第5章-活塞式压缩机惯性力平衡1
第5章-活塞式压缩机惯性力平衡2讲述
15
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。
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
FIv ms' r2 cos( )cos ms'' r2 cos ms'''r2 cos( )cos
' ''' FIl ms r2 cos( )sin ms r2 cos( )sin
3 ms r 2 cos 2 3 FIl ms r 2 sin 2 FIv
2 FI FIv FIl2
3 ms r 2 2
FIl tg tg FIv
4
300
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
对二阶惯性力矩求导，得到力矩的位置和极值
任意列曲柄对于本列气缸中心线的转角 i 按下式计算
i
i i i
。
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
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
2 FIv FIl2 2 2 cos ( ) sin ( ) 1 2 2 AIv AIl 2 2
活塞式压缩机惯性力的平衡有哪些措施
活塞式压缩机惯性力的平衡有哪些措施活塞式压缩机是一种常见的压缩机类型，广泛应用于工业生产中。
压缩机的运行中存在着惯性力的平衡问题，即活塞的往复运动会产生惯性力，对机器的稳定性和工作效率造成一定的影响。
因此，为了解决这一问题，人们采取了多种措施来平衡活塞式压缩机的惯性力。
1. 采用平衡重一种常见的平衡活塞惯性力的方法是采用平衡重。
平衡重通常位于活塞的接头处，在活塞的运动过程中，平衡重的质量会产生与活塞的运动方向相反的惯性力，从而实现惯性力的平衡。
平衡重的质量、形状和运动轨迹的设计对于平衡效果的影响较大，需要工程师进行精确计算和优化设计。
2. 使用双缸结构双缸结构是另一种常见的平衡活塞惯性力的方式。
在双缸结构中，主缸与副缸通过连杆相连，呈对称排列。
活塞在运动过程中，主缸和副缸的运动状态是反向的，从而相互抵消了惯性力的影响。
这种结构需要两个独立的气缸和连杆，增加了制造成本，但可以有效地平衡活塞的惯性力。
3. 使用平衡轴平衡轴是另一种常见的平衡活塞惯性力的解决方案。
平衡轴是一根平行于曲轴的轴，通过齿轮或链条与曲轴相连。
当活塞运动时，平衡轴会产生相反方向的惯性力，从而平衡活塞的惯性力。
平衡轴的设计需要考虑到与曲轴的同步性和平衡重量的配比等因素。
4. 优化活塞结构除了以上的平衡方法，优化活塞的结构也可以在一定程度上平衡活塞的惯性力。
例如，设计活塞的形状和重量分布，减小活塞的惯性力。
此外，采用轻质材料制造活塞，如铝合金等，也能减小活塞的质量，降低惯性力的影响。
综上所述，平衡活塞的惯性力是活塞式压缩机设计中需要解决的一个重要问题。
通过采用平衡重、双缸结构、平衡轴和优化活塞结构等措施能够有效地平衡活塞的惯性力，提高机器的稳定性和工作效率。
在实际应用中，需要根据具体的工况条件和要求选择合适的平衡方法，并进行精确的设计和优化。
这样才能满足生产过程中对活塞式压缩机性能的要求，确保其可靠、高效地工作。
活塞式压缩机旋转惯性力平衡方法有哪些
活塞式压缩机旋转惯性力平衡方法有哪些活塞式压缩机是一种常见的空气压缩设备，广泛应用于各个行业领域。
在活塞式压缩机的工作过程中，活塞的旋转惯性力会对整个设备的稳定性和性能产生一定的影响。
因此，为了提高活塞式压缩机的工作效率和使用寿命，我们需要采取合适的方法来平衡活塞的旋转惯性力。
一种常见的活塞式压缩机旋转惯性力平衡方法是采用配重块。
通过在活塞上安装适当的配重块，可以在活塞的轨迹上引入一个合适的离心力，来平衡活塞的旋转惯性力。
这种方法可以有效地减少活塞的振动和噪声，并提高设备的工作效率和稳定性。
同时，在设计配重块时需要考虑到活塞运动的频率和振幅，以确保配重块的安装位置和质量能够达到平衡效果。
另一种常用的平衡方法是采用对称布置。
通过在活塞上对称布置一定数量的配重块，可以使活塞在旋转过程中受到的惯性力相互抵消，从而达到平衡的效果。
这种方法相对于单一配重块的方法更加灵活，可以根据活塞的旋转情况和需求进行调整。
