第5章-活塞式壓縮機(jī)慣性力平衡1

1、1壓縮機(jī)慣性力的平衡慣性力及慣性力矩的平衡單列壓縮機(jī)（1）旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡 oromom r20IrrFm r2若在曲柄的相反方向距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心的位置安裝一塊平衡質(zhì)量為 ，使平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力，與旋轉(zhuǎn)慣性力大小相等而方向相反，即00rrmmr則旋轉(zhuǎn)慣性力被平衡掉 rm rm r220 02平衡重點(diǎn)安裝方式平衡重點(diǎn)安裝方式3 （2 2）往復(fù)慣性力的平衡及轉(zhuǎn)移）往復(fù)慣性力的平衡及轉(zhuǎn)移osprrmm)5 . 03 . 0(在單列臥式壓縮機(jī)中常將一階往復(fù)慣性力的3050轉(zhuǎn)移至水平方向，其平衡質(zhì)量pm在立式壓縮機(jī)中常將一階往復(fù)慣性力的1520轉(zhuǎn)移至水平方向，其平衡質(zhì)量(0.15 0.2)psormm

2、rpm實(shí)際上，單列壓縮機(jī)的實(shí)際上，單列壓縮機(jī)的1階往復(fù)慣性力采用簡(jiǎn)單的方式階往復(fù)慣性力采用簡(jiǎn)單的方式是無(wú)法平衡，二階往復(fù)慣性力則根本無(wú)法平衡是無(wú)法平衡，二階往復(fù)慣性力則根本無(wú)法平衡單列壓縮機(jī)加裝平衡重，只能將一階往復(fù)單列壓縮機(jī)加裝平衡重，只能將一階往復(fù)慣性力轉(zhuǎn)過(guò)慣性力轉(zhuǎn)過(guò)9004 從理論上講，可以用圖所示的正反轉(zhuǎn)質(zhì)量平衡系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)慣性力的完全平衡。一階正反轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)速與壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，它們?cè)谒椒较虻碾x心力相互抵消，垂直方向的分力之和等于一階往復(fù)慣性力，而方向相反。二階正反轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)速為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的2倍，即可同樣平衡二階往復(fù)慣性力。然而這樣的結(jié)構(gòu)由于過(guò)分復(fù)雜，迄今在壓縮機(jī)中末得到應(yīng)用。5

3、 總上所述，在單列往復(fù)活塞壓縮機(jī)中設(shè)置平衡質(zhì)量，能夠平衡其旋轉(zhuǎn)慣性力，并轉(zhuǎn)移部分一階往復(fù)慣性力。總的平衡質(zhì)量 為bm臥式壓縮機(jī)00(0.30 0.50)bprsrmmmmmr立式壓縮機(jī)00(0.15 0.20)bprsrmmmmmr6n多列壓縮機(jī)慣性力的平衡 兩列以上的壓縮機(jī)稱為多列壓縮機(jī)由于列數(shù)較多，可以通過(guò)其結(jié)構(gòu)的合理布置，使慣性力得到部分或者全部平衡。常見(jiàn)的平衡方法有兩種，一種是通過(guò)各列曲拐錯(cuò)角的合理配置；另一種是在同一曲拐上配置幾列氣缸，通過(guò)各列氣缸中心線夾角的合理布置。 列指氣缸中心線數(shù)或者連桿數(shù)在多列壓縮機(jī)中，各列的慣性力組成了一個(gè)空間力系，因在多列壓縮機(jī)中，各列的慣性力組成了一個(gè)

4、空間力系，因而除了出現(xiàn)慣性力的平衡問(wèn)題外，還出現(xiàn)了慣性力矩的平而除了出現(xiàn)慣性力的平衡問(wèn)題外，還出現(xiàn)了慣性力矩的平衡問(wèn)題。衡問(wèn)題。7 立式或臥式壓縮機(jī)第一列各慣性力為cosIISsFm r22cosISsFm r2rrFm r2第二列的慣性力，若以第一列曲柄轉(zhuǎn)角 為基準(zhǔn)，則得cos()IISsFm r2180cos ()IISsFm r22 180rrFm r2兩列曲拐錯(cuò)角為兩列曲拐錯(cuò)角為1800壓縮機(jī)壓縮機(jī)特點(diǎn)：氣缸中心線平行配置在曲軸同一側(cè)8 將兩列的慣性力分別轉(zhuǎn)化到系統(tǒng)的質(zhì)心平面ss上則得合力和合力矩如下()cosIssFmm r2一階往復(fù)慣性力的合力二階往復(fù)慣性力的合力()cosIIss

