CN103541892B - 球形压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球形压缩机，包括缸体（7）、缸盖（6）、活塞（1）、活塞轴（5）、转盘（2）、主轴（4）、外壳（12）、压盘（13）和中心销（3），其中：活塞（1）、转盘（2）、活塞轴（5）和缸盖（6）每个零件的刚度不大于主轴（4）的刚度，而且活塞（1）、转盘（2）、活塞轴（5）和缸盖（6）至少有一个零件的刚度小于主轴（4）的刚度；本发明从根本上解决了球形压缩机因机构运动的死点、摩擦因素、加工误差等导致的转子运动过程中卡滞问题，适合于不同大小、使用不同介质的球形压缩机。

Description

球形压缩机

技术领域

本发明涉及一种球形压缩机，属于压缩机技术领域。

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。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。近十年来，该技术有了很大发展，先后产生出多项研究成果，球形压缩机的应用范围也越来越广泛，不但可以作为单级压缩的压缩机，还可以实现多级压缩，可以应用于冰箱、空调等制冷领域，也可以用于空气压缩领域，还可以应用在泵类等动力机械方面，所以针对球形压缩机的研究也越来越深入，对球形压缩机的结构也在不断优化，加工工艺不断改进。

但球形压缩机的缺点是：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和转盘的轴线垂直相交，主轴作用在转盘的力在此位置产生不了驱动活塞及转盘绕各自轴线转动的扭矩分量，无法使活塞和转盘旋转，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和转盘绕各自轴线旋转，当旋转到转盘的轴线与活塞的轴线接近重合位置附近，这个使活塞和转盘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，活塞和转盘不能获得足够的扭矩绕各自轴线转动，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。

另外，由于机械制造加工误差，球形压缩机各配合面间隙难以精确控制，如果间隙太大，摩擦力虽然减小但气体密封结构受到破坏，泄漏增加；如果间隙过小，则球面之间的摩擦力加大，当摩擦力的大小接近或者大于主轴作用在转盘或者活塞上的使转盘或者活塞旋转的分力时，则转盘和活塞由于失去旋转的扭矩，转子卡滞，机构运动无法继续。

同时，由于加工制造误差，转子各零件存在加工误差以及转子各零件之间存在装配间隙，导致主轴与转盘及活塞之间存在运动有滞后现象，即转盘和活塞的转动滞后于主轴的转动，这样理论计算的死点位置就会发生变化。

综合以上几点的情况，导致转子系统在运转的过程中容易出现卡滞，特别是在使用不同的压缩介质时，摩擦力的情况更为复杂，即使考虑机构死点采取防死点设计措施，也很难完全排除加工误差导致的卡滞现象。

发明内容

本发明的目的就是针对球形压缩机在运转过程中可能出现的卡滞现象，特别是针对不同的压缩介质球形压缩机在运转过程中出现的卡滞现象，从结构和材料上进行优化设计，彻底解决运转过程中的卡滞问题，并有利于零件的加工、制造以及整机装配；使压缩机转动更加平稳、顺滑和可靠。

本发明的技术方案是，一种球形压缩机，它包括：

缸体，该缸体上设置有主轴孔，在外壁上有缸体定位槽；

缸盖，该缸盖与所述缸体组合在一起形成球形内腔，在该缸盖上设置有与活塞轴相配的缸盖端轴孔；在缸盖的内球面上设置有进气通道和排气通道，在外壁上有缸盖定位槽；

活塞及活塞轴，该活塞具有球形顶面、在该球形顶面的中央设置的活塞端轴孔、进排气口和在活塞下部的活塞销座，活塞轴的一端插入活塞端轴孔中，另一端插入缸盖端轴孔中；所述活塞可绕活塞轴自由转动，所述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；所述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活塞销孔；

转盘，该转盘具有在其下端面中心设置的偏心轴孔、在转盘上部与活塞销座相对应的转盘销座；该转盘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；所述转盘销座的两端为半圆柱凹槽，中部为凸起的半圆柱，在半圆柱的中心设置有转盘销孔；

