CN113623219A - 单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机，主要由定子、转子、滑片、滑片轴承、侧端板(含滑片轴承轨道槽)和动力轴承组成，其特点是所说定子与转子不同心而是偏心配置的椭圆筒，所说的转子是一个带转轴的圆柱体，圆柱体上均匀地开设有多个滑片槽，供所说滑片安装和往复运动，滑片两端的轴颈在运动过程中始终贴紧滑片轴承轨道的外圈。本发明的优点是较单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机及其设计方法结构更合理，制造更容易成本更低，在保持高效，低噪，可靠、寿命长的情况下接近免维修。

Description

单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机

技术领域

本发明涉及通用机械领域中的气体压缩、真空机械技术领域，具体为单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机及其设计方法。

背景技术

缩机中具有：(1)容积效率高；(2)无进、排气阀的损失；(3)结构、工艺较简单，零件数少，制造容易，加工工时短；⑷材料要求不高；(5)体积小、重量轻；⑹维护简单；(7)工作可靠；⑻成本低等优点。价格相对最低，其竞争能力很强。

第二代旋转滑片式压缩机：美国ROVAC型机是将第一代旋转滑片式压缩机的滑片顶端与定子直接接触的滑动摩擦改变为滑片与定子不接触的滑片小轴承与滑片轴承轨道板间的滚动摩擦。压缩机压缩效率由70％提高到90％，制冷性能系数高达闭式3.853时最节能。

但是第二代旋转滑片式压缩机较第一代旋转滑片式压缩机，零件数增加了三分之一多，成本增加了约40％，尤其是在冰箱等小型机中，因为没有足够的空间来布置滑片小轴承，无法使用，更重要的是滑片小轴承小，且运动复杂，既有公转又有自转，时而加速，时而减速，且转速极高，其受力比较复杂，工作可靠性和寿命均受影响。

所以我们提出了单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机，以解决上述背景技术提出的第二代旋转滑片式压缩机较第一代旋转滑片式压缩机，零件数增加了三分之一多，成本增加了约40％，尤其是在冰箱等小型机中，因为没有足够的空间来布置滑片小轴承，无法使用，更重要的是滑片小轴承小，且运动复杂，既有公转又有自转，时而加速，时而减速，且转速极高，其受力比较复杂，工作可靠性和寿命均受影响的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机，包括定子、转子、滑片、单珠滑片轴承、滑片轴承轨道槽，侧端板和两个动力轴承，所述动力轴承的外侧与侧端板的两端外侧活动安装，且转子的两端外侧分别与两个动力轴承的内侧活动安装，所述侧端板的内侧开设有用于单珠滑片轴承绕转子轴心旋转的滑片轴承轨道环槽，所述侧端板的内侧与定子的外侧固定安装，所述转子的外侧开设有滑片槽，且滑片槽的内侧与滑片的一侧固定安装，所述单珠滑片轴承的外侧与滑片轴承轨道环槽的内侧滑动连接：