5、Fmmr 22旋轉(zhuǎn)慣性力的合力()rssFmm r2一階往復(fù)慣性力的合力矩()cosIssMm bm c r2二階往復(fù)慣性力的合力矩()cosIIssMm bm cr 22旋轉(zhuǎn)慣性力的合力矩()rrrMm bm c r29 sssmmm如果兩列的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量均相等，即rrrmmm并且 bca2，則得IF 0cosIIsFm r222cosIsMm ra2IIM 0rrMm ra2()cosIssFmm r2()cosIIssFmmr 22()cosIssMm bm c r2()cosIIssMm bm cr 22()rrrMm bm c r2()rrrFmm r2rF 010 由

6、此可見(jiàn)，倘若兩列的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相等，就可以使一階往復(fù)慣性力、二階往復(fù)慣性力矩和旋轉(zhuǎn)慣性力得以平衡。其中一階往復(fù)慣性力的影響最大，能夠完全平衡是很重要的。為此，在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，往往把低壓列的大活塞采用鋁制或焊接結(jié)構(gòu)而把高壓列的小活塞制成實(shí)心的鑄鐵活塞，以保證兩列往復(fù)質(zhì)量相等，從而達(dá)到完全平衡一階往復(fù)慣性力的目的。 由于每列的曲柄連桿機(jī)構(gòu)都取相同的式樣、尺寸，它自動(dòng)地使每列的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量相等。 另一影響較大的是一階往復(fù)慣性力矩不能平衡而只能用縮小列間距離來(lái)減小其數(shù)值。 二階往復(fù)慣性力的影響不大，不能平衡而任其存在。 旋轉(zhuǎn)慣性力矩則可以用加裝平衡重的方法子以平衡。不能平衡的慣性力和慣性力矩

7、的極值與相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置可以如下求出11sin=20minIIsFm r 22cosIIsFm r222求導(dǎo)求導(dǎo)二階往復(fù)慣性力的極值位置為二階往復(fù)慣性力的極值位置為0000=0 90 180270、 、或?qū)?值代入：值代入：當(dāng)當(dāng) =00 或者 =1800時(shí)當(dāng)當(dāng) =900 或者 =2700時(shí)maxIIsFm r22cosIsMm ra2sin =0求導(dǎo)求導(dǎo)當(dāng)當(dāng) =00 時(shí)當(dāng) =1800maxIsMm ra2minIsMm ra212 兩列曲拐錯(cuò)角為兩列曲拐錯(cuò)角為900壓縮機(jī)壓縮機(jī)第一列各慣性力為cosIISsFm r22cosISsFm r2rsFm r2第二列的慣性力，若以第一列曲柄轉(zhuǎn)角 為

8、基準(zhǔn)，第二列超前第一列900第一列各慣性力為cosIISsFm r22cosISsFm r2rrFm r2cos()sinIISssFm rm r 2290cos ()cosIISssFm rm r 222 902rrFm r2第二列各慣性力為13 IIF 0當(dāng)兩列的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相等，b=c=a/2往復(fù)慣性力與旋轉(zhuǎn)慣性力和合力矩(cossin )IsFm r2rrFm r22一階往復(fù)慣性力的合力矩(cossin )IrMm ra212二階往復(fù)慣性力的合力矩cosIIsMm r22旋轉(zhuǎn)慣性力的合力矩()()rrrrMm rbm rcam r222222214由上述計(jì)算可知， 兩列壓

9、縮機(jī)，僅二階往復(fù)慣性力在機(jī)器中得到平衡，但兩列為雙作用時(shí)，可得到較為均勻的切向力曲線，這對(duì)于大型壓縮機(jī)減小飛輪尺寸是有利的，所以常為兩列雙作用采用，兩列均為單作用的壓縮機(jī)取0900180(cossin )IsFm r2cossin 0一階往復(fù)慣性力的極值位置1tg 01350315IminSFm r 22ImaxSFm r22一階往復(fù)慣性力合力矩的極值位置15 1tgsincos 0(cossin )IrMm ra21204502252I22maxsMm ra2Im22ixsMm ra 二階柱復(fù)慣性力合力矩的極值和相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置也可用同樣方法求得旋轉(zhuǎn)慣性力合力及合力矩可在每個(gè)曲柄上裝平衡重的方

