压缩机课程设计

过程流体机械课程设计 院系：指导老师： 目录 1

课

程

设

计

任

务............................................................................................................ 3 1.已

知

数

据............................................................................................................. 3 2.课

程

设

计

任

务

及

要

求......................................................................................... 4 2 热力计算.................................................................................................................... 5

1.

初

步

确

定

压

力

比

及

各

级

名

义

压

力..................................................................... 5 2.初步计算各级排气温度..................................................................................... 5 3.计算各级排气系数............................................................................................. 6 4.计算各级凝析系数及抽加气系数..................................................................... 8 5.初

步

计

算

各

级

气

缸

行

程

容

积............................................................................. 8 6.确定活塞杆直径................................................................................................. 9 7.计算各级气缸直径........................................................................................... 10 8.实际行程容积及各级名义压力....................................................................... 10

9.

计

算

缸

内

实

际

压

力........................................................................................... 12 10.计算各级

实际排气温度................................................................................. 13 11.缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径..................................................... 13 12.

复

算

排

气

量..................................................................................................... 15 13.计算功率，选取电机..................................................................................... 15 14.

热

力

计

算

结

果

数

据......................................................................................... 16 3 动力计算.................................................................................................................. 18

1.

第

Ⅰ

级

缸

解

析

法............................................................................................... 18 2.第Ⅰ级缸图解法............................................................................................... 28 3.第Ⅱ级缸解析法............................................................................................... 31

4.

第

Ⅱ

级

缸

图

解

法............................................................................................... 40 4 零部件设计.............................................................................................................. 44 1

课程设计任务 1.已知数据 1.1 结构型式

3L-10/8 空气压缩机的结构型式为二列二级双缸双作用 L 型压缩机 1.2 工艺参数 Ⅰ级名义吸气压力：P1I=1.1 大气压（绝），吸气温度

T1I=20℃ Ⅱ级名义排气压力：P2II=0.9MPa（绝），吸入温度 T2II=25℃ 排气量（Ⅰ级吸入状态）:Vd =7 m3/min 空气相对湿度: φ=0.8 1.3 结构参数 活塞行程： 电机转速： S=2r=200mm n=450r/min 活塞杆直径： d=35mm 气缸直径：Ⅰ级，DI=300mm ；Ⅱ级，DII =180mm ； 相对余隙容积：α1=0.095，αII=0.098； 电动机：JR115-6 型，75KW； 电动机与压缩机的联接：三角带传动； 连杆长度：l=400mm； 运动部件质量（kg）：见表 2-1 表 2-1 运动部件质量

名称 活塞组件 十字头组件 连杆组件 Ⅰ级 25.4 8.2 13.0 Ⅱ级 12.5 8.2 13.0

2.课程设计任务及要求

a. 热力计算：包括压力比分配，气缸直径，排气量，功率，各级排气温度， 缸内实际压力等。 b.动力计算：作运动规律曲线图，计算气体力，惯性力，摩擦力，活塞力，切 向力，法向力，作切向力图，求飞轮矩，分析动力平衡性能。 2 热力计算

1.初步确定压力比及各级名义压力 (1)按等压力比分配原则确定各级压力比： 两级压缩总压力比

取 (2)各级名义进、排气压力如下： P2k=P1kεk ， P1(k+1)=P2k 各级名义进、排气压力（ 表 2-2 各级名义进、排气压力（MPa) 级次 Ⅰ Ⅱ

名义排气压力 P1 0.1 0.3 名义排气压力 P2 0.3 0.9 2.初步计算各级排气温度

按绝热过程考虑，各级排气温度可用下式求解： 介质为空气，k=1.4。

计算结果如表 2-3 所示。计算结果表明排气温度 T2<160℃，在允许使用范围 内。 表 2-3

各级名义排气温度

名义吸气温度 级次 ℃ Ⅰ Ⅱ 40 50 K 313 323 ε 3 3 计算参数 k 1.4 1.4 ε(k-1)/k 1.321 1.321 名义排气温度 K 413 427 ℃ 140 154 3.计算各级排气系数

