2KW全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計

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1畢業(yè)設(shè)計說明書學(xué)生姓名：學(xué) 院：專業(yè)年級：題 目：指導(dǎo)教師：評閱教師： 2014 年 05 月 25 日中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計22中文摘要 活塞式制冷壓縮機是一種容積式壓縮機，把制冷劑從低壓提升為高壓，并使制冷劑不斷循環(huán)流動，從而使系統(tǒng)不斷將內(nèi)部熱量排放到高于系統(tǒng)溫度的環(huán)境中。制冷壓縮機主要用在空調(diào)，電冰箱，制冰機等設(shè)備。本次設(shè)計的壓縮機用于空調(diào)中，將 R22制冷劑進行循·環(huán)壓縮。主要包括三部分，一部分是熱力計算，包括壓縮比，排氣溫度、功率和效率的確定;另一部分是動力計算與分析，包括缸徑和行程的選擇，曲柄連桿機構(gòu)的受力情況的分析計算，并求出活塞力和連桿力；第三部分主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及強度校核。整個設(shè)計過程與設(shè)計內(nèi)容是按設(shè)計標準要求進行的，符合工程需求。關(guān)鍵詞：壓縮機；全封閉；熱力分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計；中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計3外文摘要Title Design for Refrigeration Compressor(R22) Abstract: Pisston Refrigeration compressor is a kind of displacement compressor,which of the low-pressure refrigerant gas, and pressure tobecome a high pressure.so that continuous emission of internal heat to the environment than the system temperature. Pisston Refrigeration compressor used in air conditioners, refrigerators, ice machines and other equipment. This time the compressor we designed will be used in the air conditioning ,the R22 refrigerant compression cycle .it contains three parts:the first is heat calculation including Compression ratio 、the temperature of the wasted gas ,power and efficiency ; the other is motive power calculating and analysis ,including the Travel dimension of the cylinder and the calculation and analysis of the stress situation of the connecting rod，and piston force and the connecting rod force ;last,design and checking of the main spare parts. The whole design process and design content are based on the design standard;tally with the engineening requirement. Keywords: compressor ;fully enclosed ;temperature analysis;Structural design;中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計4目 錄第 1 章 緒 論 11.1 活塞式制冷壓縮機介紹 71.2 本制冷壓縮機的工作原理 7第 2 章 熱力計算 .92.1 技術(shù)參數(shù) 92.2 壓縮機的熱力計算 92.2.1 查取熱力參數(shù).92.2.2 壓縮機的壓縮比 .錯誤！未定義書簽。2.2.3 壓縮機的排氣溫度 錯誤！未定義書簽。2.2.4 計算排氣系數(shù)錯誤！未定義書簽。2.2.5 壓縮機單位理論制冷量和單位理論壓縮功錯誤！未定義書簽。2.2.6 壓縮機理論容積排氣量 .錯誤！未定義書簽。2.2.7 壓縮機電動機功率 .錯誤！未定義書簽。2.3 本章小結(jié) .12第 3 章 壓縮機動力計算 133.1 確定壓縮機缸徑 .133.2 曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué) 133.2.1 活塞位移 .143.2.2 活塞的速度 .143.2.3 活塞的加速度 .143.2.4 曲柄銷加速度 .153.3 曲柄連桿機構(gòu)中的作用力 .153.3.1 氣缸內(nèi)其體力 .153.3.2 機構(gòu)的慣性力 .173.3.3 作用在活塞上摩擦力 .203.3.4 作用在活塞上的總作用力 .203.3.5 活塞上的總作用力 分解與傳遞 22pF第 4 章 活塞組的設(shè)計 244.1 活塞的設(shè)計 .244.1.1 活塞的要求及材料的選擇 .244.1.2 活塞的設(shè)計 .244.2 活塞銷的設(shè)計 .254.2.1 活塞銷的結(jié)構(gòu)、材料254.2.2 活塞銷強度和剛度計算 .254.3 驗算活塞銷座比壓力 .26中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計54.4 本章小結(jié) .26第 5 章 連桿組的設(shè)計 275.1 連桿的設(shè)計 .275.1.1 連桿的工作情況、設(shè)計要求和材料選用 .275.1.2 連桿長度的確定 .275.1.3 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度、剛度計算 .275.1.4 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .