第5章-活塞式压缩机惯性力平衡2
(完整版)活塞式压缩机的受力分析

I I I II
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
II msr 2 cos 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 00 时,为最大值:
旋转的作用,故称为阻力矩。
自由力
至于PL 又可( P / PL cos )再分解
为一个侧向力 N 和活塞力 P 。 N
和十字头销上的 N 构成一个力矩 Nh'
(图2);
活塞力 P Pg I 。
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 I 。
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。
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 I ,也是交变力。其 和气体力构成活塞力。即:P Pg I
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。
mr —旋转质量=曲轴的旋转质量+
(0.6-0.7)连杆质量。
第二节、压缩机中的作用力
一、压缩机运行时的作用力
①空负载运行中:曲柄连杆机构只产生惯 性力和摩擦力。
②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。
12.活塞式压缩机受哪些力?试分别叙述他们的作用位置?压缩机惯性力如何平衡

12.活塞式压缩机受哪些力?试分别叙述他们的作用位置?压缩机惯性力如何平衡答:压缩机中的作用力主要有气体压力,曲柄连杆机构运动时产生的惯性力和摩擦力。
气体压力作用在活塞顶部和气缸盖上。
作用在活塞上的力叫做活塞力,活塞力沿着活塞、活塞杆、十字头传给十字头销。
压缩机的一阶惯性力通常通过设置飞轮的方法来平衡,而二阶惯性力是无法平衡的。
13.压缩机常见故障有哪些?分析原因答:常见故障及其原因和措施排气量不足:排气量不足是与压缩机的设计气量相比而言。
主要可从下述几方面考虑:1、进气滤清器的故障:积垢堵塞,使排气量减少;吸气管太长,管径太小,致使吸气阻力增大影响了气量,要定期清洗滤清器。
2、压缩机转速降低使排气量降低:空气压缩机使用不当,因空气压缩机的排气量是按一定的海拔高度、吸气温度、湿度设计的,当把它使用在超过上述标准的高原上时,吸气压力降低等,排气量必然降低。
3、气缸、活塞、活塞环磨损严重、超差、使有关间隙增大,泄漏量增大,影响到了排气量。
属于正常磨时,需及时更换易损件,如活塞环等。
属于安装不正确,间隙留得不合适时,应按图纸给予纠正,如无图纸时,可取经验资料,对于活塞与气缸之间沿圆周的间隙,如为铸铁活塞时,间隙值为气缸直径的0.06/100~0.09/100;对于铝合金活塞,间隙为气径直径的0.12/100~0.18/100;钢活塞可取铝合金活塞的较小值。
4、填料函不严产生漏气使气量降低。
其原因首先是填料函本身制造时不合要求;其次可能是由于在安装时,活塞杆与填料函中心对中不好,产生磨损、拉伤等造成漏气;一般在填料函处加注润滑油,它起润滑、密封、冷却作用。
5、压缩机吸、排气阀的故障对排气量的影响。
阀座与阀片间掉入金属碎片或其它杂物,关闭不严,形成漏气。
这不仅影响排气量,而且还影响间级压力和温度的变化;阀座与阀片接触不严形成漏气而影响了排气量,一个是制造质量问题,如阀片翘曲等,第二是由于阀座与阀片磨损严重而形成漏气。
活塞式压缩机惯性力平衡分析与计算

钱新春,屈宗长
Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
−ms a = −ms rω 2 ( cos θ + λ cos 2θ ) = − ( FIs + FIIs ) FIs = Fr = −mr rω 2
(1)
式中: a -活塞运动加速度(m/s2);
FIs 、 FIIs -分别为一阶和二阶往复惯性力(N);
Fr -旋转惯性力(N); ms -往复运动质量(kg);
r -曲轴的回转半径(m);
λ -曲柄半径连杆比(即回转半径 r 与连杆长度 l 的比值); θ -曲轴的转角(˚); ω -曲轴的旋转角速度(1/s);
在压缩机作用的分析计算中,一般规定使连杆受拉的力为正,受压为负。曲柄承受拉力为正,否则为 负,这样式(1)中符号不再考虑。
′ 和 ms ′′ ,而旋转质量为 mr ′和 根据式(1),当两列的曲柄夹角 δ = 90 时,二列的往复运动质量分别为 ms ′′ ,由相位角确定准则,取第一列为基准列,其曲柄的转角为 θ1 ,则同一瞬时第二列曲柄转角为 θ 2 ,第 mr
th th th
Received: May 25 , 2017; accepted: Jun. 7 , 2017; published: Jun. 14 , 2017
Abstract
Based on inertial force and torque equilibrium problems of the piston compressor, the plus criterion is given. The inertia force and torque equilibrium are introduced in detail on account of the criterion with two columns of the compressor as an example. The methods provided some guidance for the calculation of the compressor.
