东北石油大学本科生课程设计 压缩过程 p排气过程 pi?p(ss?s0s0?xim') (2-12)
i?p (2-13）
d
本机属于中型压缩机，取m =m′=1.4，xi是活塞位移，是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。
2.2.2 气体力：
盖侧： p轴侧： pi??pF (2-14)
igi?pF (2-15)
iz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：轴侧气缸的气体力使连杆受拉伸，气体力为正值；盖侧气缸的气体力使连杆受压缩，为负值。
2.2.3 将计算结果列入表中：
Ⅰ级盖侧气体力列入附表2，Ⅰ级轴侧气体力列入附表3，Ⅱ级盖侧气体力列入附表4，Ⅱ级轴侧气体力列入附表5，合成气体力列入附表6。
2.2.4 作各级气缸指示图
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轴上描点连线即成，Ⅰ级气缸指示图如附图2，Ⅱ级气缸指示图如附图3。
2.2.5 作气体力展开图
以曲轴转角α 为横坐标，以气体力为纵坐标，将指示图展开。轴侧气体力为证，绘制在横坐标上，盖侧气体力为负，绘制在坐标轴下，并将合成气体力绘制出，Ⅰ级气缸气体力展开图如附图4，Ⅱ级气缸气体力展开图如附图5。
2.3 往复惯性力计算
2.3.1 往复运动质量的计算
连杆质量 ml=86.025kg
取小头折算质量 m′l=0.3 ml==0.3×86.025=25.81kg Ⅰ级活塞组件及十字头组件质量
m21
pⅠ?188.76?89.03?277.79kg
校核计算2D12—90/2-20对称平衡式无油润滑压缩机
Ⅱ级活塞组件及十字头组件质量
mpⅡ?162.69?89.03?251.72kg
于是得到各级集中在十字头销的往复运动质量为： msⅠ=mpⅠ+ m′lⅠ=277.79+25.81=303.60kg msⅡ=mpⅡ+ m′lⅡ=251.72+25.81=277.53kg
2.3.2 活塞加速度
加速度值由运动计算已知。
2.3.3 计算各级往复惯性力
I?mas?mr?（cos???cos2?s2） （2-16）
计算结果列入附表7中。关于惯性力的符号规定：使连杆（或活塞杆）受拉伸的力作为正值，使连杆（或活塞杆）受压缩的力为负，这一规定恰好和惯性力与加速度方向相反的规定一致。
2.4 摩擦力的计算
压缩机总是存在着往复摩擦力和旋转运动摩擦力，其两者的计算分别如下：
2.4.1 往复摩擦力的计算Rs
往复摩擦力Rs可以看作是活塞环与气缸壁、活塞杆与填料函、十字头滑板与滑道等所有往复运动摩擦力的总和。一般往复摩擦力所消耗的功率Nm占总的机械摩擦功率的60～70%，即：即：Rs??1?(0.6~0.7)Nm?602SnN (2-17)
?式中Nm?Ni????1? (2-18)
?m?其中Ni—指示功率；?m—压缩机机械效率 取往复摩擦力为总摩擦力的70%，则有
?1??0.7?Nik??1???60??m?2SnRsk?0.7?Nm?602Sn?
