第二章 总体设计
2.1 结构方案的选择
活塞压缩机的结构方案由下列因素组成：1）机器的型式；2）级数和列数；3）各级气缸在列中的排列和各列间曲柄角的排列。
选择压缩机的结构方案时候，应根据压缩机的用途，运转条件，排气量和排气压力，制造厂生产的可能性，驱动方式以及占地面积等条件，从选择机器的型式和级数入手，制订出合适的方案。
本设计以微型双级往复式空气压缩机为基础设计，主要参数为：
机器型号：2V－0.4/10
排气压力：工作压力10kg/cm,最高排气压力15kg/cm
排气量：0.4m/min
行程：55mm
转速：1430rad/min
结构形式：V
缸数与 I级 190mm
缸径 II级 150mm
电机功率：2.9kw
结合本设计的需要，本机器的结构选择如下所示
主要结构：
①传动机构
由弹性联轴器、曲轴、连杆等组成。通过传动机构将回转运动变为往复直线运动。
②压缩机构
由气缸、吸、排气阀、活塞等组成。活塞的往复运动使空气吸入、压缩和排出。
③润滑机构
这里采用飞溅润滑。
④操纵控制机构
包括压力表、安全阀、压力调节器等。
主要零部件的结构：
①曲轴箱
由灰铁铸成,外型为箱式,它起着机座的作用.一、二级气缸,分别装在互成90度的二个汽缸座孔内,其中一侧孔连接一级气缸,另一个孔连接二级气缸,箱体的前后壁上有轴承孔和轴承座孔,曲轴组件即装在孔内。
曲轴箱下部为油池.箱壁上安装杆式油标。
②曲轴
曲轴由45号钢锻成.只有一个曲拐,在曲拐上装两根连杆,曲轴装上带扇页的飞轮，伸臂端用连轴器与电动机相连。
主轴颈和曲拐颈内钻有轴向和径向油孔.曲轴工作时飞溅上油池的油经过曲轴上的油孔以润滑曲拐颈等部位。
③连杆
由45号钢锻成，杆身为矩形截面，连杆大头为剖分式的，内装挂有轴承合金的薄壁瓦。连杆小头装有衬套。
④活塞
由铝合金铸成,外形为圆筒形,其上个装二个活塞和一个刮油环。装活塞环时要使开口互相错开。
活塞在汽缸内安装时,要检查上死点间隙为1.0±0.2mm.如果间隙不符.应用调整垫调节之。
⑤气阀 气阀是控制气体进出汽缸的部件,它的好坏直接影响到压缩机的容积流量、功耗及机器运行的可靠性.气阀是压缩机中易损部件之一。 此气阀为组合阀,吸气阀与排气阀公用一个阀座与阀盖.中间用双头螺柱和活塞螺母连接。气阀的内两圈阀片为吸气阀，空气有 汽缸盖吸入，气阀的外一圈阀片为排气阀，将压缩空气排出于排气腔内。 吸气腔与排气腔的密封，是靠借助于阀座与阀盖已精细研磨的结合面，以及借助于气阀与汽缸盖之间的铝垫来保证。2.2 电机的选择
按照要求，选择鼠笼式异步电机。
查《机械设计课程设计手册》第十二章，定为Y100L2-4型电动机。
技术数据：额定功率3kw
满载转速 1420r/min
质量 38kg
由于电动机用联轴器直接与曲轴相连，则：
第三章 热力计算
3.1给定条件：
排气量：Q=0.4m3/min
进气压力：P=0.1MPa（A）
排气压力：Pd=10kg/cm3=1MPa
工作介质：空气
进气温度：200C
3.2 结构形式及主要结构参数
形式： V型 二级 两缸 单作用风冷，电机直接驱动
转速： n=1420r/min
活塞形行程： S=0.055m
3.3 热力计算
1.计算总压力比:εz ==10+1/1=11
2.选择级数：Z=2
3.压力比分配及各级排气温度:
第四章 动力学计算
给定条件:
活 塞 力: F1=17N F/1=-1558N
F2=-413N F/2=-2090N
活塞行程: S=55㎜
转 速: n=1420r/min
2、往复摩擦力：
取机械效率 ηm=0.92
第五章 气缸部分的设计
5.1 气缸
1.汽缸是活塞式压缩机中组成压缩容积的主要部分。其设计的要点为：
（1）应具有足够的强度和刚度。工作表面具有良好的耐磨性。
（2）要有良好的冷却；在有油润滑的汽缸中，工作表面应有良好的润滑条件。
（3）尽可能减小汽缸内的余隙容积和气体阻力。
（4）结合部分的连接和密封要可靠。
（5）要有良好的制造工艺性和装拆方便。
（6）汽缸直径的阀座安装孔等尺寸应符合“三化”要求。
综上所述并结合型号要求，由于工作压力较低，故采用HT200铸造并选用风冷汽缸。因为风冷汽缸是靠气缸外壁加散热片来冷却．气缸盖的冷却是很重要的，所以通常气缸靠近盖端的散热片较长，以加强这一部分的冷却．
压缩机用的是单作用风冷气缸.气缸的冷却其目的在于改善工作表面的润滑条件.
