CN108412728B - 一种往复式压缩机的驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于通用机械压缩机领域，并公开了一种往复式压缩机的驱动机构，包括前端盖、缸体、主轴组件、斜盘组件和压缩组件，前端盖安装在缸体的左端；主轴组件包括主轴，主轴左端通过交叉滚子轴承可转动安装在前端盖上；斜盘组件包括固定在主轴右端的分体式斜盘，分体式斜盘一部分在主轴带动下相对另一部分旋转，分体式斜盘另一部分仅做沿主轴轴向的摆动；压缩组件包括上下布置的两组压缩单元，每组压缩单元均包括彼此相连的回程块与活塞，回程块通过半球铰与分体式斜盘面接触，活塞插入开设在缸体内部的孔中。本发明可有效解决润滑差或无润滑条件下滑动摩擦副摩擦系数高、磨损量大的问题，具有摩擦系数小、自润滑性好、产热量小、温升慢等优点。

Description

一种往复式压缩机的驱动机构
技术领域
本发明属于通用机械压缩机领域，更具体地，涉及一种往复式压缩机的驱动机构。
背景技术
压缩机在国民经济和国防建设中应用极为广泛，特别是在石油、化工、动力等工业领域中己成为必不可少的关键设备。传统的往复压缩机驱动机构均为曲柄连杆机构，具有体积大，往复运动惯性力大，无法实现小型轻量化以及高速化。
随着进一步发展，出现了斜盘压缩机，目前斜盘压缩机均采用整体斜盘式结构，例如CN107642476A、CN103195688A等，其整个斜盘随主轴做旋转运动，因而与球铰的平面之间存在剧烈的滑动摩擦，只有在润滑条件良好的情况下，采能保证运行的稳定性和可靠性要求，在润滑差或无润滑条件下，滑动摩擦副的摩擦系数较高，存在产热量大、温升快等缺点，在高速重载的工况时，对摩擦副材料的自润滑性能提出了严峻的挑战。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种往复式压缩机的驱动机构，其通过对关键组件如斜盘组件的具体结构及主轴组件的具体装配方式等的研究和设计，可有效解决润滑差或无润滑条件下滑动摩擦副摩擦系数高、磨损量大以及材料选取困难的问题，满足压缩机的小型轻量化、高速高压化以及全无油润滑的要求，具有结构简单、摩擦系数小、自润滑性好、产热量小、温升慢等优点。
为实现上述目的，本发明提出了一种往复式压缩机的驱动机构，其包括前端盖、缸体、主轴组件、斜盘组件和压缩组件，其中：
所述前端盖安装在所述缸体的左端；
所述主轴组件包括主轴，该主轴的左端通过交叉滚子轴承可转动的安装在所述前端盖上，该交叉滚子轴承能够同时承受主轴所受的轴向力和径向力，该主轴的右端为斜面结构；
所述斜盘组件包括固定在主轴右端斜面结构上的分体式斜盘，该分体式斜盘的一部分在主轴的带动下相对另一部分做旋转运动，该分体式斜盘的另一部分仅做沿主轴轴向的摆动，以带动压缩组件做往复运动；
所述压缩组件包括上下布置的两组压缩单元，每组压缩单元均包括彼此相连的回程块与活塞，所述回程块通过半球铰与分体式斜盘面接触，所述活塞则插入开设在缸体内部的孔中。
作为进一步优选的，所述分体式斜盘包括可产生相对转动的斜盘内圈和斜盘外圈，所述斜盘外圈套装在该斜盘内圈外部，两者之间通过圆柱滚动体相隔离并通过圆柱滚动体的滚动而产生相对转动。
作为进一步优选的，所述斜盘内圈与斜盘外圈上均加工有用于放置圆柱滚动体的滚道，所述圆柱滚动体设置有多个，多个圆柱滚动体呈环形等间距布置，相邻两个圆柱滚动体的轴线成十字交叉，并且相邻两个圆柱滚动体之间通过保持架相连。
