(完整版)活塞式压缩机的受力分析
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c dx / dt dx / d d / dt r sin / 2sin 2 d / dt
因为 d / dt n / 30 （角速度为常数） n —转速)，
活塞的速度、加速度、旋转加速度
故速度：
c r sin / 2sin 2
加速度：
j dc / dt dc / d d / dt
现两次，发生在 =90°，270°
时，I
。
II
min
msr 2
往复惯性力
从上面可看出：
①二阶惯性力的最大值仅为一阶惯性力的 倍。
②一、二阶往复惯性力总作用在气缸轴线上。 4、旋转惯性力(离心力）
大小： Ir mr r 2， 大小不变 （ —角速度认为它是 不变的、均速的，实际上是
有些变化的）。
对单作用压缩机：Pg 对曲柄连杆机构
起压缩作用。
气体力
对双作用机：活塞向盖行程（压 缩作用）和向轴行程时（拉伸作 用），气体力对曲柄连杆机构交替 地作用着压缩和拉伸力。
气体力为内力
作用在气缸盖上的气体力Pg 则与作用在 活塞上的力 Pg 大小相等，方向相反。并通过
气缸盖上等固定件一直传递到主轴承上和通 过曲柄连杆机构也传递至主轴承上的气体力 相互抵消，故称为内力。但该力使固定机件 及连接螺栓受其交变载荷作用，成为这些零 件的主要载荷。
活塞式压缩机曲柄连杆机构的任务是将主 轴的旋转运动，通过连杆转化为活塞（或者是 十字头）的往复运动。
运动时： 曲柄作旋转运动； 连杆作平面运动；（可看作一部分随曲柄
作旋转运动，另一部分做往复运动）； 活塞（十字头）做往复运动； 我们重点是 研究往复运动。
行程、连杆比
活塞行程: s 2r（曲柄半径） ；
I I max msr 2
（外止点) ；
1800 为最小:
II max msr 2
(内止点)。
二阶往复惯性力
III msr 2 cos 2 称为二
阶惯性力。 其变化周期为曲轴转半
周的时间，最大值在曲轴旋转一周
中出现两次即 =0°、180°
时， I II mas msr 2 ；最小值也出
旋转惯性力
旋转惯性力的作用方向始终沿着曲柄
半径指向外，而且规定使曲柄承受拉伸为
正值，受压缩为负值，故式中负号可不顾
及。
mr —旋转质量=曲轴的旋转质量+
（0.6－0.7）连杆质量。
第二节、压缩机中的作用力
一、压缩机运行时的作用力
①空负载运行中：曲柄连杆机构只产生惯 性力和摩擦力。
②满负载运行而突然在止点停车时，压缩 机中只有最大气体力作用在有关零件上。
压缩机运行时的作用力
③满负载正常运行时：压缩机中 作用力主要为：
缸内的气体力 Pg ;
往复惯性力 I ;
旋转惯性力 Ir ; 摩擦力 Pf ;
旋转摩擦力 Pr 。
气体力
1)、气体力：Pg pg Fh 是个变化值。
( Pg —气体压力) 。其值决定 pg 的大小和
活塞面积 Fh 。
气体力既作用在活塞顶面，也作用在 气缸盖内壁（见图2）。
旋转的作用，故称为阻力矩。
自由力
至于PL 又可（ P / PL cos ）再分解
为一个侧向力 N 和活塞力 P 。 N
和十字头销上的 N 构成一个力矩 Nh'
(图2)；
活塞力 P Pg I 。
自由力
气体力和从固定件传来的气体力相互
抵后，主轴O点处只作用着惯性力 I 。
它和曲柄销中心B点处作用着的旋转惯 性力（离心力），这两个力无法在内部 平衡，都会传到机器外，故称自由力或 外力。
连杆比: r / L ；
L —连杆长度，通常 总在
1/3～1/6之间。
2、曲柄机构的运动分析 （1）活塞的位移
x r 1 cos / 41 cos 2
式中： —曲柄转角（一般规定活塞在外 止点时 =0° ）。
活塞的速度及加速度
c （ 2）活塞的速度 及加速度 j 。
对位移求导：
卧式机器设计支承的问提
卧式机器由于气缸轴线方向串联有机身、 中体、接筒以及级差式气缸等零件而使机器 过长，为支承其重量应设计成为不要限制其 轴向位移的支承。否则会使中体与机身连接 法兰处受力不均，甚至造成中体连接螺栓在 下半周者断裂事故。
