CN105756933A - 一种球形压缩机齿轮过死点机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球形压缩机齿轮过死点机构，在转盘(6)的凹形空腔的下端设置有锥面内齿环(12)，在主轴支架(3)的上端设置有与锥面内齿环(12)相啮合的锥面外齿环(14)，在主轴(7)转动过程中，锥面外齿环(14)与锥面内齿环(12)始终处于相啮合的位置，锥面内齿环(12)的节圆直径是锥面外齿环(14)节圆直径的2倍，锥面内齿环(12)的齿数是锥面外齿环(14)齿数的2倍；在机构运动死点位置时，在转盘(6)上形成以锥面内齿环(12)和锥面外齿环(14)的齿啮合点为支撑的使活塞(4)绕自身轴线转动的力矩，活塞(4)及转盘(6)继续绕自身轴线旋转，从而实现无死点运行。

Description

一种球形压缩机齿轮过死点机构
技术领域
本发明专利涉及一种球形压缩机齿轮过死点机构。
背景技术
球形压缩机与现有的压缩机结构及原理完全不同，是通过主轴的旋转带动设置在球形内腔中的活塞和转盘产生相对运动，在空间形成一对或者多对容积不断变化的工作室来产生压缩和膨胀的，其优点是无进/排气阀、运动件少、振动小、机械效率高、密封可靠等，球形压缩机是近年来压缩机结构上的一项重大发明，目前球形压缩机技术的应用研究取得了很多进展，在国内外也取得了诸多专利，以球形压缩机为基础的各种动力机械正在进行产业化之中。
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，使转盘绕活塞轴线旋转的扭矩为零，无法使活塞旋转，从而导致机构卡滞，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。对于结构尺寸小、润滑不良、高压比的工况下，球形压缩机由于机构运动死点导致的卡滞现象更加明显。
发明内容
本发明的目的就是设计一种球形压缩机齿轮过死点机构，使转盘在转动到转盘轴线与活塞轴线重合位置时即机构死点位置时，能够产生使转盘继续绕自身轴线旋转的动力,使转子继续旋转并越过死点。
本发明的技术方案是，一种球形压缩机齿轮过死点机构，其特征是：在转盘的转盘球面的下端形成一凹形空腔，转盘轴沉于凹形空腔中，主轴的上端置于所述凹形空腔中，主轴的偏心斜孔与转盘轴相配，转盘轴插入主轴上端的偏心轴孔中，通过主轴的旋转给转盘的旋转提供动力；在转盘凹形空腔的下端设置有锥面内齿环，在主轴支架的上端设置有与锥面内齿环相啮合的锥面外齿环，锥面外齿环的节圆平面垂直于主轴轴线，在主轴转动过程中，锥面外齿环与锥面内齿环始终处于相啮合的位置，锥面内齿环的节圆直径是锥面外齿环节圆直径的2倍，锥面内齿环的齿数是锥面外齿环齿数的2倍；
锥面外齿环与锥面内齿环的齿形结构为相配的锥面斜齿轮。
本发明的优点是：
(1)从根本上解决了球形压缩机机构运动的死点问题；
(2)齿轮传动使防卡死机构运行更加可靠。
附图说明
图1：本发明实施例压缩机结构示意图；
图2：球形压缩机壳体结构示意图；
图3：图2中A-A剖面图；
图4：转盘主视图；
图5：转盘右视图；
图6：转盘俯视图；
图7:主轴支架结构图；
图8：活塞主视图；
图9：活塞右视图；
图中：1-缸盖；2-缸体；3-主轴支架；4-活塞；5-中心销；6-转盘；7-主轴；8-进气孔；9-排气孔；10-进气通道；11-排气通道；12-锥面内齿环；13-转盘轴；14-锥面外齿环；15-活塞轴；16-活塞销孔；17-转盘销孔；18-活塞轴孔；
1000-V1工作室；1001-V2工作室。
具体实施方式
如图1、图2所示，球形压缩机包括缸盖1、缸体2、主轴支架3、活塞4、中心销5、转盘6等，缸盖1、缸体2、主轴支架3依次通过连接螺钉相连形成球形压缩机的机壳；缸盖1和缸体2具有半球形内表面，通过连接螺钉连接形成球形压缩机的球形内腔。
在如图8、图9所示，活塞4具有球形顶面、球形顶面中央有一活塞轴15、两个成一定角度的侧面和在活塞4两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，在活塞销座半圆柱的轴线方向上有贯通的活塞销孔16。
如图4到图6所示，转盘2的上部和下端面之间的外周面为转盘球面，在转盘球面的下端形成一凹形空腔，转盘轴13沉于凹形空腔中，在转盘6的凹形空腔的下端设置有锥面内齿环12；在转盘6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，转盘销座的中部为凸起的半圆柱，在半圆柱的轴线方向上有贯通的转盘销孔17；转盘销座两端的半圆柱凹槽与活塞销座两端的形成半圆柱相配，转盘销座中部凸起的半圆柱与活塞销座中部凹槽相配，活塞销孔16与转盘销孔17相配。
如图2所示，缸盖1上设有的活塞轴孔18，活塞轴15的轴径大小与活塞轴孔16相配，活塞轴15插入缸盖1上活塞轴孔16中形成密封转动配合，活塞4可绕活塞轴15的轴线在球形内腔中自由转动，活塞4的球形顶面与缸盖1的半球形内腔具有相同的球心并与缸盖1的内球面形成密封动配合。
