摘要：本文通過(guò)一個(gè)實(shí)際案例分階段剖析任務(wù)，和大家分享一下在設計小型直連往復活塞式空壓機時(shí)，需要首先考慮那幾點(diǎn)？又為什么要先考慮這幾點(diǎn)？先考慮這幾點(diǎn)的好處是什么？設計小型直連往復活塞式空壓機也是有規律可循的，科學(xué)按照思路來(lái)可以少走彎路，少出問(wèn)題，提高成功率。
【壓縮機網(wǎng)】一、引言
論及設計小型直連往復活塞式空壓機，我們首先要說(shuō)一下什么是空壓機?？諌簷C是氣源裝備中的主體，它是將原念頭（凡是電念頭）的機械能轉換成氣體壓力能的能源轉換裝備，是壓縮空氣的氣壓產(chǎn)生裝備（如下圖所示）。
空壓機是一種通用的工程機械，適用范圍大，用途廣。特別是小型直連往復活塞式空壓機，是室內室外裝飾裝修、噴漆、機械維修等工程必不可少的機械設備。其中有較大一部分份額是面對國外的DIY家用市場(chǎng)的，這其中又有一部分是僅限于室內使用的。因此，市場(chǎng)對于此類(lèi)的小型空壓機，就有了以下幾個(gè)主要的要求：1)電器安全 2)環(huán)保 3)高效節能 4)操作使用舒適便捷。所以，我們在接到一個(gè)新的小型直連往復活塞式空壓機的研發(fā)設計項目時(shí)，也要首先考慮這幾個(gè)要求，但是上面提到的這幾個(gè)要求是非?；\統和寬泛的，需要轉化一下才能融入到設計工作中。下面我們就以一個(gè)實(shí)際案例為例，來(lái)為大家分析說(shuō)明一下。
二、市場(chǎng)需求在設計文件中的體現
當你拿到一個(gè)小型直連往復活塞式空壓機的研發(fā)項目時(shí)，一般市場(chǎng)部業(yè)務(wù)人員已經(jīng)對這個(gè)項目的市場(chǎng)前景和銷(xiāo)售預期做好了充分的論證。我們需要做的，就是仔細閱讀《立項申請書(shū)》，了解此空壓機的銷(xiāo)售區域是哪里，了解此空壓機的關(guān)鍵技術(shù)參數要求是什么，了解此空壓機的目標售價(jià)是多少。
為什么要詳細了解這幾個(gè)問(wèn)題呢？第一，了解空壓機的銷(xiāo)售區域?？梢灾苯拥贸鲞@個(gè)空壓機要符合什么安全規定和認證標準。例如：賣(mài)到美國的產(chǎn)品需要符合UL，CSA或ETL的認證，同時(shí)氣罐還需要單獨符合ASME認證，產(chǎn)品還要達到阻燃要求（因為美國木質(zhì)結構建筑較多）主要執行的標準有：UL1450和ANSI/UL94-1985等。賣(mài)到歐洲的產(chǎn)品則需要符合CE，GS，EMC等認證，氣罐做PS認證，相關(guān)零件滿(mǎn)足環(huán)保要求。主要執行的標準有：MD指令2006/42/EC，LVD指令2006/95/EC，EMC指令2004/108/EC和PED指令97/23/EC，甚至有的客戶(hù)還要求滿(mǎn)足ISO9000的認證。
第二，空壓機的關(guān)鍵技術(shù)參數。一般包括空壓機的工作電壓、頻率、額定功率、工作制、絕緣等級、防護等級、氣罐的容積、最高工作壓力以及排氣量參數等。有時(shí)候還會(huì )有特殊參數和結構的要求和說(shuō)明。其實(shí)第二條的這些技術(shù)參數的要求，有的通過(guò)第一條的銷(xiāo)售區域就已經(jīng)限定死了。例如：銷(xiāo)售美國的空壓機絕緣等級只有B級，電壓也一般都是120V/60HZ的。然而，銷(xiāo)售到歐洲的空壓機就不一樣了，絕緣等級常用的有B級和F級，電壓有230V的也有240V的，好在都是50HZ。還有就是歐洲和美國對于氣罐的容積，最高工作壓力以及排氣量計量單位上的差異也需要注意一下。