因为压缩机工作压力不高，介质为空气，全部计算可按理想气体处理。 由排气系数的计算公式：

分别求各级的排气系数。 (1)计算容积系数：

其中，多变膨胀指数 m 的计算按表 1-3 查得： I 级多变膨胀指数 mI： II 级多变膨胀指数 mII： 则各级容积系数为： (2)压力系数 λp 的选择：

考虑到用环状阀，气阀弹簧力中等，吸气管中压力波动不大，两级压力差也 不大，可选取 λpI=0.97，λpII=0.98。 (3)温度系数 λT 的选取： 考虑到压缩比不大，气缸有较好的水冷却，气缸尺寸及转速中等，

从图 1-6 查得 λT 在 0.935-0.975 范围内，可选取 λTI=λTII=0。96。 (4)泄漏系数 λ1 的计算：

用相对漏损法计算 λ1： a. 考虑气阀成批生产，质量可靠，阀弹簧力中等，选取气阀相对泄漏值VvI=VvII=0.02 b. 活塞均为双作用，有油润滑，缸径中等，压力不高。选活塞环

相对泄漏值 Vr1=0.005，VrII=0.006 c. 因有油润滑，压力不高，选取填料相对泄漏值VpI=0.005，VpII=0.001 由于填料为外泄漏，需在第Ⅰ级内补足，所以第Ⅰ级相对泄漏中也包括第Ⅱ 级填料的外泄漏量在内，泄漏系数的计算列入表 2-4。

相对泄漏值 泄损部位 vvI 气阀 vvIIvrI 活塞环 vrIIvpI 填料 vpII ∑v λI=1/(1+∑vi ) 0.0005 0.001 0.0265 0.974 0.001 0.027 0.973 0.005 0.006 Ⅰ级 0.02 Ⅱ级 0.02 总相对泄漏 泄漏系数

(5)各级排气系数计算结果列入表 2-5 级数 λv λp λT λl

λ= λvλpλTλl Ⅰ Ⅱ 0.858 0.865

0.97 0.98 0.96 0.96 0.974 0.973 0.778 0.789

4.计算各级凝析系数及抽加气系数

(1)计算各级凝析系数 (1)计算各级凝析系数 a. 计算在级间冷却器中有无水分凝析出来 查表 1-5 得水在 40℃和 50℃时的饱和蒸汽压: PbI=7.375kPa PbII=12.335kPa 则: （40℃） （50℃ ）

所以在级间冷却器中必然有水分凝析出来，这时 φ1II=1。 b. 计算各级凝析系数

(2)抽加气系数 (2)抽加气系数 μo 因级间无抽气，无加气，故 μoI=μoII=1

5.初步计算各级气缸行程容积 6.确定活塞杆直径

为了计算双作用气缸缸径，必须首先确定活塞杆直径，但活塞杆直径要根据 最大气体力来确定，而气体力又需根据活塞面积（气缸直径）来计算，他们是互 相制约的。因此需先暂选活塞杆直径，计算气体力，然后校核活塞杆是否满足要 求。 （1）计算任一级活塞总的工作面积 ，（

z-同一气缸数）有：

（2）暂选活塞杆直径 根据双作用活塞面积和两侧压差估算出该空压机

的最大气体力约为 1.5 吨 左右，由附录 2，暂选活塞杆直径 d=35mm。 活塞杆面积

（3）非贯穿活塞杆双作用活塞面积的计算 盖侧活塞工作面积: 轴侧活塞工作面积: Ⅰ级： Fg=0.5(Fk+fd) Fz=0.5(Fk-fd) Ⅱ级：

（4）计算活塞上所受气体力计算 a. 第一列（第Ⅰ级）： 外止点： PI 外=P1IFZI-P2IFgI

5 -4 5 -4 =1×10 ×710×10 -3×10 ×720×10 =-14500N 内止点： PI 内=P2IFZI-P1IFgI

5 -4 5 -4 =3×10 ×710×10 -1×10 ×720×10 =14100N b. 第二列（第 II 级）： 外止点： PII 外=P1IIFZII-P2IIFgII 5 -4 5 -4 =3×10 ×233×10 -9×10 ×243×10 =-14880N 内止点： PII 内=P2IIFZII-P1IIFgII

