目录摘要 (Ⅰ)A b s t r a c t (Ⅱ)1 .空气压缩简介 (1)1.1 活塞式空气压缩机的分类和工作原理 (2)1.2 基本结构与主要部件 (4)1.3空气压缩机控制系统 (11)1.4 技术特性与主要技术参数 (12)2. 压缩机技术现状及发展趋势 (14)2.1.压缩机技术现状 (14)2.2 压缩机的初步市场分析 (15)3 .空气压缩机系统及改进方案设计 (16)3.1主要研究内容及设计原则 (16)3.2设计思路及整体设计方案 (17)4 .设计方案 (23)4.1 硬件设计 (23)4.2 软件设计 (28)5.抗干扰设计 (33)总结 (34)参考文献 (35)致谢 (36)1 .空气压缩简介空气压缩机顾名思义是将自由状态下的空气压缩成具有一定压力能(即压缩空气)的一种机械。
我们在机械、矿山、建筑等领域利用压缩空气作为动力风源，驱动各种风动工具(如风镐、风钻、气动扳手、气力喷砂等)，此时压力一般在0.6～1.5MPa。
用来控制仪表及自动化装置时其压力为0.6MPa。
交通运输业中利用压缩空气制动车辆、启闭门窗，压力为0.2～1.0MPa。
纺织工业中利用压缩空气吹送纬纱以代替梭子，大中型发动机的启动，高压空气爆破勘探、采煤，鱼雷发射，潜艇沉浮及打捞，气垫船等等，均需用到不同压力的压缩空气。
在这些部门中，空压机就成为必不可少的设备。
按照压缩空气的方式不同，空压机通常分为两大类，一类是容积式，另一类是动力式。
鉴于本次试验设计改进的压缩机为活塞式空气压缩机，在此，我们只对活塞式空气压缩机作简单介绍。
1.1 活塞式空气压缩机的分类和工作原理1.1.1活塞式空气压缩机的分类活塞式空气压缩机的分类方法很多，通常有如下几种分类方法。
1、按排气压力高低分为：低压空压机排气压力≤1.0MPa中压空压机 1.0MPa＜排气压力≤10MPa高压空压机 10MPa＜排气压力≤100MPa2、接排气量大小分为：小型空压机 1m3／min＜排气量≤10m3／min中型空压机 10m3／min＜排气量≤100m3／min大型空压机排气量＞100m3／min空压机的排气量指吸入状态自由气体流量。
一般规定：轴功率＜15KW、排气压力≤1.4MPa为微型空压机。
3、按气缸中心线与地面相对位置分为：立式空压机——气缸中心线与地面垂直布置。
角度式空压机——气缸中心线与地面成一定角度（V型、W型、L型等）。
卧式空压机——气缸中心线与地面平行，气缸布置在曲轴一侧。
对动平衡式空压机——气缸中心线与地面平行，气缸对称布置在曲轴两侧。
4、按结构特点分为：单作用——气体仅在活塞一侧被压缩。
双作用——气体在活塞两侧被压缩。
水冷式——指气缸带有冷却水夹套，通水冷却。
风冷式——气缸外表面铸有散热片，空气冷却。
固定式——空压机组固定在地基上。
移动式——空压机组置于移动装置上便于搬移。
有油润滑——指气缸内注油润滑，运动机构润滑油循环润滑。
无油润滑——指气缸内不注油润滑，活塞和气缸为干运转，但传动机构由润滑油循环润滑。
5、按气缸的排列方法分类串联式压缩机：几个气缸依次排列于同一根轴全无油润滑——气缸内传动机构均无油润滑。
此外还分为有十字头（中小型无油空压机）、无十字头（V、W型低压微型空压机）；单级压缩、两级或多级压缩。
1.1.2活塞式空气压缩机的工作原理气体压力p是指气体分子对单位面积器壁撞击次数和撞击强度。
其大小由单位容积内分子数目n。
、相对分子质量m以及分子速度的平方均值v²决定，即P=n mv²/3由上式可知，要提高气体压力有两个途径：一是增加单位容积内气体分子的数目，另一个是提高气体温度以提升气体分子运动速度。