第三，空壓機的目標售價(jià)。大多的工廠(chǎng)通過(guò)空壓機的目標售價(jià)，都可以直接推算出空壓機的采購成本是多少。其實(shí)，這個(gè)才是我們所有設計工作的總體目標，所有的開(kāi)支加起來(lái)不能超出成本預算。“產(chǎn)品的成本是設計出來(lái)的”，從設計端源頭來(lái)控制成本是對的；總比到最后樣機出來(lái)了，再去想盡辦法降成本要好的多。
在《立項申請書(shū)》上還對應體現了市場(chǎng)對電器安全和環(huán)保的要求，但是對高效節能和操作使用舒適便捷性的要求，就得需要結合關(guān)鍵技術(shù)參數來(lái)綜合設計了。
高效節能體現在空壓機對于能源的利用率上，有個(gè)專(zhuān)業(yè)的名詞叫作比功率?？諌簷C比功率是評價(jià)在壓縮相同氣體，相同排氣壓力下的壓縮機性能的一種指標，也是評價(jià)壓縮機能效的重要指標。中國現行的標準為《GB19153容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》。
對于操作使用舒適便捷性，就需要設計的時(shí)候結合一些自然規律，機械原理和人體工程學(xué)來(lái)綜合考慮了。換位思考，如果是自己使用這個(gè)空壓機，需要達到一個(gè)什么狀態(tài)自己才會(huì )滿(mǎn)意呢？憑著(zhù)這種思路來(lái)做設計，肯定會(huì )得到一個(gè)滿(mǎn)意的結果。
所以說(shuō)，我們拿到《立項申請書(shū)》后，接下來(lái)的所有設計工作，其實(shí)都是圍繞著(zhù)那四點(diǎn)市場(chǎng)需求來(lái)展開(kāi)的，特別是高效節能和操作使用的舒適便捷性。下面我們就來(lái)進(jìn)一步將市場(chǎng)要求分解說(shuō)明一下。
三、市場(chǎng)需求表征為技術(shù)參數
要滿(mǎn)足空壓機的高效節能要求，還得從空壓機的關(guān)鍵技術(shù)參數上進(jìn)行量化處理。怎么高效，怎么節能，到最后都得轉化成數據來(lái)進(jìn)行展示。首先說(shuō)一下空壓機的比功率，它的定義是這樣的：是指壓縮機壓縮單位實(shí)際容積流量氣體所消耗的總輸入功率。這個(gè)參數的計算公式是：比功率=輸入功率P÷容積流量Q；單位: kW/(m3/min)?？諌簷C比功率越小，說(shuō)明空壓機能量利用的效率就越高，單位功耗就越低。但是，這個(gè)比功率參數，它是一個(gè)中間表征數值，是間接計算出來(lái)的，不是直接設計出來(lái)的。那么，是什么設計參數和比功率及高效節能性能相關(guān)呢？通過(guò)上面比功率的公式不難看出，除了電機的輸入功率，那就是流量值了。然而，我們設計時(shí)，一般是假設功率已知恒定，來(lái)推算出流量值的。再結合以下理論流量值的公式，我們不難看出，其實(shí)影響比功率的設計關(guān)鍵參數是氣缸的直徑和活塞的行程。
一般是由于參與壓縮氣體的零件的加工誤差、設計累計公差、裝配精度等原因所導致。設計的理論排氣量和樣機的實(shí)測（在7公斤時(shí)）排氣量之間有一定差異，這就涉及到機械結構的效率問(wèn)題了（所以在設計的時(shí)候一定要預留足夠的系數，來(lái)保證實(shí)測的樣機比功率數值達標）。效率低了，消耗大了，意思就是光顧著(zhù)發(fā)熱了，做功少了，表征現象便是一個(gè)溫升問(wèn)題，其實(shí)，溫升直接對應的又是節能環(huán)保的要求。
