CN105626453B - 一种活塞式压缩机及活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于压缩机产品领域的活塞式压缩机，同时还涉及一种活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，所述的活塞式压缩机的主动齿轮(5)与能够带动主动齿轮(5)转动的电机(4)连接，从动齿轮(6)与主动齿轮(5)啮合，从动齿轮(6)与行星架(7)连接，行星轮(8)与行星架(7)连接，行星轮(8)与中心固定齿轮(9)内壁齿轮啮合，连杆(3)一端与活塞(2)连接，连杆(3)另一端与行星轮(8)边沿部活动连接，本发明的活塞式压缩机及活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，能够完全平衡活塞式压缩机各运动部件惯性力和惯性力矩，克服以往的活塞式压缩机二阶惯性力无法平衡的不足，有效提高压缩机的动力性能。

Description

一种活塞式压缩机及活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法

技术领域

本发明属于压缩机产品技术领域，更具体地说，是涉及一种活塞式压缩机，本发明同时还涉及一种活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法。

背景技术

活塞式压缩机由于其气密性好，单级压缩比高，成本低廉，维修方便，因此在各行各业中被广泛采用。然而，现有的活塞式压缩机，也存在机器体型过大，工作时振动和噪声较大，排气量有波动等不足。由于活塞式压缩机的主传动系统一般采用曲柄连杆机构，活塞的第二阶惯性力无法平衡，因此运转时振动与噪声大，加大了能量损耗，影响了做功功率。因此，现有的活塞式压缩机存在的问题已经成为制约活塞式压缩机工程应用领域发展的一个瓶颈问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，能够完全平衡活塞式压缩机各运动部件惯性力和惯性力矩，克服以往的活塞式压缩机二阶惯性力无法平衡的不足，从而有效提高压缩机的动力性能，避免能量损失，同时可以确保在较高的运转速度运行且性能可靠的活塞式压缩机。

要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：

本发明为一种活塞式压缩机，所述的活塞式压缩机包括压缩缸体、活塞、连杆，所述的活塞式压缩机还包括电机、主动齿轮、从动齿轮、行星架、行星轮、中心固定齿轮，所述的主动齿轮与能够带动主动齿轮转动的电机连接，从动齿轮与主动齿轮啮合，从动齿轮与行星架连接，行星轮与行星架连接，行星轮与中心固定齿轮内壁齿轮啮合，所述的连杆一端与活塞连接，连杆另一端与行星轮边沿部活动连接。

所述的活塞式压缩机包括多组压缩机行星齿轮系统，每组压缩机行星齿轮系统分别包括压缩缸体、活塞、连杆、从动齿轮、行星架、行星轮、中心固定齿轮，每组压缩机行星齿轮系统的从动齿轮分别与主动齿轮啮合，多组压缩机行星齿轮系统之间设置为按等分夹角布置的结构，多组压缩机行星齿轮系统设置为位于同一水平面的结构。

所述的每组压缩机行星齿轮系统的从动齿轮通过连接轴与行星架固定连接，中心固定齿轮与机架固定连接，行星轮与中心固定齿轮内啮合，且与行星架的支承轴活动连接，连杆一端与活塞活动连接，连杆另一端通过销轴与行星轮活动连接。

所述的压缩机行星齿轮系统包括三组，每两组相邻的压缩机行星齿轮系统之间设置为呈120度夹角的结构，每组压缩机行星齿轮系统的行星架上同时设置支承轴和边沿部，支承轴设置为与边沿部之间相邻180度夹角的结构，所述的边沿部部位安装平衡质量块。

所述的电机通过联轴器与主动齿轮柔性连接，所述的电机与能够控制电机启停的控制部件连接，所述的压缩机行星齿轮系统设置为能够将行星轮的转动运动转换为活塞的往复直线运动的结构。

所述行星轮的直径尺寸设置为等于中心固定齿轮的直径尺寸一半的结构。

本发明同时还涉及一种活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，所述的活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法的步骤为：