惯性力、活塞力
2）、惯性力 I ，也是交变力。其 和气体力构成活塞力。即：P Pg I
I msr 2 (cos cos 2 ) msr 2 cos msr 2 cos 2
I I I II
因动力计算中规定使连杆产生拉伸应力的 力为正，反之为负故式中将负号去掉。
2
一阶往复惯性力
II msr 2 cos 为一阶往复惯
性力。其变化的周期等于曲轴转一周的时 间。
当 00 时，为最大值:
= r2 cos cos 2
③曲柄销质点的旋转加速度：jr r 2 。
3、曲柄连杆机构运动时的惯性力 往复惯性力：
I ms j msr2(cos cos 2)
即往复惯性力等于运动质量乘加速度，其 方向和加速度方向相反。
往复质量：ms = 活塞质量(含活塞环等）+
活塞杆质量+ 十字头质量+（0.3-0.4)连杆质量。
中心 O 构成一个力矩 PL h 和一个力 PL（作用于主轴承上）见图 2 。
阻力矩
PLh P r sin com Mc
——连杆与气缸中心的夹角
上式是根据 N / P tg 及 P / PL cos
以及图2中h , r 和 h 与 PL的垂直关系而推出的。 由于力矩 M c 和曲轴转向相反，起着阻止曲轴
(使连杆受拉伸为正、压缩为负)。
3）、活塞力 P ，传递至十字头
销（或活塞销）时，分解为两个力：侧
向力 N 及连杆力 PL (见图2）。
由图2知： N Ptg
PL P / cos
侧向力、连杆力 的作用点
侧向力N 作用于十字头滑道上或气 缸工作面上（筒形活塞）；连杆力 PL 作
用于连杆轴线上，是连杆所承受的主要 负载，它可传递至曲柄点 B 处，对主轴
活塞式压缩机的受力分析
r+L S=2r x
曲柄连杆机构简化图 1
A’ A A’’
β
B’ C Oα
ω B’’
Pg pg Fh
P Pg I
A
N
ω
T
PL
R
－NBaidu Nhomakorabea
B
β
rh
PL
Oα
P
h’
压缩机作用力分析图 2
第一节、简述压缩机的动力学
一、运动学 二、压缩机中的作用力 三、压缩机中惯性力的平衡
1、运动学原理
因为 d / dt n / 30 （角速度为常数） n —转速)，
活塞的速度、加速度、旋转加速度
故速度：
c r sin / 2sin 2
加速度：
j dc / dt dc / d d / dt
现两次，发生在 =90°，270°
时，I
。
II
min
msr 2
往复惯性力
从上面可看出：
①二阶惯性力的最大值仅为一阶惯性力的 倍。
②一、二阶往复惯性力总作用在气缸轴线上。 4、旋转惯性力(离心力）
大小： Ir mr r 2， 大小不变 （ —角速度认为它是 不变的、均速的，实际上是
有些变化的）。
对单作用压缩机：Pg 对曲柄连杆机构
起压缩作用。
气体力
对双作用机：活塞向盖行程（压 缩作用）和向轴行程时（拉伸作 用），气体力对曲柄连杆机构交替 地作用着压缩和拉伸力。
气体力为内力
作用在气缸盖上的气体力Pg 则与作用在 活塞上的力 Pg 大小相等，方向相反。并通过
气缸盖上等固定件一直传递到主轴承上和通 过曲柄连杆机构也传递至主轴承上的气体力 相互抵消，故称为内力。但该力使固定机件 及连接螺栓受其交变载荷作用，成为这些零 件的主要载荷。
活塞式压缩机曲柄连杆机构的任务是将主 轴的旋转运动，通过连杆转化为活塞（或者是 十字头）的往复运动。
运动时： 曲柄作旋转运动； 连杆作平面运动；（可看作一部分随曲柄
作旋转运动，另一部分做往复运动）； 活塞（十字头）做往复运动； 我们重点是 研究往复运动。
行程、连杆比
活塞行程: s 2r（曲柄半径） ；
I I max msr 2
（外止点) ；
1800 为最小:
II max msr 2
(内止点)。
二阶往复惯性力
III msr 2 cos 2 称为二
阶惯性力。 其变化周期为曲轴转半
周的时间，最大值在曲轴旋转一周
中出现两次即 =0°、180°
时， I II mas msr 2 ；最小值也出
旋转惯性力
