重庆科技学院本科毕业设计 2 总体结构方案设计
2.2 运动机构的结构
活塞式压缩机的运动机构有：无十字头与带十字头两种。
无十字头运动机构的特点是：结构简单、紧凑，机器高度较低，相应的机器重量较轻，一般不需要专门的润滑机构。但是无十字头的压缩机只能作成单作用的，所以气缸容积的利用不充分(因为活塞与气缸之间，只在活塞的一侧形成工作腔)，气体的泄漏量也较大，气缸工作表面所受的侧向力也较大，因而活塞易磨损，另外，气缸中的润滑油量也难于控制。无十字头的压缩机一般只适于作成立式、V型、W型和扇形的结构。当压缩机的功率大于（120～150）kW时，无十字头的压缩机的重量要超过有十字头的压缩机，而且结构也较复杂。因此，无十字头压缩机只在小功率范围内采用。在小型移动装置中用的压缩机，要求轻便紧凑以便于搬动，多选用无十字头的运动机构。
带十字头运动机构的特点是：由于带有十字头，气缸工作表面不承受连杆传来的侧压力，所以，气缸与活塞间的摩擦和磨损较小，充分利用了气缸容积，润滑油易于控制；可以设置填料密封，所以，气体地 泄漏量较小，特别是对于易燃、易爆、有毒的气体，只能采用此种结构。当然，带十字头的压缩机增多了十字头、活塞杆及填料等部件，使机器的结构复杂，高度和重量也相应增加。
一般固定式的压缩机功率都较大，特别是工艺流程中用的压缩机，要求机器长期连续运转，所以多用带十字头的压缩机。我国固定式动力用空压机，排气量在（10～100）m3/min、功率在（60～630）kW之间的都是带十字头结构。化工、石油等部门工艺流程中使用的压缩机都带有十字头。
本设计为功率较小的V型空气压缩机设计，考虑到以上因素，故采用无十字头的运动机构。
2.3 级数选择及各级压力比的分配
工业用的气体，有时有时需要较高的压力，需采用多级压缩。在选择压缩机的级数时，一般应遵循以下原则：使压缩机消耗的功最小、排气温度应在使用条件许可的范围内、机器重量轻、造价低。要使机器具有较高的热效率，则级数越多越好（各级压力比越小越好）。然而级数增多，则阻力损失增加，机器总效率反而降低，结构也更加复杂，造价便大大上升。因此，必须根据压缩机的容量和工作特点，恰当地选择所需的级数和各级压力比。
要求长期连续运转的大、中型压缩机，可靠性积极性最为重要；在选择级数时，以获得较高效率为出发点。
5
重庆科技学院本科毕业设计 2 总体结构方案设计
选择压缩机的级数是一个比较复杂的问题。设计时，通常总是分析工作条件相同或相近的现有机器入手，来确定新机器的级数。表2-1列出了工业上在各种操作条件下使用的压缩机的级数。本设计为V-0.6/8型压缩机，选择级数为二级。
表2-1
2.4 列数选择
在活塞式压缩机中，一个连杆所对应的气缸活塞组即为一列。压缩机按列数的多少分成单列和多列两类。
压缩机列数的选择，主要决定于排气量、排气压力、机器的型式和级数。立式结构可以制成单列和多列压缩机；卧式结构可以制成单列和双列压缩机；对称平衡结构只能制成多列压缩机，而且列数必须是偶数；对置型结构只能制成多列压缩机。V型结构只能制成多列压缩机，即单重V型（两列）和双重V型（四列）。
各级气缸的排列应根据下述原则进行：（1）要求各列往返止点的活塞力相等。这时，曲柄连杆机构利用充分，重量较轻，惯性力较小，机械效率较高。由于往返行程的功也大致相等，因而飞轮较轻。（2）通过布置气缸排列，达到使气体的内泄漏和外泄漏尽可能小的目的。