[4]基于工作条件显示灯原因，一般不采用后者。
因此，活塞式压缩机的工作原理主要是通过增加单位容积内气体分子的数目来提升气体压力的。
[6]压缩机的活塞往复运动一次，气缸中所进行的各过程总和为一个循环，称为工作循环。
压缩过程：活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关闭状态，气体在密闭的气缸中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压力相等。
压缩过程一般被看作是等熵过程。
排气过程：活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀开启，气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。
此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。
至此，压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。
此后，活塞又向下运动，重复上述三个过程，如此周而复始地进行循环。
这就是活塞式空气压缩机的理想工作过程与原理。
1.2 基本结构与主要部件1.2.1 活塞式空气压缩机基本机构（一）工作机构工作机构是实现空气压缩的主要部件，由气缸、气阀、活塞组件等组成。
气缸呈圆筒形，在气缸盖（及气缸座）上设有若干吸气阀与排气阀。
活塞由曲柄连杆机构带动，子啊气缸中做往复运动。
L型运输机有两个气缸，通常垂直列为一级缸，水平列为二级缸。
空气吸入一级气缸经过压缩后，进入中间冷却器降温，再进入二级气缸压缩，最后排出到输气管路供使用。
（二）运动机构运动机构由曲轴、连杆、十字头（用于双作用压缩机，单作用压缩机为连杆）组成，用于传递动力，将曲轴大的旋转运动变成往复运动。
曲轴的曲拐上装有一个或多个连杆，连杆的另一端与只能在滑道内作往复运动的十字头（对单作用压缩机为在气缸内作往复运动的活塞）连接。
[4]这样，旋转的曲轴使连杆摆动，传到十字头（活塞）并使之作往复运动，再通过活塞杆使活塞往复运动对气体做功。
（三）机身机身上支承和安装着整个运动机构与工作机构，又兼作润滑油箱用。
曲轴用轴承支承在机身上。
对于双作用压缩机，机身上两个滑道又支托着十字头，两个气缸分别固定在L型机身的两臂上。
图 1.2.1空压机机体1.2.2 活塞式压缩机的主要零部件活塞式压缩机的结构虽然繁多，但其主要组成部分基本相同。
一台完整的压缩机组包括两大部分，一为主机，一为辅机。
主机包括机身、中体、气缸组件、传动部件、活塞组件、气阀和密封组件以及驱动机等；辅机包括润滑油系统、级间冷却系统、辅助管路系统等。
下面就压缩机的主要零部件作一个简单的介绍。
（一）气缸气缸是构成压缩容积实现气体压缩的主要部件。
为了能够承受气体压力，应有足够的强度；由于活塞在其中运动，内壁承受摩擦，应有良好的内润滑及耐磨性；为了逸散气缸中进行功热转换时所产生的热量，应有良好的冷却措施；为了减少气流阻力，提高效率，吸排气阀要合理布置。
总之，气缸结构复杂，材质和加工要求较高。
气缸通常采用水作为冷却介质。
它是由环形的缸体、缸盖及缸座组成；吸、排气阀配置在缸盖与缸座是哪个；缸体有三层壁，除了构成工质容积的一层壁外，还有构成水道及气道的两层壁；缸体上设置润滑油接管；气缸轴侧设置防止泄露的填料函；缸盖上设置调节气量装置。
气缸水隔套的作用是供冷却水带走压缩过程产生的热量，改善气缸壁的润滑条件和气阀的工作条件，并使气缸壁温度均匀，减少气缸变形。
水套的布置除了冷却缸壁、填料函等处外，还要冷却气阀。