1)将所述的多组压缩机行星齿轮系统之间按等分夹角布置，将多组压缩机行星齿轮系统设置为位于同一水平面的结构；

2)在所述的行星轮的边沿部部位安装平衡质量块。

将压缩机行星齿轮系统设置三组，每两组相邻的压缩机行星齿轮系统之间呈120度夹角，压缩机行星齿轮系统设置为能够将行星轮的转动运动转换为活塞的往复直线运动的结构。

在每组压缩机行星齿轮系统的行星架上同时设置支承轴和边沿部，将支承轴设置为与边沿部之间相邻180度夹角的结构，在边沿部部位安装平衡质量块。

采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：

本发明所述的活塞式压缩机及活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，当活塞式压缩机工作时，通过控制电机转动工作，电机转动工作带动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，从动齿轮再带动行星架转动，行星架转动时带动行星轮转动，这时，因为行星轮与中心固定齿轮内壁齿轮啮合，所以行星轮会沿着圆形的内壁齿轮作圆周转动，通过行星轮的循环圆周运动，带动活塞在压缩机缸体内作往复运动，从而实现通过电机带动活塞式压缩机工作，本发明的活塞式压缩机及活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，结构简单，能够克服现有的活塞式压缩机运动时各部件惯性力较大，活塞运动时二阶惯性力无法平衡的不足，从而有效提高活塞式压缩机的动力性能，减小运转时的振动与噪声以及能量损失，同时可以在较高的运转速度运行，性能可靠，从而提高活塞式压缩机运转转速。本发明所述的活塞式压缩机结构，在活塞式压缩机工作时，由于活塞的往复运动，会产生巨大的往复惯性力，为了克服往复惯性力，本发明通过采用多组压缩机行星齿轮系统形成一个活塞式压缩机的结构，这样，本发明所述的活塞式压缩机不仅能够将行星轮的转动运动转化为活塞的往复运动，使得活塞连杆作往复直线运动，且不会产生第二阶的惯性力。通过多组压缩机行星齿轮系统的合理布置，可以达到压缩机整机的旋转和往复惯性力互相抵消的目的，使得活塞式压缩机工作时的惯性力合力为0。与现有的活塞式压缩机相比，本发明的压缩机具有以下优点：1、各组往复运动的连杆与活塞位于同一平面内，活塞式压缩机工作时，多组压缩机行星齿轮系统之间的往复惯性力可以完全互相抵消，压缩机往复惯性力的合力为0，往复惯性力的合力矩也为0。因此整个压缩机工作时动力性能得到明显提升。2、连杆与活塞都作往复直线运动，活塞工作时无侧压力，提高了压缩机的气密性和活塞使用寿命，不需要设置十字头结构，也可省去活塞的群部结构，有效节约成本，提高性能。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：

图1为本发明所述的活塞式压缩机的正视结构示意图；

图2为图1所述的活塞式压缩机的A—A面的剖视结构示意图；

图3为本发明所述的活塞式压缩机做工作时的内摆线运动轨迹示意图；

图4为单组压缩机行星齿轮系统与连杆连接时的结构；

附图中标记分别为：1、压缩缸体；2、活塞；3、连杆；4、电机；5、主动齿轮；6、从动齿轮；7、行星架；8、行星轮；9、中心固定齿轮；10、压缩机行星齿轮系统；11、连接轴；12、支承轴；13、销轴；14、边沿部；15、平衡质量块；16、联轴器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：

如附图1—附图4所示，本发明为一种活塞式压缩机，所述的活塞式压缩机包括压缩缸体1、活塞2、连杆3，所述的活塞式压缩机还包括电机4、主动齿轮5、从动齿轮6、行星架7、行星轮8、中心固定齿轮9，所述的主动齿轮5与能够带动主动齿轮5转动的电机4连接，从动齿轮6与主动齿轮5啮合，从动齿轮6与行星架7连接，行星轮8与行星架7连接，行星轮8与中心固定齿轮9内壁齿轮啮合，所述的连杆3一端与活塞2连接，连杆3另一端与行星轮8边沿部活动连接。这样的结构设置，当活塞式压缩机工作时，通过控制电机转动工作，电机转动工作带动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，从动齿轮再带动行星架转动，行星架转动时带动行星轮转动，这时，因为行星轮与中心固定齿轮内壁齿轮啮合，所以行星轮会沿着圆形的内壁齿轮左圆周转动，通过行星轮的循环圆周运动，带动活塞在压缩缸体内左往复运动，从而实现通过电机带动活塞式压缩机工作，本发明所述的活塞式压缩机，结构简单，能够克服现有的活塞式压缩机运动时各部件惯性力较大，活塞运动时二阶段惯性力无法平衡的不足，从而有效提高活塞式压缩机的动力性能，避免能量损失，同时可以在较高的运转速度运行，性能可靠，满足对活塞式压缩机转速要求。