中心销，该中心销插入所述转盘销座和活塞销座相配所形成的销孔中形成柱面铰链，柱面铰链的各配合面之间形成密封动配合；

主轴，主轴位于缸体内的一端带有偏心轴，该偏心轴与转盘上的偏心轴孔相配形成柱面滑动配合，主轴的另一端与动力机构相连，为压缩机变容提供动力；在主轴上设置有配重块和平衡块；

压盘，压盘上设置有主轴孔，压盘的上端面紧贴缸体的下端面，刚性支撑在缸体上为主轴旋转提供支撑，压盘下部有一法兰盘，压盘的外壁上有压盘定位槽；

外壳，外壳为一下端开口的桶状结构，在筒状内壁上设置有凸棱，法兰连接在下端面上；

其中，缸盖、缸体和主轴依次装在外壳的桶形内腔内，缸盖的顶部紧贴外壳的顶部，压盘的上端面紧贴缸体的下端面，凸棱和缸体定位槽、缸盖定位槽、压盘定位槽相适配，在安装过程中凸棱和定位槽起导向和定位作用，防止转动；外壳和压盘通过法兰连接，把缸盖、缸体压紧固定；

其中，活塞、转盘、活塞轴和缸盖每个零件的刚度不大于主轴的刚度，而且活塞、转盘、活塞轴和缸盖至少有一个零件的刚度小于主轴的刚度；

其中，所述活塞轴线和转盘上的偏心轴孔的轴线与主轴的轴线形成相同的夹角α，并且主轴上偏心轴与主轴的夹角也为α，α最佳取值范围为17.5°—27.5°；

其中，通过所述活塞和所述转盘绕所述中心销进行的相对摆动，所述转盘的上端面、所述活塞的下端面与所述球形内腔之间形成容积交替变化的V1工作室和V2工作室，活塞上设置有两个进排气口，进排气口设置在活塞的两侧面和球形面的棱边中间位置；缸盖上的进气通道和排气通道分别布置在垂直于活塞轴线的环形空间内并连通缸外，通过活塞的转动来实现进排气控制，在各工作室需要排气或进气时，相应的工作室的进排气口与相应的进气通道或者排气通道连通。

作为本发明的另一种结构：

所述活塞上包含一镶块，镶块为两侧厚中间薄的扇形块结构，镶嵌在活塞的活塞销座中部凹槽中，其内圆柱面形状与转盘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的活塞销座凹槽底面相适配的外圆柱面，镶块的两侧面与活塞楔形面平齐，镶块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工作室和V2工作室压力交替变化，镶块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的作用；

在活塞轴与活塞端轴孔配合部分设置有活塞端轴套，在轴套和轴孔之间设置有活塞端弹性衬垫形成弹性轴套；

在活塞轴与缸盖端轴孔配合部分设置有缸盖端轴套，在轴套和轴孔之间设置有缸盖端弹性衬垫形成弹性轴套；

在主轴的偏心轴和转盘的偏心轴孔配合部分设置有轴套，在轴套和偏心轴孔之间设置弹性衬垫形成弹性轴套；

主轴与转盘、活塞、缸盖及活塞轴采用不同的材料，调整主轴与转盘、活塞、缸盖和活塞轴的刚度；

活塞轴可采用以下结构形式即活塞变形结构来改变活塞轴的刚度：

活塞轴为空心活塞轴；

活塞轴为中间带有弹性镶套的带镶套活塞轴，弹性镶套为具有弹性的耐磨材料；

活塞轴为中间具有大圆弧环形凹槽的圆弧腰活塞轴；

活塞轴为中间带有多个平行的环形凹槽的环形槽活塞轴。

所谓刚度是指零件具有弹性变形的能力，零件的刚度越大，弹性变形能力越小，零件的刚度越小，则弹性变形能力越大。

本发明的特点和优势是：

1）活塞轴与活塞分开，做成两个零件，首先有利于加工制造，提高了精度，降低了加工成本；使活塞轴和活塞方便做成两种不同的材料；

2）由于原来转盘轴和主轴偏心斜孔构成的偏心曲柄结构在旋转时需要更大的空间，转盘下端边缘与主轴在旋转中容易出现干涉，为避免干涉，转盘下端的空间必须增加，转盘必须减薄，导致转盘上的密封宽度减小，影响密封效果；本发明在原来转盘结构的基础上，去掉转盘轴，改为偏心轴孔，在主轴上增加偏心轴取代转盘轴，这样主轴旋转通过偏心轴拨动转盘旋转，使转盘与主轴不会发生干涉而且所需空间减小，转盘就可以加厚，转盘上的密封带尺寸加大，有利于密封。同时，转盘轴改为主轴的偏心轴，方便偏心轴和转盘采用不同的材料；

