4L-20丨8活塞式压缩机过程流体机械课程设计说明书

合肥工业大学过程装备与控制工程专业过程流体机械课程设计设计题目 4L-20/8 活塞式压缩机设计学院名称专业(班级)姓名(学号) 指导教师目录第一章概述 (3)1、1压缩机得分类 (3)1、2压缩机得基本结构 (4)1、3活塞式压缩机得工作原理 (5)1、4活塞式压缩机设计得基本原则 (5)1、5活塞式压缩机得应用 (5)第二章设计计算 (6)2、1设计参数 (6)2、2计算任务 (7)2、3设计计算 (7)2、3、1 压缩机设计计算 (7)2、3、2 皮带传动设计计算 (8)第三章结构设计 (13)3、1气缸 (10)3、2气阀 (10)3、3活塞 (10)3、4活塞环 (10)3、5填料 (11)参考文献 (15)第一章概述1、1压缩机得分类[2]1、1、1 按工作原理分类按工作原理,压缩机可分为“容积式”与“动力式”两大类。

容积式压缩机直接对一可变容积工作腔中得气体进行压缩,使该部分气体得容积缩小、压力提高,其特点就是压缩机具有容积可周期变化得工作腔。

容积式压缩机工作得理论基础就是反映气体基本状态参数P、V、T关系得气体状态方程。

动力式压缩机首先使气体流动速度提高,即增加气体分子得动能,然后使气流速度有序降低,使动能转化为压力能,与此同时气体容积也相应减小,其特点就是压缩机具有驱使气体获得流动速度得叶轮。

动力式压缩机工作得理论基础就是反映流体静压与动能守恒关系得流体力学伯努利方程.1、1、2 按排气压力分类见表1,按排气压力分类时,压缩机得进气压力为大气压力或小于0.2MPa。

对于进气压力高于0.2MPa得压缩机,特称为“增压压缩机”1、1、3 按压缩级数分类在容积式压缩机中,每经过一次工作腔压缩后,气体便进入冷却器中进行一次冷却,这称为一级。

而在动力式压缩机中,往往经过两次或两次以上叶轮压缩后,才进人冷却器进行冷却,把每进行一次冷却得数个压缩“级”合称为一个“段”。

单级压缩机——气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩;两级压缩机——气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩;多级压缩机一一气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩,相应通过几次便就是几级压缩机。

课程设计说明书课程名称机械原理题目名称活塞式气机专业机械设计与制造及自动化姓名张亚指导老师毕平2014 年 12 月 26 日前言活塞式压气机在国民经济各部门占有重要的地位，在各工业部门都活得广泛的应用。

往复式压缩机是工业上使用量大、面广的一种通用机械。

立式压缩机是往复活塞式压缩机的一种，属于容积式压缩机，是利用活塞在气缸中运动对气体进行挤压，使气体压力提高。

热力计算、动力计算是压缩机设计计算中基本，又是最重要的一项工作，根据任务书提供的介质、气量、压力等参数要求，经过计算得到压缩机的相关参数，如级数、列数、气缸尺寸、轴功率等，经过动力计算得到活塞式压缩机的受力情况。

活塞式压缩机热力计算、动力计算的结果将为各部件图形以及基础设计提供原始数据，其计算结果的精确程度体现了压缩机的设计水平。

目录一曲柄滑块机构的运动分析 (4)二曲柄滑块机构的动态静力分析 (9)三齿轮机构的设计 (11)四凸轮机构的设计 (13)五飞轮的设计 (14)六设计感想 (15)参考文献一、曲柄滑块机构的运动分析已知：活塞冲程H，连杆与曲柄的长度比λ，曲柄平均角速度ω1。

