空压机机构设计.docx

1、 1 编号 : 本科毕业论文（设计） 题 目 系 专业 学 号 学生姓名 指导教师 起讫日期 20 20 空压机机构设计 摘要 ：随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新换2 代速度越来越快，传统的机械设计制造方法已经跟不上时代的步伐， CAD 技术应运而生并得到了很大的发展和应用。 CAD 技术，鉴于本文详细的介绍了汽车空压机曲轴、连杆、活塞等的三维设计建模过程，展示了简易装配体，以及简易装配体的有限元分析过程。通过在CAD 软件平台上完成了空压机曲轴、连杆、活塞的三维建模，得到了空压机简易的虚拟样机。大大缩短了空压机的设计开发周期，减少了设计成本，减少了物理实机试验的成本

2、。显示出 CAD 技术在机械设计制造行业发挥的巨大作用和广阔的发展前景。 关键词 ： 空压机；二维制图；带传动。 3 Air compressor mechanism design Abstract： With the rapid development of science and technology and increasingly fierce economic competition, Mechanical products renew faster and faster. The traditional mechanical design and manufacturing met

3、hod has not kept up with the pace of thetime. CADtechnology emergedasthetimesrequire and got a lot of development and application. The process of building the 2D model of the auto air compressors bent axle, connecting rod and piston is introduced detailedly. The auto air compressor simple assembly i

4、s showed lively. and the process of promoting finite element analysis of the auto air compressor simple assembly is represented in detail. On the CAD software platform, the 2D model of the auto air compressors bent axle, connecting rod and piston are built; the auto air compressor simple assembly is

5、 easily acquired. It reduces the time of designing and developing the product; decreases the cost of design the product. Otherwise, finite element analysis of the auto air compressor simple assembly is promoted on the CAD software platform, the simple assemblys stress and strain distribution are acq

6、uired. It provides some basis for the optimization design of the auto air compressor, and reduces the cost of physical real machine test. It shows that the modern and advanced CAD technology and finite element analysis method play an important role in the mechanical design and manufacturing industry

7、. And the CAD technology and finite element analysis method show vast development prospects. Keywords： Auto air compressor; CAD software platform; Belt drive; 4 目录 1 绪 论 .6 1.1 本课题的来源、目的及意义 . 6 1.1.1 课题的来源 . 6 1.1.2 本课题研究的目的 . 6 1.1.3 本课题研究的意义 . 6 1.2 课题背景及国内外研究现状 . 7 1.2.1 课题背景 . 7 1.2.2 国内空压机发展现状

8、. 8 1.2.3 国外空压机发展现状 . 8 1.3 关键技术 . 9 1.4 本课题研究的主要内容 . 9 1.5 CAD 软件介绍 . 10 1.5.1 平面绘图 . 10 1.5.2 编辑图形 . 10 2 空压机的传动装置 . 11 2.1 空压机的工作原理 . 11 2.2 带传动的简介 . 12 2.2.1 带传动的组成 . 12 2.2.2 带传动的类型和原理 . 13 2.3 运动分析 . 14 2.3.1 受力分析 . 14 2.3.2 带传动的设计计算 . 17 2.4 带轮设计 . 20 2.4.1 V 带轮的设计内容 . 20 2.4.2 带轮的材料 . 20 2.4

9、.3 带轮的结构形式 . 20 2.4.4 V 带轮的轮槽 . 21 2.4.5 V 带轮的技术要求 . 21 5 2.5 空压机中的带传动 . 21 3 空压机主要零件 . 22 3.1 概述 . 22 3.2 曲轴的结构设计 . 23 3.3 连杆的结构设计 . 24 3.4 活塞的结构设计 . 25 3.5 装配体 . 26 3.6 小结 . 27 4 结论与展望 . 28 4.1 总结 . 28 4.2 展望 . 28 致谢 . 30 参考文献 . 31 6 1 绪 论 1.1 本课题的来源、目的及意义 1.1.1 课题的来源 某汽车配件 公司有限公司 ， 公司主要生产为重、中、轻、轿

10、车配套的空压机、机油泵、冷却水泵、离合器分泵、总泵、各种车用软、硬件和底盘类零合件。年生产能力为：各类载重系列汽车 1 万套，轿车 1 万套。 本课题将主要针对某汽车配件 公司有限公司 制造车间实际的汽车空压机的设计与制造，对汽车空压机的开发设计制造过程做全面了解，进行科学整理、归纳和完善，初步获得汽车空压机设计参数，然后经过计算验证，确定详细的设计数据，在 CAD 平台上完成 汽车空压机 主要 零件的三维设计 建模 与有限元分析 。 1.1.2 本课题研究的目的 本课题利用高速发展的 CAD/CAE/CAM 技术，在 CAD 二 维设计软件上，对汽车空压机进行三维建模和有限元分析，以达到缩短

