CN101278123A - 带有偏心齿轮装置的压缩机 - Google Patents

Abstract

压缩机，特别是在便携式/移动式装置中用于压缩空气的压缩机，它包括一个电动机，一个活塞式压气机，以及一个布置在电动机与活塞式压气机之间的齿轮传动装置，其中，所述齿轮传动装置在电动机与曲柄传动机构之间包括至少另外一个齿轮传动箱，该齿轮传动箱在曲柄上产生在其一个旋转周期过程中不断变化的转矩。

Description

带有偏心齿轮装置的压缩机

技术领域

本发明涉及一种压缩机，特别是在便携式/移动式装置内供压缩空气用的压缩机，它包括一个电动机，一个活塞式压气机，以及一个布置在电动机与活塞式压气机之间的齿轮传动装置，其中，所述齿轮传动装置主要包括一个带连杆的曲柄连杆机构用于活塞的平移运动，以及至少一个带有另一个传动齿轮的减速箱。本发明同时发布一种带有根据本发明压缩机的装置。

背景技术

已知在加工成型技术的大型压力机，使用一种偏心齿轮装置作为附加传动机构。这方面，EP 0 786 297 B1发布了一种供成型加工机械使用的传动装置，该装置的一个旋转驱动器经过一个偏心齿轮的传动机构和经过一个活节杠杆传动机构与一根平移运动推杆相连接，并驱动后者运动。借助于其轴上的不对称的齿轮，推杆的行程和速度变化较之昂贵的液压控制系统或纯杠杆传动机构能够更好地配合规定的工作过程，如深冲或锻造。在此，使用偏心齿轮装置相对而言没有问题，因为这类压力机的速度相对较低，因此，虽然采用相应的轴承结构的重量相当大，仍然能够防止所产生的较大的惯性力的危险。

在另一应用场合，DE 197 39 851 A1发布了一种适合于汽车使用的刮水器装置，该装置有一个电动机和一个与之相连接的偏心齿轮装置以及用来驱动刮水器板的另一活节杠杆传动机构。偏心齿轮装置主要用来产生刮水器板所需要的按相位各不相同的角速度和角加速度。借此，即使在回转点上出现重叠的刮水区域内也可以可靠地和不受干扰地驱动和控制刮水器。但是，刮水器运动的频率是在一个低于大约每分钟摆动两次的范围内，因此，在所使用的偏心齿轮装置的旋转速度方面相对较慢，不会产生较大的惯性力，也不会产生较大的转动力矩。

在旋转速比可变的传动装置中，转速较高是成问题的，因为加速度的以及传动机构零件或被驱动加工机械速度的峰值和换向，往往加重轴承和导向器件在成本费用上的负担，并因此而降低使用寿命。

迄今在压缩机的领域内还没有使用过这种传动装置，因为一方面在专业界有这样的印象，即在旋转速比可变的传动装置中，不可能根本上改进压缩机的效率。另一方面，原来在某些运行状态下存在的一些弱点与过大增加驱动和传动装置的尺寸两相比较一般情况下得失相当。

发明内容

因此，本发明的任务是，摈弃已知的方法，改进已知的压缩机结构形式及其设计/功率匹配，以便能够以尽可能小的驱动装置最大功率峰值容量和容易制造的传动装置，使压缩机在整个高使用寿命范围内达到尽可能高的压缩效率，或者更准确地说，达到尽可能稳定不变的传动力矩/稳定不变的传动效率。

上述任务是通过本发明主权利要求中的逐项特征加以解决的。在从属权利要求中包括另外一些较佳的设计方案。本发明同时还发布了一种装置，可以用特别优异的方法把根据本发明的压缩机装入到该装置中去。

为此，压缩机包括一个齿轮传动装置，该齿轮传动装置在电动机与曲柄传动机构之间至少有另外一个齿轮传动箱，用以在曲柄上产生一个在另一齿轮传动箱旋转过程中不断变化的转矩。

以往已经令人惊异地证明，特别是在移动式设备中的小型高速压缩机很少存在功率问题，而往往是有转矩问题。在一个旋转周期过程中与高转速(约30到100转/秒)相关联的交变转矩往往导致所有支承部件发生共振或很强的冲击载荷，并在电动机驱动装置中引起明显的温升。使用根据本发明的压缩机结构形式可以这样调整转矩变化，或者使在相同功率下承受高负荷的构件在一个安全的和抗疲劳的强度范围内运行，或者用尺寸相同的构件达到较高的(峰值)效率。

一个较佳设计方案的特点在于，经过一个被设计成行星齿轮传动装置的偏心齿轮装置产生转矩变化，所述偏心齿轮装置由两个相互啮合的偏心齿轮组成，作为力的方向上的减速箱布置在曲柄连杆机构的前面。用偏心齿轮装置除了能实现曲柄传动、缠绕式传动或摩擦轮传动的所有其它可能性之外，设计成行星齿轮传动装置的设计方案在结构尺寸与效率之比方面所得的结果在移动式设备上被证明是最好的一种。

