CN109058405A - 一种压缩机驱动器和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩机驱动器和压缩机，包括壳体和旋转安装在壳体上的输入轴，壳体内设有输出齿条以及和输出齿条传动连接的传动件，输入轴和输出齿条之间设有用于将输入轴的旋转运动转换成输出齿条的往复直线运动的不完全齿轮齿条机构，输出齿条上固定连接有沿输出齿条的直线运动方向延伸的输出轴，还包括能够驱动传动件做往复直线运动的液压系统。本发明减少了材料的磨损，提高了动传递效率，提高了压缩比，降低了驱动转速，减轻了整机能耗，能够实现随工况提供液压推力进行补偿。

Description

一种压缩机驱动器和压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机，具体涉及一种压缩机驱动器和压缩机。

背景技术

现有的活塞式压缩机一般利用曲柄连杆机构将电机的旋转运动转换成气缸活塞的往复直线运动。例如：公开号为CN1624327A且专利名称为活塞式压缩机的中国专利申请、公开号为CN101796297A且专利名称为紧凑的干式运行的活塞式压缩机的中国专利申请以及公开号为CN205047394U且专利名称为往复式压缩机及家用电器的中国专利申请中各公开了一种现有的活塞式压缩机。

现有的活塞式压缩机在使用过程中存在以下问题：根据曲柄连杆机构的运动特性可知，在活塞的运动过程中，活塞和气缸壁之间存在较大的径向摩擦分力，会导加速活塞和气缸壁的磨损，从而引起泄漏量增加、压力偏低以及寿命短的问题；并且曲柄连杆机构运行过程中存在振动大、噪声大的问题；曲柄和连杆的连接处以及连杆和活塞的连接处均存在相对转动，存在发热量大、传动效率低的问题；受曲柄偏心限制，现有的活塞式压缩机存在行程短、压缩比小、体积大、机器重心偏高易失稳的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种压缩机驱动器，以减轻或消除至少一个上述的技术问题。

本发明所述的一种压缩机驱动器，包括壳体和旋转安装在所述壳体上的输入轴，所述壳体内设有输出齿条以及和所述输出齿条传动连接的传动件，所述输入轴和所述输出齿条之间设有用于将所述输入轴的旋转运动转换成所述输出齿条的往复直线运动的不完全齿轮齿条机构，所述输出齿条上固定连接有沿所述输出齿条的直线运动方向延伸的输出轴，还包括能够驱动所述传动件做往复直线运动的液压系统。

进一步，所述不完全齿轮齿条机构包括固定设置在所述输入轴上的主动齿轮、旋转安装在所述壳体上的第一传动轴、旋转安装在所述壳体上的第二传动轴、固定安装在所述第一传动轴上的第一传动齿轮、固定安装在所述第二传动轴上的第二传动齿轮、固定安装在所述第一传动轴上的第一缺齿轮、固定连接在所述第二传动轴上的第二缺齿轮、设置在所述输出齿条上且面向所述第一缺齿轮的第一齿条以及设置在所述输出齿条上且面向所述第二缺齿轮的第二齿条，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮均与所述主动齿轮啮合，所述输出齿条位于所述第一缺齿轮和所述第二缺齿轮之间，所述第一齿条和所述第二齿条均沿所述输出齿条的直线运动方向延伸，所述第一缺齿轮和所述第二缺齿轮交替与所述输出齿条啮合，所述第一缺齿轮用于与所述第一齿条啮合，所述第二缺齿轮用于与所述第二齿条啮合。

进一步，所述传动件为与所述输出齿条并列设置的传动齿条，所述壳体内设有数个传动机构，数个所述传动机构均包括旋转安装在壳体上第三传动轴、固定安装在所述第三传动轴上的第三传动齿轮以及固定安装在所述第三传动轴上的第四传动齿轮，所述第三传动齿轮均和所述输出齿条啮合，所述第四传动齿轮均和所述传动齿条啮合，所述输出齿条通过所述传动机构和所述传动齿条传动连接。