第5章 活塞压缩机动力计算

44
惯性力(矩)的平衡
单列压缩机往复惯性力(矩)
不能通过加平衡重的方法平衡 正反转质量平衡系统 有时加平衡重:惯性力转移30%~50%到另外的方向
45
惯性力(矩)的平衡
多列压缩机惯性力(矩)
F 'Is ,1 + F "Is ,1
通过各列曲拐错角的合理配置,实现平衡 同一曲拐配置多列气缸,各气缸配置合适 中心线夹角
ms ,1
1
a
b c
ms ,1
F 'Is ,2 + F "Is ,2
质量的转化
⎧ml = ml′ + ml′′ ⎨ ⎩ml′l1 = ml′′l2
ml′ = (0.3 ~ 0.4 )ml
ml′′ = (0.7 ~ 0.6)ml
16
惯性力计算
质量的转化
′ + mk ′′ mk = mk
ρ
r
17
惯性力计算
质量的转换
mr = mk + m "l
l
往复运动质量 回转运动质量
4
曲柄—连杆机构的感性认识
实例1:无十字头(中小型) — — 双W型
?
5
曲柄—连杆机构的感性认识
实例2:有十字头(大中型)
6
曲柄—连杆机构的感性认识
运动机构中的零部件
曲轴
连杆 十字头 活塞
?
?
7
如何进行动力计算?
复杂ÆÆ简单
运动部件(曲柄连杆机构)
曲轴、连杆、活塞、(十字头、活塞杆) 曲柄销中心点的回转运动 活塞销(或十字头销)中心点的往复直 线运动 连杆做平面运动
活塞式压缩机惯性力平衡素材课件

进一步研究活塞式压缩机
1
的动力学特性和惯性力产
生机理,为优化平衡技术
提供理论支持。
4
推动相关标准的制定和完 善,促进活塞式压缩机行 业的健康发展。
2
探索新型的平衡方法和材
料,提高平衡效果和压缩
机的性能。
3 加强智能化技术在活塞式
压缩机惯性力平衡中的应
用,实现实时监测和自动
调整。
THANKS
感谢您的观看
压缩过程
气体通过进气阀进入气缸 ,然后被活塞压缩,最后 通过排气阀排出气缸。
动力来源
活塞式压缩机的动力来源 于电动机或发动机,通过 曲轴连杆机构将旋转运动 转换为活塞的往复运动。
活塞式压缩机的结构
主要组成
活塞式压缩机主要由气缸 、活塞、曲轴连杆机构、 进排气阀等部分组成。
气缸排列
根据需要,气缸可以单列 或双列排列,以适应不同 压力和流量的需求。
可靠性高
活塞式压缩机的结构简单,各部 件之间的连接和配合都比较可靠 ,因此具有较高的可靠性。
Part
02
惯性力的产生与影响
惯性力的定义
总结词
惯性力是指物体在加速或减速运动时 ,由于物体具有的惯性而产生的力。
详细描述
惯性力是由于物体质量的存在,在运 动状态改变时产生的力。它是一种假 想的力,实际上并不存在,只是为了 描述物体运动状态改变的原因。
惯性力的产生原理
总结词
惯性力的大小与物体的质量成正比,与物体的加速度大小成正比。
详细描述
根据牛顿第二定律,当物体受到外力作用时,会产生加速度,改变物体的运动状 态。由于物体具有惯性,它会对这个外力产生反抗作用,这个反抗作用就是惯性 力。惯性力的大小与物体的质量成正比,与物体的加速度大小成正比。
12.活塞式压缩机受哪些力?试分别叙述他们的作用位置?压缩机惯性力如何平衡

12.活塞式压缩机受哪些力?试分别叙述他们的作用位置?压缩机惯性力如何平衡答:压缩机中的作用力主要有气体压力,曲柄连杆机构运动时产生的惯性力和摩擦力。
气体压力作用在活塞顶部和气缸盖上。
作用在活塞上的力叫做活塞力,活塞力沿着活塞、活塞杆、十字头传给十字头销。
