CN101699069A - 低噪声往复活塞式空气压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明低噪声往复活塞式空气压缩机，它包括有气缸、活塞、连杆、曲轴和曲轴箱，活塞上配装有采用自润性材料制作的密封环或者密封皮碗，活塞被安置在气缸内并与气缸滑动配合，在曲轴箱上紧固连接有曲轴箱盖，由曲轴箱、曲轴箱盖等围成一个封闭的曲轴箱进气消声室，所述曲轴箱进气消声室将连杆和曲轴封围在其内，另外，压缩机采用单缸单活塞或采用双缸双活塞的结构形式。由于连杆和曲轴产生的机械噪声被封闭在曲轴箱进气消声室内，因此向外辐射的噪声被削弱；由于曲轴箱的刚性被加强，因此机械振动噪声被减少；由于进气消声室的容积大大增加，因此进气噪声被有效控制；由于采用双缸形式使得压缩机的转速大幅下降，因此机械振动噪声被大幅减少。

Description

低噪声往复活塞式空气压缩机

技术领域

本发明属于往复活塞式空气压缩机技术领域，特别涉及具有低噪声结构的往复活塞式空气压缩机。

背景技术

空气压缩机是一种使用非常广泛的机电产品，然而人们发现，空气压缩机在工作时往往会发出很大的噪声。研究表明，压缩机的噪声贡献主要源自于进气噪声、排气噪声和机械噪声，而这些噪声的产生又在很大程度上取决于压缩机的具体结构。以近年来出现的一种往复活塞式无油空气压缩机为例，它发出的噪声就与其结构布局存在莫大关系，参见图1和图2，该压缩机有一个气缸1、一个活塞2、一个连杆3、一个曲轴4和曲轴箱5，其中活塞2上配装有用自润性材料制作的密封环或密封皮碗，活塞2被安置在气缸1内并与气缸1作往复移动配合，气缸1的一端固定安装在曲轴箱5上，气缸1的另外一端紧固连接有气缸盖6，所述气缸盖6上连接有空气滤清器7，所述连杆3的一端与活塞2紧固连接或与其一体制作，连杆3的另一端则通过一个含油轴承转动地套装在曲轴4上，曲轴4上设置有一个平衡块8，上述压缩机的最大优点是基本不消耗润滑油，因此能提供不含油的高品质的压缩空气，这也是该类压缩机被称之为无油空气压缩机的主要缘由，由于不需要储存润滑油，所以它的曲轴箱5全部做成为开放式的结构，这是该类往复式无油空气压缩机的一大结构特色；因为输出的高压空气不含油且使用维护十分便利，故该类压缩机得到了非常迅速的发展。但是，上述往复活塞式无油空气压缩机存在一个亟待解决的问题，这就是它在工作时会发出很大的噪声，究其原因主要有两个方面：1)该压缩机的结构布局不符合低噪声要求，具体地说就是它采用开放式结构的曲轴箱5对于控制噪声非常不利，这是因为开放式的曲轴箱5导致活塞2、连杆3、曲轴4以及平衡块8处在裸露或半裸露的状态，结果上述运动件所产生的机械噪声以及它们搅动和拍击空气所产生的气体噪声极易向外辐射，同时开放式的曲轴箱5还削弱了压缩机的整体刚性，增大了曲轴箱5、气缸1和气缸盖6的弹性变形量及抖动幅度，无疑也加剧了机械噪声的产生与辐射；2)该压缩机存在有很大的进气噪声，与传统的有油润滑空气压缩机一样，无油空气压缩机在气缸盖6内也设置有进气消声腔9、进气口10和进气单向阀11，其进气路径是：大气→空气滤清器7→进气消声腔9→进气口10→进气单向阀11→气缸1，尽管进气消声腔9也可设置在空气滤清器7内，但无论是在气缸盖6内还是在空气滤清器7内，进气消声腔9的容积都必然会受到严格苛刻的限制而不能做大，众所周知的事实是，进气噪声属于一种频率分布极为宽泛的气体脉动噪声，对其进行削弱的最行之有效的办法之一就是采用大的消声容积，即利用所谓的“容抗消声原理”进行消声，显然囚于容积限制上述进气消声腔9的消声效果较差，达不到低进气噪声的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种低噪声往复活塞式空气压缩机，它具有较低的机械噪声辐射和较低的进气噪声，因而压缩机的整体噪声可以控制在较低的水平。