5 -4 5 -4 =9×10 ×233×10 -3×10 ×243×10 =13680N

由以上计算可知，第二列的气体力最大，为-14880N，约合 1.5 吨。由附表 2 可知，若选取活塞杆直径 d=30mm 是可以的，但考虑留有余地，取 d=35mm。 7.计算各级气缸直径

（1）计算非贯穿活塞杆双作用气缸直径 根据 ，有：

（2）确定各级气缸直径 根据查表 1-6，将计算缸径圆整为公称直径： DI=300mm； DII=180mm 8.实际行程容积及各级名义压力

（1）计算各级实际行程容积 Vh' 非贯穿活塞杆直径双作用气缸行程容积： （2）各级名

义压力及压力比 因各级实际行程容积 Vhk'与计算行程容积 Vhk 不同，各级名义压力及压力比 必然变化。各级进、排气压力修正系数 βk 及 βk+1 分别为： a. 各级进气压力修正系数： b. 各级排气压力修正系数：

c. 修正后各级名义压力及压力比: P1k'=βkP1k P2k'=βk+1P2k ε'=P2k'/P1k' 计算结果列入表 2-6。 级 计算行程容积 实际行程容积VhkVhk' 次 m3 m3 Ⅰ 0.02856 0.028 Ⅱ 0.00953 0.01

βk=VhI'Vhk/ 修正系数 βk+1=VhI'Vh(k+1)/ (VhIVh(k+1)') P1k 名义吸气压力 （MPa） 名义排气压力 （MPa） 修正后名义压力 比 P1k'=βkP1k P2k P2k'=βk+1P2k ε'= P2k'/P1k'

(VhIVhk') 1 0.93 0.1 0.1 0.3 0.28 2.8 0.93 1 0.3 0.28 0.9 0.9 3.21

9.计算缸内实际压力

缸内实际压力： Ps=P1'(1-δs) Pd=P2'(1+δd)

由图 1-10，查得 δs，δd，计算各级气缸内实际压力，结果见下表。 表 2-7 考虑压力损失后的缸内实际压力比

级 次

修正后名义 压力(MPa） 相对压 力损失 1-δd

缸内实际压 力损失 (MPa) Ps Pd 实际 压力比 ε‘= Ps/Pd P1' P2' δs δd 1-δs Ⅰ Ⅱ 0.1 0.28 0.28 0.9 0.05 0.082 0.95

1.082 0.095 0.304 0.959 3.2 3.54

0.035 0.061 0.965 1.061 0.27 10.计算各级实际排气温度

按 k=1.4 和 m=1.3 两种情况计算，计算结果见下表。从中可以看出，按 k=1.4 计算出的排气温度超过了 180℃的允许范围，但实际测出的

排气温度接近多变压 缩 m=1.3 的结果，认为在允许的范围内。 表 2-8 根据实际压力比求得各级实际排气温 度 级 次

吸气温度 (℃) (K)

实际 压力 比ε ' 3.2 3.54 ε'(k-1)/k

k=1.4 T2 T2 (K) (℃) ε'(m-1)/m m=1.3 T2 (K) T2 (℃) Ⅰ Ⅱ 40 50 313 323 1.394 1.434 436 462 163 189 1.308 1.338 409 431 136 158

11.缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径

气缸直径的圆整， 活塞杆直径的选取及各级吸排气压力的修正都直接影响到 气体力，需重新计算如下： （1）第Ⅰ列(第Ⅰ级) a. 活塞面

积 盖侧： 轴侧：

b. 压力:PSI=0.95×105Pa PdI=3.04×105Pa

c. 气体力: 外止点：PI 外=PSIFZI-PdIFgI 5 -4 5 -4 =0.95×10 ×697×10 -3.04×10 ×707×10 =-14870N

