第4章活塞式压缩机中作用力分析1

1、1压缩机中作用力分析各种作用力是进行压缩机零部件各种作用力是进行压缩机零部件计算的依据计算的依据，并为所需要的飞，并为所需要的飞轮矩提出轮矩提出计算方法计算方法，为评价各类型压缩机的动力平衡，为评价各类型压缩机的动力平衡奠定基础。奠定基础。压缩机正常运转时产生的作用力主要有三类压缩机正常运转时产生的作用力主要有三类 (1)(1)往复和不平衡旋转质量造成的惯性力往复和不平衡旋转质量造成的惯性力(2)(2)气体压力所造成的作用力气体压力所造成的作用力(3)(3)接触表面相对运动时产生的摩擦力接触表面相对运动时产生的摩擦力2曲柄连杆机构的运动分析曲柄连杆机构的类型及几何关系曲柄连杆机构的类型及几何关

2、系3由几何关系：由几何关系：)coscos(rlrlCOAOx 即连杆在摆动平面内偏离气缸中心线的夹角，并规定在 0180范围内 为正值 180360范围内为负值 EBCEBO在和sinsinsinsinlrcossinsin22211(cos )(sin)xr221111rl连杆比4 sinsincos )22通常认为压缩机的转速n是不变的 30ndtd所以活塞的速度 22sin2=(sin)21sindxdx dvrdtddt活塞的加速度 322223/222cos21sin 2(cos)4 (1sin)1sindvdv dardtddtsinsinsin22442211281163.55

3、(cos )(cos)xr1124(sinsin)vr22(coscos)ar221163.56列的活塞力列的活塞力 曲柄和连杆运动分析曲柄和连杆运动分析曲柄销B点作均速旋转，切向线速度及向心加速度为2rrvrararcsin( sin )连杆摆角位移、速度和角速度22cos1sincddt2222223/2sin(1)(1sin)cddt 根据力学，惯性力的大小，决定于运动零件的质量和加速度。根据力学，惯性力的大小，决定于运动零件的质量和加速度。因此，要讨论曲柄连杆机构的惯性力，除前面已经分析的运动因此，要讨论曲柄连杆机构的惯性力，除前面已经分析的运动关系外，还必须确定运动件的质量。关系外，

4、还必须确定运动件的质量。7 曲柄连杆机构的质量转化转化的原则是保持系统的动力学上的等效性转化的原则是保持系统的动力学上的等效性活塞运动部件的质量pm连杆作摆动，它的大头装在曲柄销上，随曲轴作旋转运动；小头与活塞销(或十字头销）相连，作往复运动，整个连杆是作平面运动。由于连杆的大部分质量集中在大、小头上，通常将连杆的质量转化为两部分。8运动质量确定 连杆质量的一部分集中在A点，另一部分集中在B点 ( . . )llmm 0 30 4( . . )llmm 0 70 6对已经有的连杆质量转化可以用称重的方法 12lllllmmmmlm l21lllllmmllmml转换前后总质量不变，质心位置不变

5、高转速机器，连杆旋转部分高转速机器，连杆旋转部分的质量的质量 应取上限值应取上限值lm9 曲拐部分质量转化 rkmmrkkkmmmrkm在高速压缩机中，由于行程短，主轴颈与曲柄销往往是重叠的作为负值代入即可10质量转换 smrm经过上述质量转化，将曲柄连杆机构的质量分别转换为往复运动质量和旋转运动质量它们分别集中作用于A点和B点。其大小由下式确定splrklmmmmmmA点B点经过上述质量转化简化了曲柄连杆机构惯性力的计算11列的惯性力(coscos)ar22往复惯性力 往复运动件在运动时产生的往复惯性力为-IssFma2-(coscos2 )IssFm rcos2rmFsIIs2cos2rm

6、FsIIIsIIIsIIsIsFFF变化周期等于曲轴旋转周的时间，最大值发生在 最小值发生在 ，变化周期为曲轴旋转半周的时间 往复惯性力是沿气缸中心线作用，并规定在连杆中引起拉伸的惯性力为正否则为负，在以后的计算中不再顾及符号 0=00=18022maxminIIIssIssFm rFm r 12 00=0=1802cos2rmFsIIIs二阶往复惯性力变化的周期为曲轴回转半周的时间，最大值在曲轴回转一周内会出现二次二阶往复惯性力的最小值发生在00=90=2702IIIssFm r 应该注意：不论一阶和二阶往复惯性力，其力的方向总是沿着该列气缸轴线方向，仅大小随着曲柄的转角周期变化着，在惯性力

7、中，起主要作用的是一阶往复惯性力。13 =1/4时总的惯性力变化曲线如果对往复惯性力对转角求导数，并令其为零，则得到往复惯性力的最大、最小值的曲柄转角位置22(sin2 sin2 )sin (14 cos )0IsssdFm rdm r 1/414惯性力sin0如果取惯性力达到极限值000180当00往复惯性力达到最大值2max(1)IssFm r0180往复惯性力到达最小值2max(1)IssFm r 如取1(14 cos )0cos4 只有当 才有实际意义，当 时，惯性力的最小值不发生在活塞的内止点位置处，而是在内止点附近141415 惯性力旋转惯性力 不平衡旋转质量不平衡旋转质量 rm引

8、起的旋转惯性力(离心力) 该力沿曲柄半径方向作用，规定引起曲柄拉伸的力为正，符号可以不考虑 2IrrFm r 气体压力所造成的作用力气体压力所造成的作用力气体力气体力作用在活塞上的气体力，为活塞两侧气体压力与相应活塞有效面积的乘积之代数和，气体力的正负按惯性力的同样规则确定。gipipp A对于单作用压缩机，气体力基本上使曲柄连杆机构受压缩；对于双作用压缩机，轴侧气缸工作容积所产生的气体力使曲柄连杆机构受拉伸，盖侧气缸工作容积所产生的气体力使曲柄连杆机构受压缩，因此在向盖行程和向轴行程中，气体力使曲柄连杆机构交替地承受压缩和拉伸。16列的气体力列的气体力 17纵坐标为气体的压力，横坐标为活塞的

9、行程当量行程0SSsssdddpppp膨胀过程气体力 00mmdciicpippip VpVVA SVA SA x()mgdggiiiSFp Ap AxS0000直至对于盖侧工作容积的膨胀过程从外止点算起18进气过程气体力进气过程气体力()gssgssgFp ApA1应从膨胀结束点算起，而进气过程的结束点即ie0180压缩过程气体力压缩过程气体力 ()ngiigsgiSSFp Ap AxS00直至idpp排气过程气体力排气过程气体力 ()gddgddgFp ApA12ci19 盖侧气缸工作容积指示图计算表20 222212(1cos )(11sin(11sinxrr）1=r(1+cos )-）轴侧气缸工作容积指示图按照同样的方法计算，只是相对于不同曲柄转角下 的活塞位移相应的压缩过程应从外止点算起，相应的膨胀过程应从内止点算起21 相对运动表面间产生的摩擦力相对运动表面间产生的摩擦力压缩机各部分的摩擦功率占总功率的比例，根据计算的资料及压缩机试验的部分结果，大致为：往复摩擦功率占总摩擦功率的6070，旋转摩擦功率占总摩擦功率的4030，因此可得往复摩擦力和旋转摩擦力分别为22摩擦力 ( /)( . . )imfPFSn11600 60 72( /)