本发明的目的是这样实现的：

低噪声往复活塞式空气压缩机，包括有：气缸、活塞、连杆、曲轴和曲轴箱，所述活塞上配装有采用自润性材料制作的密封环或者密封皮碗，活塞被安置在气缸内并与气缸滑动配合，所述气缸的一端固定安装在曲轴箱上，气缸的另外一端紧固连接有气缸盖，由气缸、活塞和气缸盖围构成一个压缩机工作腔，所述连杆与活塞紧固连接或者与活塞一道整体制作，其特征在于：在所述的曲轴箱上紧固连接有曲轴箱盖，并形成封闭的曲轴箱进气消声室，连杆和曲轴被封围在曲轴箱进气消声室内，曲轴箱进气消声室的内腔通过进气口与进气单向阀及压缩机工作腔连通。

上述的进气口和进气单向阀设置在气缸盖上，进气口通过导管或气缸缸体上的通道与曲轴箱进气消声室的内腔连通；或所述的进气口和进气单向阀设置在活塞上，进气口直接将曲轴箱进气消声室的内腔与压缩机工作腔相连通。

上述的曲轴箱盖或曲轴箱的箱体上连接有与曲轴箱进气消声室的内腔连通的空气滤清器。

上述的气缸和活塞的数量均为一个，所述连杆的一端直接转动套装在曲轴上；或者所述连杆的一端通过轴承转动套装在曲轴上。

上述的气缸和活塞的数量均为两个，两个气缸采用直线对置结构或错位对置结构，连接两个活塞的连杆为整体式结构或分体式结构。

上述的连杆上设置有两条相互平行的导轨，所述曲轴上沿曲轴的轴线方向套装有两个轴承，所述两个轴承分别地只与上述两条导轨中的一条导轨单独接触配合并通过所接触导轨驱动连杆及活塞。

上述的连杆上设置有限摆槽，曲轴箱上安装有限摆块，所述限摆块插入限摆槽内；或者所述曲轴箱上设置有限摆槽，连杆上安装有限摆块，所述限摆块插入限摆槽内。

上述的压缩机设置有一个副连杆，所述副连杆的一端通过一个轴承转动地套装在曲轴上，副连杆的另一端通过一个轴销和一个轴承与所述连杆进行铰接，所述曲轴通过副连杆驱动连杆及活塞。

上述活塞的中部布置有紧固件，气缸盖的中部开设有排气孔，所述紧固件的凸缘可以在工作时突进排气孔内。

本发明相比现有技术突出的优点是：

1、本发明采用曲轴箱上紧固连接曲轴箱盖的结构方案，使得活塞、连杆和曲轴、甚至平衡块不再呈现裸露或者半裸露的状态，结果上述运动件所产生的机械噪声及它们搅动和拍击空气所产生的气体噪声被有效地囚禁在曲轴箱进气消声室内，因此极大地减少了噪声的向外辐射，同时曲轴箱盖还加强了曲轴箱的刚性，极大地减少了曲轴箱、气缸和气缸盖的变形及抖动幅度，故可以减少压缩机的噪声；

2、由于本发明的曲轴箱进气消声室的容积远远大于现有同类同级别的空气压缩机的进气消声腔的容积，因此能更有效地削弱进气产生的气体脉动噪声，故可以减少压缩机的噪声；

3、本发明采用双气缸和双活塞结构，一方面活塞及连杆的运动由单缸机的摆动往复形式转化为现在双缸机的直线往复形式，因此极大地减少了活塞对气缸的拍击强度，另一方面在压缩机单缸排气量及总排气量不变的前提下，压缩机的工作转速可以下降一半，因此极大地降低了各运动副的机械冲击强度，故可以减少压缩机的噪声。

附图说明

图1是现有技术中往复活塞式无油空气压缩机的轴测图；

图2是图1所示往复活塞式无油空气压缩机侧向视图；

图3是本发明低噪声往复活塞式空气压缩机采用单气缸单活塞结构的轴测图；

图4是图3所示本发明低噪声往复活塞式空气压缩机的侧向视图；

图5是本发明低噪声往复活塞式空气压缩机采用双气缸双活塞结构及分轨驱动方案的轴测图；

图6是图5所示本发明低噪声往复活塞式空气压缩机的活塞连杆组件的轴测图；

图7是图5所示本发明低噪声往复活塞式空气压缩机分轨驱动结构的局部剖视图；

图8是本发明低噪声往复活塞式空气压缩机采用双气缸双活塞结构及副连杆驱动方案的剖视图。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：参见图3-4：