所述的活塞式压缩机包括多组压缩机行星齿轮系统10，每组压缩机行星齿轮系统10分别包括压缩缸体1、活塞2、连杆3、从动齿轮6、行星架7、行星轮8、中心固定齿轮9，每组压缩机行星齿轮系统10的从动齿轮6分别与主动齿轮5啮合，多组压缩机行星齿轮系统10之间设置为按等分夹角布置的结构，多组压缩机行星齿轮系统10设置为位于同一水平面的结构。本发明所述的活塞式压缩机结构，在活塞式压缩机工作时，由于活塞的往复运动，会产生巨大的往复惯性力，为了克服往复惯性力，本发明通过采用多组压缩机行星齿轮系统10形成一个活塞式压缩机的结构，这样，本发明所述的活塞式压缩机不仅能够将行星轮的转动运动转化为活塞的往复运动，使得活塞连杆作往复直线运动，且不会产生第二阶的惯性力。通过多组压缩机行星齿轮系统10的合理布置，可以达到压缩机整机的旋转和往复惯性力互相抵消的目的，使得活塞式压缩机工作时的惯性力合力为0，往复惯性力的合力矩也为0。与现有的活塞式压缩机相比，本发明的压缩机具有以下优点：1、往复运动的连杆与活塞位于同一平面内，往复惯性力的合力为0。活塞式压缩机工作时，多组压缩机行星齿轮系统10之间的往复惯性力可以完全互相抵消，因此整个压缩机工作时动力性能得到明显提升。2、连杆与活塞都作往复直线运动，活塞工作时无侧压力，提高了压缩机的气密性和活塞使用寿命，不需要设置十字头结构，也可省去活塞的群部结构，有效节约成本，提高性能。

所述的每组压缩机行星齿轮系统10的从动齿轮6通过连接轴11与行星架7固定连接，中心固定齿轮9与机架固定连接，行星轮8与中心固定齿轮9内啮合，且与行星架7的支承轴12活动连接，连杆3一端与活塞2活动连接，连杆3另一端通过销轴13与行星轮8活动连接。

所述的压缩机行星齿轮系统10包括三组，每两组相邻的压缩机行星齿轮系统10之间设置为呈120度夹角的结构，每组压缩机行星齿轮系统10的行星架7上同时设置支承轴12和边沿部14，支承轴12设置为与边沿部14之间相邻180度夹角的结构，所述的边沿部14部位安装平衡质量块15。优选地，将压缩机行星齿轮系统10设置为三组。这样的结构，每组压缩机行星齿轮系统10之间的夹角为120度，每个连杆之间的夹角也是120度，同时，三组压缩机行星齿轮系统10在同一平面上。这样，活塞式压缩机工作时，电机带动三组压缩机行星齿轮系统10同步运动，三组压缩机行星齿轮系统10工作时产生的往复惯性力会得到相互抵消，使得活塞式压缩机工作时的往复惯性力合力为0。对于行星轮旋转时产生的旋转惯性力，可以通过在行星架上设置安装平衡质量块15来抵消，这样，压缩机的动力性能得到了进一步优化，运转时的振动也进一步减小。

所述的电机4通过联轴器16与主动齿轮5柔性连接，所述的电机4与能够控制电机4启停的控制部件连接，所述的压缩机行星齿轮系统10设置为能够将行星轮8的转动运动转换为活塞2的往复直线运动的结构。电机工作时通过联轴器带动主动齿轮转动，然后通过从动齿轮、行星架，将动力依次传递到行星轮上，行星轮在作用在连杆上。而电机的启停通过控制部件的控制来实现。

