V型压缩机的结构设计与模拟.docx

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1、目录第一章 前言11.1 概述11.2 压缩机的用途11.3 压缩机的分类11.4 压缩机工作原理及结构特点21.5 各类压缩机的研究发展动向81.6 小结10第二章 热力设计计算112.1 已知参数112.2 选型112.3 设计计算11第三章 动力设计计算113.1 力的分析173.2 飞轮矩的确定20第四章 结构设计计算224.1 气缸的设计224.2 活塞组件的设计234.3 曲轴的设计284.4 连杆的设计304.5 机身的设计32第五章 压缩机的三维造型345.1 三维建模的意义345.2 应用软件简介34第六章 结论38参考文献39致谢40V 型压缩机的结构设计与模拟摘要本文是关

2、于压缩机的结构设计和计算机三维实体模拟。首先对目前国内外常用的压缩机进行了介绍，并分析了压缩机的结构特点及最新动态，就压缩机的工作原理和特点进行了较详细的说明。在确定压缩机设计参数的基础上，对压缩机进行了初步结构设计，确定压缩机的内部结构组成，完成压缩机的设计模型；在装配设计过程中对其主要的零部件进行了结构优化，并运用计算机辅助设计和三维设计软件（UG）完成了零部件的建模和装配。关键字：压缩机，结构设计，计算机辅助设计，三维设计软件（UG）IIV 型压缩机的结构设计与模拟AbstractThis paper mainly introduces the structural design of

3、the compressor, and based on computer application software, the stereoscopic mold of the machine is set up. Firstly, this paper introduces the compressor current use in common and its use scope, analyses the structure and technique present of the equipments. Then it particularly elucidates the eleme

4、nt and characteristic of the compressor . According to the design parameter requests of the compressor, the structure of the machine was elementary designed. In order to make sure the internal constitute, the design model was set up with Computer-Aided design and 3D dynamic simulation in this paper.

5、Keyword: compressor, structure design, Computer-Aided design, 3D design software (UG)第一章前言1.1 概述压缩机是一种用于压缩气体借以提高气体压力的机械。各种类型的制冷剂压缩机是决定系统能力大小的关键部件，对系统的运行性能、噪声、振动、维护和使用寿命等有着直接的影响。11.2 压缩机的用途压缩机在系统中的作用在于：抽吸来自蒸发器的制冷剂蒸气，并提高其温度和压力后，将它排向冷凝器。由此可见，压缩机相当于系统的“心脏”。它的用途极为广泛，几乎遍及工农业、交通运输、国防、甚至生活的各个领域。按气体被压缩的目的，大致

6、可分为几类： 压缩空气作为传递力能的介质 空气取之不尽用之不竭，而用压缩空气作为传递力能的介质又具有安全的优点，所以，用压缩空气来驱动各种工具及器械已越来越普遍。 使气体液化 气体经压缩，冷却和膨胀使能液化。液化气体蒸发可以进行人工制冷，还具有便于储存运输的优点。 压缩气体利于合成 化学工业中常将合成的原料气体压缩至高压，以利于合成反应。 输送气体1.3 压缩机的分类(1)根据压缩机对制冷剂蒸气的压缩热力学原理分为：容积型压缩机 一定容积的气体被吸入气缸，其容积被强制缩小，压力升高。其吸排气过程是间歇进行，流动并非连续稳定的。按其压缩部件的运动特点又可分为两种形式：往复活塞式和回转式。后者又可

7、根据其压缩机的结构特点分为滚动转子式、滑片式、双螺杆式、单螺杆式、涡旋式等。速度型压缩机它首先使吸入的气流获得一定高速，然后使之缓慢下来，让其动量转化为气体的压力升高，而后排出。其压缩流程可以连续地进行。流动是稳定的。在制冷和热泵系统中应用的速度型压缩机几乎都是离心式压缩机。- 39 -图 1.1 所示为制冷压缩机分类及其结构示意简图。1（2） 按所达到的排气压力分： 11 名称52压力（10N/m）鼓风机3低压压缩机310中压压缩机10100高压压缩机1001000超高压压缩机1000（3） 按排气量分： 11名称3排气量（按进气状态计）（m/min）微型压缩机小型压缩机中型压缩机大型压缩机