同时，对称布置的方法还能够提高活塞的稳定性和运行平衡度，降低因旋转惯性力带来的额外负荷和磨损。
此外，还可以采用其他辅助装置来平衡活塞的旋转惯性力。
例如，可以在活塞的轴承上安装一个阻尼器，通过阻尼器的摩擦力来平衡活塞的旋转惯性力。
这种方法结构简单，成本较低，可以在一定程度上减少活塞的振动和噪声。
另外，还可以通过改变活塞的几何形状，如增加活塞的长度或改变活塞的重心位置等，来改善活塞的旋转平衡性。
综上所述，为了平衡活塞式压缩机的旋转惯性力，我们可以采用配重块、对称布置和辅助装置等方法。
这些方法都可以有效地减少活塞的振动和噪声，提高设备的工作效率和稳定性。
在实际应用中，我们可以根据具体情况选择合适的方法，进行设计和调整，以达到最佳的平衡效果。
通过合理的旋转惯性力平衡方法，可以有效地提高活塞式压缩机的性能，延长其使用寿命。
第5章-活塞式压缩机惯性力平衡1
第一种类型，运动情况和单列的压缩机完全相同，仅往复质 量为两侧往复质量之和，多列时，其平衡情况与多列立式和 卧式压缩机相同，因为两侧气缸在同一轴线上，使气体力能 相互抵消一部分，改善运动机构和轴承的受力，超高压压缩 机采用 第二种类型 一般均为偶数列，运动情况 与V型压缩机将夹角扩大到 1800相同
如果两列的往复质量、旋转质量各自相等，即源自ms1 ms 2 ms
mr1 mr 2 mr
' ' ' 2 2 FIs FIs ,1 FIs ,2 ms1r cos ms 2 r cos 0
，
'' '' '' 2 2 FIs FIs ,1 FIs ,2 ms1r cos 2 ms 2 r cos 2 0
m p (0.15 ~ 0.2)ms
r ro
3
4
总上所述，在单列往复活塞压缩机中设置平衡质量，能够平衡其旋转惯 性力，并转移部分一阶往复惯性力。总的平衡质量 mb 为
卧式压缩机
多列压缩机惯性力的平衡 两列以上的压缩机称为多列压缩机由于列数较多，可以通过其结构的 合理布置，使惯性力得到部分或者全部平衡。常见的平衡方法有两种，一 种是通过各列曲拐错角的合理配置；另一种是在同一曲拐上配置几列气缸， 通过各列气缸中心线夹角的合理布置。 列指气缸中心线数或者连杆数
'' FIIS ms'' r 2 cos 2(90 ) ms'' r 2 cos 2
M I max ms r 2a M I min ms r 2a
11
Fr' mr' r 2
活塞式压缩机旋转惯性力平衡方法是什么原理
活塞式压缩机旋转惯性力平衡方法是什么原理活塞式压缩机是一种常见的压缩机类型，广泛应用于空气压缩、制冷和空调等领域。
在活塞式压缩机的运转过程中，由于活塞的旋转惯性力，会产生不平衡力，给设备的稳定性和运行效率带来一定影响。
为了解决这个问题，人们提出了活塞式压缩机旋转惯性力平衡方法。
活塞式压缩机旋转惯性力平衡方法的原理就是通过设计和安装平衡重量来抵消旋转惯性力。
具体而言，可以采取以下几种方法：1.对称平衡：活塞式压缩机的活塞通常设置在转子的中心，且有两个对称的活塞，在相对位置上呈对称排列。
这样，在活塞旋转的过程中，两个活塞上的旋转惯性力相互抵消，从而实现平衡。
2.平衡重量：通过在活塞和连杆上安装平衡重量，使得整个系统的旋转惯性力实现平衡。
平衡重量根据旋转惯性力需要产生的力矩大小来确定，并且需要与活塞和连杆的质量、长度等参数相协调。
3.旋转平衡器：使用旋转平衡器可以在转子的旋转轴上移动平衡质量，从而改变旋转惯性力的分布。
旋转平衡器的设计需要考虑旋转惯性力的大小、旋转速度等参数，以确保平衡效果。
4.惯性力矩补偿：通过在转子上设置惯性力矩的补偿结构来平衡旋转惯性力。
这种方法的关键是设计出合适的补偿结构，以产生与旋转惯性力大小相反的力矩，从而实现平衡。
综上所述，活塞式压缩机旋转惯性力平衡方法可以通过对称平衡、平衡重量、旋转平衡器和惯性力矩补偿等方式来实现。
这些方法的目的都是通过合理的设计和安装，抵消旋转惯性力，从而提高活塞式压缩机的稳定性和运行效率。
通过采用这些技术手段，可以使得活塞式压缩机在工作过程中更加平稳、可靠，并且更加节能高效。
在实际的工程应用中，需要根据具体的情况选择合适的平衡方法。
同时，还需要进行前期的设计计算和试验验证，以确保平衡方法的可行性和有效性。
通过不断的优化和改进，活塞式压缩机的旋转惯性力平衡技术将进一步发展，使得活塞式压缩机在各个领域的应用更加广泛和可靠。
(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.