要求：选取曲柄位置φ=120º和φ=240º，画出机构运动简图和该机构在该位置时的速度和加速度多边形。

1.画出机构运动简图如图1（φ=120º）错误!未指定书签。

由已知条件可求得L OA=75mm L AB=375m V A=ω1l OA=50*75mm/s=3750mm/s有V A + V BA = V B大小: √？？方向: ⊥OA ⊥AB ∥OB取适当比例尺u做速度多边形如图2可求得V BA=uL AB=3375mm/s ω2=V BA/L AB=9.1s-1a BA=ω2^2L AB=30375.45mm/s^2a μ由Bt BAnBAA a aa a =++大小：√ √ ？ ？ 方向：∥OA∥AB ⊥AB ∥OB选适当的比例尺 做加速度多边形如图3ap b p图2 图3由22/1.290s rad L a ABBA==ραN ga G F s I 1800222==N J M S I 75.24468222==α由此得mm FM h I I 45221==已知构件的重量G ，重心S 的位置和绕重心轴的转动惯量J ，示意如图，数据见表1.对2、3组成的基本杆组受力分析如图4图4各需量加上计算所得，对B 点取矩有则求得 ====== -980.3N由于大小： ？ √ √ √ √ √ ？方向： √ √ √ √ √ √ √作受力多边形如图5n 12R F t 12R F 2G '2I F 43R F 3I F 0G μ/1'22212=++h F h L F I AB T R 04333'221212=++++++R I I t R nR F G F F G FF2S 0ΣB M =3G BCe图5可以求出各个平衡力，其中如图所示对构件1作受力分析如图6对O点取矩，即：得Md=61.3NA图62.做机构的运动简图（φ=240º）ΣOMa μ A有已知条件得L OA =75mm L AB =375mV A =ω1l OA =50*75mm/s=3750mm/s对机构做速度分析得有 V A + V BA = V B 大小: √ ？ ？ 方向: ⊥OA ⊥AB ∥OB做速度多边形如图8则mm V BA 5.2063= 22/5.5s rad w =222/18375ωsmm laABn BA==对其做加速度分析Bt BAnBAA a aa a =++大小： √ √ ？ ？ 方向：∥OA∥AB ⊥AB ∥OB选适当的比例尺 做加速度多边形如图4333221212=++++++R I I t R n R F G F F G FF图8 图9由加速度多边形求出各力分别为N J M S I 25.12656222==α N ga G F s I 1660222==mm F M h I I 69221==对B 点取矩得可得 N F t R 146012= 图10大小： ？ √ √ √ √ √ ？G μ/1'22212=++h F h L F I AB T R12R F 方向： √ √ √ √ √√ √作力多边形如图11图11 如图求得各平衡力，其中 如图所示 杆1的受力多边形如图12所示，由得N M b 75.50=三、齿轮机构尺寸设计ΣO M =因为z1=22，z2=22，m=6，ɑˊ=135所以，标准中心距ɑ=m(z1+z2)/2=132通过查看“系数界限图”和计算的两齿轮的变位系x1 = 0.28，x2 = 0.24 且ɑ<ɑˊ，所以应采用变位齿轮正传动方式传动∵ɑˊ ˊ= ɑ ∴αˊ=23.15° ˊ=23.15° 分度圆离系数：y = ( ɑˊ -ɑ)/m = 0.5 ɑ)/m = 0.5 ɑ)/m = 0.5 齿顶降低系数：σ=x 1+x 2－y=0.02分度圆直径：d = m z = 132mm = 132mm = 132mm= 132mm基圆直径：d b1=d b2=m z=124mm∵节圆直径：dˊ= d/ˊ ∴d1ˊ= d2ˊ=135mm ˊ=135mm ˊ=135mm齿顶高：hɑ1= ( hɑ*+x 1-σ)m =7.56mm hɑ2= ( hɑ*+x 2-σ) m=7.32mmm齿根高：h f1=(hɑ*+c *-x1)m =5.82mm =5.82mm=5.82mm h f2= ( hɑ*+c *-x2)m=6.06mm全齿高：h=(2 hɑ*+c*-σ)m=13.38齿顶圆直径：dɑ1=( z1+2 hɑ*+2x 1)m=147.36mm dɑ2=( z2+2 hɑ*+2x 2)m=146.88齿根圆直径：d f1=( z1-2hɑ*-2c*+2x 1)m=120.36 d f2=( z2-2hɑ*-2c*+2x 2)m=119.88分度圆齿厚：s1=πm/2+2x =πm/2+2x =πm/2+2x 1mtanα=10.51mm s2=πm/2+2x =πm/2+2x =πm/2+2x 2 mtanα=10.36mm分度圆槽宽：e1=πm/2 =πm/2 -2x 1mtanα=8.33 e2=πm/2 =πm/2 -2x 2 mtanα=8.48mm依据以上计算，可画出齿轮简图，以及两齿轮啮合图，见附图2 四、凸轮机构设计（1）由mmin≤ɑ=30°，和机械原理图盘形凸轮基圆半径诺模图查得又因为h=10mm，所以，h/rb=0.36，rb=27.78mm根据要求机构被设计成中速低载机构，本着降低成本原则和制造简单等因素取rb=28mm（2）利用计算机采用图解法作出从动件ѕ―ϕ曲线，（3）由rb=28mm 和从动件运动规律设计凸轮轮廓，利用计算机并采用图解法作出凸轮理论轮廓线（4）求出凸轮理论轮廓线外凸部分最小曲率半径。

过程装备与控制工程专业过程流体机械课程设计设计题目4L-20/8 活塞式压缩机设计学院名称机械与汽车工程学院专业（班级）过程装备与控制工程10-1班姓名（学号）XXX指导教师王庆生、朱仁胜、于振华目录1.绪论 (1)2.主要设计参数 (3)3.设计计算 (4)3.1压缩机设计计算 (4)3.1.1结构形式及方案选择 (4)3.1.2容积流量（排气量）的计算 (4)3.1.3排气温度计算 (6)3.1.4估算轴功率 (6)3.2皮带传动设计计算 (7)3.2.1 求计算功率 (7)3.2.2 V带型号确定 (7)3.2.3 带轮直径计算 (7)3.2.4 确定中心距和带轮基准长度 (8)3.2.5 计算小带轮包角 (8)3.2.6确定V带根数Z (9)3.2.7单根带的预紧 (9)3.2.8轴上的压力 (9)4.压缩机结构设计 (11)4.1气缸 (11)4.1.1基本结构型式 (11)4.1.2气阀在气缸上的布置 (11)4.1.3主要尺寸 (12)4.2气阀 (13)4.3活塞 (13)4.4活塞环 (14)4.5填料 (14)参考资料文献 (16)1.绪论容积式流体机械（Positive displacement fluid machinery）：靠泵腔容积的变化来吸入与排出介质,来转换能量的为容积式流体机械。