作为进一步优选的，所述斜盘外圈由两个结构相同的外圈单元结构件构成，两个外圈单元结构件对称安装并通过锁紧螺钉紧固。
作为进一步优选的，所述斜盘外圈与圆柱滚动体之间以及斜盘内圈与圆柱滚动体之间存有润滑脂，所述斜盘内圈与斜盘外圈之间嵌装有用于密封润滑脂的密封圈。
作为进一步优选的，所述半球铰具有两个球头，并且它们对称分布在分体式斜盘的两侧，每个球头均具有球面部分和平面部分，并且平面部分分别与斜盘外圈的两个平面贴合。
作为进一步优选的，所述斜盘外圈与半球铰接触的两个接触面上均镀有防黏着的自润滑涂层。
作为进一步优选的，所述交叉滚子轴承安装在前端盖的内孔中，其包括轴承内圈及套装在轴承内圈外部的轴承外圈，该轴承内圈与轴承外圈之间通过轴承滚动体实现可转动配合，所述轴承外圈与前端盖的内孔配合，所述轴承内圈与主轴配合，主轴旋转时带动轴承内圈与轴承外圈产生相对旋转运动。
作为进一步优选的，所述圆柱滚动体的尺寸为Φ5mm直径×5mm高度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明将斜盘设计成分体式结构，并使得分体式斜盘的一部分在主轴的带动下相对另一部分做旋转运动，而分体式斜盘的另一部分不做旋转运动仅做沿主轴轴向的摆动以带动压缩组件做往复运动，以形成摩擦系数极低的滚动摩擦副，消除传统斜盘压缩机中斜盘与半球铰之间存在剧烈滑动摩擦的问题。
2.本发明进一步将分体式斜盘设计成能够相对转动的斜盘内圈和斜盘外圈，并在斜盘内圈和斜盘外圈之间设置圆柱滚动体，以在斜盘内圈与斜盘外圈之间形成摩擦系数极低的滚动摩擦副，斜盘内圈高速转动时，斜盘外圈在外界活塞力的作用下不产生转动，仅做沿轴向的摆动，从而消除了传统斜盘压缩机中斜盘与半球铰之间剧烈的滑动摩擦副，解决了润滑差或无润滑条件下滑动摩擦副摩擦系数高、磨损量大以及材料选取困难的问题，有利于压缩机的小型轻量化、高速高压化以及全无油润滑。
3.本发明采用交叉滚子轴承安装支撑主轴，取代了传统斜盘压缩机上的径向轴承和推力轴承的组合，可以同时承受较大的轴向和径向载荷，减少零件数量和装配空间，进一步缩小压缩机的体积和重量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的往复式压缩机的驱动机构的结构示意图；
图2是分体式斜盘的结构示意图；
图3是滚动体与保持架的结构示意图；
图4是交叉滚子轴承的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提供的一种往复式压缩机的驱动机构，该驱动机构属于无油润滑斜盘式压缩机的驱动机构，其包括前端盖3、缸体11、主轴组件、斜盘组件和压缩组件，其中前端盖3安装在缸体11的左端，两者构成驱动机构的外壳整体，主轴组件、斜盘组件和压缩组件均设置在外壳整体的内部，其中主轴组件安装在前端盖上，用于带动斜盘组件旋转，斜盘组件安装在主轴上，在主轴的带动下旋转，压缩组件用于连接斜盘组件与缸体，在压缩的过程中带动斜盘组件摆动。通过上述各个组件的相互配合，可有效解决润滑差或无润滑条件下滑动摩擦副摩擦系数高、磨损量大以及材料选取困难的问题，满足压缩机的小型轻量化、高速高压化以及全无油润滑的要求，具有结构简单、摩擦系数小、自润滑性好、产热量小、温升慢等优点。
如图1所示，前端盖3安装在缸体11的左端，主轴组件包括主轴5，该主轴5的左端通过交叉滚子轴承4可转动的安装在前端盖3上，该交叉滚子轴承4能够同时承受主轴5所受的轴向力和径向力，该主轴5的右端为斜面结构。