在这样的一个由偏心齿轮装置构成的减速箱内，原则上可能产生多种不同的和在一个旋转周期过程中变化的速比，其中完全可以在i＝1至i＝10的极限范围内实现最大速比。这样，对于移动式小型设备来说，另一个较佳设计方案的特点在于，偏心齿轮装置，就是说单是这一减速箱本身在一个旋转周期中可产生在i＝1至i＝2的变速比范围内变化的转矩。因此，在压缩过程中反馈到传动装置和所有传动部件上的转矩/支承力矩可减少一半，据此可在固有的压缩机功率与压缩机结构尺寸/设计之间得出一个非常好的折衷方案。

另一较佳设计方案的特点在于，被设计成行星齿轮传动装置中，另一齿轮传动箱(10)和齿轮传动装置的减速箱组合成一个减速装置，被设计成一个由两个行星齿轮构成的齿轮组。通过这样的设计可使压缩机达到很小的结构尺寸和重量。

另一较佳设计方案的特点在于，速比的最大变化发生在由活塞式压气机的最大压缩规定的下死点(UT)之前5°到100°的范围内，优先选择在在下死点之前25°到65°的范围内。这种情况下，在活塞式压气机上，力矩最大值一般取决于在很多情况下给定的曲柄与连杆的杠杆长度比，而压缩最大值则是在下死点上或略在下死点之前达到。

这样一种根据本发明的压缩机特别适合于用作一个装置中的压缩气源，用来给气胀式物体密封和充气，特别是给汽车轮胎密封充气，其中所述装置包括一个向气胀式物体自动充填密封剂的容器，一个密封剂和压缩气体的阀门和配气组件与一根可连接到压缩机的进气管路和一根可连接到气胀式物体的排气管路，阀门和配气组件与气胀式物体之间的通信工具，需要时配备的供能源输入使用的通信工具，以及装置运转所需要的开关和/或控制与显示设备。这种情况下，压缩机是用根据本发明优先选择的方式这样进行设计的，即活塞式压气机的最大压缩在下死点(UT)之前产生0.5至10牛顿米的转矩，优先选择在曲柄上产生1至3牛顿米的转矩，其中，曲柄的长度或曲柄轮的滚动圆直径为3至20mm，优先选择5至10mm。

使用这样的一个移动式装置，特别是当它拥有一个压缩机，压缩机连杆的长度为20至50mm，优先选择35至42mm，它的连杆的重量为5至50克，以及曲柄的转动频率f介于20与100/sec之间，优先选择介于40与50/sec之间时，用普通12V的电源，可以在压缩机驱动装置的温度变化正常的状态下实现必需的充气时间和容积以及要求的轮胎压力。

另一较佳设计方案的特点在于，活塞式压气机将空气压缩到2至10bar的压力，优先选择4至7bar的压力。用这一设计方案可以达到轿车(Pkw)、载货汽车(Lkw)、摩托车和特种汽车轮胎的各种常用压力。

根据本发明的压缩机，当然也能很好地适用于大多数其它应用场合，亦即适合于在非移动式和固定安装在车辆中的压缩机使用，例如作为空气弹簧系统和油位调节装置的压力源，或安装在汽车中的轮胎压力调节装置。压缩机在上述领域中使用时，可产生30bar及以上的压力。

附图说明

下面根据一个实施例进一步说明本发明的特征。附图中：

图1所示为供移动式设备用来密封和给气胀式物体充气的一个压缩机的原理示意图；

图2所示为上述设备的一个被设计成行星齿轮传动装置的偏心齿轮传动装置原理示意图；

图3所示为使用图2之偏心齿轮装置时在旋转完整一转过程中反馈电动机转矩的转矩变化曲线。

具体实施方式

图1所示为一个压缩机1的原理示意图，它包括一个活塞式压气机2和一个齿轮传动装置3。齿轮传动装置3在输出侧有一个曲柄连杆机构4，所述曲柄连杆机构4由一个曲柄轮5和一个作为连接件连接到滑移件7的连杆6构成。

在作为驱动装置使用电动机8与曲柄连杆机构4之间在力的方向上前后分别布置了一个减速箱9和一个偏心齿轮装置10，所述减速箱9用于降低电动机的转速，所述偏心齿轮装置10在其旋转过程中使转矩产生无级变化。

图2用原理示意图示出了被设计成行星齿轮传动装置的偏心齿轮装置10，所述偏心齿轮装置10主要为两个偏心齿轮，亦即被设计成在其各自轴11和12上的非旋转对称的齿轮13和14。所述两个齿轮13和14在节点15上相互啮合。两个齿轮当然可以根据其转矩和齿根应力选用相应的材料制成，例如选用铝或纤维增强塑料制成。