内止点: PI 内=PdIFZI-PSIFgI 5 -4 5 -4 =3.04×10 ×697×10 -0.95×10 ×707×10 =14480N

（2）第Ⅱ列(第Ⅱ级) a. 活塞面积 盖侧： 轴侧：FZII=FgII-fd=0.0254-9.62×10-4=244×10-4m2 b. 压力 PSII=2.7×105Pa PdII=9.59×105Pa c. 气体力 外止点：PII 外=PSIIFZII-PdIIFgII =2.7×105×244×10-4-9.59×105×254×10-4 =-17800N

内止点：PII 内=PdIIFZII-PdIIFgII =9.59×105×244×10-4-2.7×105×254×10-4 =16640N

由以上计算表明，最大气体力在第Ⅱ列外止点（-17800N），约为 1.8 吨， 没有超过活塞杆的允许值，可用。 12.复算排气量

气缸直径圆整后，压力比发生变化，引起容积系数相应的变化。 如其它系数不变，则排气系数为： 经上述修正后的排气量为： Vd=

VhI'λI'n=0.028×0.79×450=9.96m /min 计算结果与题目要求接近，说明所选用的气缸是合适的。 3

13.计算功率，选取电机 （1）计算各级指示功率

（2）整机总指示功率： Ni=NiI+NiII=24+26.5=50.2 KW

（3）轴功率 Nz： 因本机为中型压缩机，取机械效率 ηm=0.92，则： （4）所需电机功率： 因本机是三角皮带传动，取传动效率 ηe=0.97，则：

实际本机选用 JR1156 型三相绕线式感应电动机，功率为 75KW 是足够的， 说明以上计算可用。 14.热力计算结果数据

（1）各级名义，实际压力及压力比见下表 各级名义、 表 2-9 各级名义、实际压力及压力比 级次 Ⅰ Ⅱ

名义压力(MPa) P1 P2 ε 0.1 0.28 0.28 0.9 2.8 3.21 实际压力(MPa) Ps Pd ε' 0.095 0.27 0.304 0.959 3.2 3.64 （2）各级实际排气温度: T2I=409K T2II=431K （3）气缸直径: DI=300mm （4）气缸行程容积: VhI'=0.028m3 （5）实际排气量: Vd'=9.96m /min 3 或 或

T2I=136℃ T2II=158℃ DII=180mm VhII'=0.01m3

（6）活塞上最大气体力: Pmax=PII 外=-17800N （7）电动机功率: Ne=75KW （8）活塞杆直径：d=35mm 3 动力计算 1.第Ⅰ级缸解析法 1.1 运动计算

（1）曲柄运动状态： 曲柄运动状态： r=s/2=200/2=100mm ω=2πn/60=450π/30=47.2 rω=0.1×47.2=4.72m/s rω2=0.1×47.22=222.8m/s2 （2）位移： 位移：

1 ? ? 盖侧： X g = r ?(1 ?cosα ) + 1 ? 1 ?λ 2 sin 2 α? = k1r λ?? ( )

轴侧： X z = S ? X g

1 速度： c = rω (sin α + λ cos 2α ) 2

加速度: a = rω 2 (cos α + λ sin 2α ) 每隔 10s 按上述计算 xg , xz , c , a 将结果列入表 2-11，其中α是第Ⅰ列及第 Ⅱ列本列的曲柄转角，两者结果一样，故共用一个表。 曲柄转角 活塞位移 xg (mm) xz (mm) 活塞速度 c( m / s ) α 0o 10o

活塞加速 度 a(m / s 2 ) 曲柄转角 α 360o 350o

20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o 170o 180o

340o 330o 320o 310o 300o 290o 280o 270o 260o 250o 240o 230o 220o 210o 200o 190o 180o 1.2 气体力计算