压缩机的一阶惯性力通常通过设置飞轮的方法来平衡,而二阶惯性力是无法平衡的。
13.压缩机常见故障有哪些?分析原因答:常见故障及其原因和措施排气量不足:排气量不足是与压缩机的设计气量相比而言。
主要可从下述几方面考虑:1、进气滤清器的故障:积垢堵塞,使排气量减少;吸气管太长,管径太小,致使吸气阻力增大影响了气量,要定期清洗滤清器。
2、压缩机转速降低使排气量降低:空气压缩机使用不当,因空气压缩机的排气量是按一定的海拔高度、吸气温度、湿度设计的,当把它使用在超过上述标准的高原上时,吸气压力降低等,排气量必然降低。
3、气缸、活塞、活塞环磨损严重、超差、使有关间隙增大,泄漏量增大,影响到了排气量。
属于正常磨时,需及时更换易损件,如活塞环等。
属于安装不正确,间隙留得不合适时,应按图纸给予纠正,如无图纸时,可取经验资料,对于活塞与气缸之间沿圆周的间隙,如为铸铁活塞时,间隙值为气缸直径的0.06/100~0.09/100;对于铝合金活塞,间隙为气径直径的0.12/100~0.18/100;钢活塞可取铝合金活塞的较小值。
4、填料函不严产生漏气使气量降低。
其原因首先是填料函本身制造时不合要求;其次可能是由于在安装时,活塞杆与填料函中心对中不好,产生磨损、拉伤等造成漏气;一般在填料函处加注润滑油,它起润滑、密封、冷却作用。
5、压缩机吸、排气阀的故障对排气量的影响。
阀座与阀片间掉入金属碎片或其它杂物,关闭不严,形成漏气。
这不仅影响排气量,而且还影响间级压力和温度的变化;阀座与阀片接触不严形成漏气而影响了排气量,一个是制造质量问题,如阀片翘曲等,第二是由于阀座与阀片磨损严重而形成漏气。
活塞式压缩机曲轴的质量在进行惯性力计算

活塞式压缩机曲轴的质量在进行惯性力计算活塞式压缩机是一种常见的压缩机类型,广泛应用于制冷、空调、石油、化工等领域。
曲轴是活塞式压缩机的重要组成部分之一,其质量特性在进行惯性力计算时需要重视。
活塞式压缩机曲轴的质量对于整个压缩机的稳定运行和性能具有重要影响。
质量的合理设计和控制可以有效提高压缩机的工作效率和寿命。
在进行活塞式压缩机曲轴的质量计算时,需要考虑曲轴的形状、材料和制造工艺等因素。
曲轴是由多个连续连接的曲轴片组成,其中每个曲轴片的形状和质量都会对整个曲轴的质量产生不同程度的影响。
曲轴的形状是影响其质量的重要因素之一。
一般来说,曲轴的形状应该尽量简化,以减少材料的使用量和制造的复杂度。
过于复杂的形状会增加制造成本,并可能导致曲轴的不稳定性,从而影响压缩机的工作效率。
曲轴的材料也是决定其质量的重要因素。
一般情况下,曲轴应选择高强度、高硬度和良好的热稳定性的材料,以确保其在高速旋转和高温环境下的良好性能。
常用的材料包括高碳钢、合金钢和铸铁等。
曲轴的制造工艺也对其质量产生重要影响。
曲轴制造应采用精密的加工工艺,包括精密铸造、精密热处理和精密磨削等,以确保曲轴的尺寸精度和表面质量。
合理的制造工艺可以提高曲轴的抗疲劳性和使用寿命。
在进行活塞式压缩机曲轴的惯性力计算时,曲轴的质量特性也需要考虑。
惯性力是由于曲轴的转动产生的离心力和摆动力所引起的力。
这些惯性力会对曲轴产生一定的载荷,进而影响整个压缩机的运行稳定性。
为了进行准确的惯性力计算,需要对曲轴的质量进行精确的测量和分析。
可以通过离心力试验和动力学模拟等方法来确定曲轴的质量特性和惯性力。
在实际计算中,还需要考虑曲轴的转速、负荷和摆幅等因素,以获得更准确的结果。
