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α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10min /3
m 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
一级气缸的实际进气压力 Pa p s 5
111095.0⨯= 一级气缸的实际排气压力Pa p d 5
111024.3⨯= 二级气缸的实际进气压力Pa p s 5
121089.2⨯= 二级气缸的实际排气压力Pa p d 5
121054.9⨯=
L 型动力用空气压缩机结构示意图 一级气缸直径 D 1=270 mm 二级气缸直径 D 2=160 mm
活塞杆直径 d=30 mm; 一级气缸的相对余隙容积 11.01=α 二级气缸的相对余隙容积 125.02=α 活塞行程 S=120 mm 曲轴的转速 n = 980 r/min 曲柄连杆比
2.0=λ (
113.56
) 一级气缸的指示功率 N 1=25.8 KW 二级气缸的指示功率 N 2 =25.5 KW 机械效率 9.0=m η 由压缩机的零件结构图得出：
连杆件的总质量 m 1 = 8 kg 十字头组件总的质量 m c = 4.5kg
一级铝活塞总的质量 m p1 = 8.146 kg 二级铝活塞总的质量 m p2 = 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:
max 2=
(1+)
p P
m r ωλ P 活塞力
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：F p s x s s p s n i i '
0)(
++= ，s s s p p )1('δ-=，对应于盖侧，压缩过程从
内止点（0
180=θ）算起，直算到3/p F p i ≥，p 3 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 F p s x s p m i i 30
)(
+=, 盖侧气缸工作容积的膨胀过程从
外止点0
0=θ算起，直算到1/p F p i ≤为止，取最后一点的气缸压力仍然等于1p 。
3．进气过程 4－1
进气过程可以看作是气缸的压力等于1p 的水平线，F p P s S '
=。
4．排气过程 2－3
排气过程可以看作是气缸压力等于3p 的水平线，F p P 33=。
其中 )]sin 11(1
)cos 1[(22i i i r x θλλ
θ--+
-=
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θ的活
塞位移为：
)
sin 11(1
)cos 1[()]
sin 11(1
)cos 1[(22222i i i i i r r r x θλλ
θθλλ
θ---
+=--+
--=
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
往复摩擦力按照公式：sn
N F m
i f 260
)11
(
)7.0~6.0(-=η
6．旋转摩擦力
旋转摩擦力按照公式：sn
N F m i r πη60
)11
(
)
03~4.0(-=
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：i
i
i p F T θλθλ
θ22sin 12sin 2(sin -+
=
在多列压缩机中，总切向力等于各列切向力Z T 与总的旋转摩擦力r F 的总和。
即： i i
i i
Z F T
T +=
∑=1
计算往复运动部件的质量
第一级列 c p l s m m m m ++=113.0=0.3×8+8.146+4.5=15.046 kg 第二级列 c p l s m m m m ++=223.0m s2=0.3×8+8.138+4.5=15.038 kg
往复摩擦力fi F 是一个定值，依据公式 sn
N F m
i fi 2)
11(
)
7.0~6.0(-=η
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。
切向力值按照公式 )sin 12sin 2(sin 2
2
θ
λθ
λθ-+
=pi i F T 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。