主要有：容积式压缩机、容积泵。

容积式流体机械的特点有：优点：①压力范围宽。

有真空；低压；中压；高压；超高压。

②效率高。

热效率达80%以上。

③适应性强，可输送各种介质。

④品种多样，适应各种工况及用途。

缺点：①结构较复杂，易损件多。

②排出不连续，产生脉动，往复惯性力。

③转速低，排量小。

④介质易受油污染。

本次课程设计的设计题目是《4L-20/8 活塞式压缩机的设计》，按照任务书要求，压缩机的基本结构见说明书第四章图4-1。

压缩机的组成大致可以分为三个部分：基本部分：包括机身、中体、曲轴、连杆、十字头组成，其作用是传递动力、连接基础和气缸部分。

目录第一章概述 (2)1.1压缩机简介 (2)1.2压缩机分类 (2)1.3活塞式压缩机特点 (2)第二章总体结构方案 (3)2.1设计基本原则 (3)2.2气缸排列型式 (3)2.3运动机构 (3)第三章设计计算 (4)3.1 设计题目及设计参数 (4)3.2 计算任务 (4)3.3 设计计算 (4)3.3.1 压缩机设计计算 (4)3.3.2 皮带传动设计计算 (8)第四章压缩机结构设计 (11)4.1气缸 (11)4.2气阀 (12)4.3活塞 (12)4.4活塞环 (13)4.5填料 (13)4.6曲轴 (13)4.7中间冷却器 (13)参考文献 (14)第一章概述1.1压缩机简介压缩机（compressor），是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械，是制冷系统的心脏。

它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝（放热）→膨胀→蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环。

作为一种工业装备，压缩机广泛应用于石油、化工、天然气管线、冶炼、制冷和矿山通风等诸多重要部门；作为燃气涡轮发动机的基本组成元件，在航空、水、陆交通运输和发电等领域随处可见；作为增压器，已成为当代内燃机不可缺少的组成部件。

在诸如大型化肥、大型乙烯等工艺装置中，它所需投资可观，耗能比重大，其性能的高低直接影响装置经济效益，安全运行与整个装置的可靠性紧密相关，因而成为备受关注的心脏设备。

1.2压缩机分类压缩机按工作原理可分为容积式和动力式两大类；按压缩级数分类，可分为单级压缩机、两级压缩机和多级压缩机；按功率大小分类，可分为微小型压缩机、中型压缩机和大型压缩机。

按压缩机的结构形式可分为立式、卧式。

压缩机具有其鲜明的特点，根据其工作原理的不同决定了其不同的适用范围。

1.3活塞式压缩机特点活塞式压缩机与其他类型的压缩机相比，特点是：（1）压力范围最广。

课程设计说明书题目: 流体机械及工程课程设计院（部）：能源与动力工程学院专业班级：流体班学号：学生姓名：指导教师：起止日期：2011.12.30——2012.1.13流体机械及工程课程设计设计任务书设计依据：流量Q：313m/h扬程H：22m转速n: 1450 r/min效率 ：63.5%空化余量NPSH1.2R输送介质相对密度1任务要求：1.用速度系数法进行离心泵叶轮的水力设计。

2.绘制叶轮的木模图和零件图，压出室水力设计图。

3.写课程设计说明书4.完成Auto CAD出图目 录第一章 结构方案的确定……………………………………………………………5 1.1确定比转数 …………………………………………………………………3 1.2确定泵进、出口直径 ………………………………………………………3 1.3泵进出口流速 ………………………………………………………………3 1.4确定效率和功率 ……………………………………………………………4 1.5电动机的选择轴径的确定 …………………………………………………4 第二章 叶轮的水力设计 …………………………………………………………5 2.1 叶轮进口直径D 0的确定……………………………………………………5 2.2 叶轮出口直径D 2的确定……………………………………………………6 2.3确定叶片出口宽度 2b ………………………………………………………6 2.4确定叶片出口安放角2β .........................................................6 2.5确定叶片数Z ........................................................................6 2.6精算叶轮外径D 2 .....................................................................6 2.7叶轮出口速度 (8)2.8确定叶片入口处绝对速度1V 和圆周速度1u (9)第三章 画叶轮木模图与零件图 ............................................................9 3.1叶轮的轴面投影图 ..................................................................9 3.2绘制中间流线........................................................................11 3.3流线分点（作图分点法） (11)3.4确定进口角1β........................................................................13 3.5作方格网 ..............................................................................14 3.6绘制木模图 ........................................................................15 第四章 压水室的设计 (17)4.1 基圆直径3D的确定 ...............................................................17 4.2 压水室的进口宽度 (17)4.3 隔舌安放角ϕ0 (17)4.4 隔舌的螺旋角α0 ..................................................................17 4.5 断面面积F (17)4.6 当量扩散角...........................................................................18 4.7各断面形状的确定..................................................................18 4.8压出室的绘制 (20)1.各断面平面图 ..................................................................20 2. 蜗室平面图画..................................................................20 3.扩散管截线图............................................................ (21)结束语 ....................................................................................17 参考文献 (18)第一章 结构方案确定1.1 确定比转数计算泵的比转数n s ，确定泵的结构方案。

