第7章結(jié)構(gòu)設(shè)計基本概念2學時

1、第七章 結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本概念吳偉烽 2013.4第七章 結(jié)構(gòu)設(shè)計基本概念 結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標：掌握活塞式壓縮機的結(jié)構(gòu)、各個零部件的特點（運動特點、受力特點）；掌握活塞式壓縮機零部件的初步設(shè)計方法。 結(jié)構(gòu)設(shè)計：壓縮機的主機系統(tǒng)壓縮機的輔助系統(tǒng)第七章 基本概念 壓縮機 結(jié)構(gòu)設(shè)計用于壓縮氣體借以提高氣體壓力的機械，活塞式壓縮機是其中應(yīng)用非常廣泛的一種。結(jié)構(gòu)：為實現(xiàn)某個功能而由各個要素按一定的關(guān)系組成而又相互作用形成的一個整體，既有整體性又有層次性。結(jié)構(gòu)是功能的載體，功能決定結(jié)構(gòu) 。結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)技術(shù)任務(wù)的要求，對結(jié)構(gòu)的工作原理、運動方式、力和能量的傳遞方式進行設(shè)計，包含構(gòu)型、選材及尺寸三要素，最后將這三個

2、方面形成數(shù)據(jù)，如圖紙和文件等。 第七章 基本概念 構(gòu)型即是構(gòu)造零件的形狀以及零件間的聯(lián)結(jié)關(guān)系。構(gòu)型要遵循5個方面的原則：1）滿足系統(tǒng)功能的要求；2）滿足運動的要求；3）提高零部件強度、剛度及壽命；4）降低振動和噪聲；5）結(jié)構(gòu)的工藝性良好，即工藝簡單、加工成型容易、能源消耗少。 第七章 基本概念 選材即確定各個零部件所使用的材料，選材時要注意以下幾個方面：1）選材最主要的依據(jù)是根據(jù)零件對材料性能的要求，包含力學性能、物理性能和化學性能等。不同零件要求的使用性能是不同的，有的要求高強度，有的要求高彈性，有的要求耐腐蝕等。即使是同一零件，不同部位的性能要求也不一樣，如齒面要求高硬度，而心部要求有一定

3、的強度、塑性和韌性。第七章 基本概念2）所選的材料應(yīng)具有良好的工藝性，零件對所選材料的工藝性能要求，與其制造工藝路線相關(guān)。3）材料應(yīng)具有良好的經(jīng)濟性。材料的經(jīng)濟性不只是選用材料的價格，更重要的是使生產(chǎn)零件的總成本降低，包含材料價格、零件自重、零件的加工費、試驗研究費等。第七章 基本概念4）材料的可靠性要高。材料的可靠性是指材料制成的零件在給定的壽命用期內(nèi)完成給定的工作而不破壞的幾率。產(chǎn)品的可靠性首先由設(shè)計本身決定，設(shè)計所賦予的可靠性稱為潛在可靠性，潛在可靠性低，則在以后的制造和使用過程中無論如何努力，可靠性也不會高。5）材料的資源、能源與環(huán)保考慮。要求在材料生產(chǎn)使用廢棄的全過程中，對資源、能源

4、、對環(huán)境的影響盡量小。 第七章 基本概念 尺寸 宏觀上是指主要結(jié)構(gòu)尺寸以及主要尺寸之間的比例關(guān)系 微觀意義包含形位公差、表面粗糙度、材料的表面硬度、加工腐蝕余量等。 尺寸與構(gòu)型是緊密聯(lián)系在一起的，其選取原則與構(gòu)型一樣。 本課程即按構(gòu)型、選材和尺寸三方面講述往復式壓縮機主要零部件的結(jié)構(gòu)。 7-2 往復式壓縮機結(jié)構(gòu)的一般特點首先，往復式壓縮機通過曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)將電動機的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)化為活塞的往復運動，其零部件繁多。其次，活塞式壓縮機的品種、規(guī)格特別繁品種、規(guī)格特別繁多多，就以我國生產(chǎn)的活塞式壓縮機為例，到現(xiàn)在為止，就有500多種不同規(guī)格。 再次，往復壓縮機零部件的受力復雜受力復雜。 結(jié)構(gòu)