用列表计算法作各级气缸指示图及气体力展开图。 各过程压力： （1） 各过程压力

? s ? Pi = Ps ? 0 ? ? s0 + xi ? m 膨胀过程: 进气过程: Pi=Ps

? s + s0 ? Pi = Ps ? ? ? s0 + xi ? m 压缩过程: 排气过程: Pi=Pd

本机属于中型压缩机，取 m=m＇=1.4，xi 是活塞位移，用运动计算中

各点的 位移值。因本机为双作用活塞，盖侧气体力与轴侧气体力应分别列表计算。 （2）气体力： 气体力 盖侧 Pi = ? pi Fg 轴侧 Pi = ? pi Fz

对双作用活塞盖侧与轴侧气体力应分别计算， 然后将同一转角时两侧气体力 合成。 气体力符号规定：轴侧气体力使活塞杆受拉，为正；盖侧气体力使活塞杆受 压，为负。 （3）将计算结果列入表中： 将计算结果列入表中： Ⅰ级盖侧气体力列入表 2-12， Ⅰ级轴侧气体力列入表 2-13，合成气体力 列入表 2-16。 气体力 ( kN ) 活塞位移 曲柄转角 膨胀过程

? s ? P = pi ? 0 ? i ? x +s ? ? g 0? m 进期过程 压缩过程

? s+s ? P = pi ? 0 ? i ? x +s ? ? g 0? m 排气过程 α xg = k1r

Pi = ps Pi = pd Pi = pi Fg Ι

0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o 100o 110o

120o 130o 140o 150o 160o 170o 180o 190o 200o 210o 220o 230o 240o 250o 260o 270o 280o 290o 300o 310o 320o 330o 340o 350o 360o 曲柄转角 活塞位移 膨胀过程 进期过程 压缩过程 排气过程 气体力 ( kN ) α xz = S ?xg

? s ? P = pi ? 0 ?i?xz +s0 ? m Pi = ps

?s+s? P = pi ? 0 ?i?xz +s0 ? m Pi = pd

Pi = pi FzΙ

0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o 170o 180o 190o 200o 210o 220o 230o 240o 250o 260o 270o

280o 290o 300o 310o 320o 330o 340o 350o 360o 曲柄转角 I级

盖侧Pg轴侧Pz 合成P 曲柄转角 I级

盖侧Pg轴侧Pz 合成P α

0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o α

190o 200o 210o 220o 230o 240o 250o 260o 270o 280o 290o 300o 310o 320o 330o 340o 350o 170o 180o 360o

1.3 往复惯性力计算

（1）往复运动质量的计算 连杆质量： m1 = 13kg 。 取小头折算质量：

m1' = 0.3m1 = 0.3 × 13 = 3.9kg Ⅰ级活塞组件及十字头组件质量： mPΙ = 25.4 + 8.2 = 33.6kg 于是得到各级往复运动质量： mS Ι = mPΙ + m1' = 33.6 + 3.9 = 37.5kg

（2）活塞加速度 加速度值由运动计算已知。 （3）计算各级往复惯性力： 计算各级往复惯性力： I Ι = mS Ι a

计算结果列入表Ⅱ-2-17。关于惯性力的符号规定：以使活塞杆受拉为正， 受压为负，这一规定恰好和惯性力与加速度方向相反的规定一致。 1.4 摩擦力的计算 (1)往复摩擦力的计算 取往复摩擦力为总摩擦力的 70％

Ⅰ级往复摩擦力： ? 1 ? 1 ? 1?× 60 ? 1) × 60 0.7 × 24 ×?? 0.92 ? m = = 487 N 2Sn 2 × 0.2 × 450 RS Ι = 0.7 N i (