本实施例中零部件的名称、功用及图号继承图1及图2所示现有往复活塞式无油空气压缩机。低噪声往复活塞式空气压缩机，包括：一个气缸1、一个活塞2、一个连杆3、一个曲轴4和曲轴箱5，其中活塞2上配装有用自润性材料制作的密封环或密封皮碗，活塞2被安置在气缸1之内并与气缸1做滑动配合，气缸1的一端固定安装在曲轴箱5上，气缸1的另外一端紧固连接有气缸盖6，所述曲轴4包含有曲柄以及直轴两个部分，所述连杆3的一端与活塞2紧固连接或者与活塞2一起整体制作，连杆3的另一端则直接转动地套装在曲轴4上、或间接通过一个轴承转动地套装在曲轴4上；曲轴4上设置有平衡块8，所述平衡块8有两种布局形式：一种布局是平衡块8与曲轴4上的曲柄部分一起布置在曲轴箱5之内(如图所示)，另一种布局是平衡块8与曲轴4上的直轴部分一起布置在曲轴箱5之外(图中未示出)；与现有往复活塞式无油空气压缩机的一个显著结构区别是：本发明设置有曲轴箱盖55，曲轴箱盖55与所述曲轴箱5紧固连接，由曲轴箱5、曲轴箱盖55以及气缸1的一部分及活塞2的一部分共同围构成一个相对封闭的曲轴箱进气消声室99，所述曲轴箱进气消声室99将连杆3和曲轴4封围在其内，如果平衡块8布置在曲轴箱5内则亦将一道被封围在曲轴箱进气消声室99之内，需要说明的是，曲轴箱盖55可以是一个整体板也可以由若干块小板组合而成，其形状可根据曲轴箱5的具体结构而定，曲轴箱进气消声室99可以具有一个完整大空间的内腔也可以由若干个小空间构成其内腔，另外所谓封闭的曲轴箱进气消声室99是相对而言的，它允许存在一定的装配缝隙和运动间隙，更加允许其与各类气口、气道和呼吸口等诸如此类的构件发生连通；本发明与现有往复活塞式无油空气压缩机的另一个区别是进气路径不同：本发明的进气口10及进气单向阀11既可以设置在气缸盖6内也可以设置在活塞2上，另外空气滤清器7可以安装在曲轴箱盖55上(参见图5所示)也可以安装在曲轴箱5上，若将进气口10及进气单向阀11设置在气缸盖6之内(如图所示)，则可以用进气道12将气缸盖6与曲轴箱进气消声腔99相连接，所述进气道12可以是外接的导管也可以是开设在气缸1的缸体上的通道，另外气缸盖6之内既可以设进气消声腔9也可以不设此消声腔，此时压缩机的进气路径为：大气→空气滤清器7→曲轴箱进气消声腔99→进气道12→进气消声腔9→进气口10→进气单向阀11→气缸1，而若将进气口10及进气单向阀11设置在活塞2上(图中未示出)，则压缩机的进气路径要相对简单：大气→空气滤清器7→曲轴箱进气消声腔99→进气口10→进气单向阀11→气缸1，上述两种进气路径均表明：进气口10将曲轴箱进气消声室99的内腔与压缩机工作腔相连通，如进气经过气缸盖6内的进气消声腔9则此时进气消声腔9实质上构成了进气道12的一部分，其中进气单向阀11的作用是防止进入到压缩机工作腔内的空气反窜或反喷回进气道12或曲轴箱进气消声室99；另外，值得说明的是，活塞2可以用盖板结构来对密封环、密封皮碗或进气单向阀11进行紧固，并利用紧固件16将盖板与活塞2的本体紧固为一体，紧固件16可以采用螺钉或铆钉，最佳情形是紧固件16布置在活塞2的中心部位，相应地压缩机的排气孔开设在气缸盖6的中心部位，这样紧固件16的凸缘在工作时可以突进排气孔内，由此可以减少压缩机的余隙容积；特别需要指出的是，本发明活塞2上配装有用自润性材料制作的密封环或密封皮碗，所谓自润性材料为包括聚四氟乙烯、充填聚四氟乙烯等在内的各种现在往复活塞式无油空气压缩机所使用的自润性材料，因此压缩机基本上不消耗润滑油，而且能提供高品质的基本不含油的压缩空气，按照约定成熟的定义和叫法本发明压缩机可归属于无油空气压缩机的范畴，但这并不意味着绝对不含油，因为各轴承含有一定的润滑油或油脂，在高温状态下会有极少量的润滑油蒸发泄漏出来，因此本发明压缩机输出的高压空气中允许存在微量的润滑油，更确切的说本发明压缩机属于乏油空气压缩机。综上所述，本发明低噪声往复活塞式空气压缩机采用曲轴箱5上紧固连接曲轴箱盖55的结构方案，使得活塞2、连杆3和曲轴4甚至平衡块8均不再呈现裸露或者半裸露的状态，而且曲轴箱盖55还有助于减少曲轴箱5、气缸1和气缸盖6的变形量及抖动幅度，特别是本压缩机具有一个比传统消声器腔更大容积的曲轴箱进气消声室99，所有这些都十分有利于降低压缩机的噪声。