Ⅰ级往复摩擦力RsⅠ??1???600.7?NiⅠ??1????m?2Sn
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东北石油大学本科生课程设计 0.7?608.3?10?(?310.942?0.28?500?1)?60=5824.1N
Ⅱ级往复摩擦力RsⅡ??1???600.7?NiⅡ??1????m?2Sn
?1)?600.7?583?10?(?310.942?0.28?500=5581.9N
关于往复摩擦力的符号规定：
（1）Rs的方向始终与活塞的运动方向相反，仍以使活塞杆受拉为正，受压为负；
（2）在整个向轴行程中（??0~180?）往复摩擦力使活塞杆受拉，始终为正值；而在整个向盖行程中（??180~360?）往复摩擦力使活塞杆受压，始终为负值。
2.4.2旋转摩擦力Rr的计算
旋转摩擦力Rr包括：曲柄销与连杆大头瓦、十字头销与连杆小头瓦以及主轴与主轴承的摩擦力。一般旋转摩擦力小号的功率约占摩擦功率的40~30%，其计算式为：
?1??Ni(0.4~0.3)?60??1????m?Rr??SnN (2-19)
取旋转摩擦力为总摩擦力的30%，则
?1??Ni(0.4~0.3)?60??1????m?Rr??SnN
1?10.3?Ni(?1)?60ηm0.3?1191.3?10?(?3?Sn0.943.14?0.28?500?1)?60
=3113.6N
Rr就是旋转运动产生的被折算成作用于曲柄销上阻止曲轴旋转的摩擦力。规定摩擦力的方向为：凡与压缩机转向相反的为正值，相同的为负值。
2.5综合活塞力计算及综合活塞力图的绘制
当压缩机正常工作时，其气体力、往复惯性力及往复摩擦力都同时存在，都
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校核计算2D12—90/2-20对称平衡式无油润滑压缩机
是沿着汽缸中心线方向，这些力的代数和就称为压缩机列的综合活塞力P?。
2.5.1将气体力、往复惯性力及往复摩擦力合成得到就是得到综合活塞力P?
P??P?I?RS (2-20)
上式中各种力都是曲柄转角的函数，所以综合活塞力P?是随着曲柄转角?而变化的，其正负号规定同前。
计算结果列入附表8、附表9中
2.5.2列的综合活塞力图的绘制
做综合活塞力图时需要注意：①进行叠加的各种力的比例尺应取得一致，横坐标长度（0?~360?）都相等；②力的正负值均按照使连杆受拉为正，受压为负值处理；③各种力的叠加均为在相同转角?下的瞬时力的代数和。
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，从而得到列的综合活塞力图，横坐标为曲轴转角?，纵坐标为活塞力P?。其图标见附图6附图7。
显然，当压缩机空负荷运行时，气体力为零，此时综合活塞力就是往复惯性力和往复摩擦力之代数和；当满负荷而突然停车时，惯性力和摩擦力为零，此时综合活塞力就是气体力。最大气体力也就是压缩机名牌上标志的活塞力值。
对活塞杆、十字头销进行强度及稳定性计算时，应取气体力、往复惯性力及综合活塞力中的最大值作为计算载荷。
2.6切向力的计算及切向力图的绘制
活塞两面受到气体力。综合活塞力P?通过活塞杆作用到十字头销，在十字头销分解为两个分力：一个分力传递给连杆，沿连杆中心线方向，称为连杆力Pt；另一个分力通过十字头滑板垂直作用到滑道上称为侧向力N。连杆力Pt作用到曲柄销上，又分解为两个分力，一个分力是垂直与曲柄方向的切向力T，另一个分力是沿着曲柄方向的法向力Z。
2.6.1切向力的计算
设连杆力与切向力之间的夹角?，切向力为：
T?Ptcos??P?sin????cos?? (2-21)
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东北石油大学本科生课程设计 将cos??1??2sin2?代入上式得切向力的计算公式为：
??sin2?T?P??sin???221??sin??? ?2?? (2-22)
切向力符号规定：切向力与曲轴转向相反时，规定为正值，反之为负值。 计算结果列入附表8、附表9。
2.6.2总切向力的计算
将Ⅰ、Ⅱ列切向力和旋转摩擦力合成就得出总切向力，合成时要注意列的相位差，Ⅱ列按旋转方向超前180°，即Ⅱ列180°时的切向力与Ⅰ列0°时的切向力叠加，Ⅱ列190°时的切向力与Ⅰ列10°时的切向力叠加，依此类推，合成结果列入附表10。
2.6.3作切向力图
（1）横坐标为曲柄转角?，比例尺为m??20?/cm，换算为长度比例尺
ml?ml??S (2-23)
l?Sl???0.28360°?20°0.0488m/cm
?cm（2）纵坐标为切向力，比例尺mT=2kN/cm （3）根据切向力的计算表作切向图，如附图8.
2.6.4平均切向力的计算
（1）由列表计算的切向力求平均切向力Tm
36?TTm?1 (2-24)
3636?TTm?1=164.4kN
36（2）由热力计算所得到的轴功率计算平均切向力为
Tm?'30NZ?rn (2-25)
zTm??30N?rn?30?1267.33.14?0.14?500?173.0kN
（3） 计算作图误差
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