合肥工业大学过程装备与控制工程专业过程流体机械课程设计设计题目4L--20/8 活塞式压缩机的设计学院名称机械工程系专业（班级）过程装备与控制工程12-3班姓名（学号）王强**********指导教师王庆生、朱仁胜、于振华目录1.设计题目 (2)2.主要设计参数 (2)3.压缩机概述 (3)4.计算任务 (11)5.压缩机设计计算 (11)6.皮带传动设计计算 (15)7.压缩机结构设计 (18)8.计算任务 (22)一.设计题目4L---20/8活塞式压缩机的设计二.主要设计参数1．排气量：有效排气量 21.5min3m2．进气压力：0.1MPa3．排气压力： 0.8MPa4. 轴转速： 400rpm5. 行程： 240mm6. 气缸数：一级压缩 1二级压缩 17. 气缸直径：一级 420mm二级 250mm8. 轴功率：≤ 118kW9. 电机：功率 130KW，转速 730rpm，额定电压 380V10.排气温度： ≤ 160℃11.冷却水量： 4吨/小时三、压缩机概述随着国民经济的发展，压缩机的应用也越来越广。

压缩机在采矿、冶金、石油化工生产、机械及建筑等部门得到广泛应用，由于石油化工工业的蓬勃发展，各种烃类气体的压缩机也日趋增多，压缩机在石油化工业中的地位就显得尤为重要。

将机械能转变为气体的能量，用来给气体增压与输送气体的机械称为压缩机。

各种型号的压缩机，按工作原理可分为两大类：速度式和容积式。

速度式压缩机靠气体在高速旋转叶轮作用下，得到巨大的能量，随后在扩压器中急速降速，使气体的动能转变成势能（压力能）。

容积式压缩机靠在气缸内往复运动或旋转运动的活塞，使容积缩小，从而提高气体压力［4］。

压缩机按结构类型的不同，可分类为：图1.1压缩机分类⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧活塞式模式往复式转子式螺杆式滑片式回转式容积式混流式离心式轴流式速度式压缩机活塞式压缩机与其它类型的压缩机相比有许多优点[6]：（1）适用压力范围广。

摘要本文概述了活塞式压缩机设计计算的基本步骤，详细系统的介绍对2D3.5—15/9对称平衡型空气压缩机进行热力计算基本原理及方法。

压缩机的热力计算是以热力学理论为基础，根据气体的压力、容积和温度之间存在的一定关系，结合压缩机具体的工作特性和使用要求进行的。

其计算目的是要求得最有利的热力参数和适宜的主要结构尺寸。

本次课程设计采用常规热力计算方法亦即设计性热力计算。

目录第1章压缩机的热力计算 (1)1.1初步确定压力比及各级名义压力 (1)1.2初步计算各级排气温度 (2)1.3计算各级排气系数 (3)1.4计算各级凝析系数及抽加气系数 (4)1.5初步计算各级气缸行程积 (6)1.6确定活塞杆直径 (6)1.7计算各级气缸直径 (8)1.8计算气缸直径圆整后的实际行程容积、各级名义压力及压力比 (8)1.9按修正后的名义压力考虑压力损失后计算缸内实际压力 (10)1.10根据实际压力比，计算各级实际排气温度 (12)1.11计算缸内虽大实际气体力并核算活塞杆直径 (14)1.12复算排气量 (14)1.13计算功率并选取电机 (15)1.14热力计算结果数据 (16)第1章压缩机的热力计算1.1初步确定压力比及各级名义压力已知数据：吸气压力0.1Mpa,排气压力0.9Mpa,一级进气温度20℃，结构选取，根据总压比9ε=，压缩机的级数取两级比较合适，为了获得较好的动力平衡性能，可选择V 型结构，而且Ⅰ、Ⅱ级采用双作用气缸。

另外，压缩机采用水冷方式。

1.1.1按等压力比分配原则确定各级压力比z zIIk p p εε==Ⅰ12 (1-1)两级压缩总压力比91.09.0pp Ⅰ1Ⅱ2===ε取39ⅡⅠ====εεε为了使第一节有较高的容积系数，第一级的压力比取稍低值，1.1.2各级名义进、排气压力如下k k k p p ε⋅=12，k k p p 2)1(1=+ (1-2)表1-1各级名义进、排气压力（MPa ）1.2初步计算各级排气温度按绝热过程考虑，各级排气温度可用下式求解：εkk T T112-=（1-3）介质是空气，k =1.4。

目录第一章概述 (1)1.1压缩机的分类 (1)1.2压缩机特点 (1)1.3压缩机基本结构 (1)第二章总体设计 (2)2.1 设计活塞式压缩机应符合以下基本原则 (2)2.2结构方案的选择 (2)2.3压缩机的驱动 (2)2.4压缩机的转速和行程的确定 (3)第三章热力计算 (4)3.1确定各级压力比 (4)3.2计算各级排气温度 (5)3.3确定各级容积效率 (5)3.4确定各级气体的可压缩性系数 (7)3.5确定各级行程容积 (7)3.6确定活塞杆直径 (8)3.7计算气缸直径 (8)3.8修正各级公差压力和温差 (9)3.9计算活塞力 (10)3.10计算轴功率，选择电动机 (11)第四章动力计算 (13)4.1计算第一列的惯性力 (13)4.2计算各列摩擦力 (13)4.3计算第I列气体力 (14)4.4计算第II列气体力 (15)第一章概述1.1压缩机的分类现代工业中,压缩机的机械用途愈来愈多.各种形式的压缩机,按工作原理区分为两大类:速度式和容积式.速度型压缩机靠气体在高速旋转叶轮的作用下,得带巨大的功能,随后在扩压器中急剧降速,使气体的动能转变为失能.容积式压缩机靠汽缸内往复回转的活塞,是容积缩小而提高气体压力.1.2压缩机特点活塞式压缩机与其他类型的压缩机相比,特点是:压力范围最广、效率高、适应性强。