如图1所示，斜盘组件包括固定在主轴5右端的斜面结构上的分体式斜盘6，该分体式斜盘6通过斜盘紧固螺钉8固定在主轴5的斜面上，该分体式斜盘的一部分在主轴的带动下相对另一部分做旋转运动，该分体式斜盘的另一部分仅做沿主轴轴向的摆动，以带动压缩组件做往复运动。
如图2所示，分体式斜盘6包括斜盘内圈14以及套装在斜盘内圈14外部的斜盘外圈12，斜盘内圈14与斜盘外圈12之间通过圆柱滚动体13实现可转动配合。具体的，斜盘内圈14与斜盘外圈12上均加工有用于放置圆柱滚动体13的滚道，如图2所示，滚道的形状与圆柱滚动体适应，其中滚道的上半部分开设在斜盘外圈12上，下半部分开设在斜盘内圈14上，通过斜盘内圈14与斜盘外圈12的对接与配合，形成一完整的形状与圆柱滚动体适应的滚道，便于圆柱滚动体的安装与滚动。其中，圆柱滚动体13设置有多个，如图3所示，多个圆柱滚动体13呈环形等间距布置，并且相邻两个圆柱滚动体的轴线成十字交叉，从而保证有效的承受轴向载荷和径向载荷，并且相邻两个圆柱滚动体之间通过保持架15相连，以通过保持架将相邻的圆柱滚动体等距离隔离。具体的，保持架由具有自润滑性能的工程塑料制成。
优选的，各圆柱滚动体的轴线与多个圆柱滚动体构成的圆环所在平面的夹角均为45°，并且各圆柱滚动体的轴线均与圆环的轴线(即圆环的中垂线，穿过圆环的圆心并与圆环垂直的线)相交。通过上述布置的圆柱滚动体，可保证斜盘内圈相对斜盘外圈可靠有效的转动，保证运动的可靠性及稳定性，且便于各部件的装配。优选的，便于各部件的加工与装配，圆柱滚动体的直径及高度设计成一致，优选将圆柱滚动体设计为Φ5mm(直径)×5mm(高度)，数量优选为18，而滚道的尺寸应与圆柱滚动体适应，由于圆柱滚动体直径与高度相同，其截面形状为正方形，因此滚道的的截面形状也为正方形，该正方形的边长为5mm。
本发明分体式斜盘中的斜盘外圈12始终与半球铰7平面相贴合，主轴5产生旋转运动时，斜盘内圈14随主轴5运动，由于斜盘内圈14与斜盘外圈12之间的摩擦形式为滚动摩擦且拥有自带的润滑脂，摩擦系数极低，因而斜盘外圈12与斜盘内圈14之间很容易形成相对转动，其中斜盘内圈14在主轴的带动下相对斜盘外圈12转动，而斜盘外圈12仅发生沿主轴轴向的摆动，以推动活塞做往复运动，在这种情况下，斜盘外圈12与半球铰7之间仅发生微小的相对滑动。此外，由于十字交叉分布的多个圆柱滚动体13具有较好的轴向和径向承载能力，因而本发明较之于传统的斜盘压缩机结构，消除了斜盘与半球铰之间剧烈的滑动摩擦副，解决润滑差或无润滑条件下滑动摩擦副摩擦系数高、磨损量大以及材料选取困难的问题，进而有利于压缩机的小型轻量化、高速高压化以及全无油化。
如图2所示，为了便于斜盘内圈、圆柱滚动体与斜盘外圈三者之间的装配，将斜盘外圈12进一步设计为由两个结构相同的外圈单元结构件构成，两个外圈单元结构件对称安装并通过锁紧螺钉17紧固。其中，滚道上半部分的一半开设在其中一外圈单元结构件上，另一半开设在另一外圈单元结构件上，通过两外圈单元结构件的对接与配合，形成滚道的上半部分，并与斜盘内圈配合，形成一完整的形状与圆柱滚动体适应的滚道。
进一步的，斜盘外圈12与圆柱滚动体13之间以及斜盘内圈14与圆柱滚动体13之间存有润滑脂，即滚道与圆柱滚动体之间涂抹有润滑脂，用于滚动摩擦副的润滑，为了防止润滑脂泄漏，在斜盘内圈14与斜盘外圈12之间嵌装有用于密封润滑脂的密封圈16。
如图1所示，所述压缩组件包括上下布置的两组压缩单元，每组压缩单元均包括彼此相连的回程块9与活塞10，回程块9通过半球铰7与分体式斜盘6相连，该半球铰与分体式斜盘面接触，活塞10则插入开设在缸体11内部的孔中。