实施例2：参见图5-7：

本实施例中零部件的名称、功用及图号继承实施例1，本实施例采用双气缸双活塞和分轨驱动方案，即气缸1和活塞2的数量均为两个且分置在曲轴4的两侧，当两个气缸1的轴线处在同轴状态时(允许存在一定的制造误差和装配误差)，即为直线对置气缸结构，而当两个气缸1的轴线处在平行但不同轴的状态时(允许存在一定的制造误差和装配误差)，即为错位对置气缸结构；本案中的连杆3可以是整体式连杆也可以是分体组件式连杆，连杆3的两端分别与活塞2紧固连接或干脆将连杆3与活塞2一体制作，显然，在气缸1的约束下活塞2和连杆3均作直线往复运动，这一点与现有技术中活塞2及连杆3均存在的摆动运动不同，因此活塞2对气缸1的拍击强度很微小，换言之可以减少机械振动产生的噪声，注意到本案采用两组气缸1和活塞2，因此在单缸排气量及总排气量相等的前提下，压缩机的转速可以下降一半，亦即各运动副之间的机械振动强度可以大幅度减弱，因此对降低压缩机的噪声十分有利；为了驱动连杆3及活塞2，特将连杆3的中部做成框架结构并在框架内设置有两条相互平行的导轨A、B，同时在所述曲轴4上沿其轴线方向套装两个轴承13a、13b，所述两个轴承13a、13b分别地只与上述两条导轨A、B中的一条导轨A或导轨B单独接触配合，并通过所接触导轨驱动连杆3及活塞2做往返运动，此即所谓的分轨驱动结构，实施分轨驱动的好处是明显的，首先是它可以使轴承13a、13b更好地紧贴导轨A、B，这可以通过预压紧的方式有效消除轴承13a、13b与导轨A、B之间的间隙，其次是它更能保证轴承13a、13b沿导轨A、B作滚动接触配合，显然上述两点均有利于减少机械噪声；需要说明的是，所述导轨A、B可以是平轨也可以是凸轨还可以是凹轨、可以与气缸1的轴线垂直也可以不垂直，而且制作导轨A、B的材料可以与制作连杆3本体的材料不同，另外轴承13a、13b可以是各种轴承结构包括滚动轴承、滑动轴承和滚套等等，轴承13a、13b还可以是自带润滑油的含油轴承；实现分轨驱动后，为了防止连杆3在工作时发生摆动而产生撞击机械噪声，可以在连杆3上设置直槽状的限摆槽14，同时在曲轴箱5上安装限摆块15，所述限摆块15插入限摆槽14内以限制连杆3的摆动(允许存在一定的摆动幅值)，当然，将限摆槽14布置在曲轴箱5上同时将限摆块15布置在连杆3上依然能获得限摆的效果，需要说明的是，限摆快15可以是各种柱状的销如圆柱销、圆锥销和矩形销等，另外限摆块15还可以是滚珠、轴承或滚套；特别需要指出的是，本实施例中之曲轴箱盖55、曲轴箱进气消声室99等部件及单元的构成、布局和功用继承实施例1但允许有不同的造型或位姿，包括进气路径、工作原理亦与实施例1相仿，在此不再详述。

实施例3：参见图8：

本实施例中零部件的名称、功用以及图号继承上述实施例2，本实施例采用双气缸双活塞和副连杆驱动方案，与实施例2不同之处在于本实施例不采用分轨驱动方案，而是增设一个副连杆17，曲轴4通过副连杆17驱动连杆3和活塞2，其中副连杆17的一端通过轴承结构转动地套装在曲轴4上，副连杆17的另一端通过轴承结构套装在轴销18上，所述轴销18紧固在连杆3上，本实施例的气缸布局及对压缩机的噪声控制原理与实施例2相仿，在这里就不再赘述。

上述实施例1-3中：当进气口10和进气单向阀11设置在气缸盖4内时，可以利用气缸盖上原有的进气消声腔9，将导管或气缸缸体上的通道与原有的进气消声腔9的内腔连通，同时进气口亦与进气消声腔9的内腔连通，当然也可以将导管或气缸缸体上的通道直接与进气口10连通，总之进气口10是将曲轴箱进气消声室99与压缩机工作腔进行沟通的重要一环。

