空压机作为气动系统的动力元件,广泛用于国民经济的各个行业,尤其在航空航天等重要领域,有着质量小、压力大、振动小等特殊要求。目前,能实现中高压的活塞式空压机在工作过程中存在着往复惯性力及惯性力矩,导致机体振动较大,不容易实现微小型化,难以达到设计要求。因此,本文在二维(2D)泵阀能够实现微小型化的基础上,设计一款应用于航天的二维(2D)微型中压空压机,应用MATLAB、ADAMS软件对其进行动力学特性分析。主要研究工作和成果如下:(1)基于热力学原理建立二维(2D)微型中压空压机的热力学模型,对其进行详细的热力分析及计算。确定空压机三级压缩及各级压力比,计算排气系数、干气系数、抽气系数、吸排气温度、气缸行程容积等设计参数;分析计算理论功率和效率,为电机功率选型提供参考;上述计算与分析为整机的设计提供有力的理论数据支撑。(2)针对传统往复活塞式空压机不能同时实现微型、中高压、振动小等特点,本文提出了三个级次活塞与连杆一体化结构,简化结构,减小体积质量;采用双组导轨实现轴向往复惯性力平衡,减小机体振动;采用特定转角矩形槽配流机构替代了常用的进排气阀组结构,降低了设计复杂性。确定了等加等减速曲线为导轨运动规律曲线,应用MATLAB和UG对导轨建模;设计计算活塞与气缸配流转角及气缸相关参数,校核活塞杆压杆稳定性。对主要受力零部件进行受力分析及强度校核,确保满足使用要求。(3)分析二维(2D)微型中压空压机的动力学特性。根据等加等减速规律曲线函数与气缸、活塞配流机构的转角设计,通过气缸压力通用计算公式推导出各级气缸内气体压力的数学函数,应用MATLAB软件仿真分析各级气缸的气体压力曲线、力曲线及活塞力曲线;应用ADAMS对虚拟样机进行动力学仿真,得出导轨位移、速度、加速度及接触力曲线,与理论曲线进行对比,验证导轨数学模型的正确性及接触力的正确性。(4)对二维(2D)微型中压空压机进行磨合试验、特性试验,试验结果验证了惯性力平衡的可行性,性能上满足使用要求,证明了产品设计方案的可行性,为产品迭代提供了有力的工程数据。二维(2D)微型中压空压机的创新性体现在,不仅实现质量体积微型化,能够完全平衡内部的惯性力及惯性力矩,减小振动,而且能实现中高压并满足特殊场合的使用要求,适合应用于航空航天等对质量体积、性能有着特殊要求的领域。