1.3压缩机基本结构（1）基本部分：包括机身、中体、曲轴、连杆、十字头等部件。

其作用是传递动力，连接基础与汽缸部分。

（2）汽缸部分：包括汽缸、气阀、活塞、填料以及安置在汽缸上的排气量调节装置等部分，其作用是形成压缩容积和防止气体泄漏。

（3）辅助部分：包括冷凝器。

缓冲器、液体分离器、安全阀、油泵、注油器以及各种管路系统，这些部件是保证压缩机正常运转第二章总体设计2.1 设计活塞式压缩机应符合以下基本原则（1）满足用户提出的排气量、排气压力以及有关使用条件的要求（2）有足够长的使用寿命（应理解为压缩机需要大修时间的间隔长短）足够高的实用可靠性（应理解为压缩机被迫停车的次数）（3）有较好的运转经济性（4）有良好的动力平衡性（5）维护检修方便（6）尽可能采用新结构、新技术、新材料（7）制造工艺性良好（8）机器的尺寸小、质量轻2.2结构方案的选择机器的形式：采用立式压缩机，其优点在于：活塞工作表面不承受活塞质量，因而汽缸和活塞的磨损比卧式的小且均匀，活塞环的工作条件有所改善，能延长机器的实用寿命。

课程设计说明书课程名称机械原理题目名称活塞式气机专业机械设计与制造及自动化姓名亚指导老师毕平2014 年12 月26 日前言活塞式压气机在国民经济各部门占有重要的地位，在各工业部门都活得广泛的应用。

往复式压缩机是工业上使用量大、面广的一种通用机械。

立式压缩机是往复活塞式压缩机的一种，属于容积式压缩机，是利用活塞在气缸中运动对气体进行挤压，使气体压力提高。

热力计算、动力计算是压缩机设计计算中基本，又是最重要的一项工作，根据任务书提供的介质、气量、压力等参数要求，经过计算得到压缩机的相关参数，如级数、列数、气缸尺寸、轴功率等，经过动力计算得到活塞式压缩机的受力情况。

活塞式压缩机热力计算、动力计算的结果将为各部件图形以及基础设计提供原始数据，其计算结果的精确程度体现了压缩机的设计水平。

目录一曲柄滑块机构的运动分析 (4)二曲柄滑块机构的动态静力分析 (9)三齿轮机构的设计 (11)四凸轮机构的设计 (13)五飞轮的设计 (14)六设计感想 (15)参考文献一、曲柄滑块机构的运动分析已知：活塞冲程H，连杆与曲柄的长度比λ，曲柄平均角速度ω1。