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FI 0 FII 2ms r 2 cos 2
Fr 0
FI (ms' ms'' )r 2 cos
FII (ms' ms'' ) r 2 cos 2 Fr ( mr' mr'' ) r 2
2
M I ms r a cos
M I (ms' b ms'' c)r 2 cos
如果两列的往复质量、旋转质量各自相等，即
ms1 ms 2 ms
mr1 mr 2 mr
' ' ' 2 2 FIs FIs ,1 FIs ,2 ms1r cos ms 2 r cos 0
，
'' '' '' 2 2 FIs FIs ,1 FIs ,2 ms1r cos 2 ms 2 r cos 2 0
m p (0.15 ~ 0.2)ms
r ro
3
4
总上所述，在单列往复活塞压缩机中设置平衡质量，能够平衡其旋转惯 性力，并转移部分一阶往复惯性力。总的平衡质量 mb 为
卧式压缩机
多列压缩机惯性力的平衡 两列以上的压缩机称为多列压缩机由于列数较多，可以通过其结构的 合理布置，使惯性力得到部分或者全部平衡。常见的平衡方法有两种，一 种是通过各列曲拐错角的合理配置；另一种是在同一曲拐上配置几列气缸， 通过各列气缸中心线夹角的合理布置。 列指气缸中心线数或者连杆数
合成后的往复惯性力矩不等于零，会形成振动激发源，合成后 的旋转惯性力矩尽管不为零，但可以通过加平衡质量的方法平 衡。总体讲，这种结构型式的惯性力（矩）平衡效果也是很不 错的。 两列对动式结构
FIr 0
' M Is ams r 2 (cos cos(240 ))
'' M Is
旋转惯性力合力及合力矩可在每个曲柄上装平衡重的方法加以平衡
15 16
' ' ' ' FIs FIs ,1 FIs ,2 FIs ,3 ms1r 2 cos ms 2 r 2 cos(120 ) ms 3r 2 cos(240 ) 0
' '' '' '' FIs FIs ,1 FIs ,2 FIs ,3 ms1r 2 cos ms 2 r 2 cos 2(120 ) ms 3r 2 cos 2(240 ) 0
m0 m r r r0
，
则旋转惯性力被平衡掉
1
2
（2）往复惯性力的平衡及转移 实际上，单列压缩机的1阶往复惯性力采用简单的方式 是无法平衡，二阶往复惯性力则根本无法平衡 单列压缩机加装平衡重，只能将一阶往复 惯性力转过900 在单列卧式压缩机中常将一阶往复惯性 力的30％～50％转移至水平方向， 其平衡质量 m p r m p (0.3 ~ 0.5)m s ro 在立式压缩机中常将一阶往复惯性 力的15％～20％转移至水平方向， 其平衡质量 m p
FII (ms' ms'' ) r 2 cos 2
F m r cos
' IS ' s 2
' FIIS ms' r 2 cos 2
Fr' mr' r 2
第二列的惯性力，若以第一列 曲柄转角 为基准，则得
'' FIIS ms'' r 2 cos(180 )
，
ms 2 2ms
ms 2 2ms
惯性力和力矩均能平衡
两列往复、旋转质量各自相等时，两列对动式结构的惯性力（矩） 平衡效果是相当好的
21
三列对动式结构
四列对动式结构
22
多置式压缩机结构
对置式压缩机的气缸置于机身的两侧， 但相对列的活塞部件运动不对称。
根据运动的特点分为三种类型： 1、主副连杆的对置式压缩机（与单列或者多列的立式相同） 2、连杆并列的对置式压缩机（可以看作是气缸轴线错开180度角度式） 3、各列均有自己的曲拐的对置式压缩机（参照多列立式）
两列曲拐错角为900压缩机 第一列各惯性力为
' FIS ms' r 2 cos
' FIIS ms' r 2 cos 2
二阶往复惯性力的极值位置为 将 值代入： 当 =00 或者 当 =99; ms' r 2
第二列的惯性力，若以第一列 曲柄转角 为基准，第二 列超前第一列900
2 amr r 2 2
13
M r ( mr r 2b) 2 ( mr r 2c ) 2
一阶往复惯性力合力矩的极值位置
14
sin cos 0
tg 1
MI
0
1 mr r 2a (cos sin ) 2
45
225
0
曲拐错角为 120 的三列 立式（或卧式）结构
M I ms r 2 a cos