关于往复摩擦力的符号规定： a. 仍以使活塞杆受拉为正，受压为负。 b. 在 00-1800 之间为向轴行程，摩擦力使活塞杆受拉，定为正。 在 1800-3600 之间为向盖行程，摩擦力使活塞杆受压，定为负。 （2）旋转摩擦力的计算 旋转摩擦力为总摩擦力的 30％ 1 1 ? 1) × 60 0.3 × (24 + 26.2) × ( ? 1) × 60 m 0.92 = = 278 N πSnπ× 0.2 × 450 RΙ = 0.3 N Ι (

1.5 综合活塞力计算

（1）将气体力、往复惯性力及往复摩擦力合成就得到综合活塞力 P∑ PΙ ∑ = PΙ + IΙ + R Ι 计算结果列入表 2-18。 活塞力 P∑是随着曲柄转角 α 而变化的其正负号规定同前。 曲轴转角 气体力 往复惯性 往复摩擦 活塞力 α

0o 10o 20o 30o PΙ ( kN ) I Ι ( kN ) RS Ι ( kN ) PΣΙ ( kN )

sin (α + β ) cos β 切向力 TI ( kN )

40o 50o 60o 70o 80o 90o 100o 110o 120

o 130o 140o 150o 160o 170o 180o 190o 200o 210o 220o 230o 240o 250o 260o 270o 280o 290o 300o 310o 320o 330o 340o 350o 360o 1.6 切向力的计算 （1）切向力的计算

TΙ ∑ = PΙ ∑ sin(α + β ) λ sin β = PΙ ∑ (sin α + ) cos β 2 1 ?λ 2 sin α

计算结果列入表Ⅱ-2-18。 （4）平均切向力的计算 a. 由列表计算的切向力求平均切向力 T m TΙ m = ∑T 1 36 36 =

420 = 11.67 kN 36

b. 由热力计算所得的轴功率计算平均切向力 ' TΙm =

30 Nz 54.6 × 30 = = 11.59kN π rn π × 0.1× 450 1.7 飞轮矩的计算

（1）压缩机一转中的能量最大变化量 L：

L = mImr?f max = 0.0349 × 2000 × 8028 = 577.9 N ? m （2）旋转不均匀度 δ 的选取 本压缩机与电机是用三角皮带传动， 由教材 δ= 1/30） （1/40） δ=1/30。 （ ～ 取 （3）飞轮矩的计算

MD 2 = 3600 L 3600 × 577.9 = = 30.23kgm2 2 2 π n δ 3.142 × 4502 × 1 30

1.8 分析本压缩机动力平衡性能 2.第Ⅰ级缸图解法

2.1 运动曲线

由表 2-11 中的值描点连线作出曲线图如图 2-2。 。 2.2 Ⅰ级气缸指示图

用活塞行程为横坐标，以气体力为纵坐标，将表中的数据在坐标上描点连线 即成，Ⅰ级气缸指示图如图 2-3。 2.3 气体力展开图

以曲柄转角 α 为横坐标，以气体力为纵坐标，将指示图展开。轴侧气体力 为正， 绘在横坐标上， 盖侧气体力为负， 绘在横坐标以下， 并将合成气体力绘出， Ⅰ级气缸气体力展开图如图 2-5。

（2）列的综合活塞力图的绘制 将每列的气体力、 往复惯性力及往复摩擦力相迭加， 绘在同一比例尺的图上， 就到列的综合活塞力图，横坐标为曲轴转角 α，纵坐标为活塞力 P∑如图 2-7。 2.4 切向力图

根据切向力的计算表作切向图，如图 2-9

（1）用求机仪（或其它方法）求得平均切向力与总切向力曲线所包围的面积： F1=-0.26cm2 , F2=8.82cm2 , F3=-4.805cm2 , 2 2 2 F4=0.371cm , F5=-0.024cm , F6=0.102cm , 2 2 2 F7=-1.272cm , F8=0.276cm , F9=-2.641cm （2）作幅度面积向量图 将平均切向力下方的面积定为 ［－］ 向上作向量， 平均切向力上方的定为 ［＋］ 向下作向量，把所有这些向量依次首尾相接平行作出（最末一个向量的终点与第 一个向量的始点在同一水平线），得到向量图上最高点与最低点间的差值

