浅析高压直联便携式空压机惯性力的平衡

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【摘 要】本公司研究开发了一台体积小、重量轻、效率高、高低压二用的新型高压直联便携式空气压缩机，填补了国内空白。高压直眹机由于压比大，又要受到体积和重量的限制，由此带来了发热、振动、噪音、密封、安全以及因电网不稳而引起的电机烧机等一系列问题，需要研究解决。本文通过对不同布置型式压缩机惯性力的分析，找出适合本机的布置型式及惯性力平衡的方法，以满足机器的性能要求。

【关键词】空气压缩机；惯性力；平衡；对置式；对动式；L型压缩机

引言

空气压缩机在国民经济和国防建设的许多部门中应用极广，不仅是许多工业部门工艺流程中的心脏设备，而且还常常用于为气动工具提供动力源。特别是室内装修业的兴起，为微型空压机开辟了一个新的广阔的市场空间。为了使气钉枪这类微型气动工具更加方便实用，传统的移动式微型空气压缩机已不再适用，于是更加轻便的直联便携式空气压缩机应运而生。这种压缩机与电机同轴并组合在一起，转速高，重量轻，便于携带，且可用单相电源，

压缩机与电机的联结方式采用直联式，即连杆大头通过偏心块直接安装在电机轴的伸出端上，连杆小头则通过滚针轴承与活塞销相连，压缩机运转时，连杆大头作偏心摆动，并通过活塞销作往复运动，连杆组件和活塞组件都是在作加速或减速运动，所以都存在惯性力以及由这些力引起的惯性力矩。这些都是自由力和自由力矩，它们会使压缩机发生振动，给机器及其运行带来很大的危害。应该设法使惯性力和惯性力矩尽可能在压缩机内部得到抵消或减小，以增进机器运转的平稳性。

1 压缩机惯性力和惯性力矩的计算

1.1 压缩机列的惯性力

压缩机连杆大头通过偏心块与电机轴直接相连，作偏心旋转运动，因此会产生旋转惯性力，方向沿着偏心方向外指。连杆小头通过活塞销与活塞相连，作往复运动，因此产生往复惯性力，方向与气缸中心线平行。连杆的其余部分作平面摆动运动，可以根据"转化前后总质量不变，连杆的质心位置不变的原则， 将该部分质量转化到连杆的大头和小头中心，分别与连杆大、小头一起运动。

1.4 L型压缩机的往复惯性力

L型压缩机汽缸中心线夹角为 γ=90°，曲柄错角为ν=0°。L型压缩机各列的一阶惯性力的合力，由下面的L型压缩机惯性力公式可知，高压缸使用密度大的铁活塞，低压缸使用密度小的铝活塞使 r1= r2，可用装平衡重的方法可达到完全平衡；若 r1和 r2不能完全相等时，也可用配重的方法达到大部分平衡。

2 L型压缩机旋转惯性与往复惯性力的平衡

2.1 旋转惯性力的平衡

已知压缩机的旋转惯性力是一偏心轮外指、数值不变的离心惯性力。在偏心轮的对面加装一平衡质量mo，如果平衡质量产生的离心惯性力Iro和偏心轮产生的离心惯性力相等，那就可把压缩机的旋转惯性力完全平衡掉。

2.2 一阶往复惯性力的平衡

由L型压缩机的一阶往复惯性力表达式可知，要使一阶往复惯性力完全被平衡，必须满足条件： r1= r2。在本款压缩机中，高压缸使用密度大的铁活塞，低压缸使用密度小的铝活塞，从而基本满足这一要求。从下图中可以看出： ―阶往复惯性力的合力与旋转惯性力是同方向的，即沿着偏心方向外指，因此可以合在一起平衡。

因为λ1和λ2是常数，由上式可知，二阶往复惯性力的合力方向是固定不变的，大小则周期性变化，这种情况下，二阶往复惯性力无法平衡。设计时，尽量选用较小的曲柄半径与连杆长度之比，使二阶往复惯性力变得很小。

3 结语

通过对惯性力的分析计算，找出适合本机的布置型式，通过计算，选择L型布置是比较合适的，同时针对二阶往复惯性力的合力方向固定不变的，大小则周期性变化，二阶往复惯性力无法平衡这种情况，在设计时，选用较小的曲柄半径与连杆长度之比，使二阶往复惯性力变得很小，研制的产品性能符合设计要求，缩短产品研发周期。

参考文献：

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