁永章主编的《活塞式压缩机》和实验中心的压缩机实物确定的。 3.1 形式选择 立式、卧式、角度式三种压缩机各有优点、各有其实用的场合，现在将各种型式的压缩机进行比较，然后再作出选择： 3.1.1立式压缩机 其优点是：主机直立，占地面积小；活塞重量不支撑在气缸上，没有因此而产生的摩擦和磨损。 其缺点是：需设置操作平台，操作不方便；管道布置困难；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，而且中型压缩机主要用于无油润滑结构——活塞无需支撑 3.1.2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，其优点恰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上方，特别是缓冲容积可紧靠气缸，故大、中型压缩机都采用卧式结构 3.1.3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，角度式压缩机适用范围仅为中、小型及微型 在V型、L型、W型、T型、扇型及星型等角度式压缩机结构中，星型是较少用的。一般情况下： 单级压缩机，视气量大小采用V型、W型及扇型均可 两级压缩机，若采用V型和扇型则级的布置比较方便。W型的结构在两级压缩机中也可看到，并且一般是一级分设两缸中，从而使一、二级的往复质量容易相等；但与V型相比，其缺点是：结构复杂，空间尺寸大。 纵合上述各优缺点，并结合机电实验中心的实例，本压缩机选用V型结构 3.2 列数的确定 为了达到较好的动力平衡性，不论什么压缩机，列数以等于或多于两列为宜；但是，列数并不是越多越好，因为列数多时将压缩机结构复杂，故列数需看机型系列化的情况、气量大小、压力的高低等决定。通常最大活塞力为（2~22）105N时取2~4列，大于22105N取3~8列。根据所给的参数，本机器采用2列 最终确定的压缩机结构型式是：卧式、单作用、水冷、I 级、V型压缩机。其优点是结构紧凑，每个曲拐上装有两根以上连杆，使曲轴结构简单、长度较短，并可能采用 滚动轴承； 3.3活塞式压缩机主要部件的确定 活塞式压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能量调节装置、油循环系统等部件组成。 3．3．1机体：包括汽缸体和曲轴箱两部分，一般采用高强度灰铸铁（HT250）铸成一个整体。它是支承汽缸套、曲轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体。汽缸采用汽缸套结构，安装在汽缸体上的缸套座孔中，便于当汽缸套磨损时维修或更换。因而结构简单，检修方便。 3．3．2曲轴：曲轴是活塞式压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。曲轴在运动时，承受拉、压、剪切、弯曲和扭转的交变复合负载，工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度以及主轴颈与曲轴销的耐磨性。故曲轴一般采用40、45或50号优质碳素钢锻造，但现在已广泛采用球墨铸铁铸造。 3．3．3连杆：连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动，并把动力传递给活塞对汽体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。 连杆体在工作时承受拉、压交变载荷，故一般用优质中碳钢锻造或用球墨铸铁（如QT40－10）铸造，杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道。 （1） 连杆小头通过活塞销与活塞相连，销孔中加衬套以提高耐磨、耐冲击能力。连杆小头衬套常用锡磷青铜ZQSn10-1做成整体筒状，外圆面车有环槽并钻有油孔，内表面开有轴向油槽。 （2） 连杆大头：与曲轴连接。连杆大头一般做成剖分式，以便于装拆和检修。为了改善连杆大头与曲柄销之间的磨损状况，大头孔内一般均装有轴承合金轴瓦即连杆大头轴瓦。连杆大头轴瓦分薄壁和厚壁两种，系列制冷压缩机都采用薄壁轴瓦。轴瓦的上瓦与连杆油孔相应的地方也开有油孔。 （3）连杆螺栓：用于连接剖分式连杆大头与大头盖。连杆螺栓是曲柄连杆机构中受力严重的零件，它不仅受反复的拉伸且受振动和冲击作用，很容易松脱和断裂，以致引起严重事故。