本设计采用V型结构，如前所述，只能制成多列压缩机，采用单重V型结构。
2.5 压缩机转速和行程的确定
转速和行程的选取对机器的尺寸、重量、制造难易和成本有重大影响，并且
6
重庆科技学院本科毕业设计 2 总体结构方案设计
还直接影响机器的效率、寿命和动力性能。如果压缩机与驱动机直接连接，则也影响驱动机的经济性和成本。近代设计活塞式压缩机的总趋势是提高转速。
转速、行程和活塞平均速度的关系式如下
nS Cm? （1-1）
30式中：Cm—活塞平均速度，m/s； n —压缩机转数，r/min； S —活塞行程，m。
活塞式压缩机设计中，在一定的参数和使用条件下，首先应考虑选择适宜的活塞平均速度，因为
（1）活塞平均速度的高低，对运动机件中的摩擦和磨损有直接的影响。对气缸内的工作过程也有影响。
（2）活塞速度过高，气阀在气缸上难以得到足够的安装面积，所以气阀、管道中的阻力损失很大，功率的消耗及排气温度将会过高。严重地影响压缩机运转的经济性和使用的可靠性。
移动式压缩机为尽量减少机器重量和外形尺寸，所以取活塞速度为（4～5）m/s，而本设计就属于此类。由于微型和小型压缩机，为使结构紧凑，而只能采用较小行程，虽有较高转数，但活塞平均速度却较低，只有2m/s左右。本设计采用2m/s。
在一定的活塞速度下，活塞行程的选取，与下列因素有关： (1)、排气量的大小。排气量大者行程应取得长些，反之则短些。 （2）、机器的结构型式。考虑到压缩机的使用维护条件，对于立式、V型、W型、扇型等结构，活塞行程不宜取得太长。
（3）、气缸的结构。主要应考虑一级缸径与行程要保持一定比例，如果行程太小，则进、排气管在气缸上的布置将发生困难（特别是径向布置气阀的情况）。
现代活塞式压缩机的行程与活塞力之间，按统计与分析，有下列关系： S?AP （1-2） 式中：P —活塞力，t；
A —系数，其值在0.065～0.095之间，较小值相应于短行程的机器，较大值相应于长行程的机器。
本设计为V-0.6/8型压缩机,设计活塞行程：S=100mm;
现代活塞式压缩机使用的气阀，都是随着气缸内气体压力的变化而自行开、闭的自动阀。气阀是活塞式压缩机的关键部件之一，气阀的优劣直接影响压缩机的性能。自70年代以来，国外微型空气压缩机开始普遍采用舌簧阀，以代替盘状阀或环状阀。在70年代末期开始，我国对这项技术进行了研究和推广。舌簧
7
重庆科技学院本科毕业设计 2 总体结构方案设计
阀具有排气系数高、比功率低、寿命长、噪声小、制造工艺简单等优点。但舌簧阀相对盘状阀或环状阀寿命低，选择转速时要综合考虑。
择压缩机转速时应注意到惯性力的影响，惯性力的大小与转速成平方关系；通常应遵循惯性力不超过活塞力的原则（因为运动部件的强度是按活塞力来计算的）。另外转数过高对阀片、活塞环、填料的使用寿命也会产生不利影响。
一般说来，活塞力较大的机器，转数相应地较低，因为活塞力较大则运动部件的尺寸和重量也相应的增加，惯性力增长的程度往往显著地超过活塞力增长的程度。此外，由于各种机构的压缩机的动力平衡性不同，所以转数也会有所区别。另外，压缩机与驱动机直联时，应顾到驱动机的额定转数。
压缩机与驱动机直连时，应顾到驱动机的额定转数。 近代压缩机的转数n通常在下列范围： 微型和小型： 1000~3000 （转/分） 中型： 500~1000 （转/分）
大型： 250~500 （转/分）
应该注意到只有当转数与行程最终确定后 ，才能由1-1得出压缩机实际的活塞平均速度