要求：选取曲柄位置φ=120º和φ=240º，画出机构运动简图和该机构在该位置时的速度和加速度多边形。

1.画出机构运动简图如图1（φ=120º）错误!未指定书签。

由已知条件可求得L OA=75mm L AB=375m V A=ω1l OA=50*75mm/s=3750mm/s有V A + V BA = V B大小: √？？方向: ⊥OA ⊥AB ∥OB取适当比例尺u做速度多边形如图2可求得V BA=uL AB=3375mm/s ω2=V BA/L AB=9.1s-1a BA=ω2^2L AB=30375.45mm/s^2a μ由Bt BAnBAA a aa a =++大小：√ √ ？ ？ 方向：∥OA∥AB ⊥AB ∥OB选适当的比例尺 做加速度多边形如图3ap b p图2 图3由22/1.290s rad L a ABBA==ραN ga G F s I 1800222==N J M S I 75.24468222==α由此得mm FM h I I 45221==已知构件的重量G ，重心S 的位置和绕重心轴的转动惯量J ，示意如图，数据见表1.对2、3组成的基本杆组受力分析如图4图4各需量加上计算所得，对B 点取矩有则求得 ====== -980.3N由于大小： ？ √ √ √ √ √ ？方向： √ √ √ √ √ √ √作受力多边形如图5n 12R F t 12R F 2G '2I F 43R F 3I F 0G μ/1'22212=++h F h L F I AB T R 04333'221212=++++++R I I t R n R F G F F G F F 2S 0ΣB M =3G BCe图5可以求出各个平衡力，其中如图所示对构件1作受力分析如图6对O点取矩，即：得Md=61.3NA图6ΣOM2.做机构的运动简图（φ=240º） A有已知条件得L OA =75mm L AB =375mV A =ω1l OA =50*75mm/s=3750mm/s对机构做速度分析得有 V A + V BA = V B 大小: √ ？ ？ 方向: ⊥OA ⊥AB ∥OB做速度多边形如图8则mm V BA 5.2063= 22/5.5s rad w =222/18375ωsmm laABn BA==对其做加速度分析Bt BAnBAA a aa a =++a μ大小： √ √ ？ ？ 方向：∥OA∥AB ⊥AB ∥OB选适当的比例尺 做加速度多边形如图图8 图9由加速度多边形求出各力分别为N J M S I 25.12656222==α N ga G F s I 1660222==mm F M h I I 69221==对B 点取矩得可得 N F t R 146012= 图10G μ/1'22212=++h F h L F I AB TR4333'221212=++++++R I I t R n R F G F F G F F 12R F大小： ？ √ √ √√√ ？方向： √ √ √ √ √ √ √作力多边形如图11图11 如图求得各平衡力，其中 如图所示 杆1的受力多边形如图12所示，由得N M b 75.50=ΣO M =三、齿轮机构尺寸设计因为z1=22，z2=22，m=6，ɑˊ=135所以，标准中心距ɑ=m(z1+z2)/2=132通过查看“系数界限图”和计算的两齿轮的变位系x1 = 0.28，x2 = 0.24 且ɑ<ɑˊ，所以应采用变位齿轮正传动方式传动∵ɑˊˊ= ɑ∴αˊ=23.15°ˊ=23.15°分度圆离系数：y = ( ɑˊ -ɑ)/m = 0.5 ɑ)/m = 0.5 ɑ)/m = 0.5 齿顶降低系数：σ=x 1+x 2－y=0.02分度圆直径：d = m z = 132mm = 132mm = 132mm= 132mm基圆直径：d b1=d b2=m z=124mm∵节圆直径：dˊ= d/ˊ∴d1ˊ= d2ˊ=135mm ˊ=135mm ˊ=135mm齿顶高：hɑ1= ( hɑ*+x 1-σ)m =7.56mm hɑ2= ( hɑ*+x 2-σ) m=7.32mmm齿根高：h f1=(hɑ*+c *-x1)m =5.82mm =5.82mm=5.82mm h f2= ( hɑ*+c *-x2)m=6.06mm全齿高：h=(2 hɑ*+c*-σ)m=13.38齿顶圆直径：dɑ1=( z1+2 hɑ*+2x 1)m=147.36mm dɑ2=( z2+2 hɑ*+2x 2)m=146.88齿根圆直径：d f1=( z1-2hɑ*-2c*+2x 1)m=120.36 d f2=( z2-2hɑ*-2c*+2x 2)m=119.88分度圆齿厚：s1=πm/2+2x =πm/2+2x =πm/2+2x 1mtanα=10.51mm s2=πm/2+2x =πm/2+2x =πm/2+2x 2 mtanα=10.36mm分度圆槽宽：e1=πm/2 =πm/2 -2x 1mtanα=8.33 e2=πm/2 =πm/2 -2x 2 mtanα=8.48mm依据以上计算，可画出齿轮简图，以及两齿轮啮合图，见附图2四、凸轮机构设计（1）由mmin≤ɑ=30°，和机械原理图盘形凸轮基圆半径诺模图查得又因为h=10mm，所以，h/rb=0.36，rb=27.78mm根据要求机构被设计成中速低载机构，本着降低成本原则和制造简单等因素取rb=28mm（2）利用计算机采用图解法作出从动件ѕ―ϕ曲线，（3）由rb=28mm 和从动件运动规律设计凸轮轮廓，利用计算机并采用图解法作出凸轮理论轮廓线（4）求出凸轮理论轮廓线外凸部分最小曲率半径。

过程流体机械课程设计指导书一、 设计题目4L---20/8 活塞式压缩机设计二、主要设计参数（1） 排气量： 有效排气量 21.5 m 3/min（2） 进气压力： 0.1 MPa（3） 排气压力： 0.8 MPa（4） 轴转速： 400 rpm（5） 行程： 240 mm（6） 气缸数： 一级压缩 1二级压缩 1（7） 气缸直径：一级 420 mm二级 250 mm（8） 轴功率： ≤ 118 KW（9） 电机： 功率 130 KW ， 转速 730 rpm ， 额定电压 380V（10） 排气温度： ≤ 160 0C（11） 冷却水量： 4吨/小时三、设计计算1、计算任务（1）对实际排气量，排气温度和功率进行复算。

（2）主、从动皮带轮的设计计算。

2、压缩机设计计算（1）结构型式及方案选择根据总压力比ε＝8，压缩机的级数取两级比较合适。

本设计为固定式压缩机，为了获得较好的运转平稳性，结构型式采用L 型，而且Ⅰ、Ⅱ级采用双作用气缸。

另外，压缩机采用水冷方式。

（2）容积流量（排气量）的计算1）理论排气量1vn q 、2vn q 的计算vn q =Ln d D n L d D n L D )2(4)(4422222-=⋅-+⋅πππ式中 n ——压缩机转速 rpm 。

图1 容积流量的计算2）实际排气量的计算v vn v q q η⋅=式中 ηV ——容积效率，ηV = λV λP λT λl其中 λV ——容积系数，λV ＝ 1-α(n1ε-1) ，α为相对余隙系数，低压级α＝0.1，中压级α＝0.11 。

