CN104763632B - 一种无油涡旋空气压缩机平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无油涡旋空气压缩机平衡方法，该方法包含：S1，分别在动涡旋盘X轴、Y轴的两个方向设置X轴向平衡配重和Y轴向平衡配重，并对动涡旋盘进行静平衡设计，使得动涡旋盘的质心与其几何中心重合；S2，采用若干等分设计加工回旋涡旋盘，并装配回旋涡旋盘和动涡旋盘，回旋涡旋盘轴心与动涡旋盘轴心重合；S3，驱动轴一端与回旋涡旋盘相连，其另一端延伸至回旋涡旋盘外部，并驱动回旋涡旋盘和动涡旋盘做公转运动；S4，在驱动轴上且与回旋涡旋盘相连的端侧设置一驱动轴平衡配重，使得驱动轴的质心与其几何中心趋向重合；S5，将驱动轴架设在一对平衡测试仪支架上，通过平衡测试仪进行动平衡测试。本发明延长了压缩机运动部件的使用寿命。

Description

一种无油涡旋空气压缩机平衡方法

技术领域

本发明涉及平衡校正领域，特别涉及一种无油涡旋空气压缩机平衡方法。

背景技术

无油涡旋空气压缩机驱动轴和辅助曲柄轴受力的平衡状况，直接关系压缩机运转的平稳性，还决定着驱动轴和辅助曲柄轴上轴承受力的大小。驱动轴和辅助曲柄轴受力平衡得好，不仅可以在机体振动允许范围内极大地改善轴承受力状况，而且还可以改进无油涡旋空气压缩机工作的可靠性，提高压缩机的使用寿命。反之，驱动轴和辅助曲柄轴受力平衡得不好，将使驱动轴和辅助曲柄轴上轴承在恶劣的受力状况下工作，这样会使轴承磨损加快，从而降低压缩机的可靠性，缩短压缩机使用寿命。现有涡旋空气压缩机，如申请号为CN200910164738的国家专利所述《涡旋式流体机械》，主要分析了轴承间隙产生的离心力对驱动轴和辅助曲柄轴受力平衡的影响，也就是说，轴承的制造精度和轴承的装配精度带来的间隙所产生的离心力对驱动轴和辅助曲柄轴受力平衡的影响。那么，无油涡旋空气压缩机驱动轴和辅助曲柄轴受力平衡的影响还有很多，例如，动涡旋盘、驱动轴、辅助曲柄、回旋涡旋盘、机架本身制造精度的误差和动涡旋盘组件装配精度的误差和动涡旋盘的本身结构造成的质心偏置等都会影响驱动轴和辅助曲柄轴受力的平衡状况。所以，对以上几个因素系统的分析和改善措施是解决驱动轴和辅助曲柄轴受力的平衡关键之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种无油涡旋空气压缩机平衡方法，该方法可以实现动涡旋盘的质心与其几何中心重合，驱动轴的质心与其几何中心重合，消除了驱动轴和辅助曲柄轴的倾覆力矩，减少压缩机的振动，延长了压缩机运动部件的使用寿命。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种无油涡旋空气压缩机平衡方法，其特点是，该方法包含以下步骤：

S1，设定一二维坐标系，动涡旋盘的中心经过二维坐标系原点，分别在动涡旋盘X轴、Y轴的两个方向设置X轴向平衡配重和Y轴向平衡配重，并对所述的动涡旋盘进行静平衡设计，使得动涡旋盘的质心与其几何中心重合；