综上所述,活塞式压缩机曲轴的质量在进行惯性力计算时是一个重要的考虑因素。
合理设计和控制曲轴的形状、材料和制造工艺,对于提高压缩机的性能和稳定性具有重要意义。
同时,在惯性力计算中精确测量和分析曲轴的质量特性,可以为压缩机的设计和优化提供有力支持。
活塞压缩机连杆惯性力的分析

1 引言
在 活 塞 压 缩 机 中 ,活 塞 组 件 、 十 字 头 组 件 作
往复运动 ,形成往 复惯性力作用 在压缩机上 ,是 导致压缩机振动 的一个重要 因素 。连杆设计不合
理 时 ,甚 至会 导致 连 杆 断 裂 f l 1 。一 些 研 究 人 员 对 连
杆进行 了有 限元分析[ 2 3 】 ,分析 了连杆 的强度 ,对 连杆设计很有益处 。但仍然需要对 连杆进行 系统 的研究 ,以指导设计[ 4 1 。连杆小头作往复运动 ,大 头作旋转运动 。一 般都进行简化处 理 ,用假想 的 集 中质量代替连杆 实际 的分布质量 ,使前者产 生
6 % w i t h s i mp l i i f e d a l g o i r t h m f o r mo v a b l e c o l u mn a r r a n g e me n t .wh i c h c a n me e t e n g i n e e r i n g r e q u i r e me n t s .T he c a l c u l a t i o n r e s u l t s
HOU F a n g - y o n g , Z HANG Z h a o , J I AN Z h i — f a n g , YANG L i a n g - we i ( 1 . S c h o o l o f E n e r g y a n d P o w e r E n g i n e e r i n g ,X i a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y , X i a n 7 1 0 0 4 9 , C h i n a ; 2 . X i a l l Z h i C o l l e g e o f Xi n a U n i v e r s i t y o f F i n a n c e
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对二阶惯性力矩求导,得到力矩的位置和极值
1650 / 3450
750 / 2550
M
'' Is max
3ams r 2
'' 2 M Is min 3ams r
5
一,二阶惯性力平衡的五列对置式方案
6
1
角度式压缩机的惯性力平衡 连杆并列的对置式压缩机 两对置列的连杆置于同一曲拐上, 这种方案的列数都为偶数。当为 两列时,其平衡情况和下面分析 的V型压缩机夹角由900扩大 到大到1800时完全一样。若两列往复质量相等,则一阶往复 惯性力的合力为两列的一阶住复惯性力之和,二阶往复惯 性力的合力为零,因列间距很小,合力矩甚微,国内某些 小型压缩机中有采用的。当采用四列时,也可使一阶、二 阶往复惯性力的合力都等于零,但合力矩较对动式大一倍, 故在小型压缩机可采用,大型时可采用六、八列,所有的 合力和合力矩均为零。
2
sin( ) 0 2
10
900 +
2
椭圆的长轴在垂直方向,短轴在水平方向 曲柄在水平方向
2
FIv 2ms r 2 cos