进一步，所述壳体内设有四个所述传动机构，四个所述传动机构中的两个所述传动机构位于所述传动齿条和所述输出齿条的一侧，四个所述传动机构中的另外两个所述传动机构位于所述传动齿条和所述输出齿条的另一侧。

进一步，所述输出齿条的两端各设有一根所述输出轴。

进一步，所述液压系统包括两个单作用油缸、换向阀、油箱、液压泵以及用于驱动所述液压泵的电机，两个所述单作用油缸相对设置，所述传动件位于两个所述单作用油缸之间，两个所述单作用油缸的油缸杆均与所述传动件固定连接，所述液压泵的输入端和所述油箱相连，所述液压泵的输出端通过油路和所述换向阀的进油口相连，两个所述单作用油缸分别通过油路与所述换向阀的两个工作油口相连，所述换向阀的回油口与所述油箱相连。

进一步，所述液压泵和所述换向阀之间的油路上连接有蓄能器。

进一步，所述换向阀为比例换向阀。

进一步，所述换向阀和所述输出齿条之间设有用于根据所述输出齿条的位置来驱动所述换向阀换向的驱动机构。

本发明还提出了一种压缩机，包括压缩机电机、压缩机气缸、设置在所述压缩机气缸内的活塞以及上述的压缩机驱动器，所述压缩机电机的电机轴与所述输入轴相连，所述输出轴与所述活塞相连。

本发明的优点在于：

1、输出轴只输出轴向力，使得压缩机的活塞只承受轴向力，减小活塞环和气缸壁的径向摩擦力，减少了材料的磨损，提高了动传递效率；

2、通过不完全齿轮齿条机构来将旋转运动转换成往复直线运动，减小了滑动摩擦，实现了更长行程的往复直线运动，提高了压缩比，降低了驱动转速。

3、能够针对压缩机压缩变力负载，通过驱动机构来根据输出齿条的位置来调整换向阀的压力、流量或方向，来控制单作用油缸的快慢、方向以及输出力的大小，能够实现随工况提供液压推力进行补偿，甚至能够通过液压推力和机械推力合成实现节能恒功率驱动。

4、设置蓄能器，能够在单边压缩行程前半段充分利用输入轴输入的动力实现液压储能，并在单边压缩行程后半段放能，以减轻整机能耗。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为图1中A-A断面图；

图3为图1中B-B断面图；

图4为液压系统的原理图之一；

图5为液压系统的原理图之二。

图中：1—壳体；2—输入轴；3—第一传动轴；4—第二传动轴；5—第一传动齿轮；6—第二传动齿轮；7—输出齿条；8—第一缺齿轮；9—第二缺齿轮；10—传动齿条；11—输出轴；12—第一条形孔；13—第三传动轴；14—第三传动齿轮；15—油缸杆；16—左油缸；17—右油缸；18—第四传动齿轮；19—第二条形孔；20—换向阀；21—驱动凸轮；22—蓄能器；23—二位二通阀；24—溢流阀；25—液压泵；26—油箱；27—节流阀；28—转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示的一种压缩机驱动器，包括壳体1和旋转安装在壳体1上的输入轴2，壳体1内设有输出齿条7以及和输出齿条7传动连接的传动件，输入轴2和输出齿条7之间设有用于将输入轴2的旋转运动转换成输出齿条7的往复直线运动的不完全齿轮齿条机构，输出齿条7上固定连接有沿输出齿条7的直线运动方向延伸的输出轴11，输出齿条7的两端各设有一根输出轴11，两根输出轴11均向外伸出于壳体1，还包括能够驱动传动件做往复直线运动的液压系统，能够利用液压系统为传动件提供推力，从而为输出齿条7提供推力。

