活塞式压缩机的受力分析.ppt

活塞式压缩机的受力分析,O,r+L,L,A,B,B,A,A,S=2r,x,C,r,r,曲柄连杆机构简化图1,h,PL,A,N,R,T,B,O,PL,PL,P,N,r,h,压缩机作用力分析图2,第一节、简述压缩机的动力学,一、运动学二、压缩机中的作用力三、压缩机中惯性力的平衡,1、运动学原理活塞式压缩机曲柄连杆机构的任务是将主轴的旋转运动，通过连杆转化为活塞（或者是十字头）的往复运动。,运动时：曲柄作旋转运动；连杆作平面运动；（可看作一部分随曲柄作旋转运动，另一部分做往复运动）；活塞（十字头）做往复运动；我们重点是研究往复运动。,活塞行程:（曲柄半径）；连杆比:；连杆长度，通常总在1/31/6之间。,行程、连杆比,2、曲柄机构的运动分析（1）活塞的位移式中：曲柄转角（一般规定活塞在外止点时=0）。,活塞的速度及加速度,（2）活塞的速度及加速度。对位移求导：因为（角速度为常数）转速)，,活塞的速度、加速度、旋转加速度,故速度：加速度：曲柄销质点的旋转加速度：。,3、曲柄连杆机构运动时的惯性力往复惯性力：即往复惯性力等于运动质量乘加速度，其方向和加速度方向相反。,往复质量：=活塞质量(含活塞环等）+活塞杆质量+十字头质量+（0.3-0.4)连杆质量。因动力计算中规定使连杆产生拉伸应力的力为正，反之为负故式中将负号去掉。,2,一阶往复惯性力,为一阶往复惯性力。其变化的周期等于曲轴转一周的时间。当时，为最大值:（外止点)；为最小:(内止点)。,称为二阶惯性力。其变化周期为曲轴转半周的时间，最大值在曲轴旋转一周中出现两次即=0、180时，；最小值也出现两次，发生在=90，270时，。,二阶往复惯性力,往复惯性力,从上面可看出：二阶惯性力的最大值仅为一阶惯性力的倍。一、二阶往复惯性力总作用在气缸轴线上。4、旋转惯性力(离心力）大小：，大小不变（角速度认为它是不变的、均速的，实际上是有些变化的）。,旋转惯性力,旋转惯性力的作用方向始终沿着曲柄半径指向外，而且规定使曲柄承受拉伸为正值，受压缩为负值，故式中负号可不顾及。旋转质量=曲轴的旋转质量+（0.60.7）连杆质量。,一、压缩机运行时的作用力空负载运行中：曲柄连杆机构只产生惯性力和摩擦力。满负载运行而突然在止点停车时，压缩机中只有最大气体力作用在有关零件上。,第二节、压缩机中的作用力,压缩机运行时的作用力,满负载正常运行时：压缩机中作用力主要为：缸内的气体力;往复惯性力;旋转惯性力;摩擦力;旋转摩擦力。,1)、气体力：是个变化值。(气体压力)。其值决定的大小和活塞面积。气体力既作用在活塞顶面，也作用在气缸盖内壁（见图2）。对单作用压缩机：对曲柄连杆机构起压缩作用。,气体力,气体力,对双作用机：活塞向盖行程（压缩作用）和向轴行程时（拉伸作用），气体力对曲柄连杆机构交替地作用着压缩和拉伸力。,气体力为内力,作用在气缸盖上的气体力则与作用在活塞上的力大小相等，方向相反。并通过气缸盖上等固定件一直传递到主轴承上和通过曲柄连杆机构也传递至主轴承上的气体力相互抵消，故称为内力。但该力使固定机件及连接螺栓受其交变载荷作用，成为这些零件的主要载荷。,卧式机器设计支承的问提,卧式机器由于气缸轴线方向串联有机身、中体、接筒以及级差式气缸等零件而使机器过长，为支承其重量应设计成为不要限制其轴向位移的支承。否则会使中体与机身连接法兰处受力不均，甚至造成中体连接螺栓在下半周者断裂事故。,惯性力、活塞力,2）、惯性力，也是交变力。其和气体力构成活塞力。即：(使连杆受拉伸为正、压缩为负)。3）、活塞力，传递至十字头销（或活塞销）时，分解为两个力：侧向力及连杆力(见图2）。由图2知：,侧向力、连杆力的作用点,侧向力作用于十字头滑道上或气缸工作面上（筒形活塞）；连杆力作用于连杆轴线上，是连杆所承受的主要负载，它可传递至曲柄点B处，对主轴中心O构成一个力矩和一个力（作用于主轴承上）见图2。