錯誤！未定義書簽。5.1.5 連桿大頭 .285.2 連桿螺栓的設(shè)計及校核 .295.3 本章小結(jié) .29第 6 章 曲軸的設(shè)計 306.1 曲軸的結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇 .306.1.1 曲軸的工作條件和設(shè)計要求 .306.1.2 曲軸的結(jié)構(gòu)型式 .306.1.3 曲軸的材料 .316.2 曲軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計 .316.2.1 曲柄銷的直徑和長度 .316.2.2 主軸頸的直徑和長度 .316.2.3 平衡重 .316.2.4 曲軸上的油孔和油槽 .336.2.5 曲軸的強度校核 .336.3 本章小結(jié) .34第 7 章 機體和氣缸設(shè)計 357.1 機體材料的選擇357.2 氣缸的設(shè)計357.3 機體的設(shè)計 .36第 8 章 閥組的設(shè)計 .378.1 閥板的設(shè)計378.2 缸蓋的設(shè)計 .388.3 進氣閥和排氣閥 .388.3.1 氣閥的要求388.3.2 進氣閥和排氣閥的設(shè)計和校核 .398.4 墊片的設(shè)計 .418.5 本章小結(jié) .41第 9 章 其他部件的設(shè)計 429.1 機殼的結(jié)構(gòu) .429.2 壓縮機防振裝置 .429.3 壓縮機潤滑和供油機構(gòu) .43中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計69.4 壓縮機出廠技術(shù)要求 .44總 結(jié) .錯誤！未定義書簽。致 謝 .錯誤！未定義書簽。參考文獻 .45中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計第 7 頁第 1 章 緒 論1.1 活塞式制冷壓縮機介紹在制冷壓縮機中，活塞式是問世最早的一種機型，因而它得到廣泛的發(fā)展和深入的研究。目前活塞式壓縮機仍被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，其產(chǎn)量仍居各種壓縮機之首?；钊綁嚎s機是制冷系統(tǒng)的心臟，它從吸氣管吸入低溫低壓的制冷劑氣體，通過電機運轉(zhuǎn)帶動活塞對其進行壓縮后，向排氣管排出高溫高壓的制冷劑氣體，通過壓縮→冷凝→膨脹→蒸發(fā)的循環(huán)過程?；钊街评鋲嚎s機型式和種類較多，可根據(jù)不同的方法分類。根據(jù)其密封情況可分為全封閉、半封閉、開啟式三種型式。根據(jù)壓縮機的制冷量殼分為大、中、小型。根據(jù)氣缸布置分為臥式、直立式和角度式三種類型。按壓縮機的運動機構(gòu)分類，活塞式制冷壓縮機可分為滑管式、連桿式和斜盤式。1.2 本制冷壓縮機的工作原理在本次壓縮機設(shè)計中是采用曲軸連桿式傳動機構(gòu)。氣缸與進排氣消聲器，支承曲軸主軸頸的主軸承鑄為一體。曲軸的上部另設(shè)一個輔助軸承，稱為上軸承。曲軸了由于采用雙支承，受力情況較單支承要好得多?；钊ㄟ^活塞銷、連桿與曲軸相連接。電動機設(shè)置在殼內(nèi)的下部。電動機的定子用螺栓與氣缸體緊固在一起，轉(zhuǎn)子與曲軸連成一體。整個機器用三根彈簧懸吊在殼體內(nèi)，因此具有良好的減振性。當接通電源后，電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，同時帶動曲軸連桿大頭轉(zhuǎn)動，而連桿小頭與活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動。當活塞從閥板向曲軸方向移動時，制冷劑蒸氣從進氣管通過消聲器，缸蓋中的吸氣腔，閥板，吸氣閥片進入氣缸。當活塞從曲軸側(cè)向閥板方向運動時，進氣閥片關(guān)閉，氣缸中制冷劑蒸氣被壓縮，達到某一壓力后，排氣閥片打開，高壓蒸氣通過排氣閥片排出氣缸，通過排氣消聲器和排氣管排出壓縮機進入冷凝器。壓縮機的殼體是由下殼和上蓋組成。用焊接的方法將二者焊接成一休。殼休上右進氣管和排氣管，可分別與蒸發(fā)器和冷凝器連接。殼體上還焊有接線往，電源通過接線柱供給壓縮機動力。為了使壓縮機正常啟動和安全運轉(zhuǎn)，接線柱上裝有啟動繼電器和過熱保護器。當壓縮機負載過大或溫度過高時，則電源自動切斷，壓縮機停止工作。壓縮機殼體內(nèi)裝有一定量的潤滑油。曲軸的下部鉆有偏心的吸油孔，末端裝有吸中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計8油管。吸油管浸入油面以下。曲軸上加工有油孔和油槽。當曲軸旋轉(zhuǎn)時，潤滑油在離心力的作用下通過吸油管沿曲軸的偏心油孔和油槽上升。這樣就依次潤滑了主軸頸、曲柄銷、連桿大頭、連桿小頭、活塞和氣缸。此外還有一部分潤滑油向上噴灑到上蓋的內(nèi)壁上，然后作傘狀下落，順殼體內(nèi)壁下流，將壓縮機內(nèi)的熱盤通過殼體向空氣中散發(fā)，從而降低壓縮機的溫度。由于本次設(shè)計的小型全封閉壓縮機應(yīng)用在空調(diào)器上，對它的噪音要求很嚴。此外，還要求它耗電低，可靠性高和壽命長。