第4章-活塞式压缩机中作用力分析1.ppt

压缩机中作用力分析 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 由几何关系： 列的活塞力 运动质量确定 质量转换 列的惯性力 惯性力 列的气体力 摩擦力 * * 各种作用力是进行压缩机零部件计算的依据，并为所需要的飞轮矩提出计算方法，为评价各类型压缩机的动力平衡奠定基础。 压缩机正常运转时产生的作用力主要有三类 (1)往复和不平衡旋转质量造成的惯性力 (2)气体压力所造成的作用力 (3)接触表面相对运动时产生的摩擦力 即连杆在摆动平面内偏离气缸中心线 的夹角，并规定在 范围内 为正值 范围内 为负值 连杆比 通常认为压缩机的转速n是不变的 所以活塞的速度 活塞的加速度 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 连杆摆角位移、速度和角速度 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关系外，还必须确定运动件的质量。 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 活塞运动部件的质量 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。 连杆质量的一部分集中在A点，另一部分集中在B点 对已经有的连杆质量转化可以用称重的方法 转换前后总质量不变，质心位置不变 高转速机器，连杆旋转部分的质量 应取上限值 曲拐部分质量转化 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 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 A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 往复惯性力 往复运动件在运动时产生的往复惯性力为 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 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 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， 在惯性力中，起主要作用的是一阶往复惯性力。 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 如果取 惯性力达到极限值 当 往复惯性力达到最大值 往复惯性力到达最小值 如取 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 惯性力 旋转惯性力 不平衡旋转质量 引起的旋转惯性力(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 气体压力所造成的作用力——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。 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。 纵坐标为气体的压力，横坐标为活塞的行程 当量行程 膨胀过程气体力 直至 对于盖侧工作容积的膨胀过程从外止点算起 进气过程气体力 应从膨胀结束点算起，而进气过程的结束点即 压缩过程气体力 直至 排气过程气体力 盖侧气缸工作容积指示图计算表 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 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60％～70％，旋转摩擦功率占总摩擦功率 的40％～30％，因此可得往复摩擦力和旋转摩擦力分别为