所述的行星轮8的直径尺寸设置为等于中心固定齿轮9的直径尺寸一半的结构。对于行星齿轮机构，其行星轮上的任意点的轨迹为内摆线，当行星轮的直径为中心固定齿轮直径的一半时，行星轮节元上点的轨迹为一直线。利用内摆线的这一特性，本发明在行星轮的节元上设置销轴，将连杆的连杆大头与销轴联接，从而使得活塞连杆与压缩机行星齿轮系统构成一个组合机构，就可以实现将行星轮的转动运动变换成活塞的往复运动，这样的结构，不会产生二阶惯性力，提高了动力性能，降低能量损耗和振动，提高了压缩机的整体性能。

本发明所述的活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，能够有效提高活塞式压缩机工作时的性能，克服现有的活塞式压缩机运动时各部件惯性力较大，活塞运动时二阶惯性力无法平衡的不足，从而有效提高活塞式压缩机的动力性能，避免能量损失，同时可以在较高的运转速度运行，性能可靠。

所述的活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法的步骤为：

1)将所述的多组压缩机行星齿轮系统10之间按等分夹角布置，将多组压缩机行星齿轮系统10设置为位于同一水平面的结构；

2)在所述的行星轮8的边沿部14部位安装平衡质量块15。

将压缩机行星齿轮系统10设置三组，每两组相邻的压缩机行星齿轮系统10之间呈120度夹角，压缩机行星齿轮系统10设置为能够将行星轮8的转动运动转换为活塞2的往复直线运动的结构。

在每组压缩机行星齿轮系统10的行星架7上同时设置支承轴12和边沿部14，将支承轴12设置为与边沿部14之间相邻180度夹角的结构，在边沿部14部位安装平衡质量块15。

本发明所述的活塞式压缩机中，内摆线的性质为：当一小圆(行星轮)在固定的大圆(中心固定齿轮)内作纯滚动时，小圆上的任意一点所走过的轨迹即为内摆线，如图4所示。设小圆的半径为r，大圆的半径为R，大圆圆心为O，以O点作为坐标原点，以水平方向为x轴，以竖直方向为y轴，φ为两圆圆心连线与x轴的夹角，M点为小圆圆周上一点，其轨迹为内摆线，其参数方程为：

当R＝2r时，方程简化为

即，M点的运动轨迹为与x轴重合的直线段，x值随着两圆圆心连线与x轴的夹角变化，范围为[-2r,2r]。

本发明所述的活塞式压缩机中，单组压缩机行星齿轮系统与连杆连接时的结构及工作原理为：利用内摆线这一性质，在行星齿轮的节圆M点设置销轴，实现单组压缩机行星齿轮系统与连杆的活动连接，如图3所示。通过这样的设置，该组合机构可以实现将行星轮的转动运动转换为活塞的往复直线运动。

本发明所述的活塞式压缩机及活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，当活塞式压缩机工作时，通过控制电机转动工作，电机转动工作带动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，从动齿轮再带动行星架转动，行星架转动时带动行星轮转动，这时，因为行星轮与中心固定齿轮内壁齿轮啮合，所以行星轮会沿着圆形的内壁齿轮左圆周转动，通过行星轮的循环圆周运动，带动活塞在压缩缸体内左往复运动，从而实现通过电机带动活塞式压缩机工作，本发明的活塞式压缩机及活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，结构简单，能够克服现有的活塞式压缩机运动时各部件惯性力较大，活塞运动时二阶段惯性力无法平衡的不足，从而有效提高活塞式压缩机的动力性能，避免能量损失，同时可以在较高的运转速度运行，性能可靠，满足对活塞式压缩机转速要求。本发明所述的活塞式压缩机结构，在活塞式压缩机工作时，由于活塞的往复运动，会产生巨大的往复惯性力，为了克服往复惯性力，本发明通过采用多组压缩机行星齿轮系统形成一个活塞式压缩机的结构，这样，本发明所述的活塞式压缩机不仅能够将行星轮的转动运动转化为活塞的往复运动，使得活塞连杆作往复直线运动，且不会产生第二阶的惯性力。通过多组压缩机行星齿轮系统的合理布置，可以达到压缩机整机的旋转和往复惯性力互相抵消的目的，使得活塞式压缩机工作时的惯性力合力为0。与现有的活塞式压缩机相比，本发明的压缩机具有以下优点：1、往复运动的连杆与活塞位于同一平面内，往复惯性力的合力为0。活塞式压缩机工作时，多组压缩机行星齿轮系统之间的往复惯性力可以完全互相抵消，因此整个压缩机工作时动力性能得到明显提升。2、连杆与活塞都作往复直线运动，活塞工作时无侧压力，提高了压缩机的气密性和活塞使用寿命，不需要设置十字头结构，也可省去活塞的群部结构，有效节约成本，提高性能。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种活塞式压缩机，所述的活塞式压缩机包括压缩缸体(1)、活塞(2)、连杆(3)，其特征在于：所述的活塞式压缩机还包括电机(4)、主动齿轮(5)、从动齿轮(6)、行星架(7)、行星轮(8)、中心固定齿轮(9)，所述的主动齿轮(5)与能够带动主动齿轮(5)转动的电机(4)连接，从动齿轮(6)与主动齿轮(5)啮合，从动齿轮(6)与行星架(7)连接，行星轮(8)与行星架(7)连接，行星轮(8)与中心固定齿轮(9)内壁齿轮啮合，所述的连杆(3)一端与活塞(2)连接，连杆(3)另一端与行星轮(8)边沿部活动连接；