?f max = 8.28cm 2 ，如图 2-9。比例尺： 1cm = 2cm 2 。 3.第Ⅱ级缸解析法 3.1 运动计算

（1）曲柄运动状态： 曲柄运动状态： 动状态 r=s/2=200/2=100mm ω=2πn/60=450π/30=47.2

rω=0.1×47.2=4.72m/s rω =0.1×47.2 =222.8m/s （2）位移： 位移：

1 ? ? 盖侧： X g = r ?(1 ?cosα ) + 1 ? 1 ?λ 2 sin 2 α? = k1r λ?? 2 2 2 ( )

轴侧： X z = S ? X g

1 速度： c = rω (sin α + λ cos 2α ) 2

加速度: a = rω 2 (cos α + λ sin 2α ) 其中 α 是第Ⅰ列及第 每隔 10s

按上述计算 xg , xz , c , a 将结果列入表 2-11， Ⅱ列本列的曲柄转角，两者结果一样，故共用一个表。 曲柄转角 活塞位移 xg (mm) xz (mm) 活塞速度 c( m / s ) α

0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o 100o 110o 120o 130o 活塞加速 度 a(m / s 2 ) 曲柄转角 α

360o 350o 340o 330o 320o 310o 300o 290o 280o 270o 260o 250o 240o 230o

140o 150o 160o 170o 180o 220o 210o 200o 190o 180o 3.2 气体力计算

用列表计算法作各级气缸指示图及气体力展开图。 各过程压力： （1） 各过程压力

? s ? Pi = Ps ? 0 ? ? s0 + xi ? m 膨胀过程: 进气过程: Pi=Ps

? s + s0 ? Pi = Ps ? ? ? s0 + xi ? m 压缩过程: 排气过程: Pi=Pd

本机属于中型压缩机，取 m=m＇=1.4，xi 是活塞位移，用运动计算中

各点的 位移值。因本机为双作用活塞，盖侧气体力与轴侧气体力应分别列表计算。 （2）气体力： 气体力 盖侧 Pi = ? pi Fg 轴侧 Pi = ? pi Fz

对双作用活塞盖侧与轴侧气体力应分别计算， 然后将同一转角时两侧气体力 合成。 气体力符号规定：轴侧气体力使活塞杆受拉，为正；盖侧气体力使活塞杆受 压，为负。 （3）将计算结果列入表中： 将计算结果列入表中：

Ⅰ级盖侧气体力列入表 2-12，Ⅰ级轴侧气体力列入表 2-13，合成气体力 列入表 2-16。 3.3 往复惯性力计算

（1）往复运动质量的计算 连杆质量： m1 = 13kg 取小头折算质量： m1' = 0.3m1 = 0.3 × 13 = 3.9kg Ⅱ级活塞组件及十字头组件质量： mPΙ = 20.7 + 8.2 = 20.7 kg 于是得到各级往复运动质量：

mS ΙΙ = mPΙΙ + m1' = 20.7 + 3.9 = 24.6kg

（2）活塞加速度 加速度值由运动计算已知。 （3）计算各级往复惯性力： 计算各级往复惯性力： I ΙΙ = mS ΙΙ a 计算结果列入表Ⅱ-2-17。关于惯性力的符号规定：以使活塞杆受拉为正， 受压为负，这一规定恰好和惯性力与加速度方向相反的规定一致。 3.4 摩擦力的计算

往复摩擦力与旋转摩擦力分别计算如下： （1）往复摩擦力的计算 取往复摩擦力为总摩擦力的 70％ Ⅱ级往复摩擦力: ? 1 ? 1 ? 1?× 60 ? 1) × 60 0.7 × 26.2 ×?? 0.92 ? m = = 532 N 2 Sn 2 × 0.2 × 450 RS ΙΙ = 0.7 N i (