8、4 压缩机工作原理及结构特点1.4.1 往复活塞式压缩机 结构及工作原理往复活塞式压缩机用途非常广泛。在石油、天然气的加工、输送及其它工业部门中占有相当重要的地位。因为往复活塞式压缩机与其它类型压缩机相比，有其独特的优点： 压力范围最广，从低压到高压都适用； 热效率较高； 适应性强，排气量可在较广泛的范围内变化； 对制造压缩机的金属材料要求不苛刻。活塞式压缩机主要由三大部分组成：运动机构（曲轴、轴承、连杆、十字头、皮带轮或联轴器等）、工作机构（气缸、活塞、气阀等）与机身。此外还有三个辅助系统，即润滑系统、冷却系统及调节系统。运动机构是一种曲柄连杆机构，把曲轴的旋转运动变为十字头的往复运动。机身

9、用来支承和安装整个运动机构和工作机构，又兼作润滑油箱用，曲轴用轴承支承在机身上，机身上的两个滑道又支托着十字头，两个气缸分别固定在机身的两臂上。工作机构是实现压缩机工作原理的主要部件。气缸呈圆筒形，两端都装有若干吸气阀与排气阀，活塞在气缸中间作往复运动。将蒸发器内的低压蒸气吸入，使其压力升高后排入冷凝器，完成吸入，压缩和输送制冷剂的作用。往复活塞式压缩机的简单工作原理是：由于活塞在气缸内的来回运动与气阀相应的开闭动作相配合，使缸内来自蒸发器的低压蒸气依次实现膨胀、吸气、压缩、排气四个过程，不断循环，升压后排入冷凝器，完成吸入、压缩和输送制冷剂的作用。 主要部件1.曲轴曲轴是往复活塞式压缩机的重

10、要运动部件，外界输入的转矩要通过曲轴传给连杆、十字头，从而推动活塞作往复运动。它又承受从连杆传来的周期变化的气体力与惯性力等。曲轴的基本结构如图 1.2 所示，每个曲轴由主轴颈（安装柱轴承部位）、曲柄销（与连杆大小头相连部位）、曲柄所组成。图 1.2 曲轴2.连杆连杆式将作用在活塞上的气体力等各种力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动的机件。连杆包括大头、小头、杆体三部分。3.十字头十字头是连接活塞环与连杆的零件，它具有导向作用。4.气阀气阀是往复活塞式压缩机中的重要部件，也是易损坏的部件之一。它的好坏直接影响压缩机的排气量、功率消耗及运转的可靠性。5.气缸气缸是活塞式压缩机工作

11、部件中的主要部分。根据压缩机不同的压力、排气量、气体性质等需要，应选用不同的材料与结构型式。基本要求是：应具有足够的强度与刚度；应具有良好的冷却、润滑及耐磨性；应尽可能地减少余隙容积和气体阻力；应有利于制造和便于检修；应符合系列化、通用化、标准化的“三化” 要求，以便于互换。如图 1.3图 1.3 气缸6.活塞活塞与气缸构成压缩工作容积，是压缩机中重要的工作部件。可分为两大类： 筒形活塞和盘形活塞。筒形活塞常为单作用活塞，用于小型无十字头的压缩机，11通过活塞销与连杆直接相连。1.4.2 回转式压缩机1.滚动转子式滚动转子式压缩机类属回转式压缩机，主要由气缸、滚动转子、偏心轴和滑片等组成。转子

12、沿气缸内壁滚动，与气缸间形成一个月牙形的工作腔，滑片将月牙形工作腔分隔为两部分，滑片随转子的滚动沿滑片槽道作往复运动，端盖被安置在气缸两端，与气缸内壁、转子外壁、切点、滑片构成封闭的气缸容积，即基元容积，其容积大小随转子转角变化，容积内气体的压力则随基元容积的大小而改变，从而完成压缩机的工作过程。目前广泛使用的滚动转子式制冷压缩机主要是小型全封闭式，通常有卧式和立式两种，前者多用于冰箱，后者在空调器中常见。 32.螺杆式压缩机螺杆式压缩机是靠气缸中一对含有螺旋齿槽的转子相互啮合，造成由齿形空间组成的基元容积的变化，进行制冷剂气体压缩。当基元容积由最小向最大变化时，它与径向和轴向吸气孔口相通进行