毋庸置疑，通过以上几个优选的实施例已能充分说明，本发明相比现有技术具有以下几个突出的优点：

1)首先，本发明低噪声往复活塞式空气压缩机采用曲轴箱上紧固连接曲轴箱盖的结构方案，使得活塞、连杆和曲轴甚至平衡块不再呈现裸露或者半裸露的状态，结果上述运动件所产生的机械噪声及它们搅动和拍击空气所产生的气体噪声被有效地囚禁在曲轴箱进气消声室内被消化吸收，因此极大地减少了噪声的向外辐射，同时曲轴箱盖还加强了曲轴箱的刚性，极大地减少了曲轴箱、气缸和气缸盖的变形量及抖动幅度，可进一步减少压缩机的噪声；

2)其次，本发明低噪声往复活塞式空气压缩机利用曲轴箱、曲轴箱盖围成一个曲轴箱进气消声室，由于该曲轴箱进气消声室的容积远远大于现有同类同级别的空气压缩机的进气消声腔的容积，因此能更有效地削弱进气产生的气体脉动噪声，故可以减少压缩机的噪声；

3)再者，本发明低噪声往复活塞式空气压缩机采用双气缸及双活塞的结构，一方面活塞及连杆的运动由单缸机的摆动往复形式转化为现在双缸机的直线往复形式，因此极大地减少了活塞对气缸的拍击强度，另一方面在压缩机单缸排气量及总排气量不变的前提下，压缩机的工作转速可以下降一半，因此极大地降低了各运动副的机械冲击强度，故可以减少压缩机的噪声。

上述实施例仅为本发明的若干个较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本本发明的结构、形状、原理所做的各种等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.低噪声往复活塞式空气压缩机，包括有气缸、活塞、连杆、曲轴和曲轴箱，所述活塞上配装有采用自润性材料制作的密封环或者密封皮碗，活塞被安置在气缸内并与气缸滑动配合，所述气缸的一端固定安装在曲轴箱上，气缸的另外一端紧固连接有气缸盖，由气缸、活塞和气缸盖围构成一个压缩机工作腔，所述连杆与活塞紧固连接或者与活塞一道整体制作，其特征在于：在所述的曲轴箱上紧固连接有曲轴箱盖，并形成封闭的曲轴箱进气消声室，连杆和曲轴被封围在曲轴箱进气消声室内，曲轴箱进气消声室的内腔通过进气口与进气单向阀及压缩机工作腔连通。

2.根据权利要求1所述的低噪声往复活塞式空气压缩机，其特征在于所述的进气口和进气单向阀设置在气缸盖上，进气口通过导管或气缸缸体上的通道与曲轴箱进气消声室的内腔连通；或所述的进气口和进气单向阀设置在活塞上，进气口直接将曲轴箱进气消声室的内腔与压缩机工作腔相连通。

3.根据权利要求2所述的低噪声往复活塞式空气压缩机，其特征在于所述的曲轴箱盖或曲轴箱的箱体上连接有与曲轴箱进气消声室的内腔连通的空气滤清器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的低噪声往复活塞式空气压缩机，其特征在于所述的气缸和活塞的数量均为一个，所述连杆的一端直接转动套装在曲轴上；或者所述连杆的一端通过轴承转动套装在曲轴上。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的低噪声往复活塞式空气压缩机，其特征在于所述的气缸和活塞的数量均为两个，两个气缸采用直线对置结构或错位对置结构，连接两个活塞的连杆为整体式结构或分体式结构。

6.根据权利要求5所述的低噪声往复活塞式空气压缩机，其特征在于所述连杆上设置有两条相互平行的导轨，所述曲轴上沿曲轴的轴线方向套装有两个轴承，所述两个轴承分别地只与上述两条导轨中的一条导轨单独接触配合并通过所接触导轨驱动连杆及活塞。

7.根据权利要求6所述的低噪声往复活塞式空气压缩机，其特征在于所述连杆上设置有限摆槽，曲轴箱上安装有限摆块，所述限摆块插入限摆槽内；或者所述曲轴箱上设置有限摆槽，连杆上安装有限摆块，所述限摆块插入限摆槽内。

8.根据权利要求5所述的低噪声往复活塞式空气压缩机，其特征在于设置有一个副连杆，所述副连杆的一端通过一个轴承转动地套装在曲轴上，副连杆的另一端通过一个轴销和一个轴承与所述连杆进行铰接，所述曲轴通过副连杆驱动连杆及活塞。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的低噪声往复活塞式空气压缩机，其特征在于所述活塞的中部布置有紧固件，气缸盖的中部开设有排气孔，所述紧固件的凸缘可以在工作时突进排气孔内。

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