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压缩机动力计算实例
压缩机动力计算的目的：1）求得施加于各零部件上的作用力及其力随转角?的变化规律，为压缩机的强度验算及基础设计提供计算依据；2）确定压缩机所需要的飞轮矩。本计算实例是为了让学生掌握压缩机动力计算的方法和步骤。
选择压缩机热力计算中的例题2，压缩机的排气量为10m/min其结构型式为L型空气动力用。结构示意图如下
一． 计算的原始数据
由压缩机热力计算实例确定了有
关的热力参数与结构参数如下
15一级气缸的实际进气压力 ps1?0.95?10Pa 15一级气缸的实际排气压力pd1?3.24?10Pa 15二级气缸的实际进气压力ps2?2.89?10Pa 15二级气缸的实际排气压力pd2?9.54?10Pa
3 L型动力用空气压缩机结构示意图 一级气缸直径 D1=270 mm 二级气缸直径 D2=160 mm
活塞杆直径 d=30 mm; 一级气缸的相对余隙容积 ?1?0.11 二级气缸的相对余隙容积 ?2?0.125 活塞行程 S=120 mm 曲轴的转速 n = 980 r/min 曲柄连杆比
??0.2 (
13.51) 6 一级气缸的指示功率 N1=25.8 KW 二级气缸的指示功率 N2 =25.5 KW 机械效率 ?m?0.9 由压缩机的零件结构图得出：
连杆件的总质量 m1 = 8 kg 十字头组件总的质量 mc = 4.5kg
一级铝活塞总的质量 mp1 = 8.146 kg 二级铝活塞总的质量 mp2 = 8.13 kg
在初步计算时,可以按照下式计算出名列最大往复运动质量:
mpmax=P P 活塞力
r?2(1+?)二。计算各级的气体力指示图
气体力指示图可以采用图解法也可以采用计算法。本例采用计算法进行。
计算时，可使用简化指示图，根据不同的曲柄转角，求取对应的活塞位移x, 然后按此位移求取对应的气体压力，力的正负号规定为：凡是使连杆受拉伸的力为正，反之为负。
1．压缩过程1～2 计算公式为：pi?(s?s0n')psF ，ps'?(1??s)ps，对应于盖侧，压缩过程从
xi?s00内止点（??180）算起，直算到pi/F?p3，p3 为压缩终了气缸内的实际压力。
2．膨胀过程3～4
膨胀过程依据公式 pi?(s0)mp3F, 盖侧气缸工作容积的膨胀过程从
xi?s00外止点??0算起，直算到pi/F?p1为止，取最后一点的气缸压力仍然等于p1。
3．进气过程 4－1
' 进气过程可以看作是气缸的压力等于p1的水平线，PS?psF。
4．排气过程 2－3
排气过程可以看作是气缸压力等于p3的水平线，P3?p3F。 其中 xi?r[(1?cos?i)?1?(1?1??2sin2?i)]
轴侧气缸工作容积的指示图可按同样的方法计算，只是相对于不同的曲柄转角?的活
xi?2r?r[(1?cos?i)?塞位移为：
1?(1?1??2sin2?i)]
?r[(1?cos?i)?1?(1?1??2sin2?i)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。 5．往复摩擦力
Ni( 往复摩擦力按照公式：Ff?(0.6~0.7)6．旋转摩擦力
1?m?1)60
2snNi( 旋转摩擦力按照公式：Fr?(0.4~03)1?m?sn?1)60
根据以上计算公式，分别计算出气体力、惯性力、摩擦力。 6．切向力
切向力按照公式：T?Fp(sin?i??sin2?i221??2sin?i
在多列压缩机中，总切向力等于各列切向力TZ与总的旋转摩擦力Fr的总和。 即： TZ??Ti?1ii?Fi
计算往复运动部件的质量
第一级列 ms1?0.3ml?mp1?mc=0.3×8+8.146+4.5=15.046 kg 第二级列 ms2?0.3ml?mp2?mcms2=0.3×8+8.138+4.5=15.038 kg
Ni(往复摩擦力Ffi是一个定值，依据公式 Ffi?(0.6~0.7)12sn?m?1)
分别计算出各个列的气体力、摩擦力、惯性力，并且按照各个角度正负值叠加，从而得出各列的活塞力，下图所示。 飞轮矩：49.520188
作第一列气缸的气体力、往复惯性力、往复摩擦力、活塞力及切向力图。
其中：红线表示气体力图；绿线表示往复惯性力图；蓝线表示往复摩擦力图和切向力图；黑线表示了活塞力图。
n?切向力值按照公式 Ti?Fpi(si??sin2?2221??sin?)计算
第二列
按照第二列超先90度合成切向力
计算知其实际平均切向力和理论平均切向力分别为 9369.867 (N); 40366.2 (N) 所计算的飞轮矩为：43.795 Nm2