10、法加以平衡16 120曲拐錯(cuò)角為 的三列立式（或臥式）結(jié)構(gòu)假設(shè)各列往復(fù)、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量分別相等，即 123ssssmmmm123rrrrmmmm則可得到合成后的一、二階往復(fù)慣性力 及旋轉(zhuǎn)慣性力 列間距相同17 ,1,2,3222123coscos(120)cos(240)0IsIsIsIssssFFFFm rm rm r,1,2,3222123coscos2(120)cos2(240)0IsIsIsIssssFFFFm rm rm r0IrF 22(coscos(240)3( 3cossin )2IsssMam ram r23( 3cos2sin2 )2IssMa m r23IrrMam r18 合

11、成后的往復(fù)慣性力矩不等于零，會(huì)形成振動(dòng)激發(fā)源，合成后的旋轉(zhuǎn)慣性力矩盡管不為零，但可以通過(guò)加平衡質(zhì)量的方法平衡。總體講，這種結(jié)構(gòu)型式的慣性力（矩）平衡效果也是很不錯(cuò)的。兩列對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu)兩列對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu)19 這樣布置的壓縮機(jī)通常稱為“對(duì)稱平衡型”壓縮機(jī)，這種壓縮機(jī)雖然曲拐錯(cuò)角也為1800，但兩列缸對(duì)稱布置于曲軸兩側(cè)，與兩列氣缸在曲軸同側(cè) 的情況不同。按活塞處于外止點(diǎn)時(shí)曲柄銷轉(zhuǎn)角 的規(guī)定，兩列的轉(zhuǎn)角是相同的（ ）。同時(shí)兩列的運(yùn)動(dòng)方向相反，所以從整個(gè)機(jī)器看兩列的往復(fù)慣性力的方向是相反的其合力為：0=00=18012=20 如果兩列的往復(fù)質(zhì)量、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量各自相等，即 12sssmmm12rrrmmm， 22,

12、1,212coscos0IsIsIsssFFFm rm r22,1,212cos2cos20IsIsIsssFFFm rm r22,1,2120IrIrIrrrFFFm rm r由于兩列對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu)的氣缸中心線并不重合，往復(fù)、旋轉(zhuǎn)慣性力都會(huì)產(chǎn)生不平衡的慣性力矩，分別為其中一列的慣性力與列間距的乘積 21 多列對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu) 13sssmmm22ssmm慣性力和力矩均能平衡兩列往復(fù)、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量各自相等時(shí)，兩列對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu)的慣性力（矩）平衡效果是相當(dāng)好的 22 多列對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu) 一些大型壓縮機(jī)利用兩列對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu)在慣性力平衡上的優(yōu)勢(shì)，采用三列及三列以上的對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，通過(guò)合理配置曲拐錯(cuò)角，能將慣性力矩也平衡掉 1

13、3sssmmm22ssmm當(dāng)各列往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量滿足， 三列對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu)四列對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu)當(dāng)各列往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量滿足1234=ssssmmmm23 多置式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu) 對(duì)置式壓縮機(jī)的氣缸置于機(jī)身的兩側(cè)，對(duì)置式壓縮機(jī)的氣缸置于機(jī)身的兩側(cè)， 但相對(duì)列的活塞部件運(yùn)動(dòng)不對(duì)稱但相對(duì)列的活塞部件運(yùn)動(dòng)不對(duì)稱。 根據(jù)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)分為三種類型：根據(jù)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)分為三種類型：1、主副連桿的對(duì)置式壓縮機(jī)（與單列或者多列的立式相同）、主副連桿的對(duì)置式壓縮機(jī)（與單列或者多列的立式相同）2、連桿并列的對(duì)置式壓縮機(jī)（可以看作是氣缸軸線錯(cuò)開(kāi)、連桿并列的對(duì)置式壓縮機(jī)（可以看作是氣缸軸線錯(cuò)開(kāi)180度角度式）度角度式）3、各列均有自己的曲拐的對(duì)置式壓縮機(jī)（參照多列立式）、各列均有自己的曲拐的對(duì)置式壓縮機(jī)（參照多列立式）適用范圍： 大型壓縮機(jī)應(yīng)用非常的普遍。臥式壓縮機(jī)對(duì)安裝和基礎(chǔ)的要求高。24 第一種類型，運(yùn)動(dòng)情況和單列的壓縮機(jī)完全相同，僅往復(fù)質(zhì)量為兩側(cè)往復(fù)質(zhì)量之和，多列時(shí)，其平衡情況與多列立式和臥式壓縮機(jī)相同，因?yàn)閮蓚?cè)氣缸在同一軸線上，使氣體力能相互抵消一部分，改善運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承的受力，超高壓壓縮機(jī)采用第二種類型一般均為偶數(shù)列，運(yùn)動(dòng)情況與V型壓縮機(jī)將夾角擴(kuò)大到1800相同12s