CN103147991A - 一种用于球形压缩机的转盘旋转同步机构 - Google Patents

Abstract

本发明是在中国专利ZL201010264211.8的基础上，设计一种用于球形压缩机的转盘旋转同步机构，在转盘球面与缸体球形内球面结合面上设置由弹性钢球和凹形滑道构成的转盘旋转同步机构；弹性钢球是由钢球和弹簧构成，在缸体内球面上设置一沉孔，钢球压住弹簧后置于沉孔中；在转盘球形面上设置凹形滑道，该凹形滑道分布在转盘转动过程中钢球在所贴合的球形面上的滑动轨迹上，凹形滑道的截面形状与钢球相适应；优点是转盘在转动到转盘轴线与活塞轴线重合位置时，同步机构产生的扭矩仍可以使转盘继续保持运动，从而使转盘不易卡滞，从根本上解决了球形压缩机机构运动的死点问题。

Description

一种用于球形压缩机的转盘旋转同步机构

技术领域

本发明涉及一种运动同步机构，特别是一种用于球形压缩机转盘旋转的同步运动机构。

背景技术

球形压缩机技术是一项全新的技术发明，其技术核心是一种空间的可变容积机构，2003年申请的专利号是ZL03114505.1、专利名称是《一种用于压缩机的变容式机构》的中国专利所公开的技术方案为该技术的基本结构，可以实现单级压缩；专利号是ZL200610104569.8、专利名称是《能实现多级压缩的球形压缩机》的中国专利对该技术又做了重大发展和突破，可以实现多级压缩；专利号为ZL201010264211.8、专利名称为《一种用于球形压缩机的铰链密封隙自动补偿机构》的中国专利是对球形压缩机基本结构的一次重大改进和优化，解决了加工工艺问题，特别是对微型结构的压缩机更为重要。

这种球形压缩机的优点是：无进/排气阀、运动件少、振动小、机械效率高、密封可靠等。但其缺点是：由于活塞的旋转是通过偏心主轴提供动力，当主轴旋转到转盘轴线与活塞轴线重合时，主轴作用在转盘上的合力与活塞的轴线垂直相交，使转盘绕活塞轴线旋转的扭矩为零，无法使活塞旋转，这是机构的运动死点。受力分析为：主轴在电机的驱动下旋转，主轴作用于转盘一个驱动力，这个驱动力有一分力使活塞绕其轴线旋转，带动位于主轴的偏心斜孔中的转盘销轴旋转，当旋转到转盘的轴线与活塞的轴线接近重合位置附近，这个使活塞旋转的分力产生的扭矩越来越小直至为零，所以在活塞轴线和转盘轴线接近重合前后，活塞不能获得足够的扭矩绕其轴线转动，从而在该位置附近出现转动卡滞现象，产生机构的运动死点；当运动死点为起始状态或者在该状态停止转动，则下次无法启动。专利号是ZL200610104569.8、专利名称是《能实现多级压缩的球形压缩机》的中国专利也曾在主轴与缸体相接触的转动面上分别设置永磁材料，在相接触的面上设置极性相同的磁性材料，转动到此位置时靠近时相同极性的磁极相互排斥，利用极性相同的排斥力将主轴推开一定角度，防止活塞轴线与转盘轴线重合时停车。此方法虽然防止在此处停机，但是没有从跟上解决转盘转动的受力问题。对于结构尺寸较大的机构和润滑良好、摩擦力较小的结构，旋转到此位置时，转盘依靠惯性克服摩擦力可以通过此位置，但对于结构尺寸较小、润滑条件较差的结构，由于惯性较小、摩擦力较大，转动到此位置时容易卡滞而停转。

发明内容

本发明的目的就是在中国专利ZL201010264211.8的基础上，根据主轴和转盘动力传递关系，解决活塞轴线和转盘轴线重合时或者接近重合时，主轴无法提供活塞旋转的动力问题，从而彻底解决当摩擦力大、压缩机结构尺寸小惯性小时容易卡滞的问题，使压缩机转动更加平稳、顺滑和可靠。

本发明的技术方案是，一种用于球形压缩机的转盘旋转同步机构，其特征是：在转盘球面与缸体球形内球面动配合滑动结合面上设置有弹性钢球和凹形滑道构成的转盘旋转同步机构；所述弹性钢球是由钢球和弹簧构成，在转盘与缸体动配合的缸体内球面或者转盘球面上设置一沉孔，钢球压住弹簧后置于沉孔中；在与钢球沉孔位置相对应的滑动配合的另一个球形面上设置凹形滑道，该凹形滑道分布在转盘转动过程中钢球在所贴合的球形面上的滑动轨迹上，凹形滑道的截面形状与钢球相适应；