另，空壓機的節能環(huán)保特性也可以追根到直接的設計參數上。這里所說(shuō)的環(huán)保包含空氣的環(huán)保和噪音的環(huán)保，直接體現出來(lái)的相關(guān)設計參數便是：1）溫升低 2）噪音小 3）振動(dòng)小。
其中第一條溫升低，是從節能環(huán)保的角度，對小型空壓機提出了要求，要求該類(lèi)電動(dòng)工具，要盡量少的做發(fā)熱的功（無(wú)用功），減少浪費能源，減輕不必要的排放，降低對環(huán)境的影響。第二條噪音小，卻只是從環(huán)保的角度對小型空壓機提出了要求，要求該類(lèi)電動(dòng)工具，要在工作做功的同時(shí)，降低噪音污染，為操作者營(yíng)造一個(gè)舒適愉悅的環(huán)境。第三條振動(dòng)小，則主要是要求小型直連往復活塞式空壓機自身要有一個(gè)較好的機械平衡，通俗說(shuō)也就是要有良好運行平穩性。隨著(zhù)當今國際市場(chǎng)競爭的日趨激烈，隨著(zhù)世界各國節能、環(huán)保意識的逐步提高，對于小型直連往復活塞式空壓機的以上三個(gè)性能的要求也會(huì )變得更為突出。
出乎意料的是，我們在解決節能環(huán)保的同時(shí)，也表征出了一些和操作使用舒適便捷性相關(guān)的設計特性參數?？諌簷C運行平穩，噪音污染低，操作環(huán)境舒適愉悅，這都屬于操作使用舒適便捷性的范疇。
最后，需要說(shuō)的是電器安全性。這個(gè)其實(shí)是屬于一個(gè)最難而又最簡(jiǎn)單的要求，難是難在它在產(chǎn)品設計初期的高額認證費用；如果您的客戶(hù)能夠承擔，那真是一大好事。簡(jiǎn)單是簡(jiǎn)單在，和產(chǎn)品相關(guān)的絕大多數符合認證的零件，都屬于菜單式標配零件，在你設計的時(shí)候只管按照要求選用就行，不需要再進(jìn)行單獨的設計計算。
另一方面，關(guān)于電器安全性的要求，在你給整機做相關(guān)認證和測試的時(shí)候，第三方的檢測機構也會(huì )對你的機械結構和電器選型進(jìn)行進(jìn)一步的檢查論證。只有電器安全性達標了，你所設計的空壓機產(chǎn)品才能進(jìn)入相應的區域進(jìn)行銷(xiāo)售。
四、結語(yǔ)
小型直連往復活塞式空壓機的設計立足于市場(chǎng)的需求，轉化到產(chǎn)品研發(fā)的相關(guān)技術(shù)文件上，表征為相關(guān)的技術(shù)參數，體現為具體的機械結構設計、具體機械原理的使用、具體電器零部件的選擇上。
總之，要想設計好一個(gè)小型直連往復活塞式空壓機產(chǎn)品，需要從材料的選擇、結構的設計、公差工藝的制定等各處細節著(zhù)手，需要把工作做細、做實(shí)、做到位，這樣才能設計出性能較好，品質(zhì)較高的產(chǎn)品來(lái)。
參考文獻
[1] 成大先.機械設計手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2007
[2] 于惠力.機械零部件設計禁忌[M].機械工業(yè)出版社.2006
[3] 陸寧.機械原理[M].機械工業(yè)出版社.1997
[4] JB/T 8934-1999.直聯(lián)便攜式往復活塞空壓機[S].1999
[5] 郁永章,姜培正.壓縮機工程手冊[M].中國石化出版社.2012
[6] 活塞式壓縮機編寫(xiě)組. 活塞式壓縮機設計[M].機械工業(yè)出版社.1974
[7] 金光熹,楊紹侃編.壓縮機可靠性[M]. 機械工業(yè)出版社, 1989
作者簡(jiǎn)介