13、吸气过程。当基元容积达到最大时，便于吸气孔口隔开，吸气结束，此后，基元容积逐渐变小，开始气体的压缩过程。当基元容积内气体压力升到一定压力时便开始与排气孔口接通，进行排气过程，直到基元容积变为零为止。上述三个过程，随着转子不停运转，重复地进行。 如图 1.4图 1.4 螺杆式压缩机3.涡旋式压缩机涡旋式压缩机是 20 世纪 80 年代才发展起来的一种新型容积式压缩机，它以其效率高、体积小、质量轻、噪声低、结构简单且运转平稳等特点，被广泛用于空调和制冷机组中。压缩机工作时，气体制冷剂从吸气孔进入动静涡旋体最外圈的月牙形空间， 随着动涡旋体的运动，气体被逐渐推向中心空间，其容积不断缩小而压力不断升高

14、直至与中心排气孔相通，高压气体被排出压缩机。在涡旋式压缩机中，吸气、压缩、排气等过程是同时和相继在不同的月牙形空间进行的，外侧空间与吸气口相通，始终进行吸气过程，中心部位空间与排气孔相通，始终进行排气过程，中间的月牙形空间则一直在进行压缩过程。涡旋式制冷压缩机基本上是连续地吸气和排气，并且从吸气开始至排气结束需经动涡旋体的多次回转平动才能完成 。其工作过程如图 1.5 所示图 1.5 涡旋式压缩机工作过程1.4.3 离心式压缩机 特点及应用场合离心式制冷压缩机是一种速度型压缩机。气体在高速旋转的叶轮中获得高速度后，再在环行通道将速度动能变为压力位能，从而提高气体的压力。气体每经过一级叶轮和扩

15、压器所能升高的压力是有限的，当压力比大时，需采用多级压缩。目前所生产的离心式制冷机有冷水机组和低温机组。冷水机组用于空调。低温机组则用于冷量较大的化工工艺流程。另外在啤酒工业、人造干冰厂、冷冻土1壤、低温试验时和冷温水同时公映的热泵系统等也使用离心式制冷机。 适用范围目前，离心式压缩机的一般适用范围为：最小流量5000m 3 /h（进口状态） 主轴转速 300025000 r/min 最大流量 300000450000m 3 /h（进口状态） 单缸叶轮数 812 个最高出口压力4074（MPa） 轴 功 率 22074000kW离心式压缩机适用于大中流量、中低压力。当输气量大时可应用于高压，但

16、应该注意因高压下容积流量小，内泄漏大，叶轮流道窄，效率降低，故高压小容积流量时，离心式压缩机的应用受到限制。12 结构及零部件的作用原理离心式压缩机的本体结构由两大部分所组成：转动部分，包括主轴、叶轮、平衡盘、止推盘以及联轴器等部件，称为转子；固定部分，包括气缸、隔板（括压器、弯道和回流器）、支持轴承、止推轴承和轴端密封等零部件，常称为定子。12 1.吸气室使气体在进入叶轮之前形成一个负压，以便将气体均匀地引入叶轮，以减少进口损失。2.叶轮是压缩机中对气体做功的唯一部件，它由轮盘、叶片和轮盖所组成。叶轮随主轴高速旋转后，气体受旋转离心力和流道中扩压流动的作用，使气体的压力和速度在离开叶轮时都得

17、到提高3.扩压器在制冷机组中，由压缩机进入到冷凝器时太大的动能是无用的，必须把它在压缩机的扩压器中转化为静压能。括压器起到降速扩压的目的。扩压器有有叶和无叶之分。在空调离心式制冷压缩机中，为了适应其较宽的工况范围，主要采用无叶扩压器；有叶扩压器常用于低温机组的多级压缩机中。4.弯道和回流器把从扩压器出口后的气体引到下一级去继续压缩，弯道使气体转弯。回流器中有导向叶片，使气体均匀地引入到下一级叶轮入口。5.蜗室把从扩压器或叶轮后的气体汇集起来并引向机外。蜗室的通道面积是逐渐增大的，其出口接一段扩压管，对气体起到降速扩压作用。除上述外，压缩机还有其它一些部件。如：减少气体从叶轮出口倒流到叶轮入口的