所以对连杆螺栓的设计、加工、装配均有严格要求。连杆螺栓常用40Cr、45Cr钢等制造，且采用细牙螺纹，其安装时要求有一定的预紧力，以免在载荷变化时连杆大头上下瓦和曲柄销之间松动敲击，加速机器零件的损坏。但预紧力过大也是不利的。所以在上紧连杆螺栓时，最好用扭力扳手按说明书规定施力，若无规定可参照P121表中数值或以下式计算施力。 当８≤ｄ≤１８时，连杆螺栓上紧力： Ｆ＝977.2-397.613ｄ+63.2ｄ2－4.91042ｄ3＋0.1875ｄ4－0.0028125ｄ5 3．4 活塞组： 活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。活塞组在连杆带动下，在汽缸内作往复直线运动，从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸气、压缩、排气等过程。 3．4．1 活塞：活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列压缩机的活塞均采用筒形结构，它由顶部、环部和裙部三部分组成。活塞顶部组成封闭汽缸的工作面。活塞环部的外圆上开有安装活塞环的环槽，环槽的深度略大于活塞环的径向厚度，使活塞环有一定的活动余地。活塞裙部在汽缸中起导向作用并承受侧压力。 活塞的材料一般为铝合金或铸铁。灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较广，但由于铸铁活塞的质量大且导热性能差，因此，近年来系列制冷压缩机的活塞都采用铝合金活塞。铝合金活塞的优点是质量轻、导热性能好，表面经阳极处理后具有良好的耐磨性。但铝合金活塞比铸铁活塞的机械强度低、耐磨性差也差。 3．4．2 活塞销：活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件，在工作时承受复杂的交变载荷。活塞销的损坏将会造成严重的事故，故要求其有足够的强度、耐磨性和抗疲劳、抗冲击的性能。因此，活塞销通常用20号钢、20Cr钢或45号钢制造。 3．4．3 活塞环：活塞环包括汽环和油环。汽环的主要作用是使活塞和汽缸壁之间形成密封，防止被压缩蒸气从活塞和汽缸壁之间的间隙中泄漏。为了减少压缩汽体从环的锁口泄漏，多道汽环安装时锁口应相互错开。油环的作用是布油和刮去汽缸壁上多余的润滑油。汽环可装一至三道，油环通常只装一道且装在汽环的下面，常见的油环断面形状有斜面式和槽式两种，斜面式油环安装时斜面应向上。汽环的密封作用和油环的布油及刮油作用可用图3－1来说明。 ? 3．4．4 汽阀与轴封：汽阀（见图3—2）是压缩机的一个重要部件，属于易损件。它的质量及工作的好坏直接影响压缩机的输汽量、功率损耗和运转的可靠性。汽阀包括吸气阀和排气阀，活塞每上下往复运动一次，吸、排气阀各启闭一次，从而控制压缩机并使其完成吸气、压缩、排气等四个工作过程。由于阀门启闭工作频繁且对压缩机的性能影响很大，因此汽阀需满足如下要求：气体流过阀门时的流动阻力要小，要有足够的通道截面，通道表面应光滑，启闭及时、关闭严密，坚韧、耐磨，工作可靠。 3．4．5 轴封：轴封的作用在于防止制冷剂蒸汽沿曲轴伸出端向外泄漏，或者是当曲轴箱内压力低于大气压时，防止外界空气漏入。因此，轴封应具有良好的密封性和安全可靠性、且结构简单、装拆方便、并具有一定的使用寿命。 轴封装置主要有机械式和填料式两种。目前常用的机械式轴封主要有摩擦环式和波纹管式。其中，国产系列活塞式制冷压缩机大都采用摩擦环式轴封，这种轴封由活动环(摩擦环)、固定环、弹簧及弹簧座、压圈和两个“０”形耐油橡胶圈所组成，如图3—3所示。活动环槽内嵌一橡胶密封圈并与活动环一同套装在轴上，在弹簧力和压圈的作用下，活动环与橡胶圈一同被压紧在轴上且使活动环紧贴在固定环上。工作时弹簧座与弹簧、轴上橡胶密封圈及活动环随同曲轴一起转动，固定环及其上的橡胶圈则固定不动。故工作时活动环和固定环作相对运动，紧贴的摩擦面起防止制冷剂往外泄漏的密封作用，轴上橡胶圈用来密封轴与活动环之间的间隙，固定环上的耐油橡胶密封圈起防止轴封室内润滑油外泄的作用。 3．4．6 能量调节装置：压缩机量的调节是由能量调节装置来实现的，所谓压缩机的能量调节装置实际上就是排气量调节装置。它的作用有二：一、是实现压缩机的空载启动或在较小负荷状态下启动；二、是调节压缩机的制冷量。