当 =00 时 当 =1800
sin =0
第一列各惯性力为
' FIS ms' r 2 cos
' FIIS ms' r 2 cos 2
第二列各惯性力为
'' FIIS ms'' r 2 cos(90 ) ms'' r 2 sin
cos sin 0
MI 1 mr r 2a (cos sin ) 2
FI ms r 2 (cos sin )
FI min 2mS r 2 FIm ax 2mS r 2
tg 1
1350 3150
M II ms r 2 cos 2
FI ms r 2 (cos sin )
FII 0
Fr 2mr r 2
一阶往复惯性力的合力矩 二阶往复惯性力的合力矩 旋转惯性力的合力矩
由上述计算可知， 900 两列压缩机，仅二阶往复惯性力在 机器中得到平衡，但两列为双作用时，可得到较为均匀的切 向力曲线，这对于大型压缩机减小飞轮尺寸是有利的，所以 0 常为两列双作用采用，两列均为单作用的压缩机取 180 一阶往复惯性力的极值位置
1
立式或卧式压缩机
两列曲拐错角为1800压缩机 第一列各惯性力为
特点：气缸中心线平行配置在曲轴同一侧
将两列的惯性力分别转化到系统的质心平面s—s上则得合力 和合力矩如下
一阶往复惯性力的合力 二阶往复惯性力的合力 旋转惯性力的合力 一阶往复惯性力的合力矩 二阶往复惯性力的合力矩 旋转惯性力的合力矩
FI (ms' ms'' )r 2 cos
压缩机惯性力的平衡
惯性力及惯性力矩的平衡 单列压缩机
（1）旋转惯性力的平衡 若在曲柄的相反方向距离曲轴旋转中心 ro 的位置安装一块平衡质量为 mo ，使平衡 质量产生的离心力 mo r0 2 与旋转惯性力
平衡重点安装方式
FIr mr r 2
大小相等而方向相反，即
m0 r0 2 mr r 2
M II (ms' b ms'' c) r 2 cos 2 M r (mr' b mr'' c)r 2
M II 0
M r mr r 2 a
FII 2ms r 2 cos 2
求导
sin 2 =0
=00、 900、 1800 或2700
FII max 2ms r 2 FII min 2ms r 2
'' FIIS ms'' r 2 cos 2(180 )
Fr (ms' ms'' )r 2 M I (ms' b ms'' c)r 2 cos
M II (ms' b ms'' c) r 2 cos 2 M r (mr' b mr'' c)r 2
适用范围： 大型压缩机应用非常的普遍。卧式压缩机对安装 和基础的要求高。
23
ms1 ms 2 ms
假设各列往复、旋转质量分别相等，即
M I max M Im ix
2 ms r 2 a 2 2 ms r 2 a 2
ms1 ms 2 ms 3 ms
mr1 mr 2 mr 3 mr
列间距相同 则可得到合成后的一、二阶往复惯性力 及旋转惯性力
二阶柱复惯性力合力矩的极值和相应的转角位置也可用同样方法求得
从理论上讲，可以用图所示的正反转质量 平衡系统来实现往复惯性力的完全平衡。 一阶正反转质量的转速与压缩机的转速相 同，它们在水平方向的离心力相互抵消， 垂直方向的分力之和等于一阶往复惯性力， 而方向相反。二阶正反转质量的转速为压 缩机转速的2倍，即可同样平衡二阶往复惯 性力。 然而这样的结构由于过分复杂，迄今在压 缩机中末得到应用。
8
F m r
'' r '' r
2
7
如果两列的往复运动质量和旋转运动质量均相等，即
ms' ms'' ms
并且
mr' mr'' mr
b＝c＝a／2，则得
由此可见，倘若两列的往复运动质量，旋转运动质量相等，就可以使一 阶往复惯性力、二阶往复惯性力矩和旋转惯性力得以平衡。其中一阶往 复惯性力的影响最大，能够完全平衡是很重要的。为此，在压缩机设计 时，往往把低压列的大活塞采用铝制或焊接结构而把高压列的小活塞制 成实心的铸铁活塞，以保证两列往复质量相等，从而达到完全平衡一阶 往复惯性力的目的。 由于每列的曲柄连杆机构都取相同的式样、尺寸，它自动地使每列 的旋转质量相等。 另一影响较大的是一阶往复惯性力矩不能平衡而只能用缩小列间距 离来减小其数值。 二阶往复惯性力的影响不大，不能平衡而任其存在。 旋转惯性力矩则可以用加装平衡重的方法子以平衡。 不能平衡的惯性力和惯性力矩的极值与相对应的转角位置可以如下求出