3）由于配合面之间的摩擦力及转盘与活塞的转动滞后于主轴的转动，导致在理论死点之前或者之后转子卡滞，经过多次实验，通过调整主轴、活塞、转盘、缸盖、活塞轴的刚度可以缓解卡滞，在转子卡滞前，通过活塞、转盘、缸盖或者活塞轴的适当变形可以越过卡滞点；另外通过在主轴与转盘连接处、活塞轴与活塞及缸盖连接处设置弹性轴套，也有利于转子克服摩擦力，越过卡滞点；从而彻底消除了转子卡滞现象，特别是对压缩介质是水等缺乏良好润滑的状况；

4）根据活塞轴线及转盘轴孔的轴线与主轴的夹角α的变化与作用在转盘上旋转分力的变化规律，α越大则主轴作用在转盘上旋转分力越大，转子就越不容易卡滞，但是α太大，则密封带太窄，进排气口不易布置；所以选择合适α的极为重要，经过反复试验和计算，当17.5°—27.5°度时，主轴作用在转盘上的分力最为有效，转子不会卡滞而且非常利于气道的布置，密封的宽度也会增加；

5）本发明适用于各种压缩介质工况，对压缩空气、制冷剂、水、油都非常有效，是球形压缩机结构的一种重大改进和突破，大大拓宽了球形压缩机的应用范围，彻底解决了球形压缩机使用过程中转子的卡滞问题。

附图说明

图1：本发明实施例压缩机结构示意图；

图2：图1所示压缩机结构剖面图；

图3：活塞结构示意图；

图4：转盘结构示意图；

图5：主轴结构示意图；

图6：主轴与转盘组合结构示意图；

图7：缸盖结构底面视图；

图8：缸盖结构顶面视图；

图9:缸体结构示意图；

图10：外壳结构示意图；

图11：压盘结构示意图；

图12：带有镶块的组合活塞爆炸图；

图13：活塞轴活塞端带有缓冲结构的活塞与缸盖连接示意图；

图14：活塞轴缸盖端带有缓冲结构的活塞与缸盖连接示意图；

图15：缓冲弹簧的第一种结构形式；

图16：缓冲弹簧的第二种结构形式；

图17：采用空心活塞轴时活塞与缸盖连接示意图；

图18：采用带镶套活塞轴时活塞与缸盖连接示意图；

图19：采用圆弧腰活塞轴时活塞与缸盖连接示意图；

图20：采用环形槽活塞轴时活塞与缸盖连接示意图。

图中：1-活塞；2-转盘；3-中心销；4-主轴；5-活塞轴；6-缸盖；7-缸体；8-调整块；9-排气管；10-进气管；11-调整垫；12-外壳；13-压盘；14-轴套；15-密封圈；16-螺栓；17-活塞端轴套；18-活塞端弹性衬垫；19-缸盖端轴套；20-缸盖端弹性衬垫；21-空心活塞轴；22-带镶套活塞轴；23-弹性镶套；24-圆弧腰活塞轴；25-环形槽活塞轴；

101-进排气口；102-活塞端轴孔；103-活塞销孔；104活塞销座；105-镶块；201-转盘销座；202-偏心轴孔；203-转盘销孔；401-偏心轴；402-配重块；403-平衡块；601进气通道；602-排气通道；603-缸盖定位槽；604-缸盖端轴孔；605-进气孔；606-排气孔；701-主轴孔；702-缸体定位槽；121-凸棱；122-气管通道；131-压盘定位槽；

1000-V1工作室；1001-V2工作室。

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；图2为图1中结构A-A剖面图，该球形压缩机包括缸体7、缸盖6、活塞1、活塞轴5、转盘2、主轴4、外壳12、压盘13和中心销3，缸体7和缸盖6组合形成一个球形内腔；