5、方案方面的共同的特點 都包含以下4大部件氣缸部件： 包括氣缸、活塞、活塞桿、氣閥、填函等，它們組成壓縮機氣體的可變工作容積。 傳動機構(gòu)與機身部件： 組成能量的傳遞機構(gòu)，把驅(qū)動機的旋轉(zhuǎn)運動，通過安裝在機身內(nèi)的曲柄連桿機構(gòu)，轉(zhuǎn)化為活塞在氣缸內(nèi)往復運動。機身還為安裝氣缸和其它零部件提供支座。這部分包括曲軸、連桿、十字頭、機身等。結(jié)構(gòu)方案方面的共同的特點輔機部件： 它是保證壓縮機運行和提高經(jīng)濟性、可靠性所必需的一些輔助設(shè)備和系統(tǒng)，包括冷卻器、液氣分離器、緩沖器、濾清器、消聲器、排氣閥調(diào)節(jié)機構(gòu)、潤滑系統(tǒng)以及管系等等。驅(qū)動機及其控制系統(tǒng) 它是用來驅(qū)動并控制壓縮機運行的動力設(shè)備，包括驅(qū)動機(交直流電動機、內(nèi)

6、燃機、蒸汽機、渦輪機等)、啟動器、聯(lián)軸節(jié)或皮帶輪、相應(yīng)的控制系統(tǒng)等。 本課程的主要內(nèi)容，就是介紹上述部件的工作原理、結(jié)構(gòu)型式及其特點、設(shè)計的基本方法和技術(shù)要求等。 7-3往復式壓縮機結(jié)構(gòu)設(shè)計概況與展望 我國往復式壓縮機的發(fā)展歷程我國往復式壓縮機的發(fā)展歷程 我國往復壓縮機工業(yè)在解放前基本上是我國往復壓縮機工業(yè)在解放前基本上是空白空白 。 新中國成立初期新中國成立初期 ，測繪仿制測繪仿制一些國外簡單低壓一些國外簡單低壓空壓機空壓機 ，50年代，除測繪仿制外，還按國外提年代，除測繪仿制外，還按國外提供的一些圖紙，原封不動地生產(chǎn)一批空壓機供的一些圖紙，原封不動地生產(chǎn)一批空壓機 ，這些圖紙是國外這些圖紙

7、是國外30年代產(chǎn)品，性能和經(jīng)濟指標年代產(chǎn)品，性能和經(jīng)濟指標都比較差。都比較差。 60年代初，根據(jù)年代初，根據(jù)經(jīng)驗類比設(shè)計經(jīng)驗類比設(shè)計壓縮機。壓縮機。 90年代至今，逐步步入年代至今，逐步步入現(xiàn)代化設(shè)計現(xiàn)代化設(shè)計的階段的階段 。壓縮機結(jié)構(gòu)設(shè)計的分類經(jīng)驗類比設(shè)計經(jīng)驗類比設(shè)計 ：參考已有的同類樣機或參考已有的同類樣機或技術(shù)資料技術(shù)資料，憑借設(shè)計者的主觀經(jīng)驗和意，憑借設(shè)計者的主觀經(jīng)驗和意向，進行結(jié)構(gòu)方案的選擇，設(shè)計中缺乏向，進行結(jié)構(gòu)方案的選擇，設(shè)計中缺乏新技術(shù)、新方法、新材料的應(yīng)用。但比新技術(shù)、新方法、新材料的應(yīng)用。但比較保險可靠。隨著時間的推移，設(shè)計隊較保險可靠。隨著時間的推移，設(shè)計隊伍不斷壯大，設(shè)

8、計經(jīng)驗積累豐富，這類伍不斷壯大，設(shè)計經(jīng)驗積累豐富，這類設(shè)計還是能解決實際問題的，而且設(shè)計設(shè)計還是能解決實際問題的，而且設(shè)計水平不斷提高，在我國壓縮機的結(jié)構(gòu)方水平不斷提高，在我國壓縮機的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計中，一直沿用至今。案設(shè)計中，一直沿用至今。 經(jīng)驗類比設(shè)計的4個步驟 確定結(jié)構(gòu)的確定結(jié)構(gòu)的初步方案初步方案。憑借分析機理或。憑借分析機理或類比已有的同類型結(jié)構(gòu)，確定結(jié)構(gòu)形式、類比已有的同類型結(jié)構(gòu)，確定結(jié)構(gòu)形式、主要尺寸和材質(zhì)。主要尺寸和材質(zhì)。 構(gòu)件力學分析構(gòu)件力學分析。用材料力學或彈性力學。用材料力學或彈性力學中的有關(guān)方法和計算公式，加上壓縮機中的有關(guān)方法和計算公式，加上壓縮機行業(yè)的經(jīng)驗修正，對初步的構(gòu)