S2，采用若干等分设计加工回旋涡旋盘，并装配回旋涡旋盘和动涡旋盘，所述的回旋涡旋盘轴心与所述的动涡旋盘轴心重合；

S3，驱动轴一端与回旋涡旋盘相连，其另一端延伸至回旋涡旋盘外部，并驱动回旋涡旋盘和动涡旋盘做公转运动；

S4，在驱动轴上且与回旋涡旋盘相连的端侧设置一驱动轴平衡配重，使得驱动轴的质心与其几何中心趋向重合；

S5，将驱动轴架设在一对平衡测试仪支架上，通过平衡测试仪进行动平衡测试。

所述的步骤S1包含：

S1.1，分别对动涡旋盘中的动涡旋线齿、动涡旋底盘和散热片进行数学建模，所述的动涡旋底盘的中心经过二维坐标系原点；

S1.2，在动涡旋底盘一侧位于X轴上方设置Y轴向平衡配重，所述的Y轴向平衡配重形状与散热片形状相同，且与Y轴相对称；

S1.3，在动涡旋底盘位于Y轴一侧设置一X轴向平衡配重，所述的X轴向平衡配重形状与动涡旋底盘外径偏移形状相同，且与X轴相对称；

S1.4，通过建模分析得出X轴向平衡配重和Y轴向平衡配重的尺寸参数，使动涡旋线齿数学模型的质心与所述的动涡旋盘的几何中心趋向重合，根据尺寸参数，加工动涡旋盘；

S1.5，将加工好的动涡旋盘安装在平衡测试仪上，所述的平衡测试仪对动涡旋盘进行静平衡测试，并逐步改变X轴向平衡配重和Y轴向平衡配重的重量，使得动涡旋盘的质心与其几何中心重合。

所述的步骤S2与S3之间还包含：对装配后的动涡旋盘和回旋涡旋盘进行静平衡测试这一步骤。

所述的步骤S4包含：

S4.1，建立驱动轴的三维数学模型，在通过驱动轴上设置一驱动轴平衡配重，并在建模中给出驱动轴平衡配重的初始尺寸参数；

S4.2，将动涡旋盘、回旋涡旋盘和散热风扇组件装配到驱动轴上；辅助曲柄轴装配到回旋涡旋盘上，建模分析得出驱动轴平衡配重的实际尺寸参数，使驱动轴的三维数学模型的质心与其几何中心趋向重合；

S4.3，根据尺寸参数，加工驱动轴和驱动轴平衡配重。

所述的步骤S5包含：

S5.1，将辅助曲柄轴安装到回旋涡旋盘上，同时在驱动轴的另一端安装散热风扇组件；

S5.2，将驱动轴架设在一对平衡测试仪支架上，通过平衡测试仪带动驱动轴转动，并使得动涡旋盘、回旋涡旋盘和散热风扇组件转动；

S5.3，逐步改变散热风扇平衡配重和驱动轴平衡配重，使得驱动轴的质心与其几何中心重合。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、建立动涡旋盘和动涡旋盘组件的模型，并分析模型的总质量特性，自动计算动涡旋盘和驱动轴的平衡配重几何参数，使其数学模型的质心与几何中心（坐标系）重合，消除了驱动轴和辅助曲柄轴的倾覆力矩。

2、为了消除它们的制造误差和装配误差，再利用平衡测试仪，分阶段逐步测试的方法，逐渐消除对驱动轴和辅助曲柄轴的倾覆力矩。由于计算方便、快捷，从而减少了动涡旋盘和动涡旋盘组件平衡设计计算的工作量。

3、驱动轴采用平衡配重与驱动轴整体设计。整体设计，在单件和小比批量上存在加工余量大，费时费力等经济性问题，但是，它减少了装配这一道工序，降低了装配精度，同时提高了驱动轴平衡配重的强度，提高了压缩机运转平稳性，在大批量生产中，采用锻造的方法可以解决经济性问题。

附图说明

图1A为动涡旋盘的结构示意图；

图1B为动涡旋盘的结构示意图；

图1C为动涡旋盘的侧视图；

图2为动涡旋盘的三维视图；

图3为第一连接夹具工装示意图；

图4为动涡旋盘在立式平衡测试仪测试示意图；

图5为动涡旋盘和回旋涡旋盘在立式平衡测试仪测试示意图；

图6为无油涡旋空气压缩机结构示意图；

图7为驱动轴数学模型示意图；

图8为动涡旋盘、散热风扇组件和驱动轴装配的三维数学模型图；

图9A为第三连接夹具工装示意图；

图9B为第二连接夹具工装示意图；

图10动涡旋盘组件、散热风扇组件和驱动轴装配在圈带平衡测试仪测试示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图6所示，一种无油涡旋空气压缩机，包含：机架22；设置在机架22上的驱动轴17；与驱动轴17一端相连的回旋涡旋盘13；与回旋涡旋盘13连接固定的动涡旋盘7。