11、产品设计开发周期，降低设计制造成本，提高空压机零部件精度，提高空压机的工作性能，延长使用寿命，获得更大的经济效益的目的。 1.1.3 本课题研究的意义 具有气压制动系统的汽车大都利用发动机拖动一台小型活塞式空气压缩机 , 用它生产出压缩空气作为制动系统的气源。我国生产的解放、黄河、东风等型号的汽车均采用此方式。汽车空压机工作时要消耗发动机的功率 , 虽然所消耗的功率仅占发动机总功率的 2 % 左右 , 但由于全国汽车保有量很大 , 这就需要汽车空压机制造商 能够设计研发和制造出相当数量性能优良、比较节能的汽车空压机。 国内有很多生产汽车空压机的企业，生产技术和产品质量参差不齐，通过到相关技术落

12、后的企业现场调研发现存在如下主要问题： （ 1）在传统的设计与制造过程中 ,需要通过周而复始的设计 试验 设计过7 程 ,产品才能达到所要求的性能。对于结构复杂的系统 ,不仅需要漫长的设计周期 ,还增加了产品开发的成本 ,从而无法适应市场的变化。 （ 2）生产出来的汽车空压机在工作时产生的振动和噪声比较大，工作性能和安全性有待进一步提高。 基于上述原因，结合目前高速发展的 CAD/CAE/CAM 技术，利用 UG 三维设计软件对汽车空压机主要零部件进行三维设计建模，定义零部件间的约束关系并对机械系统进行虚拟装配 ,从而获得机械系统的虚拟样机，并在各种工况下对虚拟样机施加载荷，对虚拟样机进行有限

13、元分析，这样就可以很方便的获得虚拟样机在载荷作用下的应力、应变分布情况。通过分析和验证可以找出空压机设计上的缺陷并加以合理的改进和设计。可以使汽车空压机零部件的尺寸更加精确，缩短产品设计开发周期，减少设计技术人员的劳动强度，降低设计制造和实机试验成本，减少空压机工作时的噪声和振动，提高汽车空压机的工作性能和安全性能，延长使用寿命，这样就能使企业获取更大的经济利益，增强企业市场竞争力。 1.2 课题背景及国内外研究现状 1.2.1 课题背景 空气压缩机（ compressor），是将低压气体提高到高压气体的一种从动的 流体机械 ，是制冷系统的主体。它从吸气管吸入低温低压的 制冷剂 气体，通过电机

14、运转带动活塞对这进行压缩子后，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，从而实现压缩到冷凝放热到膨胀到蒸发吸热的制冷循环。 直线压缩机，是采用磁悬浮的和螺旋环流体，对气体进行压缩，为制冷提供动力。 压缩机分活塞压缩机， 螺杆压缩机 ， 离心压缩机 ，直线压缩机等。活塞压缩机一般由 壳体 、 电动机 、缸体、活塞、控制设备 (启动器 和 热保护器 ) 及冷却系统组成。冷却方式有油冷和风冷，自然冷却这三种。直线压缩机没有轴，没有缸体、密封和散热结构。 一般家用冰箱和空调器的压缩机是以 单相交 流电 作为电源，它们的结构原理基本相同，但两者使用的 制冷剂 有所不同。 8 1.2.2

15、国内空压机发展现状 国的压缩机工业是在新中国成立以后建立发展起来的，目前除少数超高压和特殊气体压缩机外（我国 2000 年进口空气压缩机金额为 23.25 亿美元），现有产品品种和产量基本能满足国民经济各部门的需要。图 1 是从 1952 年至 2005年我国压缩机年产量 的变化。压缩机产品属高能耗产品， 2004 年对全部国有及年销售收入 500 万元以上非国有机械工业企业的统计结果表明，气体压缩机械制造业占总工业总产值为 216 亿元，占全国的 0.46%，但据统计压缩机的耗电量约占全国发电总量的 7% 8%。 压缩机的产量和产值逐年上升，竞争愈加激烈，当然市场也在扩大。根据2003 年压

16、缩机行业协会单位 67 家企业的统计结果，压缩机工业总产值 (不变价 )为 48 亿元，且在大中型压缩机中，空气压缩机占绝对主导地位。据不完全统计，2005 年国内动力用压缩机的销售总量已 经达到 120 亿元左右。截至 2005 年 12月底，国内具有空气压缩机生产许可证（或者已有生产资格）的企业已经由上世纪 90 年代的 100 多家发展到目前的 396 家，而且另外还有许多企业正在申请空压机生产许可证。或许从压缩机行业及部分资金投资来源或者行业构成更能看出这种变化。图 2 是 2000 年气体压缩机行业三种所有制企业的销售收入比例图，图 3 所示为多种成分企业 2002 年的销售收入与利