中心销5插入活塞4的活塞销孔16和转盘6的转盘销孔17中形成柱面铰链，活塞4与转盘6通过柱面铰链形成密封动连接，并把转盘6的上端面与球形内腔形成的半球形空腔分割成V1工作室1001和V2工作室1002。
缸体2和缸盖1构成的球形内腔与活塞球形顶面、转盘球面具有相同的球心，活塞球形顶面、转盘球面紧贴球形内腔形成密封动配合；上述活塞轴15和转盘轴13及主轴7的轴线都通过缸体2和缸盖1构成的球形内腔的球心，并且活塞轴15和转盘轴13的轴线与主轴7的轴线形成相同的夹角α；
如图1所示，主轴7的上端设置有与转盘轴13相配的偏心轴孔，偏心轴孔的轴线通过缸体2和缸盖1所形成的球形内腔的球心，而且偏心轴孔的轴线与主轴7的轴线夹角与活塞轴15的轴线与主轴7的轴线的夹角相同；主轴7的上端位于转盘6下部的凹形空腔内，转盘轴13插入主轴7的偏心轴孔中，转盘轴13的轴线与偏心轴孔的轴线重合；主轴7的下端从主轴支架3的中心孔伸出后与动力机构相连，为压缩机变容提供动力，主轴支架3为主轴7的旋转提供支撑。在主轴支架3的上端设置有与转盘6下部的锥面内齿环12相啮合的锥面外齿环14，锥面内齿环12的节圆平面与转盘轴13的轴线成一定角度，锥面外齿环14的节圆平面垂直于主轴7的轴线。
根据球形压缩机的转子运转特点，主轴7每旋转720度，活塞4和转盘6分别绕各自轴线旋转360度，活塞4的运动是唯一的绕活塞轴15的轴线的转动，转盘6的运动是由两种运动的合成：一是绕自身轴线的转动，另一是其轴线始终通过球形内腔的球心，并在以球形内腔的球心为顶点、锥角为2α、轴线与主轴7的轴线重合的虚拟锥体表面周向移动(即转盘6的轴线扫过上述锥体的锥面)，转盘沿所述锥面移动的周期与主轴7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4和转盘6有一周期性的相对摆动，摆动的周期为主轴7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1001和V2工作室1002。
主轴7转动时驱动转盘6和活塞4运动，锥面外齿环14设置在转盘支架3上作为静止件，锥面内齿环12设置在转盘6上随同转盘6转动，锥面内齿环12绕锥面外齿环14转动并始终保持啮合；锥面内齿环12和锥面外齿环14的设置要求是要保证主轴7带动活塞4和转盘5转动过程中，锥面外齿环14和锥面内齿环12要始终保持啮合，由于主轴7每转动2周转盘6转动1周，所以设置在转盘6上的锥面内齿环12的节圆直径是设置在主轴支架3上的锥面外齿环14节圆直径的2倍，锥面外齿环14与锥面内齿环12的齿形结构为相配的锥面斜齿轮，锥面内齿环12的齿数是锥面外齿环14的齿数的2倍。
如图2、图3所示，在缸盖1的内球面上设置有进气通道10和排气通道11，进气通道10与缸盖1上连通缸外的进气孔8连通，在进气孔8上设置有内螺纹，通过螺纹与进口管连接；排气通道11通过缸盖1上连通缸外的排气孔9连通，在排气孔9上设置有内螺纹，通过螺纹与排口管连接；利用活塞4的旋转以及活塞4的球形表面与缸盖1的半球形内表面的配合，作为所有进排气口打开、关闭的基本运动要素，通过V1工作室1001和V2工作室1002与进气通道10和排气通道11的通断实现进气和排气控制。
本发明球形压缩机转子防卡死机构的工作过程是：当动力输入机构带动主轴7旋转，主轴7通过偏心斜孔和转盘轴13驱动活塞4和转盘6绕各自轴线转动的同时，转盘6上的锥面内齿环12与主轴支架3上的锥面外齿环14相啮合，锥面内齿环12绕锥面外齿环14的齿环节圆曲线运动；在转盘轴13的轴线和活塞轴15的轴线线重合时即在机构运动死点位置时，虽然主轴7作用在转盘6上使活塞4绕自身轴线旋转的分力为零，但由于转盘6上的锥面内齿环12与主轴支架3上锥面外齿环14仍处于啮合状态，在转盘6上形成以锥面内齿环12和锥面外齿环14的齿啮合点为支撑的使活塞4绕自身轴线转动的力矩，所以活塞4及转盘6仍然可以继续绕自身轴线旋转，从而实现无死点运行。
本发明所述球形压缩机防卡死动力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 (2)

1.一种球形压缩机齿轮过死点机构，其特征是：在转盘(6)的转盘球面的下端形成一凹形空腔，转盘轴(13)沉于凹形空腔中，主轴(7)的上端置于所述凹形空腔中，主轴(7)的偏心斜孔与转盘轴(13)相配，转盘轴(13)插入主轴(7)上端的偏心轴孔中，通过主轴(7)的旋转给转盘(6)的旋转提供动力；在转盘(6)的凹形空腔的下端设置有锥面内齿环(12)，在主轴支架(3)的上端设置有与锥面内齿环(12)相啮合的锥面外齿环(14)，锥面外齿环(14)的节圆平面垂直于主轴(7)的轴线，在主轴(7)转动过程中，锥面外齿环(14)与锥面内齿环(12)始终处于相啮合的位置，锥面内齿环(12)的节圆直径是锥面外齿环(14)节圆直径的2倍，锥面内齿环(12)的齿数是锥面外齿环(14)齿数的2倍。
2.根据权利要求1所述的一种球形压缩机齿轮过死点机构，其特征是：锥面外齿环(14)与锥面内齿环(12)的齿形结构为相配的锥面斜齿轮。
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