如图3所示，活塞1具有球形顶面、在该球形顶面的中央设置的活塞端轴孔102、两个成一定角度的侧面、进排气孔101和在活塞两侧面下部形成的活塞销座104，活塞销座104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活塞销孔103；缸盖6上设置有与活塞轴5相配的缸盖端轴孔604，参见图7缸盖结构示意图，活塞轴5与活塞1上的活塞端轴孔102及缸盖6上的缸盖端轴孔604相配合，活塞轴5的一端插入活塞端轴孔102，另一端插入缸盖端轴孔604中，活塞1可绕活塞轴5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；两个进排气口101对称分布在活塞1的两侧面和球形面的棱边中间位置，便于最大限度的减小压缩余隙；

转盘2的结构如图4所示，转盘2具有在其下端面中心设置的偏心轴孔202、在转盘2上部与活塞销座104相对应的转盘销座201；转盘2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2的上部与活塞销座104相对应有一转盘销座201，转盘销座201的两端为半圆柱凹槽，中部为凸起的半圆柱，在半圆柱的中心设置有转盘销孔203；

中心销3插入活塞销座104和转盘销座201的销孔形成柱面铰链，活塞1与转盘2通过柱面铰链形成密封动连接，并把转盘2的上端面与球形内腔形成的半球形空腔分割成V1工作室1000和V2工作室1001；

如图5、如图6所示，主轴4位于缸体7内的一端带有偏心轴401，该偏心轴401与转盘2上的偏心轴孔202相配形成柱面滑动配合，主轴4的另一端与动力机构相连，为压缩机变容提供动力；在主轴4上设置有配重块402和平衡块403；由于主轴4上的偏心轴401驱动转盘2转动，转盘2与活塞1柱面连接传递扭矩，活塞1、转盘2、主轴4的质心不在一条直线上，造成主轴4在运转过程中失去平衡，运转不平稳，消耗的功率很大，为此在主轴上设置配重块402和平衡块403，可以使主轴4在运转过程中波动小、运转平稳、噪音小、损耗的功耗低；根据结构需要，配重块403也可以独立连接在转子其他部分，如转子铁芯上；

如图7、图8所示，缸盖6的外壁为圆柱形，下部为半圆球腔，顶部最高处为一平面，该平面平行于缸盖6的下端面；在缸盖6上设置有与活塞轴5相配的缸盖端轴孔604；缸盖端轴孔604为盲孔，不连通缸盖外；在缸盖6的内球面上设置有进气通道601和排气通道602，进气通道601通过设进气孔605连通到缸外，排气通道602通过排气孔606连通缸外；缸盖6上的进气通道601和排气通道602分别布置在垂直于活塞轴线的环形空间内，通过活塞1的转动来实现进排气控制，在V1工作室1001和V2工作室1002需要排气或进气时，相应的工作室的进排气口101与相应的进气通道601通过进气孔605连通，或者与相应的排气通道602通过排气孔606连通；在缸盖6的外壁上有两个缸盖定位槽603，两个缸盖定位槽603对称分布在圆柱外壁上并平行于圆柱轴线；

如图9所示，缸体7的外壁为圆柱形，上部为半圆球腔，缸体7的半球腔底部设置有主轴孔701，缸盖6的下端面与缸体7的上端面配合，使两个半球腔组合在一起形成球形内腔，在缸体7的外圆柱面上设置有两个缸体定位槽702，两个缸体定位槽702对称分布在圆柱外壁上并且平行于圆柱轴线；

如图11所示，压盘13的外壁为圆柱形，压盘13上设置有主轴孔，压盘13的上端面与缸体7的下端面相配，刚性支撑在缸体7上为主轴4旋转提供支撑，压盘13下部有一法兰盘，压盘13的圆柱形外壁上有两个压盘定位槽131，两个压盘定位槽131对称分布在圆柱外壁上并平行于圆柱轴线；

如图10所示，外壳12为一下端开口的桶状结构，在圆柱内壁上设置有凸棱121，法兰连接在下端面上；在外壳12上连接进气管10和排气管9，进气管10与进气孔605连接，进气孔605与进气通道601连通，排气管9与排气孔606连接，排气孔606与排气通道602连通，在外壳12的顶部开有让位空挡，如图1所示，设置有进气管10和排气管9的气管通道122。进气管10穿过气管通道122连接在进气孔605上，排气管9通过气管通道122连接在排气孔606上，气管通道122尽可能大，便于连接安装操作。