ε为名义压力比，一般单级压力比ε＝3～4 。

n 为膨胀指数。

λP ——压力系数，λP ＝0.95～0.98λT ——温度系数，λT ＝0.92～0.98λl ——泄漏系数，λl ＝0.90～0.983）各级行程容积Vs 的计算 Vs ＝vv n q η (n 为压缩机转速) （3）排气温度计算d T ＝s T m m 1-ε式中m ——压缩过程指数，一般压缩过程指数取低压级m =(0.95～0.99)k ，中、高压级m = k 。

目录第一章概述 (1)1.1压缩机的基本结构 (1)1.2 活塞式压缩机的应用 (1)1.3压缩机设计原理 (1)1.4压缩机工作原理 (1)1.5压缩机发展前景 (2)第二章总体设计 (3)2.1 设计活塞式压缩机应符合以下基本原则 (3)2.2 结构方案的选择 (3)2.3 压缩机的驱动 (3)2.4 压缩机的转速和行程的确定 (4)第三章热力计算 (5)3.1初步确定各级压力比 (5)3.2计算各级排气温度 (5)3.3各级的排气温度 (6)3.3.1 容积系数 (6)3.3.2 确定压力系数 (6)3.3.3 确定温度系数 (7)3.3.4 凝析系数 (7)3.3.5 泄漏系数 (7)3.3.6计算抽气系数 (7)3.4 确定各级气体的可压缩性系数 (8)3.5 确定各级气缸容积 (8)3.6 确定活塞杆直径 (8)3.7 计算气缸直径 (9)3.8修正各级公差压力和温度 (9)3.8.1确定各级实际行程容积 (9)3.8.2修正各级公差压力 (9)3.8.3修正后的排气温度 (10)3.9 计算活塞压力 (10)3.9.1计算气缸实际吸排气压力 (10)3.9.2 计算各列的活塞力 (11)3.10 计算轴功率，选择电动机 (12)3.10.1 计算各级指示功率 (12)3.10.2 计算轴功率 (12)3.10.3 选用电动机 (12)第四章动力计算 (13)4.1计算第Ⅰ列的惯性力 (13)4.2 计算各列摩擦力 (14)4.2.1 往复惯性力 (14)4.2.2 旋转摩擦力 (14)4.3 计算第Ⅰ列气体力 (14)4.3.1 Ⅰ级盖侧的气体力 (14)4.3.2 Ⅰ级缸轴侧的气体力 (16)4.3.3 计算第Ⅰ列综合活塞力的切向力 (18)4.4 计算第Ⅱ列气体力 (20)4.4.1 Ⅱ级盖侧的气体力 (20)4.4.2 Ⅱ级缸轴侧的气体力 (21)4.4.3 计算第Ⅱ列综合活塞力及切向力 (23)第一章概述1.1压缩机的基本结构其组成大致可以分为三个部分（1）基本部分：包括机身、中体、曲轴、连杆、十字头组成，其作用是传递动力、连接基础和气缸部分。

共13 页第 1 页活塞式压缩机使用说明书KYHS. SM共13 页第 2 页活塞式压缩机使用说明书目录1范围.................................................................................................................................... .. (3)引用标准.................................................................................................................................... (32)总则.................................................................................................................................... .. (33)压缩机的安装.4 (3)4.1一般说明....................................................................................................................................................压缩机的基础............................................................................................................................................4.2 4组装主机.4.3 (4)电动机中心的校正4.4 (6)辅机的安装................................................................................................................................................7 4.55压缩机的试运转 (7)5.1 7 压缩机试运转前的准备工作....................................................................................................................5.2 ........................................................................................................................................ 8 压缩机的试运转6压缩机的正常运转 (8)6.1 压缩机运转前的准备工作 (8)6.2 . ............................................................................................................................................... 9 压缩机启动6.3 9 压缩机停车................................................................................................................................................6.49 .................................................................................................................................................... 运行管理7压缩机运转期间可能出现的故障 (10)7.1 10 ..................................................................................................................................... 气缸部分的故障.7.2 . ..................................................................................................................................... 10 运动机构的故障7.3气缸及运动机构的常见故障的原因和消除方法..................................................................................108压缩机的维护和检修 (10)8.1 日常维护................................................................................................................................................. .108.2检修10. .........................................................................................................................................................附录A 压缩机常见故障及消除方法 (12)共13 页第 3 页活塞式压缩机使用说明书1范围本标准规定了经制造厂总装、调试合格的无润滑活塞式压缩机（以下简称“压缩机”）在用户单位安装、使用及保养的技术要求。

过程装备与控制工程专业综合课程设计任务书课程设计名称：校核计算4L-20/8型石油气压缩机学院专业班级姓名指导教师2014年2月校核计算4L-20/8型石油气压缩机设计者姓名： 班级： 学号： 指导教师： 日期： 年 月 日一、设计题目校核计算4L-20/8型石油气压缩机二、设计参数和技术特性指标（1） 型式：L 型双缸二级双作用水冷式石油气压缩机。

（2） 工艺参数：Ⅰ级名义吸气压力 (绝) 10.1I P MPa = (绝) 吸气压力140I T =℃Ⅱ级名义排气压力 (绝) 20.9II P MPa =（绝） 吸气温度150II T =℃ 排气量（一级吸入状态）320/d V m min =石油气相对湿度 0.8ϕ=（3） 结构参数：活塞行程：22120240S r mm ==⨯=电机转速：400/n r min =活塞杆直径：45d mm =气缸直径：Ⅰ级 420I D mm = Ⅱ级 250II D mm =相对余隙容积： 0.095I α=， 0.098II α= 电动机： TR127-8型， 100kW电动机与压缩机的联接： 三角带传动连杆长度：500l mm =运动部件质量如下：见表1。