中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計9第 2 章 熱力計算2.1 技術(shù)參數(shù) 1）標準工況： 蒸發(fā)溫度 7.2℃； 冷凝溫度 54.4℃；過冷溫度 46.1℃；吸氣溫度 35℃2）制冷工質(zhì)： R22 3）電源與電機類型：單相異步電動機，220(±10％)V ，50Hz 4）制冷量：2KW 5）能效比: EER≥3.02.2 壓縮機的熱力計算2.2.1 查取熱力參數(shù)圖 2.1 R22 的 P-H 圖由 R22 制冷劑的 P-H 圖（圖 2.1）查的h1：Ps1=624.6Kpa h1=407.54kj/kg V1=0.03817m3/kg S1=1.740h2:Ps2=624.6Kpa h2=427.69kj/kg V2=0.043111m3/kg S2=1.809h3：Pd3=2135.6Kpa h3=462.81kj/kg V3=0.01412m3/kg S3=1.809h4：Pd4=2135.6Kpa h4=418.34kj/kg V4=0.01049m3/kg S4=1.681h6: Ps6=624.6Kpa h6=258.29kj/kg S=1.207中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計10由此可知：蒸發(fā)溫度下工質(zhì)壓力 Ps=624.6Kpa 冷凝溫度下工質(zhì)的壓力 Pd=2135.6Kpa 進口狀態(tài)下工質(zhì)的焓值 h2=427.69kj/kg壓縮終了時工質(zhì)的焓值 h3=462.81kj/kg冷凝溫度下工質(zhì)的焓值 h6=258.29kj/kg壓縮機進口處的比容 V2=0.04311m3/kg2.2.1 熱力計算1.單位質(zhì)量的制冷量q0=h2-h6=427.69-258.29=169. 4kj/kg2.單位質(zhì)量的理論絕熱壓縮功wis=h3-h2=462.81-427.69=35.12kj/kg3.能效比EER=q0/wis=169.4/35.12=4.823 符合要求4.容積系數(shù) λv取相對余隙容積 C=0.01λv=1-C[（錯誤！未找到引用源。 ）1/m-1]取 m=1取排氣終了的相對壓力損失為錯誤！未找到引用源。=0.01所以 ΔPd=0.01Pdλv=1-0.01[（ ）-1]=0.9755624.0135.135.??5.壓力系數(shù) λpλp=??Psv???c1-取進氣終了時相對壓力損失錯誤！未找到引用源。=0.03所以 ΔPs=0.03Psλp= =0.9689??03.975.1???6.泄露系數(shù) λt根據(jù)有關(guān)資料，取 λt=0.98中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計117.溫度系數(shù) λt壓縮機為空氣自由冷卻取 a=1.15，b=0.25吸氣過熱度 θ=(Ts-T )℃=(35-7.2)℃=27.8ΟC?其中 Ts 為:吸氣溫度，T 為蒸發(fā)溫度。λt=錯誤！未找到引用源。= = 0.8728??8.275.08.27315. ???8.壓力比49.362.015sd??P?9.輸氣系數(shù) λλ=λvλpλtλt=0.808410.理論制冷量 Q0Q0=Q/λ=2KW/0.6947=2.4740KW11.理論容積輸氣量 VhQ0=q0·mm= Q0/q0=2.474·103w/（50·161.04·10 3J/kg）=0.2916·10 -3kgVh=V2·m=0.04311·0.2916·10-3=0.01257·10-3m3=12.57cm312.主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定：取氣缸直徑 D=30mmVh=錯誤！未找到引用源。 2·S/4S=（4Vh）/（πD 2）=（4·12.57）/（3.14·32）=1.778cm=18mm實際輸氣體積 Vh’=πD 2S/4=12.5663cm313.實際質(zhì)量輸氣量Ga=（λVh’/V 2）·50=0.8084·12.5663·10 -6·50/0.04311=1.1786·10-2 kg（3）指示功率壓力比 ε=Pd/Ps=2135.6/624.6=3.4191工質(zhì)在氣缸內(nèi)與汽缸壁的熱交換幾乎為零，可以按絕熱過程計算指示功率Pi=1.309·10-2·λv·λp·i·n·Ps·S·D 2·錯誤！未找到引用源。·{[ε（1+δ0）]k-1/k-1}中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計12=1.309·10-2·0.9755·0.9689·3000·0.6246·106· 錯誤！未找1-.到引用源。1.6 ·{[3.4191· （1+0.04）]1.1-1/1.1-1} =507.09W5-10?14.指示效率ηi=Pis/Pi=413.9243 / 507.0897= 0.816315.摩擦功率取平均摩擦壓力 Pm’=0.3·105PaPm=1.309·D2·S·n·Pm·10-5KW=1.309·0.0004·0.04·3000·0.3=18.85w16.軸功率Pz = Pi+Pm = 507.09+18.85 = 525.94 W17.機械效率ηm=Pi/Pz=507.09/525.94=0.964218.軸效率ηz=ηm·ηi=0.9642·0.8163=0.787019.電效率取電動機的效率 ηm0=0.75電效率 ηe=ηm0·ηz=0.75·0.7870=0.590320.電功率Pe=1.25·Pis/ηe=1.25·413.9243/0.5903=876.51W21.電動機的選擇根據(jù)以上計算數(shù)據(jù) 電動機選擇 （外形尺寸單位：mm·mm·mm）YL802-2 1100w 3000r/min 效率 75% 外形尺寸 295·165·200（長·寬·高）2.3 本章小結(jié)本章首先主要對壓縮機的的熱力進行了計算，求出了電動機的所需功率，理論排氣量，為后邊的求氣缸直徑，行程以及進一步的動力計算和零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了基礎(chǔ)。