具体的，半球铰7具有两个球头，并且两个球头对称分布在分体式斜盘的两侧，每个球头均具有球面部分和平面部分，两个球头的平面部分分别与斜盘外圈的两个平面贴合，实现平面接触。为提高本驱动机构在润滑差或无润滑条件下的使用寿命，在斜盘外圈12与半球铰7接触的两个接触面上均镀有防黏着的自润滑涂层。
如图1所示，交叉滚子轴承4安装在前端盖3的内孔中，主轴5穿过交叉滚子轴承并通过交叉滚子轴承4进行支撑，交叉滚子轴承4可以同时承受主轴5所受的轴向力和径向力。通过交叉滚子轴承4取代了传统斜盘压缩机的径向轴承和推力轴承的组合，可进一步缩小压缩机的体积和重量。
如图4所示，该交叉滚子轴承4的结构与分体式斜盘结构相同，其包括轴承内圈20以及套装在轴承内圈20外部的轴承外圈18，该轴承内圈20与轴承外圈18之间通过轴承滚动体19实现可转动配合，轴承外圈18与前端盖3的内孔配合，轴承内圈20与主轴5配合，主轴5旋转时，轴承内圈20与轴承外圈18产生相对旋转运动。
具体的，轴承内圈20与轴承外圈18上均加工有用于放置轴承滚动体19的滚道，如图4所示，滚道的形状与轴承滚动体适应，其中滚道的上半部分开设在轴承外圈上，下半部分开设在轴承内圈上，通过轴承内圈20与轴承外圈18的对接与配合，形成一完整的形状与轴承滚动体适应的滚道，便于轴承滚动体的安装与滚动。
其中，轴承滚动体19为圆柱滚动体，其设置有多个，多个圆柱滚动体呈环形等间距布置，并且相邻两个圆柱滚动体的轴线成十字交叉，从而保证有效的承受轴向载荷和径向载荷，并且相邻两个圆柱滚动体之间通过滚动体保持架21相连，以通过保持架将相邻的圆柱滚动体等距离隔离。优选的，轴承滚动体19的排布方式、规格尺寸等均与圆柱滚动体13一致。
如图4所示，为了便于轴承内圈、轴承滚动体与轴承外圈三者之间的装配，将轴承外圈进一步设计为由两个结构相同的外圈单元结构件构成，两个外圈单元结构件对称安装并通过轴承锁紧螺钉23紧固。其中，滚道上半部分的一半开设在其中一外圈单元结构件上，另一半开设在另一外圈单元结构件上，通过两外圈单元结构件的对接与配合，形成滚道的上半部分，并与轴承内圈配合，形成一完整的形状与轴承滚动体适应的滚道。
进一步的，轴承外圈与轴承滚动体之间以及轴承内圈与轴承滚动体之间存有润滑脂，即滚道与轴承滚动体之间涂抹有润滑脂，用于滚动摩擦副的润滑，为了防止润滑脂泄漏，在轴承内圈与轴承外圈之间嵌装有用于密封润滑脂的轴承密封圈22。
如图1所示，前端盖3的左侧设置有压盘1，该压盘1用于对交叉滚子轴承4的外圈进行紧固，主轴5左端靠近交叉滚子轴承4的外侧设置有锁紧螺母2，用于对交叉滚子轴承4的内圈进行紧固。
下面对本发明的驱动机构的工作原理进行简要说明。
主轴5由交叉滚子轴承4支撑，在外部电机的驱动下产生旋转运动，斜盘内圈14随主轴5运动，由于斜盘内圈14与斜盘外圈12之间的摩擦形式为滚动摩擦且拥有自带的润滑脂，摩擦系数极低，因而斜盘外圈12与斜盘内圈14之间很容易形成相对转动，其中斜盘内圈14在主轴的带动下相对斜盘外圈12转动，而斜盘外圈12仅发生沿主轴轴向的摆动，以推动活塞做往复运动，从而完成气体的吸入和压出动作，实现压缩机的功能。