消除活塞环的烧结现象,以及使气缸壁的温度均匀变化以减小气缸的变形．
根据经验公式取得汽缸壁厚及各部分尺寸。
2.校核汽缸：
在这里，引入SoildWorks软件的一个有限元分析插件来进行校核：
（1）软件介绍：SoildWorks是windows原创的三维实体设计软件，全面支持微软的OLE技术。主要涉及平面工程制图、三维造型、求逆运算、加工制造、工业标准交互传输、模拟加工过程、电缆布线和电子线路等领域。
嵌入的COSMOSXpress模块具有模块分析功能，可以直接对零件进行有限元分析。
（2）校核：汽缸受力在这里可以简化为一个薄壁圆筒受力过程。
I级汽缸最高气体压力：P=3.451.5=5.175kg/cm
II级汽缸最高气体压力：P=11.651.5=17.475 kg/cm
进入SoildWorks，建立I、II级汽缸模型。
调用COMSMOSWorks插件，生成算例。选择材料为灰铸铁，并施加约束和压力
如图：
I级汽缸：
5.2 活塞
活塞与汽缸构成压缩容积。活塞必须有良好的密封性，此外还要求：
（1）有足够的强度和刚度。
（2）活塞与活塞销的连接和定位要可靠。
（3）重量轻。
（4）制造工艺性好。
根据要求，活塞由铝硅合金铸成，牌号为ZAlSi12.外形为圆筒形,其上各装有二个活塞环和一个刮油环.
活塞主要结构尺寸为:
H=(0.65～1.5)D
=0.8×90
=72 mm
C=(1.2～3)h
=2×2.5
=5 mm
C1=(0.8～1.5)h
=1.2×2.5
=3 mm
L=0.7H
=0.7×72
=50.4mm 取52.5mm
取34 mm
具体尺寸见零件图2-2
5.3 气阀
现代活塞式压缩机使用的气阀，都是随着汽缸内气体压力的变化而自行开、闭的自动阀。自动阀由阀座、密封元件、弹簧、升程限制器等零件组成。
气阀是活塞式压缩机重要部件之一，它工作直接关系到压缩机运转的经济性和可靠性。对气阀的基本要求如下：
（1）使用期限长，不能由于阀片或弹簧的损坏而引起压缩机非计划停车。
（2）气体通过气阀时能量损失小，以减小压缩机动力消耗。对于固定式长期连续运转的压缩机尤为重要。
（3）气阀关闭时具有良好的密封性，减少气体泄露量。
（4）阀片起、闭动作及时和迅速，而且要完全开启，以提高机器效率和延长使用期。
（5）气阀所引起的余隙容积要小，以提高汽缸容积效率。
此外，还要求结构简单、制造方便、易于维修、气阀零件的标准化、通用化水平要高。
由此，选择组合阀作为本型机器的气阀。
第六章 基本部件的设计
6.1 机身、中体
1.机体的作用：
（1）作为传动机构的定位与导向部分。
（2）作为压缩机承受作用力的部分。
（3）作为汽缸的承座并连接某些辅助部件。
2.机体的结构设计：
（1）机体结构设计的基本原则：
a.适应压缩机结构形式的要求。
b．应有足够的强度与刚度。
c．结构简单、工艺性好。
d.机体下部面积应满足运转时稳定性要求。
e.由于内应力、温度变化引起的结构变形应最小。
（2）机体主要结构尺寸的确定：
a.机体为角度式机体，角度为90°，两缸。
b.材料为HT200，壁厚8mm。
c.中部布置一条加强筋，厚度为6mm。
d.连接螺栓定为4M10
3.机体基本技术要求：
（1）铸件质量应符合JB297-62的规定。在其承受主要作用力的不加工部分，不允许有裂纹等影响强度的缺陷存在。
（2）机体铸件进行自然时效或退火处理。
（3）由于机体储存机油，必须进行渗漏实验。
6.2 曲轴
1.曲轴是活塞压缩机中接受电动机以扭矩形式输入的动力,并将旋转运动 变为活塞的往复直线运动的重要零件.它在工作中承受周期性的复杂的交变载荷.
此型号的曲轴由45号钢锻造.只有一个曲拐,在曲拐上装两根连杆,伸臂端有装上带风扇的飞轮用联轴器与电动机相连, 主轴颈内钻有轴向和径向油孔.工作时溅入的油经过曲轴上的油孔以润滑曲拐颈等部位。
2. 曲轴结构尺寸的确定:
假设曲拐垂直向上时为最大活塞力，I、II级汽缸的活塞力均为最大则：
P=Fcos45°+Fcos45°=0.707（1558+2090）=2579N
曲柄销直径:
D=(4.6～5.6)
=5.6×
=29 mm 取30mm
主轴颈直径:
=(1～1.1)D
=1.1×30
=33 mm 取35mm
曲柄厚度:
T=(0.7～0.6)D
=0.6×30
=18 mm 取20mm
曲柄宽度:
H=(1.2～1.6)D
=1.33×30
=40 mm
由经验公式初步确定曲轴尺寸：