中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計13第 3 章 壓縮機動力計算3.1 確定壓縮機缸徑 60/42sniDqv??式中 為理論容積排氣量； S 為行程取 s=18mm； n 為轉(zhuǎn)速取 n=3000r/min；ivq單缸取 1；求的 D=30mm3.2 曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)圖 3.1 為曲柄連桿機構(gòu)簡圖。氣缸中心線通過曲軸中心 O，OB 為曲柄，AB 為連桿，B 為曲柄銷中心，A 為連桿小頭孔中心或活塞銷中心。當曲柄按等角速度 旋轉(zhuǎn)時，曲柄 OB 上任意點都以 O 點為圓心做等速旋轉(zhuǎn)運動，?活塞 A 點沿氣缸中心線做往復(fù)運動，連桿 AB 則做復(fù)合的平面運動，其大頭 B 點與曲柄一端相連，做等速的旋轉(zhuǎn)運動，而連桿小頭與活塞相連，做往復(fù)運動。活塞做往復(fù)運動時，其速度和加速度是變化的。它的速度和加速度的數(shù)值以及變化規(guī)律對曲柄連桿機構(gòu)以及發(fā)動機整體工作有很大影響，因此，研究曲柄連桿機構(gòu)運動規(guī)律的主要任務(wù)就是研究活塞的運動規(guī)律。圖 3.1 曲柄連桿機構(gòu)運動簡圖中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計14λ=R/L λ 應(yīng)在 1/3.5 - 1/5 范圍內(nèi) 取 1/4曲柄半徑 r=s/2=9mm連桿的長度 L=r/λ=36mm曲柄的角速度 為： ?3062n??式中： —曲軸轉(zhuǎn)數(shù)， ；nmin/r已知額定轉(zhuǎn)數(shù) =2940 ，則 ；14.6?srad/3.2.1 活塞位移假設(shè)在某一時刻，曲柄轉(zhuǎn)角為 ，并按順時針方向旋轉(zhuǎn)?當 = 時，活塞銷中心 A 在最外面的位置，此位置稱為外止點。當 =180 時，??0 ??A 點在最里面的位置，此位置稱為內(nèi)止點。x= )]sin1(cos1[2????r3.2.2 活塞的速度 將活塞位移公式對時間 t 進行微分，即可求得活塞速度 v)2sin/(si????rwdtxv當 或 時，活塞速度為零，活塞在這兩點改變運動方向。當 時，??0??18 ??90?，此時活塞得速度等于曲柄銷中心的圓周速度。?rv3.2.3 活塞的加速度將活塞速度對時間 微分，可求得活塞加速度t )2cos(2????rwdtva曲柄轉(zhuǎn)角活塞位移(mm)活塞速度 m/s活塞加速度m/s*s曲柄轉(zhuǎn)角活塞位移(mm)活塞速度m/s活塞加速度 m/s*s中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計150 0.00 0.00 1065.28 190 17.90 -0.36 -639.07 10 0.17 0.60 1039.48 200 17.59 -0.72 -637.62 20 0.67 1.17 964.03 210 17.08 -1.09 -631.52 30 1.49 1.68 844.57 220 16.36 -1.44 -615.84 40 2.57 2.12 689.84 230 15.45 -1.78 -584.79 50 3.88 2.46 510.80 240 14.35 -2.10 -532.64 60 5.35 2.70 319.58 250 13.09 -2.38 -454.69 70 6.93 2.83 128.27 260 11.67 -2.61 -348.19 80 8.55 2.85 -52.22 270 10.14 -2.77 -213.06 90 10.14 2.77 -213.06 280 8.55 -2.85 -52.22 100 11.67 2.61 -348.19 290 6.93 -2.83 128.27 110 13.09 2.38 -454.69 300 5.35 -2.70 319.58 120 14.35 2.10 -532.64 310 3.88 -2.46 510.80 130 15.45 1.78 -584.79 320 2.57 -2.12 689.84 140 16.36 1.44 -615.84 330 1.49 -1.68 844.57 150 17.08 1.09 -631.52 340 0.67 -1.17 964.03 160 17.59 0.72 -637.62 350 0.17 -0.60 1039.48 170 17.90 0.36 -639.07 360 0.00 0.00 1065.28 180 18.00 0.00 -639.17 表 3.1 活塞的位移、速度和加速度3.2.4 曲柄銷加速度2rwa?3.3 曲柄連桿機構(gòu)中的作用力作用于曲柄連桿機構(gòu)的力分為：缸內(nèi)氣體力、運動質(zhì)量的慣性力、摩擦阻力。3.3.1 氣缸內(nèi)其體力 pscisAF)(??中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計16膨脹過程 10)(psxpmici??ddp05.??進氣過程 2ci壓縮過程 20)(psxpmici??ssp05.2??