9、件進行力行業(yè)的經(jīng)驗修正，對初步的構(gòu)件進行力學計算求得構(gòu)件中的載荷響應(yīng)參數(shù)如應(yīng)學計算求得構(gòu)件中的載荷響應(yīng)參數(shù)如應(yīng)力、位移和穩(wěn)定件等。力、位移和穩(wěn)定件等。 經(jīng)驗類比設(shè)計的4個步驟 檢驗可行性檢驗可行性。將求得的響應(yīng)參數(shù)與設(shè)計。將求得的響應(yīng)參數(shù)與設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的許用值進行比較，以檢驗規(guī)范中規(guī)定的許用值進行比較，以檢驗初定的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否可行，如結(jié)構(gòu)能滿初定的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否可行，如結(jié)構(gòu)能滿足強度、剛度等判據(jù)條件，即說明結(jié)構(gòu)足強度、剛度等判據(jù)條件，即說明結(jié)構(gòu)可行。可行。 調(diào)整設(shè)計調(diào)整設(shè)計。末通過可行性檢驗的構(gòu)件，。末通過可行性檢驗的構(gòu)件，就要進行調(diào)整設(shè)計。主要修改構(gòu)件的形就要進行調(diào)整設(shè)計。主要修改構(gòu)件的形狀

10、和截面尺寸或另選材質(zhì)。調(diào)整設(shè)計后狀和截面尺寸或另選材質(zhì)。調(diào)整設(shè)計后的新設(shè)計方案，又必須重復上述第（的新設(shè)計方案，又必須重復上述第（2）步、第（步、第（3）步的分析，直到滿意為止。）步的分析，直到滿意為止。 冰箱壓縮機的經(jīng)驗類比設(shè)計零件結(jié) 構(gòu)Slim系列N系列J系列曲軸箱曲軸孔直徑121616曲軸孔長度485448.5氣缸孔偏置222氣缸孔曲軸支承面距離14.014.514.5曲軸孔氣缸面距離56.2561.554.5曲軸凸臺定子面13. 516.7514.5氣缸面螺孔間距352840323330定子螺孔間距48-802782.5582.557878曲軸長軸直徑11.99115.99115.99

11、1偏心軸直徑11.9813.9813.98連桿大孔直徑121414小孔直徑7.947.947.94兩孔中心距3640.536活塞銷孔7.9387.9387.938長度18.52118.52118.521轉(zhuǎn)子外徑555656沖片厚度404535內(nèi)孔11.94715.94715.947臺階孔20.513.7523.51723.514.75下殼體支承彈簧間距48-8027109737878第七章 基本概念 現(xiàn)代化設(shè)計：現(xiàn)代化設(shè)計：以計算機輔助設(shè)計（以計算機輔助設(shè)計（CAD）技）技術(shù)為主體，以多學科知識為依托，并以相術(shù)為主體，以多學科知識為依托，并以相應(yīng)的方法和技術(shù)為手段，從事產(chǎn)品研究、應(yīng)的方法和技術(shù)

12、為手段，從事產(chǎn)品研究、改進和創(chuàng)造，是多學科有效融合的產(chǎn)物，改進和創(chuàng)造，是多學科有效融合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)設(shè)計的繼承、延伸和發(fā)展。是傳統(tǒng)設(shè)計的繼承、延伸和發(fā)展。 優(yōu)化設(shè)計：優(yōu)化設(shè)計：是現(xiàn)代化設(shè)計的一個分支。在是現(xiàn)代化設(shè)計的一個分支。在工程設(shè)計中，總存在一定條件的最佳方案，工程設(shè)計中，總存在一定條件的最佳方案，尋找這個最佳方案的過程就稱為優(yōu)化設(shè)計。尋找這個最佳方案的過程就稱為優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計是以數(shù)學規(guī)劃為理論基礎(chǔ)，以計優(yōu)化設(shè)計是以數(shù)學規(guī)劃為理論基礎(chǔ)，以計算機為求解工具，尋找最佳方案的先進設(shè)算機為求解工具，尋找最佳方案的先進設(shè)計方法。計方法。 第七章 基本概念 結(jié)構(gòu)最優(yōu)化的一般步驟是：結(jié)構(gòu)最優(yōu)化的一般步驟是：（1）建立供優(yōu)化設(shè)計用的）建立供優(yōu)化設(shè)計用的數(shù)學模型數(shù)學模型，是，是解決結(jié)構(gòu)設(shè)計最優(yōu)化問題的基礎(chǔ)。解決結(jié)構(gòu)設(shè)計最優(yōu)化問題的基礎(chǔ)。（2）選用最優(yōu)化方法編制計算機程序，）選用最優(yōu)化方法編制計算機程序，上機計算上機計算獲得最優(yōu)解獲得最優(yōu)解。 我國壓縮機行業(yè)，對結(jié)構(gòu)最優(yōu)化方法的研我國壓縮機行業(yè)，對結(jié)構(gòu)最優(yōu)化方法的研究應(yīng)用，起步較晚當前僅在少數(shù)科研單位究應(yīng)用，起步較晚當前僅在少數(shù)科研單位探索應(yīng)用，但已越來越為人們重視，相信探索應(yīng)用，但已