其中，压盘13、缸体7和缸盖6的圆柱外壁匹配，外圆柱的直径相同，而且压盘定位槽131、缸体定位槽702、缸盖定位槽603相匹配，槽尺寸相同；

结合图1和图2，缸盖6、缸体7和压盘4依次装在外壳12的桶形圆柱内腔中，缸盖6的顶部平面紧贴外壳12的圆柱内腔顶部，缸体7的上端面紧贴缸盖6的下端面，压盘13的上端面紧贴缸体7的下端面，缸体定位槽702、缸盖定位槽603、压盘定位槽131形成两条贯通圆柱外壁的定位槽，凸棱121和缸体定位槽702、缸盖定位槽603、压盘定位槽131相适配，在安装过程中凸棱121和定位槽起导向和定位作用，防止转动；外壳12和压盘13通过法兰连接，法兰之间采用螺栓16连接，把缸盖6、缸体7压紧固定；

如图1、图2所示，主轴4的偏心轴401与转盘2的偏心轴孔202形成滑动配合，在主轴4与缸体7的端面配合处设置调整垫11，在主轴4与压盘13的端面配合处设置调整块8；用于调节主轴4的轴向位置，并形成轴向滑动配合；在主轴4与压盘13的旋转配合处设置轴套14，在轴套14和主轴4之间安装“O”形密封圈15，形成主轴4的旋转副并密封。

活塞轴5和转盘上的偏心轴孔202的轴线及主轴4的轴线都通过球形内腔的球心，并且活塞轴5和转盘上的偏心轴孔的轴线与主轴4的轴线形成相同的夹角α；α最佳取值范围为17.5°—27.5°；

主轴4转动时驱动转盘2，转盘2带动活塞1运动（图中主轴4的转向是从缸盖6看主轴4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2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4的轴线重合的虚拟锥体表面周向移动（即转盘2的轴线扫过上述锥体的锥面），移动的周期与主轴4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2有一周期性的相对摆动，摆动的周期为主轴4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1000和V2工作室1001，在活塞1上设置有进排气口101，在缸盖6的内球面上设置有进气通道601和排气通道602，利用活塞1的旋转以及活塞1的球形表面与缸盖6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，通过进排气口101与进气通道601和排气通道602的通断实现进气和排气控制。

作为本发明的另一种结构，如图12所示，可以适用于不同的场合，特别是在活塞是金属件时，活塞1的另一种组合结构是在活塞1上增加镶块105，镶块105为两侧厚中间薄的扇形块结构，镶嵌在活塞1的活塞销座105中部凹槽中，其内圆柱面形状与转盘2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105凹槽底面相适配的外圆柱面，镶块105的两侧面与活塞楔形面平齐，镶块105的两端面与活塞销座105中部凹槽的两侧壁形成密封动配合；V1工作室1000和V2工作室1001压力交替变化，镶块104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。

本发明中，防止转子卡滞采用主轴4与相配合的零件的刚度解决，作为改变刚度的措施，如图13所示，在活塞轴5与活塞端轴孔102配合部分设置有活塞端轴套17，在活塞端轴套17和活塞端轴孔102之间设置有活塞端弹性衬垫18形成弹性轴套；

如图14所示，在活塞轴5与缸盖端轴孔604配合部分设置有缸盖端轴套19，在缸盖端轴套19和缸盖端轴孔604之间设置有缸盖端弹性衬垫20形成弹性轴套；

同样，在主轴4的偏心轴401和转盘2的偏心轴孔202配合部分设置有轴套，在轴套和偏心轴孔202之间设置弹性衬垫形成弹性轴套；

上述结构中，所用的活塞端弹性衬垫18和缸盖端弹性衬垫20为一种缓冲弹簧结构形式，两种衬垫可以选用如图15和图16所示的任何一种结构形式，也可以是其它的结构形式，只要具有在轴的圆周方向可以产生一定的弹性变形，减小配合处的刚度，但变形后又可以自动回归到原来的轴线位置，使轴线可以偏移原轴线后可以回归，具有自动定心的作用即可。