排氣過程 1ci曲柄轉(zhuǎn)角 ɑ膨脹過程p(Mp)吸氣過程p(mp)壓縮過程p(mp)排氣過程p(mp)氣體力p*a(N)0 2.16 -739.28 10 1.15 -414.38 20 0.76 -60.98 30 0.549 34.36 40 0.549 34.36 50 0.549 34.36 60 0.549 34.36 70 0.549 34.36 80 0.549 34.36 90 0.549 34.36 100 0.549 34.36 110 0.549 34.36 120 0.549 34.36 130 0.549 34.36 140 0.549 34.36 150 0.549 34.36 160 0.549 34.36 170 0.549 34.36 180 0.549 34.36 190 0.60 12.23 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計17200 0.61 6.72 210 0.63 -2.91 220 0.66 -17.40 230 0.71 -37.96 240 0.77 -66.43 250 0.86 -105.69 260 0.98 -160.20 270 1.15 -237.20 280 1.40 -348.85 290 1.75 -509.76 300 2.16 -739.28 310 2.16 -739.28 320 2.16 -739.28 330 2.16 -739.28 340 2.16 -739.28 350 2.16 -739.28 360 2.26 -739.28 表 3.2 其體力3.3.2 機構(gòu)的慣性力慣性力是由于運動不均勻而產(chǎn)生的，為了確定機構(gòu)的慣性力，必須先知道其加速度和質(zhì)量的分布。加速度從運動學(xué)中已經(jīng)知道，現(xiàn)在需要知道質(zhì)量分布。實際機構(gòu)質(zhì)量分布很復(fù)雜，必須加以簡化。為此進行質(zhì)量換算。1、機構(gòu)運動件的質(zhì)量換算質(zhì)量換算的原則是保持系統(tǒng)的動力學(xué)等效性。質(zhì)量換算的目的是計算零件的運動質(zhì)量，以便進一步計算它們在運動中所產(chǎn)生的慣性力。（1）連桿質(zhì)量的換算連桿是做復(fù)雜平面運動的零件。為了方便計算，將整個連桿（包括有關(guān)附屬零件）的質(zhì)量 用兩個換算質(zhì)量 和 來代換，并假設(shè)是 集中作用在連桿小頭中心處，Lm1m21m中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計18并只做往復(fù)運動的質(zhì)量； 是集中作用在連桿大頭中心處，并只沿著圓周做旋轉(zhuǎn)運動2m的質(zhì)量，如圖 2.2 所示：圖 2.2 連桿質(zhì)量的換算簡圖簡化到小頭的質(zhì)量 ml=（0.3-0.4）mm2=(0.6-0.7)m在本連桿中 m 粗略估算為 0.03kgm1=0.009kg m2=0.059kg（2）往復(fù)直線運動部分的質(zhì)量 j活塞（包括活塞上的零件）是沿氣缸中心做往復(fù)直線運動的。它們的質(zhì)量可以看作是集中在活塞銷中心上，并以 表示。其中 為 0.05kg。質(zhì)量 與換算到連桿小hmhhm頭中心的質(zhì)量 之和，稱為往復(fù)運動質(zhì)量 ，即 =0.009+0.05=0.059kg。 1ms 1hs??（3）不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 r曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量如圖 2.3 所示： 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計19圖 2.3 曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量曲拐在繞軸線旋轉(zhuǎn)時，曲柄銷和一部分曲柄臂的質(zhì)量將產(chǎn)生不平衡離心慣性力，稱為曲拐的不平衡質(zhì)量。為了便于計算，所有這些質(zhì)量都按離心力相等的條件，換算到回轉(zhuǎn)半徑為 的連桿軸頸中心處，以 表示,其中 mk 估算為 0.02kg。質(zhì)量 與換算rkmkm到大頭中心的連桿質(zhì)量 之和稱為不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 ，即2 r=0.041kg2kr??由上述換算方法計算得：往復(fù)直線運動部分的質(zhì)量 =0.059 ，不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 =0.041 。smgrmkg2、曲柄連桿機構(gòu)的慣性力把曲柄連桿機構(gòu)運動件的質(zhì)量簡化為二質(zhì)量 和 后，這些質(zhì)量的慣性力可以從sr運動條件求出，歸結(jié)為兩個力。往復(fù)質(zhì)量 的往復(fù)慣性力 和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 的旋轉(zhuǎn)慣性ssIr力 。rI（1）往復(fù)慣性力????2coscos2rmrIsss??式中： —往復(fù)運動質(zhì)量， ；smkg—連桿比；?—曲柄半徑， ；r—曲柄旋轉(zhuǎn)角速度， ；?srad/—曲軸轉(zhuǎn)角。?是沿氣缸中心線方向作用的，公式前的負號表示 方向與活塞加速度 的方向sI sPa相反。表 3.3 往復(fù)慣性力 曲柄轉(zhuǎn)角ɑ（℃）慣性力（N）曲柄轉(zhuǎn)角ɑ（℃）慣性力（N）曲柄轉(zhuǎn)角ɑ（℃）慣性力（N）0 62.85 130 -34.50 250 -26.83 10 61.33 140 -36.33 260 -20.54 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計20（2）旋轉(zhuǎn)慣性力2?rmPr??N94.361.409.41. 2???3.3.3 作用在活塞上摩擦力=2.83NsnipFmimp2)1(60.????3.3.4 作用在活塞上的總作用力由前述可知，在活塞銷中心處，同時作用著氣體作用力 ，活塞摩擦力 和往gPmpF復(fù)慣性力 ，由于作用力的方向都沿著中心線，故只需代數(shù)相加，即可求得合力 sImpsFp??