18、轮盖密封；减少级间漏气的轴套密封；开启式机组尚有轴端密封；减少轴向推力的平衡盘；承受转子剩余轴向推力的推力轴承及径向轴承等。11.5 各类压缩机的研究发展动向1.5.1 往复式压缩机由于受气阀和无油压缩机密封材料的影响，延长往复式压缩机的工作周期尚是个难题。但近年来，由于对塑料阀和阀的工作过程的研究分析，以及密封用工程塑料的研究有了新的进展和突破，所以，能连续运转两年的压缩机已可望实现。此外，对压缩机的发展提出了降低成本，减小安装空间，实现高速和小型化的要求，这些已在国外的天然气压缩机上得到实现。世界各国正在采用现代化技术进一步挖掘潜力，其中对气阀、阀腔流动阻力、阀室的热交换的研究占有重要地位

19、在机构上引人注目的研究仍是关于容积控制方面的。在变频控制转速的时 代，其实用化程度究竟如何，是一个很有意义的问题。由于其他类型压缩机虽后起却迅猛的技术进展，使往复活塞式压缩机七十年代前在各种应用领域的全面垄断地位发生了不小的变化。但它拥有牢固的技术、经济优势及压倒性的市场份额， 这样的客观现实在相当长的时间内是难有大的变迁的。1.5.2 回转式压缩机由于滚动式压缩机的开发生产趋于稳定，它的研究方向是如何进一步提高效率，降低噪声。小型滑片式压缩机的趋势是向全无油方向发展，问题的关键在于选择强度较高，又具有润滑性能的材料。对于喷油滑片空压机则以强化油、气冷却与分离为 5 研究主线。螺杆式压缩机的

20、研究和开发领域十分广泛，性能优化潜力很大。在动力用空压机领域，螺杆式已稳定地占有国外市场的绝大部分份额。螺杆式压缩机的技术进展，除了齿形这一重要方面，油、气、冷却、自控系统的改进和机组各单元配置优化，以及降、隔噪声措施所起的作用不容小看。它的主要研究的动向是不喷油和喷油参数对机器性能的影响、转子型线的开发、进一步降噪及提高机器的效 6 率。涡旋式压缩机一直是研究的热门课题。如何降低制造成本，提高机器性能， 将计算机技术全面引入涡旋式压缩机的设计开发和制造中是研究工作的首位。延伸涡旋式压缩机的应用范围，特别是像小制冷量方向延伸，进一步提高效率以及用 R407C 替代 R22 时存在问题的研究将成

21、为其研究的动向。1.5.3 离心式压缩机随着科学技术的不断发展，离心式压缩机的“三化”设计方法已不能完全满足生产实际的需要。它的发展趋势是： 性能多样化要求离心式压缩机的性能参数、规格型号要多样化，从而满足化工企业不同装置的需要。 结构系统简单化减少机组的气缸数目，尽量不用齿轮变速器，压缩机与驱动机直联，缩小机组的轴向尺寸。 采用先进的设计方法在“三优”积木式组合设计法的基础上，逐步推广采用更先进的优化单机参数的“现代设计法”。 高速化机组的工作转速将由 10000r/min 向 20000r/min 方向发展。转速的提高要选用优质的钢材，这样可缩小零部件的尺寸，提高效率。 减少级数减少级数可

22、以改善气体动力性能、合理分配压缩比，提高单级压缩比，减少级数，简化结构，提高制造加工工艺性，便于维修。 采用高效率的工作叶轮 提高转子轴系的稳定性 选用变转速调节12 降低机组的噪音和振动等1.6 小结我国是全球为数不多的最重要的压缩机市场之一，中央关于西部大开发战略决策的实施，给海内外压缩机制造企业以活跃的商机和技术开发的契机。传统的制冷剂(R11、R12、R22 等)的排放对大气环境的造成严重破坏已成为不争的事实，新的环境友好制冷剂的研究开发正在积极进行当中。制冷剂的替代不仅要求制冷系统作相应的更改，也要求压缩机适应相应的要求。因此，适应于新型制冷工质的压缩机技术的研究开发成为压缩机技术发