所述凹形滑道可以是钢球在相对应的球面上滑动的全轨迹，此时可以省去弹簧；

所述凹形滑道也可以是钢球在相对应的球面上滑动的部分轨迹，在凹形滑道的首末段设置圆弧过渡，并且当活塞轴线与转盘轴线重合时，钢球位于凹形滑道中部；

所述弹性钢球在转盘球面，相对应的凹形滑道对称分布在缸体内球面；

所述弹性钢球也可以在在缸体内球面上，则相对应的凹形滑道对称分布在转盘球面上；

所述弹性钢球可以为多组，相应的设置多段凹形滑道。

本发明的优点是在转盘球面和相配合的缸体内球面之间设置转盘旋转同步机构，使转盘在转动到转盘轴线与活塞轴线重合位置时，转盘从主轴获得的扭矩为零的瞬间，同步机构产生的扭矩仍可以使转盘继续保持运动，从而使转盘不易卡滞，从根本上解决了球形压缩机机构运动的死点问题。

附图说明

图1：本发明实施例球形压缩机结构示意图；

图2：机壳剖面图；

图3：图2中A-A剖面图；

图4：转盘主视图；

图5：图4所示转盘左视图

图6：图4所示转盘俯视图；

图7：活塞与镶块组合体主视图；

图8：图7所示的活塞与镶块组合体左视图；

图9：缸体结构示意图；

图10：缸体结构俯视图；

图11：镶块主视图；

图12：图11所示的镶块俯视图；

图13：钢球在凹形滑道中时转盘受力图。

图中：1-活塞；2-缸盖；3-气道；4-V1工作室；5-连接螺钉；6-主轴；7-主轴支架；8-转盘；9-缸体；10-中心销；11-V2工作室；12-排气通道；13-进气通道；14-镶块；201-沉孔；202-弹簧；203-钢球；204-凹形滑道。

具体实施方式

如图1所示为本发明实施例压缩机结构示意图，该球形压缩机包括缸体9、缸盖2、活塞1、镶块14、转盘8、主轴6、主轴支架7和中心销10，缸体9和缸盖2通过连接螺钉5相连形成一个球形内腔；如图7、图8所示，活塞1具有球形顶面、从球形顶面中央伸出一活塞轴、两个成一定角度的侧面、气道3和在活塞1两侧面下部形成的活塞销座，活塞销座为半圆柱结构，半圆柱的中部有凹槽，在其轴线方向上有贯通的销孔；缸盖2上设有与活塞轴相配的轴孔，活塞1可绕活塞轴在轴孔中自由转动，活塞球形顶面与球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合；

转盘8的结构如图4、图5、图6所示，转盘8的下端面中心伸出一转盘轴，转盘8的上部和下端面之间的外周面为转盘球面，转盘球面与球形内腔具有相同的球心并紧贴球形内腔形成密封动配合；在转盘8的上部与活塞销座相对应有一转盘销座，转盘销座的两端为半圆柱凹槽，中部为凸起的半圆柱；

中心销10插入活塞销座和转盘销座，主轴支架7与缸体9通过连接螺钉5相连，为主轴6的旋转提供支撑，主轴6的一端为偏心斜孔，偏心斜孔位于缸体9内与转盘轴相连，另一端与动力机构相连，为压缩机变容提供动力；上述活塞轴和转盘轴及主轴6的轴线都通过球形内腔的球心，并且活塞轴和转盘轴的轴线与主轴6的轴线形成相同的夹角；中心销10插入活塞1的活塞销座和转盘8的转盘销座的销孔形成柱面铰链，活塞1与转盘8通过柱面铰链形成密封动连接，并把转盘8的上端面与球形内腔形成的半球形空腔分割成V1工作室4和V2工作室11；

镶块14如图11、图12所示，镶块14为两侧厚中间薄的扇形块结构，镶嵌在活塞1的活塞销座中部凹槽中，其内圆柱面形状与转盘8凸起的半圆柱面形状相适配形成密封动配合，其凸起的顶面为与活塞1的活塞销座凹槽底面相适配的外圆柱面，镶块14的两侧面与活塞楔形面平齐，镶块14的两端面与活塞销座中部凹槽的两侧壁形成密封动配合；V1工作室4和V2工作室11压力交替变化，镶块14也交替地从高压室向低压室有微小移动，起到高压侧铰链中部径向密封间隙自动减小的作用，而且压力越大间隙越小，起到阻止工质从高压室向低压室泄漏。

