平动活塞式空气压缩机的理论和仿真分析

论文摘要

小型空气压缩机是人们生产生活中经常用到的工具之一,而旋转式的空气压缩机因其具有体积小、重量轻以及动平衡性能优越等优点在小型空压机领域得到广泛应用。但是,传统旋转式空压机长期存在摩擦磨损严重和泄漏大的弊端,归根到底,产生的主要原因在于运动副之间的较大相对速度和接触力。论文介绍的平动活塞式空气压缩机,其思路是将涡旋压缩机的平动思想借用到传统滚动活塞式压缩机中,使压缩机的活塞从旋转运动变成平动运动,由此改变了传统滚动活塞式压缩机的工作方式。这样不仅大幅度降低了滑片与气缸之间、活塞与气缸之间的相对运动速度,而且减小了滑片同活塞之间的接触力,以及缩短了滑片相对于气缸的滑移路程。此外,新型平动活塞式空气压缩机还改变了传统滚动活塞式压缩机中滑片的形状,将滑片与活塞之间的线接触变成密封效果更好的面接触,达到了降低泄漏的目的。论文的主要工作可以归纳为以下几个方面：1)给出了新型平动活塞式空气压缩机的设计要点,并讨论了平动装置的设计选择；推导出工作的任意时刻压缩机吸气腔、排气腔的工作容积和压缩腔气体的压力变化,并建立了滑片和活塞的运动学模型,从理论上得到了滑片与活塞的运动学参数；2)借助ADAMS软件对平动活塞式空气压缩机进行了运动学和动力学分析,从滑片和活塞接触力的方面,比较了平动活塞式空气压缩机的优越性,证实了其存在优势的原因；3)利用ANSYS软件对整个平动活塞式空气压缩机模型进行结构静力学分析,获得压缩机零部件的应力云图,为压缩机的设计改进提供指导；最后通过试验比较证明了平动活塞式空压机在工作原理上确实可行,且在性能上具有优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与发展历程
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外典型空压机介绍
• 1.3 本课题的研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 平动活塞式空气压缩机的设计思想
• 2.1 引言
• 2.2 平动活塞式空气压缩机设计思想
• 2.3 平动活塞式空气压缩机总体结构
• 2.4 平动机构分析
• 2.4.1 常用平动机构
• 2.4.2 十字滑环平动机构
• 2.5 平动活塞式空气压缩机工作原理
• 2.6 本章小结
• 第三章 平动活塞式空气压缩机理论分析
• 3.1 引言
• 3.2 平动活塞式空气压缩机的容积
• 3.2.1 气腔容积
• 3.2.2 工作容积
• 3.3 平动活塞式空气压缩机容积流量计算
• 3.3.1 平动活塞式空气压缩机工作过程分析
• 3.3.2 平动活塞式空气压缩机的理论容积流量计算
• 3.3.3 平动活塞式空气压缩机的实际容积流量计算
• 3.4 平动活塞式空气压缩机热力学计算
• 3.5 平动活塞式空气压缩机动力计算
• 3.5.1 L型滑片运动与受力分析
• 3.5.2 平动活塞运动与受力分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 平动活塞式空气压缩机的仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 ADAMS介绍
• 4.2.1 ADAMS的功能
• 4.2.2 ADAMS建模仿真步骤
• 4.3 平动活塞式空气压缩机虚拟样机建立
• 4.3.1 平动活塞式空气压缩机实体模型的建立
• 4.3.2 平动活塞式空气压缩机仿真模型的建立
• 4.4 平动活塞式空气压缩机运动学仿真分析
• 4.4.1 平动活塞的运动仿真
• 4.4.2 滑片的运动仿真
• 4.5 平动活塞式空气压缩机动力学仿真分析
• 4.5.1 添加气体力
• 4.5.2 预紧弹簧力设计研究
• 4.5.3 动力学仿真
• 4.6 本章小结
• 第五章 平动活塞式空气压缩机的静力学分析和样机试验
• 5.1 引言
• 5.2 ANSYS介绍
• 5.2.1 有限元分析软件ANSYS
• 5.2.2 静力分析
• 5.3 平动活塞式空气压缩机的模型创建
• 5.3.1 创建几何模型
• 5.3.2 定义材料属性和划分网格
• 5.3.3 定义接触
• 5.3.4 添加约束和载荷
• 5.3.5 分析结果
• 5.4 平动活塞式空气压缩机实物样机试验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录