上述的不完全齿轮齿条机构包括固定设置在输入轴2上的主动齿轮、旋转安装在壳体1上的第一传动轴3、旋转安装在壳体1上的第二传动轴4、固定安装在第一传动轴3上的第一传动齿轮5、固定安装在第二传动轴4上的第二传动齿轮6、固定安装在第一传动轴3上的第一缺齿轮8、固定连接在第二传动轴4上的第二缺齿轮9、设置在输出齿条7上且面向第一缺齿轮8的第一齿条以及设置在输出齿条7上且面向第二缺齿轮9的第二齿条，第一传动齿轮5和第二传动齿轮6均与主动齿轮啮合，输出齿条7位于第一缺齿轮8和第二缺齿轮9之间，第一齿条和第二齿条均沿输出齿条7的直线运动方向延伸，第一缺齿轮8和第二缺齿轮9交替与输出齿条7啮合，从而形成输出齿条7的往复直线运动，第一缺齿轮8用于与第一齿条啮合，第二缺齿轮9用于与第二齿条啮合。

上述的传动件为与输出齿条7并列设置的传动齿条10，壳体1内设有数个传动机构，数个传动机构均包括旋转安装在壳体1上第三传动轴13、固定安装在第三传动轴13上的第三传动齿轮14以及固定安装在第三传动轴13上的第四传动齿轮18，第三传动齿轮14均和输出齿条7啮合，第四传动齿轮18均和传动齿条10啮合，输出齿条7通过传动机构和传动齿条10传动连接。进一步，壳体1内设有四个传动机构，四个传动机构中的两个传动机构位于传动齿条10和输出齿条7的一侧，四个传动机构中的另外两个传动机构位于传动齿条10和输出齿条7的另一侧。具体实施时，输出齿条7和传动齿条10均沿左右方向延伸，第一齿条设置在输出齿条7的上沿且齿朝上设置，第二齿条设置在输出齿条7的下沿且齿朝下设置，传动齿条10的上沿设有齿朝上设置的第三齿条，传动齿条10的下沿设有齿朝下设置的第四齿条，第三传动齿轮14通过第一齿条或第二齿条与输出齿条7啮合，第四传动齿轮18通过第三齿条或第四齿条与传动齿条10啮合，第一缺齿轮8在位于上侧的两个传动机构之间，第二缺齿轮9在位于下侧的两个传动机构之间。为了节省空间，输出齿条7上设有用于避让输入轴2的第一条形孔12，传动齿条10上设有用于避让输入轴2的第二条形孔19，传动轴穿过第一条形孔12和第二条形孔19，传动齿条10位于输出齿条7和传动齿条10之间。

上述的液压系统包括两个单作用油缸、换向阀20、油箱26、液压泵25以及用于驱动液压泵25的电机，两个单作用油缸分别为左油缸16和右油缸17，两个单作用油缸相对设置，传动件位于两个单作用油缸之间，两个单作用油缸的油缸杆15均与传动件固定连接，液压泵25的输入端和油箱26相连，液压泵25的输出端通过油路和换向阀20的进油口相连，两个单作用油缸分别通过油路与换向阀20的两个工作油口相连，换向阀20的回油口与油箱26相连。换向阀20和输出齿条7之间设有用于根据输出齿条7的位置来驱动换向阀20换向的驱动机构。作为一种优选，换向阀20为比例换向阀，比例换向阀可以连续地、按比例地对油流的压力、流量或方向进行控制。驱动机构可以采用电磁式的，也可以采用机械式的；作为一种实现方式，如图5所示，换向阀20采用凸轮驱动式换向阀，第一传动轴3上固定安装有转轴28，换向阀20的驱动凸轮21安装在转轴28上，通过转轴28的旋转来反应输出齿条7的位置，根据需求调整驱动凸轮21的大小和形状，即可根据需求来驱动换向阀20换向，能够控制比例换向阀对油流的压力、流量或方向进行调整，以实现机液凸轮反馈伺服控制，具有稳定价廉的优点；作为另一种实现方式，如图4所示，换向阀20采用电磁换向阀，在转轴28上安装编码器，便可通过转轴28的旋转角度来反应输出齿条7的位置，从而可以根据编码器的输出的信号并通过与电磁换向阀相匹配的信号控制器来控制电磁换向阀的动作，可以控制电磁比例换向阀对油流的压力、流量或方向进行调整，以实现电反馈伺服控制，具有控制灵活的优点。进一步，液压泵25和换向阀20之间的油路上连接有蓄能器22。