一种无油涡旋空气压缩机平衡方法，该方法包含以下步骤：

S1，设定一二维坐标系，动涡旋盘7的中心经过二维坐标系原点，分别在动涡旋盘X轴、Y轴的两个方向设置X轴向平衡配重4和Y轴向平衡配重3，并对所述的动涡旋盘7进行静平衡设计，使得动涡旋盘7的质心与其几何中心重合；

S2，采用3等分设计加工回旋涡旋盘13，并装配回旋涡旋盘13和动涡旋盘7，所述的回旋涡旋盘轴心与所述的动涡旋盘轴心重合；

S3，驱动轴17一端与回旋涡旋盘13相连，其另一端延伸至回旋涡旋盘13外部，并驱动回旋涡旋盘13和动涡旋盘7做公转运动；

S4，在驱动轴17上且与回旋涡旋盘13相连的端侧设置一驱动轴平衡配重20，使得驱动轴17的质心与其几何中心趋向重合；

S5，将驱动轴17架设在一对平衡测试仪支架27上，通过平衡测试仪进行动平衡测试（参见图10）。

在具体实施例中，所述的步骤S1包含：

S1.1，如图1A~1C所示，分别对动涡旋盘7中的动涡旋线齿1、动涡旋底盘2和散热片5进行数学建模，所述的动涡旋底盘2的中心经过二维坐标系原点，本实施例中采用美国PTC公司的三维参数化制图软件CREO进行建模分析；

S1.2，参见图2，在动涡旋底盘2一侧位于X轴上方设置Y轴向平衡配重3，所述的Y轴向平衡配重3形状与散热片5形状相同，且与Y轴相对称，其高度h1和深度T几何参数给定一个初始尺寸；

S1.3，在动涡旋底盘2位于Y轴一侧设置一X轴向平衡配重4，所述的X轴向平衡配重4形状与动涡旋底盘2外径偏移形状相同，且与X轴相对称，平衡配重外径ΦA和高度h2几何参数是给定一个初始尺寸，上述的高度h1、深度T和外径ΦA、高度h2几何参数尺寸分别可以在CREO 软件的行为建模技术中进行计算（参见图1A、1C和图2）；

S1.4，通过建模分析得出X轴向平衡配重4和Y轴向平衡配重3的尺寸参数，使动涡旋线齿数学模型的质心与所述的动涡旋盘的几何中心趋向重合，根据尺寸参数，加工动涡旋盘7；

S1.5，参见图4，将加工好的动涡旋盘7通过第一连接夹具工装8安装在平衡测试仪上，为了使动涡旋盘7定位的正确性，通过动涡旋盘7上设有的两个定位销孔6和第一连接夹具8设有的两个定位销孔用定位销相互配合来实现动涡旋盘定位的正确性。然后，通过动涡旋盘7的安装螺栓孔与连接第一夹具工装8的安装螺栓孔11用螺栓分别连接并固定，所述的平衡测试仪对动涡旋盘7进行静平衡测试，并逐步改变X轴向平衡配重4和Y轴向平衡配重3的重量，使得动涡旋盘7达到平衡要求，即动涡旋盘的质心与其几何中心重合。

如图2、3所示，上述的第一连接夹具工装8装有两个定位销9与动涡旋盘两个定位销孔配合并使动涡旋盘准确定位，同时还设有等分的螺栓孔11为动涡旋盘连接并固定之用。连接夹具工装8还设有螺栓孔12与平衡测试仪连接并固定。第一连接夹具工装8也需经过静平衡测试调试。