表1 运动部件质量（kg ）(4) 石油气组成成分：见表2表2 石油气的主要成分及体积百分含量三、设计内容与要求设计是以典型过程流体机械—活塞式压缩机为研究对象，对压缩机进行校核。

主要内容包括：1.压缩机结构形式与方案的选择;2.压缩机热力性能的核算，包括压力比分配，气缸直径，排气量，功率，各级排气温度，缸内实际压力等。

3.压缩机动力性能的核算，主要包括作运动规律曲线图，计算气体力，惯性力，摩擦力，活塞力，切向力，法向力，作切向力图，求飞轮矩，分析动力平衡性能。

【注意】：动力计算所需数据必须取自热力核算的最后结果。

4.编制动力计算程序，绘制动力计算曲线。

5.编写计算说明书，进行课程设计答辩。

要求每个学生完成：1.撰写计算说明书一份，要求手写；2.计算说明书条理清楚，有图有表，数据要有根据及说明；3.提交动力计算程序。

摘要此设计的对象是目前使用较普遍的4L-20/8型活塞式空气压缩机。

其内容是对活塞式压缩机的用途、结构、工作原理、性能特点进行了详述，并对压缩机的曲轴组件的结构进行了简介，侧重于根据已知的结构参数和工艺参数对4L-20/8型活塞式空气压缩机进行热力计算和动力计算，完成其主要参数的选择，并分析了本压缩机的动力平衡情况，并对其传动机构中的重要部件曲轴进行了准确的强度计算和刚度计算，并判断其曲轴在强度和刚度上是否满足使用要求，以保证其安全运行。

另一个主要内容是对AutoCAD这种目前在机械设计绘图领域应用最广泛的计算机辅助设计绘图软件的发展、特点、应用、软件群体进行了详细介绍，指出其和普通手工绘图相比的强大优势。

并在此设计中应用AutoCAD对4L-20/8型活塞式空气压缩机的部分零件图和总装配图进行计算机辅助设计绘图。

关键词：压缩机；热力计算；动力计算；曲轴；AutoCADAbstractThe piston compressor 4L-20/8 which is widely used at present has been studied in this thesis .The compressor’s use, structure, work principle and function characteristics of the compressor has been expatiated , especially in terms of structure parameter and the technology parameter, the thermodynamics and dynamics computation has been done, the compressor’s p rinciple parameter has been choosed, and its motive balance function has been analysed, the computation of the crank in intensity 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 CAD’s development and character , is given a minute description ,and indicate the advantage of it .it is chief character to use Auto CAD to compute and make the drawing.Key words：compressor；thermodynamics ；dynamics；crank ；Auto CAD前言随着国民经济的发展，压缩机的应用也越来越广。

4L-208型活塞式空气压缩机的选型及设计（）摘要：随着国民经济的快速发展，压缩机已经成为众多部门中的重要通用机械。

压缩机是压缩气体提高气体压力并输送气体的机械，它广泛应用于石油化工、纺织、冶炼、仪表控制、医药、食品和冷冻等工业部门。

在化工生产中，大中型往复活塞式压缩机及离心式压缩机则成为关键设备。

本次设计的压缩机为空气压缩机，其型号为D—42/8。

该类设备属于动设备，它为对称平衡式压缩机，其目的是为生产装置和气动控制仪表提供气源，因此本设计对生产有重要的实用价值。

活塞式压缩机是空气压缩机中应用最为广泛的一种，它是利用气缸内活塞的往复运动来压缩气体的，通过能量转换使气体提高压力的主要运动部件是在缸中做往复运动的活塞，而活塞的往复运动是靠做旋转运动的曲轴带动连杆等传动部件来实现的。

关键词：活塞式压缩机；结构；设计；强度校核；选型1.1压缩机的用途4L—20/8型空气压缩机（其外观图见下页），使用压力0.1~1.6Mpa（绝压）排气量20m3 /min，可用于气动设备及工艺流程，适用于易燃易爆的场合。

该种压缩机可以大幅度提高生产率，工艺流程用压缩机是为了满足分离、合成、反应、输送等过程的需要，因而应用于各有关工业中。

因为活塞式压缩机已得到如此广泛的应用的需要，故保证其可靠的运转极为重要。

气液分离系统是为了减少或消除压缩气体中的油、水及其它冷凝液。

本机为角度式L型压缩机，其结构较紧凑，气缸配管及检修空间也比较宽阔，基础力好，切向力也较均匀，机器转速较高，整机紧凑，便于管理。

本机分成两列，其中竖直列为第一列，水平列为第二列，两列夹角为90度，共用一个曲拐，曲拐错角为0度。

1.2压缩机的工作原理和结构简介1.2.1工作原理本机为往复活塞式压缩机，依靠气缸内往复运动的活塞压缩气体容积而提高其压力。

当驱动机（电机）开启后，通过弹性联轴器带动压缩机的曲轴作旋转运动，不断旋转的曲轴使连杆不停的摆动，从而牵动十字头、活塞杆、活塞分别在十字头滑道内和气缸内作往复直线运动[5]。