第4章活塞式壓縮機(jī)中作用力分析1

壓縮機(jī)中作用力分析各種作用力是進(jìn)行壓縮機(jī)零部件計(jì)算的依據(jù)，并為所需要的飛輪矩提出計(jì)算方法，為評(píng)價(jià)各類(lèi)型壓縮機(jī)的動(dòng)力平衡奠定基礎(chǔ)。壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的作用力主要有三類(lèi)(1)往復(fù)和不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量造成的慣性力(2)氣體壓力所造成的作用力(3)接觸表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型及幾何關(guān)系2由幾何關(guān)系：即連桿在擺動(dòng)平面內(nèi)偏離氣缸中心線(xiàn)的夾角，并規(guī)定在

范圍內(nèi)

為正值

范圍內(nèi)為負(fù)值

連桿比3

通常認(rèn)為壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速n是不變的

所以活塞的速度

活塞的加速度

45列的活塞力

曲柄和連桿運(yùn)動(dòng)分析曲柄銷(xiāo)B點(diǎn)作均速旋轉(zhuǎn)，切向線(xiàn)速度及向心加速度為連桿擺角位移、速度和角速度根據(jù)力學(xué)，慣性力的大小，決定于運(yùn)動(dòng)零件的質(zhì)量和加速度。因此，要討論曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力，除前面已經(jīng)分析的運(yùn)動(dòng)關(guān)系外，還必須確定運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量。6

曲柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化的原則是保持系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)上的等效性活塞運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量連桿作擺動(dòng)，它的大頭裝在曲柄銷(xiāo)上，隨曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；小頭與活塞銷(xiāo)(或十字頭銷(xiāo)）相連，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)連桿是作平面運(yùn)動(dòng)。由于連桿的大部分質(zhì)量集中在大、小頭上，通常將連桿的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為兩部分。7運(yùn)動(dòng)質(zhì)量確定

連桿質(zhì)量的一部分集中在A點(diǎn)，另一部分集中在B點(diǎn)

對(duì)已經(jīng)有的連桿質(zhì)量轉(zhuǎn)化可以用稱(chēng)重的方法

轉(zhuǎn)換前后總質(zhì)量不變，質(zhì)心位置不變高轉(zhuǎn)速機(jī)器，連桿旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量應(yīng)取上限值8

曲拐部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化

在高速壓縮機(jī)中，由于行程短，主軸頸與曲柄銷(xiāo)往往是重疊的作為負(fù)值代入即可9質(zhì)量轉(zhuǎn)換

經(jīng)過(guò)上述質(zhì)量轉(zhuǎn)化，將曲柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量分別轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量它們分別集中作用于A點(diǎn)和B點(diǎn)。其大小由下式確定A點(diǎn)B點(diǎn)經(jīng)過(guò)上述質(zhì)量轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)化了曲柄連桿機(jī)構(gòu)慣性力的計(jì)算10列的慣性力往復(fù)慣性力往復(fù)運(yùn)動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的往復(fù)慣性力為變化周期等于曲軸旋轉(zhuǎn)—周的時(shí)間，最大值發(fā)生在最小值發(fā)生在，變化周期為曲軸旋轉(zhuǎn)半周的時(shí)間

往復(fù)慣性力是沿氣缸中心線(xiàn)作用，并規(guī)定在連桿中引起拉伸的慣性力為正否則為負(fù)，在以后的計(jì)算中不再顧及符號(hào)

11

二階往復(fù)慣性力變化的周期為曲軸回轉(zhuǎn)半周的時(shí)間，最大值在曲軸回轉(zhuǎn)一周內(nèi)會(huì)出現(xiàn)二次二階往復(fù)慣性力的最小值發(fā)生在應(yīng)該注意：不論一階和二階往復(fù)慣性力，其力的方向總是沿著該列氣缸軸線(xiàn)方向，僅大小隨著曲柄的轉(zhuǎn)角周期變化著，在慣性力中，起主要作用的是一階往復(fù)慣性力。12

時(shí)總的慣性力變化曲線(xiàn)如果對(duì)往復(fù)慣性力對(duì)轉(zhuǎn)角求導(dǎo)數(shù)，并令其為零，則得到往復(fù)慣性力的最大、最小值的曲柄轉(zhuǎn)角位置13慣性力如果取慣性力達(dá)到極限值當(dāng)往復(fù)慣性力達(dá)到最大值往復(fù)慣性力到達(dá)最小值如取只有當(dāng)才有實(shí)際意義，當(dāng)時(shí)，慣性力的最小值不發(fā)生在活塞的內(nèi)止點(diǎn)位置處，而是在內(nèi)止點(diǎn)附近14

慣性力旋轉(zhuǎn)慣性力不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量引起的旋轉(zhuǎn)慣性力(離心力)

該力沿曲柄半徑方向作用，規(guī)定引起曲柄拉伸的力為正，符號(hào)可以不考慮

氣體壓力所造成的作用力——?dú)怏w力作用在活塞上的氣體力，為活塞兩側(cè)氣體壓力與相應(yīng)活塞有效面積的乘積之代數(shù)和，氣體力的正負(fù)按慣性力的同樣規(guī)則確定。對(duì)于單作用壓縮機(jī)，氣體力基本上使曲柄連桿機(jī)構(gòu)受壓縮；對(duì)于雙作用壓縮機(jī)，軸側(cè)氣缸工作容積所產(chǎn)生的氣體力使曲柄連桿機(jī)構(gòu)受拉伸，蓋側(cè)氣缸工作容積所產(chǎn)生的氣體力使曲柄連桿機(jī)構(gòu)受壓縮，因此在向蓋行程和向軸行程中，氣體力使曲柄連桿機(jī)構(gòu)交替地承受壓縮和拉伸。15列的氣體力

16縱坐標(biāo)為氣體的壓力，橫坐標(biāo)為活塞的行程當(dāng)量行程膨脹過(guò)程氣體力

直至對(duì)于蓋側(cè)工作容積的膨脹過(guò)程從外止點(diǎn)算起17進(jìn)氣過(guò)程氣體力應(yīng)從膨脹結(jié)束點(diǎn)算起，而進(jìn)氣過(guò)程的結(jié)束點(diǎn)即壓縮過(guò)程氣體力直至排氣過(guò)程氣體力18

蓋側(cè)氣缸工作容積指示圖計(jì)算表19

軸側(cè)氣缸工作容積指示圖按照同樣的方法計(jì)算，只是相對(duì)于不同曲柄轉(zhuǎn)角下的活塞位移相應(yīng)的壓縮過(guò)程應(yīng)從外止點(diǎn)算起，相應(yīng)的膨脹過(guò)程應(yīng)從內(nèi)止點(diǎn)算起20

相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間產(chǎn)生的摩擦力壓縮機(jī)各部分的摩擦功率占總功率的比例，根據(jù)計(jì)算的資料及壓縮機(jī)試驗(yàn)的部分結(jié)果，大致為：往復(fù)摩擦功率占總摩擦功率的60％～70％，旋轉(zhuǎn)摩擦功率占總摩擦功率的40％～30％，因此可得往復(fù)摩擦力和旋轉(zhuǎn)摩擦力分別為21摩擦力

摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向相反。向軸行程的往復(fù)摩擦力始終沿氣