压缩机排气量的调节方法有：１、顶开部分汽缸的吸气阀片；２、改变压缩机的转速；３、用旁通阀使部分缸的排气旁通回吸气腔，这种方法用于顺流式压缩机；４、改变附加余隙容积的大小。顶开汽缸吸气阀片的调节方法是一种广泛应用的调节方法，国产系列活塞式制冷压缩机，均采用顶开部分汽缸吸气阀片的输气量调节装置，如图3—4所示。 顶开部分汽缸吸气阀片的输气量调节装置的原理很简单，即用顶杆将部分汽缸的吸气阀片顶起，使之常开，使活塞在压缩过程中，压力不能升高，吸入蒸汽又通过吸气阀排回吸气侧，故该汽缸无排气量，从而达到调节输气量的目的即能量调节。 顶开吸气阀片能量调节装置可分为执行机构、传动机构和油分配机构三部分，主要由油分配阀、油缸、油活塞、拉杆、转动环、顶杆和弹簧等部件组成。拉杆上有两个凸圆，分别嵌在两个汽缸套外部的转动环中。若不向油缸中供油，由于油活塞左侧弹簧的作用，油活塞处于油缸的右端位置，汽缸套外部的顶杆都是处在转动环斜槽的最高位置，将吸汽阀片顶开，于是该汽缸卸载(图3—4a)。当压力油经油分配阀向油缸供油时，因油压的作用，克服弹簧力使油活塞及拉杆向左移动，并通过拉杆上的凸圆使转动环转动一定角度，相应地使顶杆在顶杆弹簧作用放下而下滑到斜槽的最低处(图3—4)，这时吸汽阀片在重力和弹簧力作用下降落在阀座上并可以自由启闭，则该汽缸处于工作状态。 压缩机起动时，由于机器尚未转动，油压为零，因而全部汽缸的吸汽阀片都被顶杆顶开，汽缸不起压缩作用，从而实现了空载启动。 第四章：设计参数的计算说明 1、要设计参数 出口风压P2风量Q的确定； 进风压P1和出口风压P2，排风量Q均在设计任务书中下达。 排风量Q=1.4M3/min 进气压 排气压 4.2活塞缸容积的确定 4.2.1 每分钟实际风量： 由于吸入空气里含有水气，而且工作温度也不是标准状态，故吸入汽缸实际风量要比任务书中要求的风量大，其值： Q＇= 1.4M3/min 公式中：----任务书中要求的风量，单位为M3/min 4.2.2 气缸容积的确定 对于单级压缩，气缸容积为 式中：Q----压气机每分钟所吸入气体体积m n----压气机每分钟转速 ----析水系数 ----容积系数 ----压力系数 ----温度系数 ----漏风系数 上述选取精确估算按《活塞压缩机》一书中p301-302页介绍的方法计算，对于本机可按下列范围选取： () 4.3 轴转速 活塞行程 活塞外径确定 3.5 750 4.0 980 4.5 1500 电机转速；活塞行程；活塞速度（取决于电机转速），一般取3.5—4.5, 曲轴转速n参照样机选取（取n=980转/分） 活塞行程S=120mm Vn 按活塞速度选取（一般在3.5~4.5m/s）取=4.0 按上式算出值加以圆整，取D=105mm. 4.4压机功率及电机选择 压缩指示功率 式中：i-------同时工作的缸数 n------每分钟转数 Ps1=P1(1-) Vh-----每缸容积 -----压缩过程平均指数 -------压缩比 -----进气压力损失系数 -----容积系数（按前选取） 2）电机功率 ； =0.93—0.97；W=20.05KW 3）选取电机： 根据N电和n参阅电机手册选取电机。 凭据：=20.05KW； 选取电机的型号：YR225M2—6， 第五章：增压机运动和动力分析 5．1 活塞运动速度和加速度 速度 ； 式中r-----曲柄半径 -----曲柄转动角速度 -------曲柄与初始位置所转过角度。 初始位置为活塞上止点，此时连杆，活塞曲柄在同一直线上，且在活塞和曲柄中心之间；此时定义=0 -----曲柄与连杆之比，（连杆长）入=-r/l(l连杆长) 加速度 已知：；取0.25; 5.2 复活塞式压缩机的动力分析 根据机构分析，活塞所受力为气体力，惯性力，摩檫力，连杆力，缸壁对活塞侧压力，这些里都是随运动瞬时变化的，其变化为： 气体力计算 气体力作用于活塞面上的力，为压力p与面积乘积，由于本机为单动，其压力为： 当 PPs1时， P=Ps1： 当 Ps1PPs2, Ps1-----进气压力 Ps1=P1(1-) S-----活塞行程 n-----过程指数。 当 PPs2, P=Ps2 Ps2-----为压缩机排气压力，Ps2=P2(1-) --------排气压力系数； 气体力为： Pc------曲柄箱内的汽缸。 变化关系绘成F---曲线。 