为了避免在水套内形成死角和气隙，以提高传热效果，冷却水一般是从气缸一端的最下部进入水套，从气缸另一端最高点引出。
另外为了清洗水套内部的芯泥在缸体上有时还开设了一些手孔。
（二）曲轴-连杆机构1.曲轴曲轴是活塞式压缩机中重要的运动部件之一。
它在工作中接受驱动机（一般以转矩形式）输入的动力，并把它转变为活塞的往复作用力，有时气体而做功。
它周期性地承受着气体压力和惯性力，因而产生交变的弯曲应力和转矩应力。
它不仅应该具有足够的疲劳强度，而且还应该具有足够的刚性和耐磨性。
一根曲轴至少具有三个部分，即主轴颈、曲柄和曲柄销。
曲柄和曲柄销构成的弯曲部分称为曲拐。
根据需要一根曲轴可以由一个或几个曲拐所组成。
曲轴运转中所需的润滑油通常是从轴承处通过主轴颈加入的，并通过曲轴内部加工的孔道引至曲拐销。
孔道一般开有斜油孔和直油孔两种。
直油孔的优点是在经过圆角过渡部分时，不影响该处的强度，但一般情况下加工比较复杂，清洗油孔也不方便。
斜油孔加工清洗方便，但消弱了曲轴强度。
[4]图1.2.2 ZB-0.1/8空压机曲轴2.连杆连杆是连接曲轴与十字头（活塞）的部件，它将曲轴的旋转运动转换成活塞的往复运动。
其一端与曲轴相连，称为连杆大端，作旋转运动；另一端与十字头（活塞）相连，称为连杆小端，作往复运动；中间部分称为连杆体，作摆动。
[9]连杆的形式有开式连杆闭式连杆、叉式连杆和主副连杆。
目前应用较多的是开式连杆。
（1）连杆体绿色体连接着连杆大端和连杆小端，其截面一般有圆形、扁形及工字形等，通常采用工字形。
连杆体的截面尺寸沿其长度直线变化，接近大端处最大，接近小端处最小。
为了能将大端瓦处的润滑油引向小端瓦，连杆体内部钻有油孔，个别设计也有用旁设润滑油管的办法来导油。
由于连杆体在连杆力及横向惯性力的作用下承受着交变的拉、压应力及横向弯曲应力的作用，因此要求其具有足够的强度和稳定性。
（2）连杆大端连杆大端通过螺栓与曲柄锁连接，传递动力。
连杆大端衬耐磨的轴瓦。
轴瓦用巴氏合金浇铸而成。
过去通常采用巴氏合金厚壁瓦，近年来趋向于采用薄壁瓦。
由于薄壁瓦与大端孔内径装配时有一定的过盈量，装入大端孔后，在螺栓的压紧力下使它紧贴于连杆大端上，其贴合度应大于70%，因而它的承受能力比厚壁瓦大。
（3）连杆小端连杆小端与十字头销相配合。
小端孔内衬有耐磨的小端瓦，今年来小端瓦趋向于采用多油槽的整体铜套，材料为铸造锡青铜。
连杆大小孔应平行，其平行度误差应在100mm长度上不大于0.03mm。
连杆螺连杆螺旋是压缩机中最重要的零件之一。
它承受很大的交变载荷和几倍于活塞力的预紧力。
它的断裂将造成严重事故。
因此连杆螺旋不仅要求有足够的静强度，更重要的是要有较高的奈疲劳断裂能力。
连杆螺旋一般为单头螺旋，螺旋头原支承面必须严格垂直于螺旋中心线。
为降低刚度，增加螺旋的弹性，减少螺旋体内应力变化的幅度，螺旋体要做得比其螺纹部分细些。
图1.2.3 空压机连杆图3.十字头十字头是连接活塞杆与连杆的部件。
它在中体导轨里作往复运动，并将连杆的动力传递给活塞部件。
对十字头的基本要求是质量轻、耐磨，并具有足够的强度。
（1）十字头与连杆的连接十字头预连杆的连接方式多采用闭式。
在闭式结构中，连杆小端放在十字头内，刚性好，与连杆、活塞杆的连接较为简单。
该连接由十字头销完成。
十字头销分为浮动销与固定销两种。
浮动销为一圆柱体，制造简单，能在销座及连杆小端内缓慢移动，磨损均匀，但浮动销冲击较大；固定销靠锥度压紧在十字头体中，该销的中段为圆柱体，两端具有1/10~1/20的锥度，用螺钉与压板压紧。
十字头销为一重要零件，它传递全部连杆力，要求韧性好、耐磨和耐疲劳。