17、税总额在行业中所占比例。两图的变化表明：一、压缩机行业更加市场化、规范化了；二、国内本土企业的技术进步很快，特别是国企改革在压缩机行业还是有 一定成效的； 2004 年压缩机及气体分离制造业，实现工业总产值（现价） 208.95 亿元，同比增长 32.21%，利润总额 18.71 亿元，同比增长 91.16%。 2005 年压缩机行业实现销售产值 73.4亿元，同比增长 24.6%，高于产值增长速度 3.1 个百分点，销大于产的增长水平拉动了产销率上升 2.4 个百分点。 2005 年产销率达到 99.3，同比增长 2.4 个百分点。 2000 年机械工业联合会系统大中型企业工业经济效益综合指

18、数，气体压缩机制造指数为 63.53%，产量为 18437 台，比上年增长 28%。 2003 年这个指数变为 74.65%， 2004 年达到了 121.31%， 2005 年为 117.4%。 1.2.3 国外空压机发展现状 微型压缩机产品国际市场看好，尤其是在美国、日本、阿根廷、澳大利亚等9 国家有较大的需求，而且我国现在已经有了较稳定的出口渠道。大中型压缩机近几年出口发展较快，同时进一步开拓国际市场，争取出口更多的技术含量较高的大中型压缩机产品和工艺用压缩机产品是可以实现的。 家用小型活塞式空压机，总体上看，外观较美观、质量较稳定、售价很低，有强的竞争力。但是，获利最甚者为中间商。从外

19、观、内在结构、应用配套诸方面，仍有必要继 续改进。国产机远优于欧美、日本 CNG 压缩机，有强的竞争力。需要积极引导有关企业进一步改进设计、提高质量、强化标准规范的贯彻和服务、增加品种，更应一致对外。 CNG 压缩机、 LPG 压缩机的出口将有较大幅度的提升。 1.3 关键技术 本文采用计算机辅助设计（ CAD）技术对空压机曲轴、连杆、活塞进行三维设计建模。采用有限元法对空压机虚拟样机在各种工况下进行有限元分析，得到应力、应变分布情况。 计算机辅助技术 就是利用计算机和图形设备让设计人员进行图文设计工作，其中CAD 技术是其中一项之一， CAD 也有各种辅助设计酸碱。 在产品设计和工程设计中，

20、计算机辅助技术可以让设计参与人员的担负计算、信息存储和制图等之类项工作； CAD 能够减轻设计人员的劳动力，缩短设计周期和提高设计质量。 1.4 本课题研究的主要内容 学习空压机组成结构及工作原理，本文的研究对象参考的是车用空压机，属于活塞式压缩机，是车用制动系统元件之一，但空压机在整车上固定在发动机的一侧，故常常单独考虑。气压制动系的控制及传动装置主要应用在中、重型载货汽车及吨位较大的特种车 辆上。气压制动系的力源是压缩空气，而空压机的作用就是产生压缩空气，贮存在储气筒中，为汽车的制动和有关用气装置提供所需的高压空气。 学习传动装置设计，了解空压机的原理，运动分析过程，设计出传动装置，并发现

21、生活中的空压机的带传动的运用。 10 1.5 CAD 软件介绍 1.5.1 平面绘图 可以用各种各样的方式创建直线、圆、椭圆、 多边形 、 样条曲线 等基本图形对象的计算机画图辅助工具。 CAD 为大家提供了正交、对象捕捉、 极轴追踪 、捕捉追踪等绘计算机画图辅助工具的功能。正交功能使用户可以很方便地绘 制水平、竖直直线，对象捕捉可 帮助选取几何对象上的特殊点，而追踪功能使画斜线及沿其他的方向定位点变得非常容易。 1.5.2 编辑图形 AutoCAD 具有移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等强大功能。 （ 1）标注尺寸。可以建立多种类型尺寸，标注外观可以自行设置。 （ 2）书写文字。能够在图形的任意位置、沿任意方向设定文字，可设定文体、倾斜角度及宽度缩放比例等文字属性。 （ 3）图层管理功能。图形对象可以位于某一图层上，设定图层颜色、线型、线宽等特征。 （ 4）三维绘图功能。可创建 3D 实体及表面模型，能 对实体本身进行编辑。 （ 5）网络资源。可将图形在网络上发表，或是通过因特网访问 AutoCAD资源。 （ 6）数据交换功能。 CAD 提供了多种图形图像数据交换形式及相应指令。 （ 7）二次开发功能。 CAD 专业用户定制菜单和 工具栏 ，并使用内部镶嵌语言 Autolisp、 Visual Lisp、 VBA、 ADS、 ARX 等进行二次开发。