FIl 2ms r 2 sin 2
cos( ) 0 2 2
sin( ) AIl 2
当
900
sin 2 cos 2
i i i
。
按下式计算
tg
FIIl 3tg 2 FIIv
FIIl
3 ms r 2 sin 2 2
第一列曲柄相对于Y轴的夹角 i 任一列气缸中心线与Y轴的夹角(Y轴的右侧为正,左侧为负)
i
任一列曲柄顺旋转方向相对于第一列曲柄的错角
18 17
力的合力虽然是定值,但其变化频率是转速的 两倍,故不能简单加平衡重加以平衡
300 , 2100
1200 , 3100
对一阶惯性力矩求导,得到力矩的位置和极值
' dM Is 1 ams r 2 ( 3sin 3 cos ) d 2
旋转惯性力矩
tg
M r 3mr r 2 a
3
3 3
300
2100
4
300
7
V型压缩机因为两列气缸中心线在曲轴 轴线方向的的距离很小(仅为连杆宽 度),故可认为它们的惯性力处于垂直 曲轴轴线的同一平面中,且惯性力的 合成仅为两力的矢量和,其惯性力矩 很小而可忽略。 图中按旋转方向右列比左列落后 角,即左 列处于外点时( 0 )、右列要再转过 达外止点( )。 现在先分析以左列为基准的一阶往复惯性力
3
第三种类型
在分析多列压缩机惯性力时,应特别注意两个主要的问题, 否则将会得出不正确的结果 第一,注意各列曲柄转角的相位
i i i
从基准列开始顺曲轴转向为 正值,否则为负值;
i
基准列某时刻的曲柄转角,常以压缩机 非驱动侧第一列为基准列 同一时刻任意i列的曲柄转角,以基 准列为起点,顺曲轴转向为正值 任意i列与基准列气缸中心线间的夹角,顺曲轴 转向为正值,否则为负值
令
AIv 2 FIm ax cos2 AIl 2 FIm ax sin 2
2
2
垂直方向上
FIv ms' r 2 cos cos 2ms r 2 cos 2
2
ms'' r 2 cos( ) cos
2
2 FI FIv FIl2
FIv cos( ) AIv 2
FIv ms' r 2 cos( ) cos ms'' r 2 cos ms''' r 2 cos( ) cos
从以上分析可知,对于v型压缩机当两列气缸轴线夹角Y=90。, 两列的往复质量相等时,一阶往复惯性力的合力为定值,即等于一 列的一阶往复惯性力的最大值,方向始终处于曲柄方向,也就是随 着曲轴一起旋转的。因此可以加平衡重予以平衡。若平衡重质心 距曲轴中心为r,则顾及旋转质量mr时,平衡重质量应为m0=mr+ms
角才
FI' ms' r 2 cos
FI'' ms'' r 2 cos( )
假定两列往复质量相等,即
ms' ms''
8
一阶往复惯性力它们各自作用在自己的气缸轴线方向上 把这两个周期相同,作用方向不同的力,分别投影到垂直方向和水 平方向,并各自相加,则沿一阶往复惯性力的两个分力:
16
m0
3 ms mr 2
为计算方便起见,在分析计算惯性力 及惯性力矩的平衡中,采用平面直角 坐标系,并将坐标原点 O 设在压缩机 曲轴旋转平面中心,图是双重v形 压缩机在平面直角坐标系中的位置示 意图 任意列曲柄对于本列气缸中心线的转角 i
i
1 FIIv ms r 2 cos 2 2
对二阶惯性力求导,得到极值的位置和相应的转角
tg 2 3
2 FI''max min 2 ms r
'' Is
1 ams r 2 (3cos 3 sin ) 2
2