所述的活塞式压缩机包括多组压缩机行星齿轮系统(10)，每组压缩机行星齿轮系统(10)分别包括压缩缸体(1)、活塞(2)、连杆(3)、从动齿轮(6)、行星架(7)、行星轮(8)、中心固定齿轮(9)，每组压缩机行星齿轮系统(10)的从动齿轮(6)分别与主动齿轮(5)啮合，多组压缩机行星齿轮系统(10)之间设置为按等分夹角布置的结构，多组压缩机行星齿轮系统(10)设置为位于同一水平面的结构；

所述的行星轮(8)的直径尺寸设置为等于中心固定齿轮(9)的直径尺寸一半的结构。

2.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于：所述的每组压缩机行星齿轮系统(10)的从动齿轮(6)通过连接轴(11)与行星架(7)固定连接，中心固定齿轮(9)与机架固定连接，行星轮(8)与中心固定齿轮(9)内啮合，且与行星架(7)的支承轴(12)活动连接，连杆(3)一端与活塞(2)活动连接，连杆(3)另一端通过销轴(13)与行星轮(8)活动连接。

3.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于：所述的压缩机行星齿轮系统(10)包括三组，每两组相邻的压缩机行星齿轮系统(10)之间设置为呈120度夹角的结构，每组压缩机行星齿轮系统(10)的行星架(7)上同时设置支承轴(12)和边沿部(14)，支承轴(12)设置为与边沿部(14)之间相邻180度夹角的结构，所述的边沿部(14)部位安装平衡质量块(15)。

4.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于：所述的电机(4)通过联轴器(16)与主动齿轮(5)柔性连接，所述的电机(4)与能够控制电机(4)启停的控制部件连接，所述的压缩机行星齿轮系统(10)设置为能够将行星轮(8)的转动运动转换为活塞(2)的往复直线运动的结构。

5.根据权利要求2—4任一权利要求所述的活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，其特征在于：所述的活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法的步骤为：

1)将所述的多组压缩机行星齿轮系统(10)之间按等分夹角布置，将多组压缩机行星齿轮系统(10)设置为位于同一水平面的结构；

2)在所述的行星轮(8)的边沿部(14)部位安装平衡质量块(15)。

6.根据权利要求5所述的活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，其特征在于：将压缩机行星齿轮系统(10)设置三组，每两组相邻的压缩机行星齿轮系统(10)之间呈120度夹角，压缩机行星齿轮系统(10)设置为能够将行星轮(8)的转动运动转换为活塞(2)的往复直线运动的结构。

7.根据权利要求5所述的活塞式压缩机的运动惯性力平衡方法，其特征在于：在每组压缩机行星齿轮系统(10)的行星架(7)上同时设置支承轴(12)和边沿部(14)，将支承轴(12)设置为与边沿部(14)之间相邻180度夹角的结构，在边沿部(14)部位安装平衡质量块(15)。