惯性力计算 往复直线运动存在加速度，惯性力也就存在：其值为： I=-msa=-ms ms=mp+me mp----活塞质量 3.5kg ----连杆转化为平动的质量，me连杆质量 me----连杆质量 4.5kg 3)摩擦力 Ff=（0.6—0.7） ——指示功率 i——工作缸数 s——活塞行程 n——每分钟转速 ηm——机械效率，可取(0.93—0.98) 取＝0.95 ， 计算得：F＝764.5N 4).活塞销水平力：Fx=F+I+ Ff 5).连杆力：Fe=Fx/cos[sin-1(λsinθ)] 6).活塞对缸侧压力：Fy=Fxtg[sin-1(λsinθ)] 7).曲轴曲拐处受力（曲柄销）：为便于计算，分解为切向力T和法向力R作用在曲拐上，同时两根连杆分别考虑计算T、R，然后合成。以上分析只是对一个连杆活塞，对于另一侧连杆活塞，将其角度θ改为θ2，即在公式中以θ+（π/2）代入。因为两个连杆角度相差90o，即： 对于1号连杆： Fe1=Fx1/cos[sin-1(λsinθ)] R1= Fe1cos[θ+sin-1(λsinθ)] T1= Fe1sin[θ+sin-1(λsinθ)] 对于2号连杆： P=P F2=(πD2/4) * (P`-Pc) I2=-msa= -msrω2[cos（θ+π/2）+λcos2（θ+π/2）] Fx2=F2+I2+Ff Fe2= R2= Fe2cos T1= Fe2sin{(θ+π/2)+sin-1[λsin(θ+π/2)]} T=T1+T2 R=R1+R2 以上各项已分别用MATALAB编好程序并输入计算机，打印出了下列曲线(θ); F1=F1(θ); F2=F2(θ); I1=I1(θ); I2=I2(θ); Ff=Ff(θ); Fx1=Fx1(θ); Fx2=Fx2(θ); Fy1=Fy1(θ); Fy2=Fy2(θ); Fe1=Fe1(θ); Fe2=Fe2(θ); R1=R1(θ); R2=R2(θ); T1=T1(θ); T2=T2(θ); R=R(θ); T=T(θ); 共有21条曲线，后面的设计计算用上述参数时一查便知。 以上曲线 MATLAB语言编程求植并绘制相关曲线.v %活塞运动速度曲线 function v(q1) r=0.06; w=102.6; l=0.25; q=0:pi/100:2*pi; v1=r*w*(sin(q+q1)+l/2*sin(2*(q+q1))); plot(q,v1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(活塞转动速度V,fontsize,10); title(活塞运动速度曲线图,fontname,楷体,fontsize,10); 2.a %活塞加速度曲线 function a(q1) r=0.06; w=102.6; l=0.25; q=0:pi/100:2*pi; a1=r*w*w*(cos(q+q1)+l*cos(2*(q+q1))); plot(q,a1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(活塞运动加速度a,fontsize,10); title(活塞加速度曲线图,fontname,楷体,fontsize,10); 3.p1 %气体力作用于活塞面上的力 function p0=p(q1) n=1.4; s=0.12; r=0.06; q=0:pi/100:2*pi; p1=5*10^5; d1=0.05; ps1=p1*(1-d1); y1=sin(q+q1).^2; y2=r*(1+r/2*y1-cos(q+q1)); y=s./y2; p0=ps1*y.^n; plot(q,p0,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(气体力作用于活塞面上的力p1(Ф),fontsize,10); title(气体力作用于活塞面上的力,fontname,楷体,fontsize,10); 4.p2 %2号连杆气体力作用于活塞面上的力 function p1=p(q1) n=1.4; s=0.12; r=0.06; q=0:pi/100:2*pi; p1=5*10^5; d1=0.05; ps1=p1*(1-d1); y1=sin(q+q1+pi/2).^2; y2=r*(1+r/2*y1-cos(q+q1+pi/2)); y=s./y2; p1=ps1*y.