23、展的重点之一。 7 涡旋压缩机，螺杆压缩机仍将是未来一段时间内容积式压缩机技术发展的重要方向。根据容积式压缩机的结构特点，人们一直在尝试并探索一些新的结构， 效率高工艺性好的新型压缩机将成为开发的重点。第二章热力设计计算2.1 已知参数：排气量：Q=0.8m3/min转速：n=1450rpm 进气压力：P=0.1Mpa行程：s=55mm排气压力：P=1Mpa介质：空气进气温度：T1=298K相对湿度：0.7 由常用气体物理性质表查得：空气的指数1.42.2 选型：由中第 151 页对活塞式压缩机的分类可知,排气量1 m3/min 的为微型压缩机。本设计选用 V 型活塞式压缩机。2.3 设计计算

24、2.3.1 计算压力比及名义排气温度：采用Z = 2 的两级压缩微型1压缩机。压力比：= PP= 0.1 =10按最省功原则采用等压比分配原则 1 = 2 = 3.162级次名义进气压力名义排气压力名义压力比一级0.1MPa0.3162Mpa3.16二级0.3162Mpa1Mpa3.16排气温度： ek -1k级次名义进气温度名义压力比指数e k名义排气温度一级298K3.161.41.389413.92K二级298K3.161.41.389413.92Kk -12.3.2 各系数分析： 容积系数v1lv = 1 - a (e m - 1)活塞式压缩机公式（1-88）式中a相对余隙容积m膨胀过

25、程指数设计时，一般为提高容积效率，余隙容积要尽量减小些，一般 a 处于下列范围：低压级：0.070.12取 a10.08a20.1由活塞式压缩机中表 1-2表 1-2 按绝热指数确定膨胀指数进气压力 105N/任意值141.5m =1+0.5 (k-1)1.201.5 4.0m =1+0.62 (k-1)1.254.0 10m =1+0.75 (k-1)1.3010 30m =1+0.88 (k-1)1.35 30m =k1.40取1=1.2m2=1.25则1v1l =1- a1( m -1)=0.8713v21l =1- a2( m -1)=0.8490 压力系数P对于进气压力等于或接近于大

26、气压力的第一级压力系数约处于p0.950.98 范围内其余各级因弹簧力相对气体压力要小得多，故取p0.981.0活塞式压缩机第 31 页取p1=0.96p2=0.98 温度系数T取T1 =0.93T2 =0.93活塞式压缩机图 1-23 析水系数已知进气压力为 P1，温度为 T1，相对湿度为F ，相应的饱和蒸汽压力为 Ps1，经一级压缩后气体升为 P2，水蒸汽分压力也由原来的F Ps1 增至F Ps1P2/ P1，被压缩气体经冷却后温度升为 T2，此温度下的饱和蒸汽压力为 Ps2， 若F Ps1P2/ P1 Ps2则有水分析出活塞式压缩机第 45 页及公式 2-3设第一级压缩后气体经冷却后温度

27、为 30 度，由活塞式压缩机附录中表2 查得：25时饱和蒸汽压力为 3166N/m2，30时饱和蒸汽压力为 4241N/m2， 将各值代入上面的判别式：0.731663.16=70034241 所以有水析出第二级析水系数：j 2 1s1 2 = 3.16l= p - jpp0.1106 - 0.7 3166p2 - ps 2p10.3162 106 - 42410.31353.160.99L 泄漏系数= 1V=vL1 + Vi其中 vi 表示气阀、活塞环等各部分的相对泄漏量vi 之值：对于不严密和延迟关闭的气阀vv 0.010.04取一级：0.02二级：0.03对于单作用气缸的活塞环vr 0.