当然，也可以对活塞轴5的结构进行设计，增加轴端配合处的弹性，比如在活塞轴5上设计出适当的过渡台阶减小轴与相配合的轴孔之间的刚度，使活塞轴5与缸盖端轴孔604的轴线在运转过程中可以产生适当的错位，或者是活塞轴5与活塞端轴孔102的轴线在运转过程中可以产生适当的错位，又能自动回归到同轴位置，同样可以使转子顺利越过死点位置，消除转子转动过程中的卡滞问题。

主轴4与转盘2、活塞1、缸盖6及活塞轴5采用不同的材料，可以调整主轴4与转盘2、活塞1、缸盖6和活塞轴5的配合刚度；

通过采用不同的材料和采用弹性轴套的办法，也可以使转子越过死点位置，解决转子卡滞问题。

对于活塞轴5，也可以通过改变其结构形式即采用活塞变形结构来改变活塞轴5的刚度，如图17到图20所示，为四种不同形式的活塞轴结构，有利于转子在卡滞时顺利越过卡滞点，解决转子卡滞问题。

图17所示活塞轴为空心活塞轴21的结构，空心活塞轴21的刚度小于实心活塞轴，具有较好的弹性变形能力；

图18所示活塞轴为中间带有弹性镶套23的带镶套活塞轴22的结构，弹性镶套23为具有弹性能力的并具有耐磨性能的非金属材料如工程塑料，与金属轴心做成一体，即可以保证活塞轴的强度，又使活塞轴的刚度降低；尤其适合于需要做金属活塞轴的情况；

图19为活塞轴为中间具有大圆弧环形凹槽的圆弧腰活塞轴24，由于在活塞轴的中间腰部具有大圆弧的凹槽，使活塞轴弹性增加，刚度降低；

图20为活塞轴为中间带有多个平行的环形凹槽的环形槽活塞轴25，多个环形凹槽既能保证活塞轴的刚度降低，又方便在凹槽中增加密封环，避免形成压缩工质在此处形成内循环。

所谓刚度是指零件具有弹性变形的能力，零件的刚度越大，弹性变形能力越小，零件的刚度越小，则弹性变形能力越大。

Claims (10)

1.球形压缩机，它包括：

缸体(7)，该缸体(7)上设置有主轴孔(701)，在外壁上有缸体定位槽(702)；

缸盖(6)，该缸盖(6)与所述缸体(7)组合在一起形成球形内腔，在缸盖(6)上设置有与活塞轴(5)相配的缸盖端轴孔(604)；在缸盖(6)的内球面上设置有进气通道(601)和排气通道(602)，在外壁上有缸盖定位槽(603)；

活塞(1)及活塞轴(5)，该活塞(1)具有球形顶面、在该球形顶面的中央设置的活塞端轴孔(102)、进排气口(101)和在活塞(1)下部的活塞销座(104)，活塞轴(5)的一端插入活塞端轴孔(102)中，另一端插入缸盖端轴孔(604)中；所述活塞(1)可绕活塞轴(5)自由转动，所述活塞(1)球形顶面与球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合；所述活塞销座(104)为半圆柱结构，半圆柱的中部有凹槽，在活塞销座(104)的轴线方向上有贯通的活塞销孔(103)；

转盘(2)，该转盘(2)具有在转盘(2)下端面中心设置的偏心轴孔(202)、在转盘(2)上部与活塞销座(104)相对应的转盘销座(201)；该转盘(2)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；所述转盘销座(201)的两端为半圆柱凹槽，中部为凸起的半圆柱，在半圆柱的中心设置有转盘销孔(203)；

中心销(3)，该中心销(3)插入所述转盘销座(201)和活塞销座(104)相配所形成的销孔中形成柱面铰链，柱面铰链的各配合面之间形成密封动配合；

主轴(4)，主轴(4)位于缸体(7)内的一端带有偏心轴(401)，该偏心轴(401)与转盘(2)上的偏心轴孔(202)相配形成柱面滑动配合，主轴(4)的另一端与动力机构相连，为压缩机变容提供动力；在主轴(4)上设置有配重块(402)和平衡块(403)；

压盘(13)，压盘(13)上设置有主轴孔，压盘(13)的上端面紧贴缸体(7)的下端面，刚性支撑在缸体(7)上为主轴(4)旋转提供支撑，压盘(13)下部有一法兰盘，压盘(13)外壁上有压盘定位槽(131)；