^n; plot(q,p1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(气体力作用于活塞面上的力p2(Ф),fontsize,10); title(2号连杆气体力作用于活塞面上的力,fontname,楷体,fontsize,10); 5.f1 %活塞面上的气体力曲线图 function f1=f(q1) p=dp0(q1); q=0:pi/100:2*pi; pc=1.0*10^5; d=0.105; a=pi*d^2/4; f1=(p-pc)*a; plot(q,f1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(活塞面上的气体力f1,fontsize,10); title(活塞面上的气体力曲线图,fontname,楷体,fontsize,10); 6.f2 %2号连杆F2 function f2=f2(q1) p=dp1(q1); q=0:pi/100:2*pi; pc=1.0*10^5; d=0.105; a=pi*d^2/4; f2=(p-pc)*a; plot(q,f2,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(2号连杆F2,fontsize,10); title(2号连杆,fontname,楷体,fontsize,10); 7.I1 %活塞惯性力曲线 function I1=I(q1) r=0.06; w=102.6; l=0.25; ms=5.075; q=0:pi/100:2*pi; I1=-ms*r*w*w*(cos(q+q1)+l*cos(2*(q+q1))); plot(q,I1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(活塞惯性力I1(Ф),fontsize,10); title(活塞惯性力曲线,fontname,楷体,fontsize,10); 8.I2 %活塞惯性力曲线 function I2=I2(q1) r=0.06; w=102.6; l=0.25; ms=5.075; q=0:pi/100:2*pi; I2=-ms*r*w*w*(cos(q+q1+pi/2)+l*cos(2*(q+q1+pi/2))); plot(q,I2,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(活塞惯性力I2(Ф),fontsize,10); title(活塞惯性力曲线,fontname,楷体,fontsize,10); 9.ff %活塞所受的摩擦力 function ff1=ff(q1) hm=0.96; i=2; s=0.12; n=980; ni=17*10^3; q=0:pi/100:2*pi; ff1=0.65*(1/hm-1)*60*ni/(i*s*n); plot(q,ff1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(活塞所受的摩擦力ff(Ф),fontsize,10); title(活塞所受的摩擦力,fontname,楷体,fontsize,10); 10.fx1 %活塞销水平力曲线图 function fx1=fx(q1) f=df1(q1); I=dI1(q1); ff=dff1(q1); q=0:pi/100:2*pi; fx1=f+I+ff; plot(q,fx1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(活塞销水平力fx1(q),fontsize,10); title(活塞销水平力曲线图,fontname,楷体,fontsize,10); 11.fx2 %活塞销水平力曲线图 function fx2=fx2(q1) f=df2(q1); I=dI2(q1); ff=dff1(q1); q=0:pi/100:2*pi; fx2=f+I+ff; plot(q,fx2,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(活塞销水平力fx2(q),fontsize,10); title(活塞销水平力曲线图,fontname,楷体,fontsize,10); 12.fy1 %活塞对缸侧压力曲线图 function fy1=fy(q1) fx=dfx1(q1); q=0:pi/100:2*pi; l=0.25; fy1=fx.