关于往复摩擦力的符号规定： a. 仍以使活塞杆受拉为正，受压为负。 b. 在 00-1800 之间为向轴行程，摩擦力使活塞杆受拉，定为正。 在 1800-3600 之间为向盖行程，摩擦力使活塞杆受压，定为负。 （2）旋转摩擦力的计算 旋转摩擦力为总摩擦力的 30％ RΙΙ = 0.3 N Ι (

1 1 ? 1) × 60 0.3 × (24 + 26.2) × ( ? 1) × 60 m 0.92 = = 278 N πSnπ× 0.2 × 450 3.5 综合活塞力计算

（1）将气体力、往复惯性力及往复摩擦力合成就得到综合活塞力 P∑ PΙΙ ∑ = PΙΙ + IΙΙ + R ΙΙ 计算结果列入表 2-18。 活塞力 P∑

是随着曲柄转角 α 而变化的其正负号规定同前。 3.6 切向力的计算 （1）切向力的计算

TΙΙ ∑ = PΙΙ ∑ sin(α + β ) λ sin β = PΙΙ ∑ (sin

α + ) cos β 2 1 ?λ 2 sin α

计算结果列入表Ⅱ-2-18。 （4）平均切向力的计算 a. 由列表计算的切向力求平均切向力 T m TΙΙ m = ∑T 1 36 36 =

420 = 11.67 kN 36

b. 由热力计算所得的轴功率计算平均切向力

TΙΙ' m = 30 Nz 54.6 × 30 = = 11.59kN π rn π × 0.1× 450 3.7 飞轮矩的计算

（1）压缩机一转中的能量最大变化量 L：

L = mImr?f max = 0.0349 × 2000 × 8028 = 577.9 N ? m （2）旋转不均匀度 δ 的选取 本压缩机与电机是用三角皮带传动， 由教材 δ= 1/30） （1/40） δ=1/30。 （ ～ 取 （3）飞轮矩的计算

MD 2 = 3600 L 3600 × 577.9 = = 30.23kgm2 2 2 1 π n δ 3.142 × 4502 × 30

3.8 分析本压缩机动力平衡性能 4.第Ⅱ级缸图解法

4.1 运动曲线

中值描点连线作出曲线图如图 由表 2-11 中值描点连线作出曲线图如 2-2。 。

4.2 Ⅱ各级气缸指示图

用活塞行程为横坐标，以气体力为纵坐标，将表中的数据在坐标上描点连线 即成，Ⅱ级气缸指示图如图 2-4。 4.3 作气体力展开图

以曲柄转角 α 为横坐标，以气体力为纵坐标，将指示图展开。轴侧气体力 为正， 绘在横坐标上， 盖侧气体力为负， 绘在横坐标以下， 并将合成气体力绘出， Ⅱ级气缸气体力展开图如图 2-6。

（2）列的综合活塞力图的绘制 将每列的气体力、 往复惯性力及往复摩擦力相迭加， 绘在同一比例尺的图上， 就到列的综合活塞力图，横坐标为曲轴转角 α，纵坐标为活塞力 P∑图 2-8。 4.4 作切向力图

根据切向力的计算表作切向图，如图 2-9

（1）用求机仪（或其它方法）求得平均切向力与总切向力曲线所包围的面积： F1=-0.26cm2 , F2=8.82cm2 , F3=-4.805cm2 , 2 2 2 F4=0.371cm , F5=-0.024cm , F6=0.102cm , F7=-1.272cm2 , F8=0.276cm2 , F9=-2.641cm2 （2）作幅度面积向量图 将平均切向力下方的面积定为 ［－］ 向上作向量， 平均切向力上方的定为 ［＋］ 向下作向量，把所有这些向量依次首尾相接平行作出（最末一个向量的终点与第 一个向量的始点在同一水平线），得到向量图上最高点与最低点间的差值

?f max = 8.28cm 2 ，如图 2-9， 1cm = 2cm 2 。 4 零部件设计

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