表 3.4 活塞力曲柄轉(zhuǎn)角 ɑ℃）慣性力（N）摩擦力（N）氣體力(N)活塞力（N）20 56.88 150 -37.26 270 -12.57 30 49.83 160 -37.62 280 -3.08 40 40.70 170 -37.70 290 7.57 50 30.14 180 -37.71 300 18.86 60 18.86 190 -37.70 310 30.14 70 7.57 200 -37.62 320 40.70 80 -3.08 210 -37.26 330 49.83 90 -12.57 220 -36.33 340 56.88 100 -20.54 230 -34.50 350 61.33 110 -26.83 240 -31.43 360 62.85 120 -31.43 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計210 62.85 2.83 -739.28 -628.81 10 61.33 2.83 -414.38 -305.43 20 56.88 2.83 -60.98 43.51 30 49.83 2.83 34.36 131.81 40 40.70 2.83 34.36 122.68 50 30.14 2.83 34.36 112.12 60 18.86 2.83 34.36 100.84 70 7.57 2.83 34.36 89.55 80 -3.08 2.83 34.36 78.90 90 -12.57 2.83 34.36 69.41 100 -20.54 2.83 34.36 61.44 110 -26.83 2.83 34.36 55.16 120 -31.43 2.83 34.36 50.56 130 -34.50 2.83 34.36 47.48 140 -36.33 2.83 34.36 45.65 150 -37.26 2.83 34.36 44.72 160 -37.62 2.83 34.36 44.36 170 -37.70 2.83 34.36 44.28 180 -37.71 2.83 34.36 44.27 190 -37.70 -2.83 12.23 -73.10 200 -37.62 -2.83 6.72 -78.52 210 -37.26 -2.83 -2.91 -87.78 220 -36.33 -2.83 -17.40 -101.35 230 -34.50 -2.83 -37.96 -120.08 240 -31.43 -2.83 -66.43 -145.48 250 -26.83 -2.83 -105.69 -180.13 260 -20.54 -2.83 -160.20 -228.36 270 -12.57 -2.83 -237.20 -297.39 280 -3.08 -2.83 -348.85 -399.55 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計22290 7.57 -2.83 -509.76 -549.82 300 18.86 -2.83 -739.28 -768.05 310 30.14 -2.83 -739.28 -756.76 320 40.70 -2.83 -739.28 -746.20 330 49.83 -2.83 -739.28 -737.07 340 56.88 -2.83 -739.28 -730.02 350 61.33 -2.83 -739.28 -725.57 360 62.85 -2.83 -739.28 -724.05 3.3.5 活塞上的總作用力 分解與傳遞pF如圖 2.4 所示，首先，將 分解成兩個分力：沿連桿軸線作用的力 ，和把活塞lF壓向氣缸壁的側(cè)向力 ，h圖 3.4 作用在機構(gòu)上的力其中沿連桿的作用力 為： lF???2sin1?plF而側(cè)向力 為： h2sin??ph切向力為 )in1(si2?????pFT法向力 )si(co2?pr中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計23連桿作用力 的方向規(guī)定如下：使連桿受壓時為正號，使連桿受拉時為負號。lF表 3.5 其他力大小曲柄轉(zhuǎn)角連桿力 切向力 法向力曲柄轉(zhuǎn)角連桿力 切向力 法向力0 -628.81 0.00 -628.81 190 -73.17 9.57 72.54 10 -305.72 -66.11 -298.49 200 -78.81 20.52 76.09 20 43.67 18.39 39.61 210 -88.48 34.31 81.55 30 132.86 80.29 105.85 220 -102.69 52.51 88.25 40 124.30 94.16 81.14 230 -122.34 76.93 95.13 50 114.24 99.95 55.31 240 -149.01 109.86 100.68 60 103.29 98.51 31.05 250 -185.32 154.38 102.52 70 92.13 91.55 10.29 260 -235.61 214.82 96.78 80 81.41 81.18 -6.04 270 -307.14 297.39 76.79 90 71.69 69.41 -17.92 280 -412.24 411.10 30.57 100 63.39 57.80 -26.04 290 -565.65 562.11 -63.18 110 56.75 47.27 -31.39 300 -786.71 750.31 -236.52 120 51.79 38.18 -34.99 310 -771.04 674.63 -373.32 130 48.38 30.42 -37.62 320 -756.03 572.72 -493.53 140 46.25 23.65 -39.75 330 -742.90 448.96 -591.89 150 45.08 17.48 -41.55 340 -732.71 308.55 -664.57 160 44.53 11.60 -42.99 350 -726.26 157.04 -709.07 170 44.32 5.79 -43.94 360 -724.05 0.00 -724.05 180 44.27 0.00 -44.27 3.4 本章小結(jié) 本章首先分析了曲柄連桿機構(gòu)的運動情況，并求出了氣缸的直徑行程，以及連桿的長度，曲軸的偏心距等，重點分析了活塞的運動，在此基礎(chǔ)上分析了每個工作過程的氣體壓力變化情況，進一步推導(dǎo)出各過程氣體力的理論計算公式，進行了機構(gòu)中運中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計24動質(zhì)量的換算，并根據(jù)其具體結(jié)構(gòu)參數(shù)計算出了各過程的氣體力，為后面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論數(shù)據(jù)的依據(jù)。