吳廣忠（1980.04 --），男，漢族，山東省青島市人，大學(xué)本科（工學(xué)學(xué)士），畢業(yè)于青島科技大學(xué)，中級工程師，研究方向：空氣壓縮機。
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論及設計小型直連往復活塞式空壓機，我們首先要說(shuō)一下什么是空壓機?？諌簷C是氣源裝備中的主體，它是將原念頭（凡是電念頭）的機械能轉換成氣體壓力能的能源轉換裝備，是壓縮空氣的氣壓產(chǎn)生裝備（如下圖所示）。
空壓機是一種通用的工程機械，適用范圍大，用途廣。特別是小型直連往復活塞式空壓機，是室內室外裝飾裝修、噴漆、機械維修等工程必不可少的機械設備。其中有較大一部分份額是面對國外的DIY家用市場(chǎng)的，這其中又有一部分是僅限于室內使用的。因此，市場(chǎng)對于此類(lèi)的小型空壓機，就有了以下幾個(gè)主要的要求：1)電器安全 2)環(huán)保 3)高效節能 4)操作使用舒適便捷。所以，我們在接到一個(gè)新的小型直連往復活塞式空壓機的研發(fā)設計項目時(shí)，也要首先考慮這幾個(gè)要求，但是上面提到的這幾個(gè)要求是非?；\統和寬泛的，需要轉化一下才能融入到設計工作中。下面我們就以一個(gè)實(shí)際案例為例，來(lái)為大家分析說(shuō)明一下。
二、市場(chǎng)需求在設計文件中的體現
當你拿到一個(gè)小型直連往復活塞式空壓機的研發(fā)項目時(shí)，一般市場(chǎng)部業(yè)務(wù)人員已經(jīng)對這個(gè)項目的市場(chǎng)前景和銷(xiāo)售預期做好了充分的論證。我們需要做的，就是仔細閱讀《立項申請書(shū)》，了解此空壓機的銷(xiāo)售區域是哪里，了解此空壓機的關(guān)鍵技術(shù)參數要求是什么，了解此空壓機的目標售價(jià)是多少。
為什么要詳細了解這幾個(gè)問(wèn)題呢？第一，了解空壓機的銷(xiāo)售區域?？梢灾苯拥贸鲞@個(gè)空壓機要符合什么安全規定和認證標準。例如：賣(mài)到美國的產(chǎn)品需要符合UL，CSA或ETL的認證，同時(shí)氣罐還需要單獨符合ASME認證，產(chǎn)品還要達到阻燃要求（因為美國木質(zhì)結構建筑較多）主要執行的標準有：UL1450和ANSI/UL94-1985等。賣(mài)到歐洲的產(chǎn)品則需要符合CE，GS，EMC等認證，氣罐做PS認證，相關(guān)零件滿(mǎn)足環(huán)保要求。主要執行的標準有：MD指令2006/42/EC，LVD指令2006/95/EC，EMC指令2004/108/EC和PED指令97/23/EC，甚至有的客戶(hù)還要求滿(mǎn)足ISO9000的認證。
第二，空壓機的關(guān)鍵技術(shù)參數。一般包括空壓機的工作電壓、頻率、額定功率、工作制、絕緣等級、防護等級、氣罐的容積、最高工作壓力以及排氣量參數等。有時(shí)候還會(huì )有特殊參數和結構的要求和說(shuō)明。其實(shí)第二條的這些技術(shù)參數的要求，有的通過(guò)第一條的銷(xiāo)售區域就已經(jīng)限定死了。例如：銷(xiāo)售美國的空壓機絕緣等級只有B級，電壓也一般都是120V/60HZ的。然而，銷(xiāo)售到歐洲的空壓機就不一樣了，絕緣等級常用的有B級和F級，電壓有230V的也有240V的，好在都是50HZ。還有就是歐洲和美國對于氣罐的容積，最高工作壓力以及排氣量計量單位上的差異也需要注意一下。