综合考虑本设计中的上述因素，取压缩机的转速为n=980r/min，而气阀则选用舌簧阀
2.6 压缩机润滑方式的选择
压缩机中，在零件相互滑动的部位，如活塞环与气缸、填料与活塞杆、主轴承、连杆大头瓦以及连杆小头衬套等处，要注入润滑剂进行润滑，以达如下目的：（1）减小摩擦功率，降低压缩机功率消耗；（2）减少滑动部位的磨损，延长零件寿命；（3）润滑剂有冷却作用，可导走摩擦热，使零件工作温度不过高．从而保证沿动部位必要的运转间隙，防止滑动部位咬死或烧伤，（4）用油作润滑剂时，尚有防止零件生锈的作用。
设计和选择润滑系统的基本要求是：（1）要有可靠的供油装置。要保证有适量的润滑油输送至各运动部位；（2）系统中要有便了检查供油情况的部位和仪表；（3）要有使润滑油净化的过滤装置；（4）供油管路的布置要紧凑、整齐，便于拆装和清洗，同一管路中管件的选择要力求划一。
按气缸是否用油润滑，压缩机的润滑方式可区分为油润滑和无油润滑两种。全无油润滑压缩机其实是指所有运动摩擦副均不采用液体润滑剂润滑，排出的压缩气体是洁净无油的一种动力机械。其特征是由气缸缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴、曲轴箱等组成；铝合金或铸铁缸体采用表面处理工艺提高了表面硬度；连
8
重庆科技学院本科毕业设计 2 总体结构方案设计
杆的两端采用轴承结构提高了整机的使用寿命。采用自润滑材料制成，不需添加润滑油，排出的气体不含油污，不污染作业环境和工作介质，使压缩机的工作范围更加广泛，适用一切需要高净化气源行业使用。
根据压缩机的结构特点，所采用的有油润滑方式大体可分为两种:飞溅润滑和压力润滑。飞溅润滑多用于小型无十字头压缩机中。其特点是气缸与运动部件的摩擦面均靠装在连杆上的甩油杆，将油甩起飞溅到个润滑部位进行润滑，气缸和运动部件的润滑剂只能采用同一种润滑油，气缸内带油量较大。压力润滑多用于大、中型带十字头的压缩机中。这种润滑分为两个独立系统，即气缸和填料部位是用供油压力较高的注油器供油润滑，而其它运动部件的润滑则是靠油泵连续供油。
鉴于前述内容，由于本设计是微小型的压缩机，考虑使用材料的成本，制造的工艺复杂程度等因素，本设计采用有油润滑方式，并结合两种有油润滑方式各自的特点，具体采用飞溅润滑方式。
2.7 惯性力和惯性力矩的平衡
从力学可知，一定质量的物体在做加速运动时就产生惯性力。在往复式压缩机中存在的惯性力有两种，即曲柄销旋转式所产生的旋转惯性力以及活塞组件往复运动时所产生的往复运动惯性力。至于连杆运动的惯性力，可转化到上述两种惯性力中加以考虑。
往复压缩机中的惯性力和惯性力矩是外力，它的大小和方向均随曲轴转角作周期性的变化，若在机器内部没有相应的平衡力和平衡力矩与之平衡，则会导致压缩机的振动，并且还会传给基础。
本课题设计的单重V型压缩机，由于各列曲轴错角的排列以及气缸中心线之间的夹角配置，使得各列同一瞬间的惯性力有相位差，可以起到互相平衡的作用。另外本课题设计的曲轴水对称结构，起到了平衡惯性力矩的作用。
2.8 压缩机驱动的选择
活塞式压缩机的驱动包括驱动机和传动装置。
驱动方式与压缩机的结构方案和主要参数的选择有着密切的关系，在选择压缩机结构方案和主要参数时，应该同时考虑驱动方式的选择。
活塞式压缩机驱动机可分三类
（1）电动机——异步交流电动机或同步交流电动机； （2）活塞式发动机——内燃机或蒸汽机；
9