第 4 章 活塞組的設(shè)計4.1 活塞的設(shè)計 活塞組包括活塞、活塞銷，它們在制冷壓縮機種是工作條件最嚴酷的組件。壓縮機的工作可靠性與使用耐久性，在很大程度上與活塞組的工作情況有關(guān)。4.1.1 活塞的要求及材料的選擇 根據(jù)上述對活塞設(shè)計的要求，活塞材料應(yīng)滿足如下要求：(1)質(zhì)量小。往復(fù)慣性力與往復(fù)質(zhì)量有關(guān)。故要求活塞的質(zhì)量要小，對于高轉(zhuǎn)速的壓縮機，尤其重要；(2)導(dǎo)熱系數(shù)高?；钊跉飧字袎嚎s氣體時，高溫的氣體將熱量傳導(dǎo)給活塞，因此要求活塞的導(dǎo)熱系數(shù)高，盡快地將熱量傳給氣缸體，通過氣缸體向外放熱。這樣可以降低活塞的溫度，提高輸氣系數(shù)；(3) 強度高。在規(guī)定的壓力比下，具有足夠的強度；(4)耐磨性好；（5)熱膨脹性小。活塞的熱膨脹系數(shù)愈小愈好，這樣，在高溫蒸氣的傳導(dǎo)下，活塞才可保證最佳的氣缸間隙；（6）工藝性良好，價格低。設(shè)計時應(yīng)使同一系列壓縮機的活塞大部分尺寸相同，如相同的直徑，相同的活塞銷孔等。這樣，加工非常方便。從材料上講，鑄鐵價格低，熱膨脹系數(shù)小，有良好的耐磨性。綜合前面的要求，選擇常用的 HT200。4.1.2 活塞的設(shè)計全封閉制冷壓縮機的活塞由于不裝活塞環(huán)所以沒有環(huán)部。其尺寸小，剛度大，熱膨脹小，故不對其群部進行特殊處理。中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計25圖 4.1 活塞示意圖參照已有經(jīng)驗活塞的長度 L 與直徑 D 之比 L/D 一般為 0.6-l.3?；钊N孔中心線距活塞項部的距離與直徑之比 L1/D 為 0. 35-1?；钊N孔直徑 d 與活塞外徑 D 之比 d/D=0.27 一 0.45。求的 L=38mm L1=25mm d=12mm 活塞頂部厚度=2.8mm 取 t=6mmmPDt?ax4.0?薄壁取 7mm4.2 活塞銷的設(shè)計4.2.1 活塞銷的結(jié)構(gòu)、材料1、活塞銷的結(jié)構(gòu)和尺寸活塞銷的結(jié)構(gòu)為一圓柱體，中空形式，可減少往復(fù)慣性質(zhì)量，有效利用材料。活塞銷與活塞銷座和連桿小頭孔的連接配合?；钊N的外直徑 ，活塞銷的內(nèi)直md12?徑根據(jù)經(jīng)驗值取 ，活塞銷長度 ，取md5.2?Dl )7.8~.5()9.0~85.(?ml28?2、活塞銷的材料由于氣體力和往復(fù)慣性力作用在活塞銷上，加上活塞直徑一般很小，故活塞銷承受很大的交變彎曲應(yīng)力和沖擊力?；钊N在交變彎曲應(yīng)力的作用下，油膜不易形成，因而潤滑條件差，易磨損。為此，應(yīng)盡量使用表面硬度高，具有韌性的材料。通常使中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計26用表面滲碳的低碳鋼或表面滲碳的低合金鋼。在本設(shè)計中選用 20Cr 鋼，表面滲碳層在0.5-lmm,硬度為 HRC55-62，屈服強度 R≥540Mpa。4.2.2 活塞銷強度和剛度計算由運動學(xué)知，活塞銷表面受到活塞力的共同作用，總的作用力 ，活NFs05.768?塞銷長度 L=28mm，連桿小頭高度 ，取 9mm，間隙為mdl )6.9~8()2.1~80(1??，所以活塞銷跨度 Lp=10mm。m5.01、最大彎曲應(yīng)力計算活塞銷中央截面最危險其彎矩為 mNLFMp ?????5.2401.5.7684max空心銷的抗彎斷面系數(shù)為 ，314)(.dW??其中 25.012?所以彎曲應(yīng)力為 M?即 Paa743 108.)25.01(.0?????? M48?2、最大剪切應(yīng)力計算最大剪切應(yīng)力出現(xiàn)在銷座和連桿小頭之間的截面上。橫斷截面的最大剪切應(yīng)力發(fā)生在中心層上，其值按下式計算：)(max4221maxdF???? MPa5.17max??已知許用彎曲應(yīng)力 ；許用剪切應(yīng)力 ，那么校核合MP50~][?0][?格。4.3 驗算活塞銷座比壓力銷座比壓力為：中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計27)(20maxPldFq?? papa6610.8)1023(85.7????MP9.7?][q?鑄鐵一般為 M~4][?4.4 本章小結(jié) 在活塞的設(shè)計過程中，分別確定了活塞、活塞銷、活塞銷座主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析了其工作條件，總結(jié)了設(shè)計要求，選擇合適的材料，并分別進行了相關(guān)的強度和剛度校核，使其符合實際要求。第 5 章 連桿組的設(shè)計5.1 連桿的設(shè)計5.1.1 連桿的工作情況、設(shè)計要求和材料選用1、工作情況連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起做往復(fù)運動，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運動。