外壳(12)，外壳(12)为一下端开口的桶状结构，在桶状内壁上设置有凸棱(121)，压盘(13)的法兰盘连接在外壳(12)的下端面上；

其中，缸盖(6)、缸体(7)和主轴(4)依次装在外壳(12)的桶形内腔内，凸棱(121)和缸体定位槽(702)、缸盖定位槽(603)、压盘定位槽(131)相适配，外壳(12)和压盘(13)通过法兰连接，把缸盖(6)、缸体(7)压紧固定；

其中，活塞(1)、转盘(2)、活塞轴(5)和缸盖(6)每个零件的刚度不大于主轴(4)的刚度，而且活塞(1)、转盘(2)、活塞轴(5)和缸盖(6)至少有一个零件的刚度小于主轴(4)的刚度；

其中，所述活塞(1)轴线和转盘(2)上的偏心轴孔(202)的轴线分别与主轴(4)的轴线形成相同的夹角α，并且主轴(4)上偏心轴(401)与主轴(4)的夹角也为α，α最佳取值范围为17.5°—27.5°；

其中，通过所述活塞(1)和所述转盘(2)绕所述中心销(3)进行的相对摆动，所述转盘(2)的上端面、所述活塞(1)的下端面与所述球形内腔之间形成容积交替变化的V1工作室(1000)和V2工作室(1001)，活塞(1)上设置有两个进排气口(101)，进排气口(101)设置在活塞(1)的两侧面和球形面的棱边中间位置；缸盖(6)上的进气通道(601)和排气通道(602)分别布置在垂直于活塞(1)轴线的环形空间内并连通缸外，通过活塞(1)的转动来实现进排气控制，在各工作室需要排气或进气时，相应的工作室的进排气口(101)与相应的进气通道(601)或者排气通道(602)连通。

2.根据权利要求1所述的球形压缩机，其特征是：所述活塞(1)上包含一镶块(105)，镶块(105)为两侧厚中间薄的扇形块结构，镶嵌在活塞(1)的活塞销座(104)中部凹槽中，镶块(105)的内圆柱面形状与转盘(2)凸起的半圆柱面形状相适配形成密封动配合，镶块(105)凸起的顶面为与活塞(1)的活塞销座(104)凹槽底面相适配的外圆柱面，镶块(105)的两侧面与活塞楔形面平齐，镶块(105)的两端面与活塞销座(104)中部凹槽的两侧壁形成密封动配合。

3.根据权利要求1所述的球形压缩机，其特征是：在活塞轴(5)与活塞端轴孔(102)配合部分设置有活塞端轴套(17)，在活塞端轴套(17)和活塞端轴孔(102)之间设置有活塞端弹性衬垫(18)形成弹性轴套。

4.根据权利要求1所述的球形压缩机，其特征是：在活塞轴(5)与缸盖端轴孔(604)配合部分设置有缸盖端轴套(19)，在缸盖端轴套(19)和缸盖端轴孔(604)之间设置有缸盖端弹性衬垫(20)形成弹性轴套。

5.根据权利要求1所述的球形压缩机，其特征是：在主轴(4)的偏心轴(401)和转盘(2)的偏心轴孔(202)配合部分设置有轴套，在轴套和偏心轴孔之间设置弹性衬垫形成弹性轴套。

6.根据权利要求1所述的球形压缩机，其特征是：主轴(4)与转盘(2)、活塞(1)、缸盖(6)及活塞轴(5)采用不同的材料。

7.根据权利要求1所述的球形压缩机，其特征是：活塞轴为空心活塞轴(21)。

8.根据权利要求1所述的球形压缩机，其特征是：活塞轴为中间带有弹性镶套(23)的带镶套活塞轴(22)，弹性镶套(23)的材料为具有弹性的耐磨材料。

9.根据权利要求1所述的球形压缩机，其特征是：活塞轴为中间具有大圆弧环形凹槽的圆弧腰活塞轴(24)。

10.根据权利要求1所述的球形压缩机，其特征是：活塞轴为中间带有多个平行的环形凹槽的环形槽活塞轴(25)。