28、010.05取一级：0.02二级：0.04填料的泄漏与其所在级次有关，以经验公式表示为：v pj （0.00050.0010）上限值适于小排气量压缩机取一级：0.02二级：0.005 总的相对泄漏量：一级：0.02+0.02+0.02=0.06二级：0.03+0.04+0.005=0.075则一级： ll1 11 + 0.060.9434二级： ll 2 11 + 0.0750.930（以上参照郁永章活塞式压缩机第 47 页）2.3.3 确定气缸的行程容积及缸径： 气缸行程容积：V= Q= 0.8v1h1n l lp1 lt1ll11450 0.8713 0.96 0.93 0.94347.5

29、18 10 -4 m 3V= Q PS1 T 2 lj 2h2nPTllllS 21v 2t 2p 2l 2= 0.8 14500.10.3162 303 2980.990.849 0.98 0.93 0.932.441 10 -4 m 3 确定气缸直径:Vh = p D 2 s4活塞式压缩机公式 6-94 V h 1p s4 7.518 10-4p 0.055D 1 =0.1319m131.9mm4V h 2p s4 2.44110-4p 0.055D2 =0.07517m75.17mm圆整取 D1 = 130mmD2 = 75mm 复算气缸行程容积：Vh = p D 2 s p 0.132

30、 0.055 7.3 10 -4 m 31414Vh = p D 2 s p 0.0752 0.055 2.43 10 -4 m 32424 复算修正压力及压力比：修正系数： b V h1 Vhi VV ihhip si= b i p sip di= b i +1 p di级次计算行实际行程修正 名义进气名义排气修正名义 进气压力 ps (MPa)修正名义 排气压力 pd (MPa)修正后程容积 10 -4容积 10 -4系数 b i压力ps (MPa)压力pd (MPa)名义压力比Vhi(m3 )V hi(m3 )e 一级7.5187.310.10.31620.10.30833.1二级2.4

31、412.430.9750.97510.308313.2 复算修正后各级排气温度：级次进气温度T se 修正后名义压力比指数k -1e k名义排气温度T d一级298K3.11.41.382411.8K二级303K3.21.41.394422.4K 计算气缸内实际进、排气压力：取进、排气相对压力损失： d S1 = 0.058d S 2 = 0.03d d1 = 0.08d d 2 = 0.06实际进、排气压力： PS1 = (1 - d S1 ) pS1 （1-0.058）0.10.094MPaPd1 = (1 + d d1 ) pd1 = (1 + 0.08) 0.3083 = 0.333M

32、Pa PS 2 = (1 - d S 2 ) pS 2 = (1 - 0.03) 0.3083 = 0.301MPaPd 2 = (1 + d d 2 ) pd 2 = (1 + 0.06) 1 = 1.06MPa 实际压力比：e = Pd11PS1= 0.333 = 3.5430.094e 22.3.4 功率计算： 各级指示功率：n= Pd 2PS 2= 1.060.301k= 3.522k -1N i1 =60 PS 1 lV 1 Vh1 k - 1 (e 1 k- 1)= 145060 0.094 106 0.8713 7.518 10-4 1.41.4 - 11.4-1 (3.543

33、1.4- 1)2267.5WnN i 2= 60 PS 2 lV 2 Vh 2 kk - 1k -1 (e 2 k- 1)= 145060 0.301106 0.849 2.44110-4 1.41.4 - 11.4-1 (3.522 1.4- 1)2284.3W 总的指示功率：Ni= Ni1 + Ni 2 2267.5+2284.34551.8W取机械效率h m = 0.94Nz = Ni h m = 4551.8 / 0.94 = 4842.3W由于可能出现超负荷运行，所以在选择电动机功率时，应考虑留 1025的余量，即：Ne = (1.10 1.25)Nz取 Ne = 5.5W= (1.

34、10 1.25) 4842.3 = 5326.5W 6052.9W（以上计算步骤及公式、选取均参照 郁永章活塞式压缩机第 300-305 页）第三章动力设计计算（以下部分参照缪道平、吴业正制冷压缩机第 96-99 页）3.1 力的分析： 活塞和曲柄销的运动：活塞作往复直线运动，取活塞在外止点时的位移 x 为零。按图 3.1 所示几何关系，图 3.1当连杆长度为 L,曲柄半径为，曲柄转角为q 时x = r(1 - cosq ) + l (1 - cos 2q )4（3-34）其中l =r ， b 为连杆与气缸中心线夹角。L 活塞速度、加速度与曲柄转角q 关系：v = rw(sinq + l si