图3所示为所使用的偏心齿轮装置在其转动完整的一转过程中反馈的电动机转矩/支承力矩的转矩曲线16(用实线表示的转矩曲线)，也就是转矩随曲柄转角Φ变化的曲线，为进行比较，还示出了仅使用一个由圆形齿轮构成的常规减速箱时相应的转矩曲线17(虚线/点划线)。其中，虚线17′表示当压气机的活塞由上死点(OT，Φ＝180°)移动到下死点(UT，Φ＝360°)的压缩行程的转矩曲线。点划线17″表示压气机的活塞由下死点重新返回到上死点的空行程或吸气行程的转矩曲线。

根据在所述范围内的曲柄连杆几何尺寸和杠杆比，转矩最大值出现在大约Φ＝310°时，尽管在大约？＝360°(即接近上死点或在上死点上)时才达到最大压缩。在这里，根据转矩曲线16可以清楚地看出，由于使用了偏心齿轮装置10，在大约曲柄转角Φ＝310°时反馈的电动机转矩降低了约一半。在Φ＝10°至Φ＝135°范围内的转矩曲线16微向下凹，说明在空行程过程中出现反向转矩，这仅是由于在高转速时的惯性效应或气缸中的剩余压力所致，但这样轻微的下凹是无害的。

部件代号一览表

(说明书中的部件)

1   压缩机

2   活塞式压气机

3   齿轮传动装置

4   曲柄连杆机构

5   曲柄轮

6   连杆

7   滑移件

8   电动机

9   减速箱

10  偏心齿轮装置

11  轴

12  轴

13  偏心齿轮

14  偏心齿轮

15  节点

16  使用偏心齿轮装置的转矩曲线

17  不使用偏心齿轮装置的转矩曲线

17′不使用偏心齿轮装置的压缩行程转矩曲线

17″不使用偏心齿轮装置的空行程转矩曲线

Claims (9)

1.压缩机，特别是在便携式/移动式装置中用于压缩空气的压缩机，它包括一个电动机，一个活塞式压气机，以及一个布置在电动机与活塞式压气机之间的齿轮传动装置，其中，所述齿轮传动装置主要包括一个带连杆的曲柄连杆机构用于活塞的平移运动，以及至少一个减速箱，而在电动机与曲柄传动机构之间的齿轮传动装置还有另外一个齿轮传动箱(10)，该齿轮传动箱(10)在曲柄(4)上产生在其一个旋转周期过程中不断变化的转矩(16)。

2.根据权利要求1的压缩机，其特征在于，另一个齿轮传动箱(10)被设计成偏心齿轮装置和行星齿轮传动装置，由两个相互啮合的偏心齿轮(13，14)组成，作为减速箱在力的方向上布置在曲柄连杆机构的前面。

3.根据权利要求2的压缩机，其特征在于，被设计成行星齿轮传动装置的另一个齿轮传动箱(10)和齿轮传动装置的减速箱组合成一个减速装置，被设计成一个由两个行星齿轮构成的齿轮组。

4.根据权利要求2或3的压缩机，其特征在于，偏心齿轮装置在一个旋转过程中，产生在i＝1至i＝2的变速比范围内变化的转矩(16)。

5.根据权利要求1至4的压缩机，其特征在于，变速比的最大变化发生在由活塞式压气机(2)的最大压缩规定的下死点(UT)之前5°至100°的范围内，优先选择在下死点之前25°至65°的范围内。

6.用来密封和给气胀式物体充气，特别是用来密封和给汽车轮胎充气的装置，其中所述装置有一个根据权利要求1至5的压缩机作为压缩气源，所述装置另外还包括一个向气胀式物体自动充填密封剂的容器，一个密封剂和压缩气体的阀和配气组件与一根可连接到压缩机的进气管路和一根可连接到气胀式物体的排气管路，阀和配气组件与气胀式物体之间的通信工具，需要时配备的供能源输入使用的通信工具，以及装置运转所需要的开关和/或控制与显示设备，其特征在于，活塞式压气机的最大压缩在下死点(UT)之前产生0.5至10牛顿米的转矩，优先选择在曲柄(曲柄5)上产生1至3牛顿米的转矩，其中，曲柄的长度或曲柄轮的滚动圆直径为3至20mm，优先选择5至10mm。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于，连杆的长度为20至50mm，优先选择35至42mm。

8.根据权利要求6或7的装置，其特征在于，连杆的重量为5至50克，曲柄的转动频率f介于20与100/sec之间，优先选择介于40与50/sec之间。

9.根据权利要求6至8的装置，其特征在于，活塞式压气机将空气压缩到2至10bar的压力，优先选择4至7bar的压力。

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