本发明的斜盘内圈与主轴固定并随主轴旋转，斜盘外圈紧贴于半球铰的平面且与斜盘内圈产生相对旋转运动，斜盘外圈仅沿轴向摆动，推动活塞进行往复运动，斜盘外圈与半球铰之间仅存在微小的相对滑动。主轴通过安装在前端盖内的交叉滚子轴承支撑并在外部电机的带动下做旋转运动，斜盘在主轴的旋转运动下通过半球铰及回程块带动活塞产生往复运动，主轴的旋转运动通过斜盘转换成活塞的往复运动，实现气体的吸入和压出动作。本发明的驱动机构用滚动摩擦副取代了传统的斜盘压缩机的滑动摩擦副，极大的降低了摩擦面之间的摩擦系数，优化了高速重载摩擦副的运动状况，有利于实现压缩机的小型轻量化、高速化、高压化和全无油化。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种往复式压缩机的驱动机构，其特征在于，包括前端盖(3)、缸体(11)、主轴组件、斜盘组件和压缩组件，其中：
所述前端盖(3)安装在所述缸体(11)的左端；
所述主轴组件包括主轴(5)，该主轴(5)的左端通过交叉滚子轴承(4)可转动的安装在所述前端盖(3)上，该交叉滚子轴承(4)能够同时承受主轴(5)所受的轴向力和径向力，该主轴(5)的右端为斜面结构；
所述斜盘组件包括固定在主轴(5)右端斜面结构上的分体式斜盘(6)，该分体式斜盘的一部分在主轴的带动下相对另一部分做旋转运动，该分体式斜盘的另一部分仅做沿主轴轴向的摆动，以带动压缩组件做往复运动；
所述压缩组件包括上下布置的两组压缩单元，每组压缩单元均包括彼此相连的回程块(9)与活塞(10)，所述回程块(9)通过半球铰(7)与分体式斜盘(6)面接触，所述活塞(10)则插入开设在缸体(11)内部的孔中；所述分体式斜盘(6)包括可产生相对转动的斜盘内圈(14)和斜盘外圈(12)，所述斜盘外圈(12)套装在该斜盘内圈(14)外部，两者之间通过圆柱滚动体(13)相隔离并通过圆柱滚动体的滚动而产生相对转动。
2.如权利要求1所述的往复式压缩机的驱动机构，其特征在于，所述斜盘内圈(14)与斜盘外圈(12)上均加工有用于放置圆柱滚动体(13)的滚道，所述圆柱滚动体(13)设置有多个，多个圆柱滚动体(13)呈环形等间距布置，相邻两个圆柱滚动体的轴线成十字交叉，并且相邻两个圆柱滚动体之间通过保持架(15)相连。
3.如权利要求1所述的往复式压缩机的驱动机构，其特征在于，所述斜盘外圈(12)由两个结构相同的外圈单元结构件构成，两个外圈单元结构件对称安装并通过锁紧螺钉(17)紧固。
4.如权利要求1所述的往复式压缩机的驱动机构，其特征在于，所述斜盘外圈(12)与圆柱滚动体(13)之间以及斜盘内圈(14)与圆柱滚动体(13)之间存有润滑脂，所述斜盘内圈(14)与斜盘外圈(12)之间嵌装有用于密封润滑脂的密封圈(16)。
5.如权利要求1所述的往复式压缩机的驱动机构，其特征在于，所述半球铰(7)具有两个球头，并且它们对称分布在分体式斜盘的两侧，每个球头均具有球面部分和平面部分，并且平面部分分别与斜盘外圈的两个平面贴合。
6.如权利要求1所述的往复式压缩机的驱动机构，其特征在于，所述斜盘外圈(12)与半球铰(7)接触的两个接触面上均镀有防黏着的自润滑涂层。
7.如权利要求1所述的往复式压缩机的驱动机构，其特征在于，所述交叉滚子轴承(4)安装在前端盖(3)的内孔中，其包括轴承内圈(20)及套装在轴承内圈(20)外部的轴承外圈(18)，该轴承内圈(20)与轴承外圈(18)之间通过轴承滚动体(19)实现可转动配合，所述轴承外圈(18)与前端盖(3)的内孔配合，所述轴承内圈(20)与主轴(5)配合，主轴(5)旋转时带动轴承内圈(20)与轴承外圈(18)产生相对旋转运动。
8.如权利要求1-7任一项所述的往复式压缩机的驱动机构，其特征在于，所述圆柱滚动体的尺寸为Φ5mm直径×5mm高。
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