35、n 2q )2a = rw 2 (cosq + l cos 2q )（3-35） 往复惯性力：Fj = mj a（3-39）往复质量mj 等于活塞组质量m p 与连杆往复质量mc1 之和pc1jjjF = (m + m ) rw 2 (cosq + cos 2q ) = m rw 2 cosq + m rw 2 l cos 2q Fj1 + Fj 2Fj1 ：一阶往复惯性力Fj 2 ：二阶往复惯性力（3-40）一阶和二阶往复惯性力均为周期变化的力，但二阶往复惯性力的变化周期是一阶往复惯性力变化周期的一半，因其最大值只有一阶往复惯性力最大值的l 倍（ l 0.290.17），因而对二阶惯性力不采

36、取专门的平衡措施。a = 0o 时a = 180o 时a = 0o 或 180 o 时2F= m rwj1manjj1minjF= -m rw 2j 2manjF= lm rw 2a = 90o 或270o 时Fj 2 min= -lm rw 2j 旋转惯性力 Fr ：Fr= mr ar= (ms+ mc 2)rw 2（3-41）ms 曲柄与曲柄销质量之和mc 2 连杆旋转质量一阶惯性力的合力是一大小不变且随曲轴一起旋转的离心力，这样便能用最简单的平衡离心力的方法来平衡它。如图 3.2 所示。图 3.2 往复摩擦力 Ff ：N ( 1-1) 60i hF = (0.6 0.7) m f2s n

37、活塞式压缩机公式（5-13）其中Ni 总指示功率hm 机械效率活塞行程转速系数取 0.65，向轴行程，摩擦力为正；离轴行程，摩擦力为负。修定摩擦力沿行程数值不变。 气体力 Fq ：Fq = p AP活塞式压缩机公式（5-1）A = p D 2P4其中p 气缸中气体压力AP 气体压力所作用的活塞面积 综合活塞力 Pt ：Pt= Pq + Fj + Ff使连杆受到拉伸的力为正值 切向力：活塞力在曲柄销中心点造成切向力T =Ptcos bsin(q + b )活塞式压缩机第 103 页其中q 为曲柄转角， b 为连杆摆角q 与b 的关系由任意三角形定理得：r=Lsin bsinq b = arcsi

38、n(l sinq )切向力方向：同一方向活塞力在不同转角q 时，将产生不同的切向力方向。与驱动力矩方向相反时为正，反之为负。活塞力切向力-当0 q 180时+-+当0 q 360时+- 法向力：指向主轴旋转中心的法向力为负值R =Ptcos bcos(q + b )活塞力法向力-当- (90 - b ) q (90 - b )+-+当(90 - b ) q (270 + b )+- 旋转摩擦力 f r ：N ( 1- 1) 60i hf （0.40.3） mrp s n此处系数与计算往复摩擦力 Ff 时所取系数之和必定等于 1，所以此处取系数 0.35。3.2 飞轮矩的确定：为了不使压缩机在一

39、转之中产生过大的转速波动，在压缩机上加装飞轮，利用飞轮来储蓄多余的能量，补充不足的能量，使机器的旋转速度限制在某一允许的范围内。GD 2 = 3600Ln2 d（5-24）式中： GD 2 表示飞轮的惯性矩d 为旋转不均匀度国内采取d 11003.2.1 惯性力和惯性力矩的平衡：因为惯性力是压缩机振动的重要根源，所以我们应采取措施使之得到平衡。所需的总平衡质量为mW ，重心到曲轴中心距为rW ，平衡需满足：mW rW w 2 = (m+ mj) r w 2r其中mr 旋转质量mj 往复质量第四章结构设计计算4.1 气缸的设计（以下部分参照郁永章活塞式压缩机第 135-137 页）气缸是活塞式压缩机工作部件中的主要部分。小型和微型压缩机一般做成单作用式，并且由空气进行冷却。 基本要求：应具有足够的强度和刚度；应有利于制造和便于检修；应具有良好的冷却、润滑及耐磨性； 应尽可能地减少余隙容积和气体阻力；应符合系列化、适用化、标准化的“三化”要求，以便于互换。 气缸的材料：气缸的选择应考虑到气体性质、压力、温度、加工性能以及经济性等，通常采用黑色金属。压缩一般气体的气缸，工作压力不大于30 105 NHT25-47。本设计选用铸铁 HT20 气缸的尺寸确定：m2 ，可采用 HT20-40 及气缸的缸径和行程已由热力计算确定，气缸长度则需计及活