活塞1与镶块14组合形成球形压缩机的活塞，活塞与镶块形成组合体结构如图7、图8所示；

主轴6转动时驱动转盘8，转盘8带动活塞1运动（图中主轴6的转向是从缸盖2看主轴6作顺时针转动）；活塞1的运动是唯一的绕自身轴线的转动，转盘8的运动是有两种运动的合成：一是绕自身轴线的转动，另一是其轴线始终通过球形缸的球心，并在以球形缸的球心为顶点、锥角为2α、轴线与主轴6的轴线重合的虚拟锥体表面周向移动（即转盘8的轴线扫过上述锥体的锥面），移动的周期与主轴6旋转的周期同步；以上空间机构的运动都是旋转性质的运动，故没有高振动运动件，这种空间运动的合成结果为：活塞1和转盘8有一周期性的相对摆动，摆动的周期为主轴旋转周期的一倍，摆动的幅度为4α；利用这种相对摆动作为容积变化的基本运动要素，形成压力交替变化的V1工作室4和V2工作室11，在活塞1上设置有气道3，在缸盖2的内球面上设置有进气通道12和排气通道13，其结构如图2、图3所示，利用活塞1的旋转以及活塞1的球形表面与缸盖2的球形缸内表面的配合，作为所有进排气口打开、关闭的基本运动要素，通过气道3与进气通道12和排气通道13的通断实现进气和排气控制。

作为本发明的核心技术就是：在转盘球面与缸体球形内腔动配合滑动结合面上设置有弹性钢球和凹形滑道204构成的转盘旋转同步机构；本实施例中，如图1所示，所述弹性钢球是由钢球203和弹簧202构成，在转盘8与缸体9动配合的缸体内球面上设置一沉孔201，钢球203压住弹簧202后置于沉孔201中；在与沉孔201位置相对应的滑动配合的转盘球面上设置凹形滑道204，该凹形滑道204分布在转盘8转动过程中钢球203在所贴合的转盘球面上的滑动轨迹上，凹形滑道204的截面形状与钢球203相适应，两端圆弧过渡。

凹形滑道204的形状与钢球203的相适配，作为另一种结构，可以用圆柱体、带球头的圆柱体或者其它带凸面结构代替钢球，相应的凹形滑道204相适应实现同步功能即可，一旦使用这些变形结构，也落入本发明的保护范围。

本实施例中，缸体9上的沉孔201设置在缸体9上，如图1、图9、图10所示；转盘8上的凹形滑道204设置在转盘球面上，如图1、图4、图5所示，设置两个凹形滑道204，对称分布。作为本发明的另外一种实施方式，所述弹性钢球也可以设置在在转盘球面上，相对应的凹形滑道204对称分布在缸体内球面。

同步机构的工作过程是：当主轴6旋转过程中，转盘轴线和活塞轴线重合以前，弹性钢球就进入凹形滑道204，并在凹形滑道204中继续沿自身的运动轨迹滑动，钢球203进入凹形滑道204后，由于主轴6作用下，转盘8与活塞1有一相对摆动趋势，这种趋势会使钢球203对转盘产生一个挤压力F，其受力状态如图13所示，钢球203进入滑道后，对转盘8产生一个挤压力F，力F在转盘8转动方向产生一分力F1，在F1力的作用下，转盘8获得一个绕转盘轴线旋转的扭矩继续旋转，即使在活塞轴线和转盘轴线重合的情况下，该分力依然存在，即在死点位置，由该分力推动转盘8继续旋转。

所述凹形滑道204可以是钢球203在转盘球面上滑动的全轨迹，也可以是部分轨迹，如果凹形滑道204是钢球203在转盘球面上滑动的全轨迹，则弹性钢球的弹簧202可以省掉；如果是部分轨迹，则需要在凹形滑道204的首末段设置圆弧过渡，并且当活塞轴线与转盘轴线重合时，钢球203位于凹形滑道204的中部；在凹形滑道204的首尾段设置圆弧过渡，有利于钢球203顺利的滑入和滑出凹形滑道204。

所述弹性钢球可以为多组，相应的设置多段凹形滑道。

本发明所述同步运动机构适合于基本结构型的单级压缩结构，也适合于多级压缩结构。

Claims (3)

1.一种用于球形压缩机的转盘旋转同步机构，其特征是：在转盘球面与缸体球形内球面动配合滑动结合面上设置有弹性钢球和凹形滑道（204）构成的转盘旋转同步机构；所述弹性钢球是由钢球（203）和弹簧（202）构成，在转盘（8）与缸体（9）动配合的缸体内球面或者转盘球面上设置一沉孔（201），钢球（203）压住弹簧（202）后置于沉孔（201）中；在与沉孔（201）位置相对应的滑动配合的另一个球形面上设置凹形滑道（204），该凹形滑道（204）分布在转盘（8）转动过程中钢球（203）在所贴合的球形面上的滑动轨迹上，凹形滑道（204）的截面形状与钢球相适应。

2.根据权利要求1所述的一种用于球形压缩机的转盘旋转同步机构，其特征是：所述凹形滑道（204）是钢球（203）在对应的球面上滑动的全轨迹，此时可以省去弹簧（202）。

3.根据权利要求1所述的一种用于球形压缩机的转盘旋转同步机构，其特征是：所述凹形滑道（204）是钢球（203）在对应的球面上滑动的部分轨迹，在凹形滑道（204）的首末段设置圆弧过渡，并且当活塞轴线与转盘轴线重合时，钢球（203）位于凹形滑道（204）的中部。

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