因此，連桿體除有上下運動外，還左右擺動，做復(fù)雜的平面運動。2、設(shè)計要求 連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，在設(shè)計時應(yīng)首先保證連桿具有在足夠的疲勞強度和結(jié)構(gòu)鋼度。如果強度不足，就會發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴重事故，同樣，如果連桿組剛度不足，也會對壓縮機的工作帶來不好的影響。所以設(shè)計連桿的一個主要要求是在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度和強度。為此，必須選用高強度的材料；合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。3、材料的選擇連桿的材料在小型全封閉壓縮機中，廣泛采用鑄鐵、鋁合金和粉末冶金材料。鋁合金連桿加工簡單，且質(zhì)量較鑄鐵連桿小，因此目前許多壓縮機都采用鋁合金材料制造連桿。本課程設(shè)計中也選用鋁合金材料。中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計285.1.2 連桿長度的確定設(shè)計連桿時首先要確定連桿大小頭孔間的距離，即連桿長度 它通常是用連桿比l來說明的， ， ，則 。lr/??4/1??mr9l36?5.1.3 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度、剛度計算1、連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計連桿小頭內(nèi)徑 和小頭寬度 已在活塞組設(shè)計中確定， ， 。1d1Bm12d?9B1小頭外徑 ，取 D1=18mm。)5.~2(D1?2、連桿小頭的強度校核在小功率的封閉式壓縮機中，常常用下式計算連桿小頭的強度。bhImax??式中 為最大慣性力； b 為小頭寬度，單位 m；h 為連桿小頭壁厚，單位 max故 Mpa35.01928.6??[σ]≤15Mpa，校核合格。連桿的桿身必須具有足夠的強度和剛度，為此，多數(shù)連桿的桿身的橫截面為矩形或工字形。曲柄銷旋轉(zhuǎn)時，連桿大頭做擺動，由于離心力的作用，對桿身產(chǎn)生彎矩，因此從小頭到大頭的截面逐漸加大。為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，在桿身到小頭和大頭的過渡處用足夠大的圓角半徑。中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計29圖 5.1 連桿零件圖 5.1.5 連桿大頭連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定于曲柄銷直徑 、寬度 、連桿螺栓直徑 。qDqBmd其中在 、在曲軸設(shè)計中確定， ， ，大頭寬度 ，大頭孔直徑qDmDq14?mb142?。md142?連桿大頭與連桿蓋的分開面采用平切口，大頭凸臺高度取 ，為了提高連H71桿大頭結(jié)構(gòu)剛度和緊湊性，連桿螺栓孔間距離 ，一般螺栓孔外側(cè)壁2)3.~4.1(dC?厚取 2 毫米，螺栓頭支承面到桿身或大頭蓋的過渡采用盡可能大的圓角。5.2 連桿螺栓的設(shè)計及校核對于刨分式連桿，連桿螺栓的作用是很重要的。壓縮機運轉(zhuǎn)時，它受到很大的交變載荷。對于小型全封閉壓縮機，由于連桿的尺寸受到限制，因而連桿螺栓的尺寸更小。為了防止應(yīng)力集中而使材料疲勞斷裂，一般是降低螺栓的剛度，提高連桿大頭的剛度，緩沖應(yīng)力集中，從而提高疲勞強度。為了降低螺栓的剛度，一般是縮小螺栓桿身的直徑，使桿身直徑小一于螺紋根徑來實現(xiàn)的。桿身至頭部的過渡圓角應(yīng)盡可能大一些，螺紋采用細牙，螺紋底部不允許有尖角。中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2kw 全封閉式活塞制冷壓縮機設(shè)計30連桿螺栓螺紋外徑 mDdm3)25.0~18.(??連桿螺栓螺紋長度 l9連桿螺栓的材料選 40Cr。裝配時要嚴格按規(guī)定的力矩緊固螺栓。防止預(yù)緊力不足，或預(yù)緊力過大而使連桿螺栓斷裂。2143.dF???其中 F 為 0.5 倍的最大活塞力； 為螺栓的外徑1dMpa703.4125.68????[σ]=200~250Mpa故符合強度要求。5.3 本章小結(jié)本章在設(shè)計連桿的過程中，首先分析了連桿的工作情況，設(shè)計要求，并選擇了適當?shù)牟牧?，然后分別確定了連桿小頭、連桿桿身、連桿大頭的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，并進行了強度了剛度的校核，使其滿足實際加工的要求，最后設(shè)計連桿螺栓，并行檢驗校核。第 6 章 曲軸的設(shè)計6.1 曲軸的結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇6.1.1 曲軸的工作條件和設(shè)計要求曲軸是在不斷周期性變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩作用下工作的，使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。由于曲軸彎曲與扭轉(zhuǎn)振動而產(chǎn)生附加應(yīng)力，再加上曲軸形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)變化急劇，產(chǎn)生的嚴重的應(yīng)力集中。特別在曲柄至軸頸的圓角過渡區(qū)、潤滑油孔附近以及加工粗糙的部位應(yīng)力集中現(xiàn)象尤為突出。所以在設(shè)計曲軸時，要使它具有足夠的疲勞強度，