在一种实施例中，液压泵25和换向阀20之间还依次设置有单向阀、溢流阀24和二位二通阀23，二位二通阀23位于蓄能器22的上游，二位二通阀23和输出齿条7之间也可以设有用于根据输出齿条7的位置来驱动二位二通阀23的驱动机构，以控制油路的接通和关闭。在一种具体实施方式中，单作用油缸和换向阀20之间的油路上连接有节流阀27，节流阀27用于控制流量，节流阀27和输出齿条7之间也可以设有用于根据输出齿条7的位置来驱动二位二通阀23的驱动机构。

上述的轴和齿轮之间的固定连接均可选用花键连接的方式来实现，轴类零件和壳体1的旋转安装可通过在壳体1上设置轴承且轴类零件与轴承配合的方式来实现。

输入轴2旋转能够驱动第一缺齿轮8和第二缺齿轮9交替与输出齿条7啮合，从而形成输出齿条7的往复直线运动，输出齿条7的单边行程是第一缺齿轮8或第二缺齿轮9分度圆周长的一半，输出轴11随着输出齿条7做往复直线运动，能够用于驱动压缩机的活塞，实现压缩机的压缩功能，相对于现有技术中的曲柄连杆机构，减小了滑动摩擦，实现更长行程的往复直线运动，提高了压缩比，降低了驱动转速，并且明显减少了压缩机的活塞和气缸壁之间的径向摩擦力，减小了材料的磨损提高了运动传递效率；设置液压系统来为输出齿条7进行速度、力量以及能量的补偿，能够针对压缩机压缩变力负载，通过驱动机构并根据输出齿条7的位置来调整换向阀20的压力、流量或方向，来控制两个单作用油缸的快慢、方向以及输出力的大小，从而控制传动齿条10运动的快慢、方向以及输出力的大小，能够实现随工况提供液压推力进行补偿，甚至可以根据压缩机压缩空气压力的大小以及输出齿条7的位置来控制换向阀20，甚至能够通过液压推力和机械推力合成实现节能恒功率驱动。设置蓄能器22，能够在单边压缩行程前半段充分利用输入轴2输入的动力实现液压储能，并在单边压缩行程后半段放能，以减轻整机能耗，例如：在工作过程中左油缸16和位于左侧输出轴11的压缩过程一致，左油缸16压缩的前半段，左油缸16向蓄能器22压油，以实现储能，左油缸16压缩的后半段，换向阀20换向，蓄能器22向右油缸17输油，以实现放能。传动齿条10和输出齿条7之间通过四个传动机构相连以实现同步运动，并且四个传动机还构成了一种保持传动齿条10和输出齿条7做直线运动的限位结构，以确保输出齿条7只输出轴11向力；同时四个传动机构还能够抵消第一缺齿轮8和第二缺齿轮9与输出齿条7的径向啮合力，能够起到缓冲作用，也对输出齿条7在第一缺齿轮8和第二缺齿轮9交替转换方向产生的冲击行分解和动力分流，提高了可靠性。上述的压缩机驱动器可运用于水泵、压缩机以及发动机领域。

本发明还提出了一种压缩机，该压缩机包括压缩机电机、压缩机气缸、设置在压缩机气缸内的活塞以及上述的压缩机驱动器，压缩机电机的电机轴与输入轴2相连，输出轴11与压缩机气缸内的活塞相连，输出轴11和压缩机气缸同轴设置。

Claims (10)

