机械基础第六章 气压传动——气体压缩机械

一、概述

在气压传动系统中，气体压缩机械是不可或缺的核心设备。它的主要作用是将电动机或内燃机输出的机械能转换为气体的压力能，为各类气动执行元件（如气缸、气马达）提供足够压力和流量的压缩空气。本章将重点介绍气体压缩机械的分类、工作原理、主要性能参数及选用原则。

二、气体压缩机械的分类

气体压缩机械按工作原理可分为容积式和动力式两大类。

1. 容积式压缩机

容积式压缩机通过改变工作腔的容积，使气体体积缩小、压力升高。根据运动部件结构不同，又分为：

• 往复式压缩机：利用活塞在气缸内的往复运动来压缩气体。常见的有活塞式空气压缩机。
• 回转式压缩机：利用转子在气缸内旋转来改变容积。包括滑片式、螺杆式、罗茨式等。

2. 动力式压缩机

动力式压缩机先使气体获得高速，然后通过扩压器将动能转化为压力能。主要有：

• 离心式压缩机
• 轴流式压缩机

在气压传动中，最常用的是往复式和螺杆式空气压缩机。

三、往复式空气压缩机

1. 工作原理

往复式压缩机主要由气缸、活塞、曲柄连杆机构、吸气阀和排气阀等组成。当活塞向右移动时，气缸左腔容积增大，压力降低，吸气阀打开，外界空气被吸入；当活塞向左移动时，吸气阀关闭，气体被压缩，压力升高，排气阀打开，压缩空气排出。

2. 优点与缺点

• 优点：压力范围广，效率高，适应性强。
• 缺点：结构复杂，易损件多，振动大，排气不连续。

四、螺杆式空气压缩机

1. 工作原理

螺杆式压缩机由一对相互啮合的阴阳转子组成。转子旋转时，齿间容积周期性变化，实现吸气、压缩和排气过程。

2. 优点与缺点

• 优点：结构紧凑，无往复运动，振动小，排气连续，易损件少。
• 缺点：制造精度高，成本高，不适于高压场合。

五、气体压缩机械的主要性能参数

1. 排气压力：压缩机出口处气体的压力，单位为MPa或bar。
2. 排气量：单位时间内排出的气体体积（换算为标准状态），单位为m³/min。
3. 功率：包括轴功率和电动机功率，单位为kW。
4. 效率：反映能量转换的经济性，有等温效率、绝热效率等。
5. 转速：影响排气量和功率。

六、选用原则与注意事项

选用气体压缩机械时，应根据气动系统所需的工作压力、流量、使用环境及经济性综合考虑：

• 压力与流量：满足系统最大耗气量和最高工作压力。
• 运行可靠性：选择结构简单、维修方便的机型。
• 经济性：考虑购置成本、运行能耗和维护费用。
• 环保与安全：噪声、振动应符合标准，并配备安全阀等保护装置。

七、小结

气体压缩机械是气压传动的动力源，其性能直接影响整个系统的稳定性和经济性。通过学习本章内容，应掌握各类压缩机的原理、特点及选用方法，为后续气动回路设计打下基础。