,连杆与气缸中心的夹角上式是根据及以及图2中,r和与的垂直关系而推出的。由于力矩和曲轴转向相反，起着阻止曲轴旋转的作用，故称为阻力矩。,阻力矩,自由力,至于又可（）再分解为一个侧向力和活塞力。和十字头销上的构成一个力矩(图2)；活塞力。,自由力,气体力和从固定件传来的气体力相互抵后，主轴O点处只作用着惯性力。它和曲柄销中心B点处作用着的旋转惯性力（离心力），这两个力无法在内部平衡，都会传到机器外，故称自由力或外力。,4）从另一方面讲，曲柄销上的力也可分解成下列两力：T、R（1）、是与曲柄销垂直的力称为切向力（定义反旋转时为正）并等于：,切向力、阻力矩,切向力、阻力矩,切向力对主轴形成的力矩为：可见与前述完全相同，实际上就是阻力矩，即。,（2）另一个与曲柄方向平行的力(见图2)，称为法向力：它作用在曲柄销上，（定义使曲柄拉伸为正）影响曲柄的摩损）,法向力,余下的力、力矩,综上所述：压缩机在运行中的作用力（除平衡的外）其余下下列几项：倾覆力矩；阻力矩；惯性力以及旋转惯性力。,二、压缩机中各力的影响作用（指剩余的力、力矩）1)倾覆力矩经推导:即数值上等于阻力矩，作用在机身上、下方，方向基本上是顺曲轴转向。,倾覆力矩,对立式机器而言，有使机器倾倒之势，故称倾覆力矩，它在机器内无法得到平衡，并会导致机器振动（特别是立式机器）。对于卧式机器，垂直作用在中体导轨上，故不易发生振动现象，但中体刚性不足时，仍会导致固定件垂直于地面的振动。,倾覆力矩最终由机身下方的地基螺栓所承受并传至基础。当压缩机与驱动机共处在同一基础之上时，驱动机的固定件（如电动机的定子，柴油机机身）上的反倾覆力矩和压缩机的倾覆力矩在基础内可相互抵消，就是瞬时不完全相等，但差值不大，易被基础承受之。,2）阻力矩是与驱动力矩相反的力矩。作用在曲柄销上的（或）起到阻止压缩机旋转的作用，实际上就是压缩机的耗功。,阻力矩,3）惯性力及以及他们的矩、，由前述可知，惯性力随曲轴转角而周期性的变化着，且为自由力而传至基础上，引起基础振动，由于振动，噪声也会大，会缩短基础及周围建筑物的寿命。严重时会使建筑物因共振而毁坏。,惯性力及其力矩,惯性力及其力矩,振动还会消耗能量，影响机器正常运转，有时会使紧固螺栓松动，使零件过载而破坏。基础的不均匀下沉，有时也是惯性振动引起的。故惯性力是我们不喜欢的。,综上所述，在活塞式压缩机中，气体力属于内力，一般不传到机器外边来；往复惯性力和旋转惯性力是自由力能传到机器外边，并可能导致机器振动。,倾覆力矩属自由力矩也能传到机器外边，但是当压缩机和驱动机置于同一底座上或者压缩机与驱动机机身连成整体时，传出来的力矩是和之差。阻力矩和驱动力矩不一致需要用飞轮来均衡。,1、旋转惯性力的平衡包括静、动两个平衡。静平衡可使旋转质量力平衡；动平衡可使旋转质量力、旋转惯性力矩都得到平衡。,第三节、压缩机中惯性力的平衡,单列压缩机旋转惯性力可在两侧曲柄下各加一个平衡重，每块平衡重为，可使。各列机型，则依靠列间夹角，曲柄错角的排列，可轻易的达到，但无法使。,2、往复惯性力的平衡（针对D型、M型讲）D型对动式压缩机当相对列的往复质量相等并为，曲柄半径相同并为r时，因其相对列的位移、速度、加速度数值均相等而方向相反，故一阶惯性力二阶惯性力和旋转惯性力都相互抵消。,往复惯性力的平衡的平衡问题,D型对动式压缩机,仅剩未平衡的惯性力矩：为列间距,但由于较小（因位于机身两侧）故上述力矩不大，不去管他们，也可通过加平衡重的方法给与消除。,D型对动式压缩机,M型机的平衡问题,M型，是四列对动式的机器时，其平衡性更好（两对列夹角为90）。四列组合其合成切向力较好，但也存在一、二阶惯性力矩，可通过加平衡锤的方法去除。