1.一种压缩机驱动器，其特征在于：包括壳体和旋转安装在所述壳体上的输入轴，所述壳体内设有输出齿条以及和所述输出齿条传动连接的传动件，所述输入轴和所述输出齿条之间设有用于将所述输入轴的旋转运动转换成所述输出齿条的往复直线运动的不完全齿轮齿条机构，所述输出齿条上固定连接有沿所述输出齿条的直线运动方向延伸的输出轴，还包括能够驱动所述传动件做往复直线运动的液压系统。

2.根据权利要求1所述的压缩机驱动器，其特征在于：所述不完全齿轮齿条机构包括固定设置在所述输入轴上的主动齿轮、旋转安装在所述壳体上的第一传动轴、旋转安装在所述壳体上的第二传动轴、固定安装在所述第一传动轴上的第一传动齿轮、固定安装在所述第二传动轴上的第二传动齿轮、固定安装在所述第一传动轴上的第一缺齿轮、固定连接在所述第二传动轴上的第二缺齿轮、设置在所述输出齿条上且面向所述第一缺齿轮的第一齿条以及设置在所述输出齿条上且面向所述第二缺齿轮的第二齿条，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮均与所述主动齿轮啮合，所述输出齿条位于所述第一缺齿轮和所述第二缺齿轮之间，所述第一齿条和所述第二齿条均沿所述输出齿条的直线运动方向延伸，所述第一缺齿轮和所述第二缺齿轮交替与所述输出齿条啮合，所述第一缺齿轮用于与所述第一齿条啮合，所述第二缺齿轮用于与所述第二齿条啮合。

3.根据权利要求1所述的压缩机驱动器，其特征在于：所述传动件为与所述输出齿条并列设置的传动齿条，所述壳体内设有数个传动机构，数个所述传动机构均包括旋转安装在壳体上第三传动轴、固定安装在所述第三传动轴上的第三传动齿轮以及固定安装在所述第三传动轴上的第四传动齿轮，所述第三传动齿轮均和所述输出齿条啮合，所述第四传动齿轮均和所述传动齿条啮合，所述输出齿条通过所述传动机构和所述传动齿条传动连接。

4.根据权利要求3所述的压缩机驱动器，其特征在于：所述壳体内设有四个所述传动机构，四个所述传动机构中的两个所述传动机构位于所述传动齿条和所述输出齿条的一侧，四个所述传动机构中的另外两个所述传动机构位于所述传动齿条和所述输出齿条的另一侧。

5.根据权利要求1所述的压缩机驱动器，其特征在于：所述输出齿条的两端各设有一根所述输出轴。

6.根据权利要求1-5任一项所述的压缩机驱动器，其特征在于：所述液压系统包括两个单作用油缸、换向阀、油箱、液压泵以及用于驱动所述液压泵的电机，两个所述单作用油缸相对设置，所述传动件位于两个所述单作用油缸之间，两个所述单作用油缸的油缸杆均与所述传动件固定连接，所述液压泵的输入端和所述油箱相连，所述液压泵的输出端通过油路和所述换向阀的进油口相连，两个所述单作用油缸分别通过油路与所述换向阀的两个工作油口相连，所述换向阀的回油口与所述油箱相连。

7.根据权利要求6所述的压缩机驱动器，其特征在于：所述液压泵和所述换向阀之间的油路上连接有蓄能器。

8.根据权利要求6所述的压缩机驱动器，其特征在于：所述换向阀为比例换向阀。

9.根据权利要求6所述的压缩机驱动器，其特征在于：所述换向阀和所述输出齿条之间设有用于根据所述输出齿条的位置来驱动所述换向阀换向的驱动机构。

10.一种压缩机，其特征在于：包括压缩机电机、压缩机气缸、设置在所述压缩机气缸内的活塞以及如权利要求1-9任一项所述的压缩机驱动器，所述压缩机电机的电机轴与所述输入轴相连，所述输出轴与所述活塞相连。