*tan(asin(l*sin(q+q1))); plot(q,fy1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(活塞对缸侧压力fy1(Ф),fontsize,10); title(活塞对缸侧压力曲线图,fontname,楷体,fontsize,10); 13.fy2 %活塞对缸侧压力曲线图 function fy2=fy(q1) fx=dfx2(q1); q=0:pi/100:2*pi; l=0.25; fy2=fx.*tan(asin(l*sin(q+q1))); plot(q,fy2,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(活塞对缸侧压力fy2(Ф) ,fontsize,10); title(活塞对缸侧压力曲线图,fontname,楷体,fontsize,10); 14.fe1 %1号连杆力曲线图 function fe1=fe(q1) fx=dfx1(q1); l=0.25; q=0:pi/100:2*pi; fe1=fx./cos(asin(l*sin(q+q1))); plot(q,fe1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(连杆力fe1(Ф) ,fontsize,10); title(1号连杆力曲线图,fontname,楷体,fontsize,10); 15.fe2 %2号连杆Fe2 function fe2=fe(q1) fx=dfx2(q1); l=0.25; q=0:pi/100:2*pi; fe2=fx./cos(asin(l*sin(q+q1+pi/2))); plot(q,fe2,K); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(Fe2(Ф),fontsize,10); title(2号连杆Fe2,fontname,楷体,fontsize,10); 16.fr1 %1号连杆曲轴曲拐处所受法向力曲线图 function fr1=fr(q1) fe=dfe1(q1); l=0.25; q=0:pi/100:2*pi; fr1=fe.*cos(q+q1+asin(l.*sin(q+q1))); plot(q,fr1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(所受法向力fr1(Ф),fontsize,10); title(1号连杆曲轴曲拐处所受法向力曲线图,fontname,楷体,fontsize,10); 17.fr2 %2号连杆曲轴曲拐处所受法向力曲线图 function fr2=fr(q1) fe=dfe2(q1); l=0.25; q=0:pi/100:2*pi; fr2=fe.*cos(q+q1+pi/2+asin(l.*sin(q+q1+pi/2))); plot(q,fr2,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(所受法向力fr2(Ф),fontsize,10); title(2号连杆曲轴曲拐处所受法向力曲线图,fontname,楷体,fontsize,10); 18.ft1 %1号连杆曲轴曲拐处所受的切向力 function ft1=ft(q1) fe=dfe1(q1); l=0.25; q=0:pi/100:2*pi; ft1=fe.*sin(q+q1+asin(l.*sin(q+q1))); plot(q,ft1,k); xlabel(曲柄转过的角度Ф,fontsize,10); ylabel(所受的切向力ft1(Ф),fontsize,10); title(1号连杆曲轴曲拐处所受的切向力,fontname,楷体,fontsize,10); 19.ft2 %2号连杆曲轴曲拐处所受的切向力 function ft2=ft(q1) fe=dfe2(q1); l=0.25; q=0:pi/100:2*pi; ft2=fe.*sin((q+q1+pi/2+asin(l.*sin(q+q1+pi/2)))

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