第三，空壓機的目標售價(jià)。大多的工廠(chǎng)通過(guò)空壓機的目標售價(jià)，都可以直接推算出空壓機的采購成本是多少。其實(shí)，這個(gè)才是我們所有設計工作的總體目標，所有的開(kāi)支加起來(lái)不能超出成本預算。“產(chǎn)品的成本是設計出來(lái)的”，從設計端源頭來(lái)控制成本是對的；總比到最后樣機出來(lái)了，再去想盡辦法降成本要好的多。
在《立項申請書(shū)》上還對應體現了市場(chǎng)對電器安全和環(huán)保的要求，但是對高效節能和操作使用舒適便捷性的要求，就得需要結合關(guān)鍵技術(shù)參數來(lái)綜合設計了。
高效節能體現在空壓機對于能源的利用率上，有個(gè)專(zhuān)業(yè)的名詞叫作比功率?？諌簷C比功率是評價(jià)在壓縮相同氣體，相同排氣壓力下的壓縮機性能的一種指標，也是評價(jià)壓縮機能效的重要指標。中國現行的標準為《GB19153容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》。
對于操作使用舒適便捷性，就需要設計的時(shí)候結合一些自然規律，機械原理和人體工程學(xué)來(lái)綜合考慮了。換位思考，如果是自己使用這個(gè)空壓機，需要達到一個(gè)什么狀態(tài)自己才會(huì )滿(mǎn)意呢？憑著(zhù)這種思路來(lái)做設計，肯定會(huì )得到一個(gè)滿(mǎn)意的結果。
所以說(shuō)，我們拿到《立項申請書(shū)》后，接下來(lái)的所有設計工作，其實(shí)都是圍繞著(zhù)那四點(diǎn)市場(chǎng)需求來(lái)展開(kāi)的，特別是高效節能和操作使用的舒適便捷性。下面我們就來(lái)進(jìn)一步將市場(chǎng)要求分解說(shuō)明一下。
三、市場(chǎng)需求表征為技術(shù)參數
要滿(mǎn)足空壓機的高效節能要求，還得從空壓機的關(guān)鍵技術(shù)參數上進(jìn)行量化處理。怎么高效，怎么節能，到最后都得轉化成數據來(lái)進(jìn)行展示。首先說(shuō)一下空壓機的比功率，它的定義是這樣的：是指壓縮機壓縮單位實(shí)際容積流量氣體所消耗的總輸入功率。這個(gè)參數的計算公式是：比功率=輸入功率P÷容積流量Q；單位: kW/(m3/min)?？諌簷C比功率越小，說(shuō)明空壓機能量利用的效率就越高，單位功耗就越低。但是，這個(gè)比功率參數，它是一個(gè)中間表征數值，是間接計算出來(lái)的，不是直接設計出來(lái)的。那么，是什么設計參數和比功率及高效節能性能相關(guān)呢？通過(guò)上面比功率的公式不難看出，除了電機的輸入功率，那就是流量值了。然而，我們設計時(shí)，一般是假設功率已知恒定，來(lái)推算出流量值的。再結合以下理論流量值的公式，我們不難看出，其實(shí)影響比功率的設計關(guān)鍵參數是氣缸的直徑和活塞的行程。
一般是由于參與壓縮氣體的零件的加工誤差、設計累計公差、裝配精度等原因所導致。設計的理論排氣量和樣機的實(shí)測（在7公斤時(shí)）排氣量之間有一定差異，這就涉及到機械結構的效率問(wèn)題了（所以在設計的時(shí)候一定要預留足夠的系數，來(lái)保證實(shí)測的樣機比功率數值達標）。效率低了，消耗大了，意思就是光顧著(zhù)發(fā)熱了，做功少了，表征現象便是一個(gè)溫升問(wèn)題，其實(shí)，溫升直接對應的又是節能環(huán)保的要求。
另，空壓機的節能環(huán)保特性也可以追根到直接的設計參數上。這里所說(shuō)的環(huán)保包含空氣的環(huán)保和噪音的環(huán)保，直接體現出來(lái)的相關(guān)設計參數便是：1）溫升低 2）噪音小 3）振動(dòng)小。