上述的步骤S2中，为了防止回旋涡旋盘13的三个辅助曲柄轴轴承孔座21a与机架22的三个辅助曲柄轴轴承孔座或驱动轴前端轴承和回旋涡旋盘的三个辅助曲柄轴轴承孔座有相位角的误差，需进行配对研磨使其轴心完全重合。

在具体实施例中，所述的步骤S2与S3之间还包含：对装配后的动涡旋盘7和回旋涡旋盘13进行静平衡测试这一步骤，参见图5，为了防止动涡旋盘7和回旋涡旋盘13的装配误差，需在平衡测试仪10上进行测试，将动涡旋盘7和回旋涡旋盘装配后，将回旋涡旋盘13与第一连接夹具工装8实现连接，为了使动涡旋盘定位的正确性，通过动涡旋盘上7设有的两个定位销孔6和第一连接夹具8设有的两个定位销孔用定位销相互配合来实现动涡旋盘定位的正确性。然后，通过回旋涡旋盘13的安装螺栓孔与第一连接夹具工装8安装螺栓孔11用螺栓分别连接并固定。最后通过立式平衡测试仪10（该平衡测试仪型号为CFPH-5）进行静平衡测试操作，校正动涡旋盘和回旋涡旋盘，达到设计的平衡要求。

如图6所示，上述步骤S3具体为：在驱动轴17的前端轴径18和后端轴径19上分别安装滚动轴承，并将其安装到机架22上；在辅助曲柄轴21上安装一对角接触轴承，并将其安装到回旋涡旋盘13上；在机架22上安装另一对角接触轴承，回旋涡旋盘13和动涡旋盘7上安装到机架22上，并使用螺栓固定。装配完成后，驱动轴17在旋转电机驱动下旋转，通过驱动轴17的曲柄销带动动涡旋盘7上做公转运动。

在具体实施例中，所述的步骤S4包含：

S4.1，建立驱动轴的三维数学模型，在通过驱动轴17上设置一驱动轴平衡配重20，并在建模中给出驱动轴平衡配重17的初始尺寸参数（参见图7）；

S4.2，将动涡旋盘7、回旋涡旋盘13和散热风扇组件23装配到驱动轴17上；辅助曲柄轴21装配到回旋涡旋盘13上，建模分析得出驱动轴平衡配重20的实际尺寸参数，使驱动轴17的三维数学模型的质心与其几何中心趋向重合（参见图8）；

S4.3，根据尺寸参数，加工驱动轴17和驱动轴平衡配重20。

在具体实施例中，所述的步骤S5包含：

S5.1，将辅助曲柄轴21安装到回旋涡旋盘13上，同时在驱动轴17的另一端安装散热风扇组件23；

S5.2，驱动轴17的两端通过第二连接夹具工装25、第三连接夹具工装26架设在一对圈带平衡测试仪的支架27上，并调整第二连接夹具工装25、第三连接夹具工装26之间的间距，通过圈带平衡测试仪（圈带平衡测试仪型号为CFPH-50）带动驱动轴17转动，使得动涡旋盘7、回旋涡旋盘13和散热风扇组件23转动；参见图9B，在驱动轴后端轴径19处的第二连接夹具工装25上设有驱动轴后端轴承孔座19a；参见图9A，在驱动轴前端轴径17处的第二连接夹具工装26上设有辅助曲柄轴轴承孔座21a和驱动轴前端轴承孔座18a，并在辅助曲柄轴轴承孔座21a安装三组角接触轴承。将这两个连接夹具工装（25，26）分别安装到圈带平衡测试仪支架27上并紧固，完成工装的设计与装配。

S5.3，在圈带平衡测试仪上进行动平衡测试，测试时采用双面、转速有低到高逐步进行的动平衡测试操作，逐步改变散热风扇平衡配重和驱动轴平衡配重20，使得驱动轴17的质心与其几何中心重合，达到要求的平衡速度，最终完成动平衡测试。