旋转惯性力的作用方向始终沿着曲柄
半径指向外，而且规定使曲柄承受拉伸为
正值，受压缩为负值，故式中负号可不顾
及。
mr —旋转质量=曲轴的旋转质量+
（0.6－0.7）连杆质量。
第二节、压缩机中的作用力
一、压缩机运行时的作用力
①空负载运行中：曲柄连杆机构只产生惯 性力和摩擦力。
②满负载运行而突然在止点停车时，压缩 机中只有最大气体力作用在有关零件上。
压缩机运行时的作用力
③满负载正常运行时：压缩机中 作用力主要为：
缸内的气体力 Pg ;
往复惯性力 I ;
旋转惯性力 Ir ; 摩擦力 Pf ;
旋转摩擦力 Pr 。
气体力
1)、气体力：Pg pg Fh 是个变化值。
( Pg —气体压力) 。其值决定 pg 的大小和
活塞面积 Fh 。
气体力既作用在活塞顶面，也作用在 气缸盖内壁（见图2）。
旋转的作用，故称为阻力矩。
自由力
至于PL 又可（ P / PL cos ）再分解
为一个侧向力 N 和活塞力 P 。 N
和十字头销上的 N 构成一个力矩 Nh'
(图2)；
活塞力 P Pg I 。
自由力
气体力和从固定件传来的气体力相互
抵后，主轴O点处只作用着惯性力 I 。
它和曲柄销中心B点处作用着的旋转惯 性力（离心力），这两个力无法在内部 平衡，都会传到机器外，故称自由力或 外力。
连杆比: r / L ；
L —连杆长度，通常 总在
1/3～1/6之间。
2、曲柄机构的运动分析 （1）活塞的位移
x r 1 cos / 41 cos 2
式中： —曲柄转角（一般规定活塞在外 止点时 =0° ）。
活塞的速度及加速度
c （ 2）活塞的速度 及加速度 j 。
对位移求导：
卧式机器设计支承的问提
卧式机器由于气缸轴线方向串联有机身、 中体、接筒以及级差式气缸等零件而使机器 过长，为支承其重量应设计成为不要限制其 轴向位移的支承。否则会使中体与机身连接 法兰处受力不均，甚至造成中体连接螺栓在 下半周者断裂事故。
惯性力、活塞力
2）、惯性力 I ，也是交变力。其 和气体力构成活塞力。即：P Pg I
I msr 2 (cos cos 2 ) msr 2 cos msr 2 cos 2
I I I II
因动力计算中规定使连杆产生拉伸应力的 力为正，反之为负故式中将负号去掉。
2
一阶往复惯性力
II msr 2 cos 为一阶往复惯
性力。其变化的周期等于曲轴转一周的时 间。
当 00 时，为最大值:
= r2 cos cos 2
③曲柄销质点的旋转加速度：jr r 2 。
3、曲柄连杆机构运动时的惯性力 往复惯性力：
I ms j msr2(cos cos 2)
即往复惯性力等于运动质量乘加速度，其 方向和加速度方向相反。
往复质量：ms = 活塞质量(含活塞环等）+
活塞杆质量+ 十字头质量+（0.3-0.4)连杆质量。
中心 O 构成一个力矩 PL h 和一个力 PL（作用于主轴承上）见图 2 。
阻力矩
PLh P r sin com Mc
——连杆与气缸中心的夹角
上式是根据 N / P tg 及 P / PL cos
以及图2中h , r 和 h 与 PL的垂直关系而推出的。 由于力矩 M c 和曲轴转向相反，起着阻止曲轴
(使连杆受拉伸为正、压缩为负)。
3）、活塞力 P ，传递至十字头
销（或活塞销）时，分解为两个力：侧
向力 N 及连杆力 PL (见图2）。
由图2知： N Ptg
PL P / cos
侧向力、连杆力 的作用点
侧向力N 作用于十字头滑道上或气 缸工作面上（筒形活塞）；连杆力 PL 作
用于连杆轴线上，是连杆所承受的主要 负载，它可传递至曲柄点 B 处，对主轴
活塞式压缩机的受力分析
r+L S=2r x
曲柄连杆机构简化图 1
A’ A A’’
β
B’ C Oα
ω B’’
Pg pg Fh
P Pg I
A
N
ω
T
PL
R
－NBaidu Nhomakorabea
B
β
rh
PL
Oα
P
h’
压缩机作用力分析图 2
第一节、简述压缩机的动力学
一、运动学 二、压缩机中的作用力 三、压缩机中惯性力的平衡
1、运动学原理