其中第一條溫升低，是從節能環(huán)保的角度，對小型空壓機提出了要求，要求該類(lèi)電動(dòng)工具，要盡量少的做發(fā)熱的功（無(wú)用功），減少浪費能源，減輕不必要的排放，降低對環(huán)境的影響。第二條噪音小，卻只是從環(huán)保的角度對小型空壓機提出了要求，要求該類(lèi)電動(dòng)工具，要在工作做功的同時(shí)，降低噪音污染，為操作者營(yíng)造一個(gè)舒適愉悅的環(huán)境。第三條振動(dòng)小，則主要是要求小型直連往復活塞式空壓機自身要有一個(gè)較好的機械平衡，通俗說(shuō)也就是要有良好運行平穩性。隨著(zhù)當今國際市場(chǎng)競爭的日趨激烈，隨著(zhù)世界各國節能、環(huán)保意識的逐步提高，對于小型直連往復活塞式空壓機的以上三個(gè)性能的要求也會(huì )變得更為突出。
出乎意料的是，我們在解決節能環(huán)保的同時(shí)，也表征出了一些和操作使用舒適便捷性相關(guān)的設計特性參數?？諌簷C運行平穩，噪音污染低，操作環(huán)境舒適愉悅，這都屬于操作使用舒適便捷性的范疇。
最后，需要說(shuō)的是電器安全性。這個(gè)其實(shí)是屬于一個(gè)最難而又最簡(jiǎn)單的要求，難是難在它在產(chǎn)品設計初期的高額認證費用；如果您的客戶(hù)能夠承擔，那真是一大好事。簡(jiǎn)單是簡(jiǎn)單在，和產(chǎn)品相關(guān)的絕大多數符合認證的零件，都屬于菜單式標配零件，在你設計的時(shí)候只管按照要求選用就行，不需要再進(jìn)行單獨的設計計算。
另一方面，關(guān)于電器安全性的要求，在你給整機做相關(guān)認證和測試的時(shí)候，第三方的檢測機構也會(huì )對你的機械結構和電器選型進(jìn)行進(jìn)一步的檢查論證。只有電器安全性達標了，你所設計的空壓機產(chǎn)品才能進(jìn)入相應的區域進(jìn)行銷(xiāo)售。
四、結語(yǔ)
小型直連往復活塞式空壓機的設計立足于市場(chǎng)的需求，轉化到產(chǎn)品研發(fā)的相關(guān)技術(shù)文件上，表征為相關(guān)的技術(shù)參數，體現為具體的機械結構設計、具體機械原理的使用、具體電器零部件的選擇上。
總之，要想設計好一個(gè)小型直連往復活塞式空壓機產(chǎn)品，需要從材料的選擇、結構的設計、公差工藝的制定等各處細節著(zhù)手，需要把工作做細、做實(shí)、做到位，這樣才能設計出性能較好，品質(zhì)較高的產(chǎn)品來(lái)。
參考文獻
[1] 成大先.機械設計手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2007
[2] 于惠力.機械零部件設計禁忌[M].機械工業(yè)出版社.2006
[3] 陸寧.機械原理[M].機械工業(yè)出版社.1997
[4] JB/T 8934-1999.直聯(lián)便攜式往復活塞空壓機[S].1999
[5] 郁永章,姜培正.壓縮機工程手冊[M].中國石化出版社.2012
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[7] 金光熹,楊紹侃編.壓縮機可靠性[M]. 機械工業(yè)出版社, 1989
作者簡(jiǎn)介
吳廣忠（1980.04 --），男，漢族，山東省青島市人，大學(xué)本科（工學(xué)學(xué)士），畢業(yè)于青島科技大學(xué)，中級工程師，研究方向：空氣壓縮機。
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