活塞式压气机设计说明书

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）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=
a BA=ω2^2L AB=s^2
a μ
由
B
t BA
n
BA A a a a 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3
a
p b p
图2 图3
由
22/1.290s rad L a AB
BA
==ρα
N g
a G F s I 18002
22==
N J M S I 75.24468222==α
由此得mm F
M h I I 452
21==
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 ======
由于
大小： √ √ √ √ √
方向： √ √ √ √ √ √ √
作受力多边形如图5
n 12
R F t 12R F 2
G '2
I F 43
R F 3I F 0
G μ/1
'22212=++h F h L F I AB T R 0
4333'221212=++++++R I I t R n R F G F F G F F 2
S 0
ΣB M =3
G B
C
e
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=
A
图6
2.做机构的运动简图（φ=240º）
Σ
O
M
a μ
A
有已知条件得
L OA =75mm L AB =375m
V 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 =
222/18375ωs mm l a AB n BA ==
对其做加速度分析
B
t BA
n
BA A a a a 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
4333
2
212
12
=++++++R I I t R n R F G F F G F
F
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 g
a G F s I 16602
22==
mm F M h I I 692
2
1==
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 R
12R 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 = ，x2 = 且ɑ<ɑˊ，
所以应采用变位齿轮正传动方式传动
∵ɑˊ ˊ= ɑ ∴αˊ=° ˊ=° 分度圆离系数：y = ( ɑˊ -ɑ)/m = ɑ)/m = ɑ)/m = 齿顶降低系数：σ=x 1+x 2－y=
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 = hɑ2 = ( hɑ*+x 2-σ) m=
齿根高：h f1=(hɑ*+c *-x1)m = == h f2= ( hɑ*+c *-x2)m=
全齿高：h=(2 hɑ*+c*-σ)m=
齿顶圆直径：dɑ1=( z1+2 hɑ*+2x 1)m= dɑ2=( z2+2 hɑ*+2x 2)m=
齿根圆直径：d f1=( z1-2hɑ*-2c*+2x 1)m= d f2=( z2-2hɑ*-2c*+2x 2)m= 分度圆齿厚：s1=πm/2+2x =πm/2+2x =πm/2+2x 1mtanα= s2=πm/2+2x =πm/2+2x =πm/2+2x 2 mtanα=
分度圆槽宽：e1=πm/2 =πm/2 -2x 1mtanα= e2=πm/2 =πm/2 -2x 2 mtanα=
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=，rb=
m
.3.7Δωmax N =2
2n max 0.12kg.m [δδ/Δω==W J P 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。

（5）设计滚子半径：欲保证滚子与凸轮正常接触，滚子半径小于等于凸轮理论轮廓线外凸部分最小曲率半径，通常设计滚子半径rT≤，所以根据各方面因素考虑取rT≤。

（6）经检验αmin≤α=30°，所以同理可求得排气凸轮的上述数据
（7）完成凸轮设计。

五、飞轮设计
有各角度的平衡力矩，用MATLAB 拟合出组抗力矩图
驱动力矩为
由图求得
b TDYH G A
由 选取H/b=
得H=12mm b=60mm D=300mm
作图见附图3
六、设计感想
回顾此次活塞式压气机课程设计，至今我仍有许多想法，收获感慨都挺多的。

一周的日子，短暂充实，我这组学会了很多很多东西，同时这周的课程设计，不仅可以巩固我们以
前学习通过的东西，而且学过很多实践的知识。

通过本次的课程设计使我们懂得理论与知识相互结合是很有必要的，只有理论上的知识是不够的，只有相互理论和实际动手能力和独立的思考的能力。

在此一周，我感觉应自己体系的不牢固，有很多问题没有自己好好的解决，通过这一次课程设计之后一定要把上面用到速度分析，加速度分析，动态静力平衡，飞轮，凸轮。

齿轮的有关知识重新学习一遍。

此次课程设计能够顺利完成，要感谢组成员和毕老师。

在我们组成员精诚团结，合作，讨论，分析得以完成任务。

感谢成员的合作，贡献智慧解决设计中遇到一切问题，把我们设计完成。

七参考文献
[1]孙恒陈作模机械原理【m】6版北京高等【m】
育出版社2001
[2] 吕仲文机械创新设计【m】北京机械工业出
版社2004
[3] 孟宪源现代机械手册[m] 北京机械工业出版社1998。