M a ms1r [cos 2 cos 2(120 )] 1 a ms r 2 (3cos 2 3 sin 2 ) 2
以图中第3列为基准,当三列的往复、旋转质量各自相等时,即
往复式压缩机惯性力平衡
对置式压缩机
一般为三列以上的奇数列,曲 拐错角一般在3600内均匀分配。 其一、二阶往复惯性力和旋转 惯性力平衡情况类似于多列立 式或卧式压缩机,但每列的惯 性力应以某列的外止点为准。
ms1 ms 2 ms 3 ms
FII' ms' r 2 cos 2
FII'' ms'' r 2 cos 2( )
ms' ms''
二阶往复惯性力合力的垂直方向和水平方向分力分别为
FIIv 2 ms' r 2 cos cos(2 ) cos 2
FIIl 2 ms' r 2 sin sin(2 ) sin 2
i 任意i 列与基准列的曲柄错角, i
i
19
4
2 tg 2 1 2 2
AIl AIv AIl =AIv AI
2
椭圆的长轴在水平方向,短轴在垂直方向 当
=900
2 FIv F2 Il 1 2 2 AIv AIl
sin 2 cos 2
椭圆的两个主轴在垂直和水平方向,且垂直方向的半轴 长度为AIv,水平方向的半轴长度为AIl 研究气缸中心线夹角 的影响 sin 2
2 tg 2 =1 2 2
2 FIv FIl2 AI2
当
900
cos 2
2 tg 2 1 2 2
AIl AIv
2 AI FIv FIl2
椭圆就锐化为圆,其半径为
12
11
2
至于v型压缩机中的二阶惯性力,可以相仿地写出
2 AI FIv FIl2
FIIv 0
13
FIIv 2 ms r 2 cos 2
14
二阶往复惯性力的合力始终处于水平方向,其位随二倍于主轴旋转角速度而变化, 显然,二阶往复惯性力是无法简单地利用平衡重予以平衡的。
2 FI FIv FIl2 ms r 2
W型压缩机
若以垂直地面的中间列为基准,可写 出其一阶往复惯性力合力在垂直方向和 水平方向的分力为
' M Is max
1 ams r 2 (3cos 30 3 sin 30) 3ams r 2 2
2100
' M Is max
1 ams r 2 (3cos 210 3 sin 210) 3ams r 2 2
三列对置式压缩机其一阶往复惯性力和旋转惯性力能自 动平衡,总切向力曲线比较均匀。这种方案对小型压缩 机来说,由于往复运动质量ms数值不大,二阶往复惯性 力的存在不会引起问题,但在大型压缩机中,因ms很大, 二阶往夏惯性力的存在便需要引起重视,因此也有设计 成曲拐错角 在360 0内不是均匀分布的方案,其原则是 仍使一阶往复惯性力合力等于零,而二阶往复惯性力的 合力最大位值减小一些。
FIl sin( ) AIl 2
cos( ) 2 2
水平方向上
FIl m r cos sin
' s 2
tg
2
FIl FIv
2 FIv F2 Il cos2 ( ) sin 2 ( ) 1 2 2 AIv AIl 2 2
椭圆方程式
r 2 ms [cos 2 cos 2(1200 ) cos 2(60 )] 3 r 2 ms (cos 2 3 sin 2 ) 2
2
Fr 0
惯性力矩的计算同前
' M Is ams r 2 [(cos cos(120 )]
2
m r cos( ) sin
'' s
2
当
2
2
2
曲柄在垂直方向
2 cos( ) 2ms r 2 cos 2 =AIv 2 2
2ms r sin
2
2
2
sin( ) 2