综上所述，本发明一种无油涡旋空气压缩机平衡方法，该方法可以实现动涡旋盘的质心与其几何中心重合，驱动轴的质心与其几何中心重合，消除了驱动轴和辅助曲柄轴的倾覆力矩，减少压缩机的振动，延长了压缩机运动部件的使用寿命。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种无油涡旋空气压缩机平衡方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

S1，设定一二维坐标系，动涡旋盘的中心经过二维坐标系原点，分别在动涡旋盘X轴、Y轴的两个方向设置X轴向平衡配重和Y轴向平衡配重，并对所述的动涡旋盘进行静平衡设计，使得动涡旋盘的质心与其几何中心重合；

所述的步骤S1包含：

S1.1，分别对动涡旋盘中的动涡旋线齿、动涡旋底盘和散热片进行数学建模，所述的动涡旋底盘的中心经过二维坐标系原点；

S1.2，在动涡旋底盘一侧位于X轴上方设置Y轴向平衡配重，所述的Y轴向平衡配重形状与散热片形状相同，且与Y轴相对称；

S1.3，在动涡旋底盘位于Y轴一侧设置一X轴向平衡配重，所述的X轴向平衡配重形状与动涡旋底盘外径偏移形状相同，且与X轴相对称；

S1.4，通过建模分析得出X轴向平衡配重和Y轴向平衡配重的尺寸参数，使动涡旋线齿数学模型的质心与所述的动涡旋盘的几何中心趋向重合，根据尺寸参数，加工动涡旋盘；

S1.5，将加工好的动涡旋盘安装在平衡测试仪上，所述的平衡测试仪对动涡旋盘进行静平衡测试，并逐步改变X轴向平衡配重和Y轴向平衡配重的重量，使得动涡旋盘的质心与其几何中心重合；

S2，采用若干等分设计加工回旋涡旋盘，并装配回旋涡旋盘和动涡旋盘，所述的回旋涡旋盘轴心与所述的动涡旋盘轴心重合；

S3，驱动轴一端与回旋涡旋盘相连，其另一端延伸至回旋涡旋盘外部，并驱动回旋涡旋盘和动涡旋盘做公转运动；

S4，在驱动轴上且与回旋涡旋盘相连的端侧设置一驱动轴平衡配重，使得驱动轴的质心与其几何中心趋向重合；

S5，将驱动轴架设在一对平衡测试仪支架上，通过平衡测试仪进行动平衡测试。

2.如权利要求1所述的无油涡旋空气压缩机平衡方法，其特征在于，所述的步骤S2与S3之间还包含：对装配后的动涡旋盘和回旋涡旋盘进行静平衡测试这一步骤。

3.如权利要求1所述的无油涡旋空气压缩机平衡方法，其特征在于，所述的步骤S4包含：

S4.1，建立驱动轴的三维数学模型，在通过驱动轴上设置一驱动轴平衡配重，并在建模中给出驱动轴平衡配重的初始尺寸参数；

S4.2，将动涡旋盘、回旋涡旋盘和散热风扇组件装配到驱动轴上；辅助曲柄轴装配到回旋涡旋盘上，建模分析得出驱动轴平衡配重的实际尺寸参数，使驱动轴的三维数学模型的质心与其几何中心趋向重合；

S4.3，根据尺寸参数，加工驱动轴和驱动轴平衡配重。

4.如权利要求1所述的无油涡旋空气压缩机平衡方法，其特征在于，所述的步骤S5包含：

S5.1，将辅助曲柄轴安装到回旋涡旋盘上，同时在驱动轴的另一端安装散热风扇组件；

S5.2，将驱动轴架设在一对平衡测试仪支架上，通过平衡测试仪带动驱动轴转动，并使得动涡旋盘、回旋涡旋盘和散热风扇组件转动；

S5.3，逐步改变散热风扇平衡配重和驱动轴平衡配重，使得驱动轴的质心与其几何中心重合。