所述定子是一个与转子转轴同心的偏心椭圆筒，其截面的偏心椭圆的向径[ρ]的极坐标表达式为：

式中：e——偏心距，即转轴的转心O₁与定子计算中心O之间的距离：e＝εR′₁，ε为偏心率；

φ——向径ρ的相位角，φ＝90°时，ρ最大；

R0——定子计算圆半径；

R1’——滑片轴心轨迹圆半径；

所述滑片的结构为：

宽度：h≥3e

长度:L＝λR_o

厚度:B＝σR_o

轴径:d₀＝B。

所述滑片的顶端形状为φ＝90°处的定子极坐标向径ρa为中线，取对称的定子弧线留出油膜密封间隙δ即可。

优选的，所述滑片的一端设有轴颈，且轴颈在运动过程中始终与滑片轴承轨道槽配合形成单珠滑片轴承的运动轨道，并受限使单珠滑片轴承绕转子的轴心旋转。

优选的，所述单珠滑片轴承的内侧与轴颈的外侧活动安装。

单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机的设计，包括以下步骤：

S1、根据设计冷量Q及设计工质工况按下式确定容积排量V_T：

式中：r”——工质容重(kg/立方米)；

△i——蒸发器进、出口工质焓差(大卡/kg)；

ηv——容积效率(％)≥97％，取97％。

S2、确定基本参数：

转速n:1500≤n≤3000r/min；

滑片数Z:2≤Z≤8；

滑片轴心轨迹半径R1'：R1'＝R0/2；

偏心率ε(＝e/R1'):0.16≤ε≤0.36；

定子相对长度λ(＝L/R0):1≤λ≤1.5；

滑片相对厚度σ(＝B/R0):0.06≤σ≤0.08；

滑片相对宽度h/e:h/e≥3；

轨道轴承内半径R1'(＝R1'+d0/2):r-R1'-e＝5——15mm；

密封距离1：为—段，取1＝(0.55——0.65)r；

S3、根据选定的n、z、ε、σ、λ及Vt，利用下列关系式计算压缩机大概的几何结构尺寸：

式中

β＝360”/Z，为滑片间夹角。

S4、进、排气孔口位置的确定：

进气孔口前缘位置角为－β/2；

排气孔口位置角φd’＝φd+β/2；

而φ_d应满足如下关系：

式中：n为多变指数：对于“无冷却”情况，nc＝nc1；对于“有冷却”情况nc＝nc2。

πci由下式求得：

S5、复算检查：

最大基元面积的检查，上面计算得到的几个几何尺寸为适应工程需要应进行圆整。圆整后的尺寸，可能会使机器与要求不符，而使通过的流量与要求的不一致，因此，必须用下式检查尺寸圆整后机器的最大基元面积是否能满足给定流量的要求；

滑片尖端最大切线速度[Vo]的检查，受滑片强度的限制，滑睛尖端最大切线速度不能超过允许值：[V。]，该允许值和选用的滑片材料有关，按下式检查：

对于碳素纤维复合材料[V0]＝20-25(m/s)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)高效，低噪，寿命长与单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机相比略优或基本相当；

2)结构更合理，工艺更简单，制造更容易；

3)省材料、工时，成本更低；

4)节省更多宝贵空间；

5)运行更可靠，对军工及野外作业单位显得尤为重要；

6)节能，可提高、延长车辆行驶里程两倍多；

7)接近免维修可极大地提高军事装备的战斗能力和民用移动设备的工作适应能力；

8)可让用户享受免费购机，让人们充分享受到科技进步、变革性技术、创新的实惠。

附图说明

图1是本发明单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机的结构示意图；

图2是本发明定子和转子的几何关系图；

图3是本发明滑片结构示意图；

图4是本发明滑片顶端形状示意图；

图5是本发明滑片运动状态图；

图6是本发明旋转180°后，相对位置状态图。

图中：

1、定子；2、转子；3、滑片；4、单珠滑片轴承；5、滑片轴承轨道槽；6、侧端板；7、动力轴承；11、定轴；21、转轴；22、转子柱体；23、滑片槽；31、滑片轴颈；32、滑片顶端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机，包括定子1、转子2、滑片3、单珠滑片轴承4、滑片轴承轨道槽5，侧端板6和两个动力轴承7，所述动力轴承7的外侧与侧端板6的两端外侧活动安装，且转子2的两端外侧分别与两个动力轴承7的内侧活动安装，所述侧端板6的内侧开设有用于单珠滑片轴承4绕转子2轴心旋转的滑片轴承轨道环槽5，所述侧端板6的内侧与定子1的外侧固定安装，所述转子2的外侧开设有滑片槽23，且滑片槽23的内侧与滑片3的一侧固定安装，所述单珠滑片轴承4的外侧与滑片轴承轨道环槽5的内侧滑动连接：

1)、定子1是一个与转子2转轴同心的偏心椭圆筒，其截面的偏心椭圆的向径[ρ]的极坐标表达式为：

式中：e——偏心距，即转轴的转心O₁与定子计算中心O之间的距离：e＝εR′₁，ε为偏心率；

φ——向径ρ的相位角，φ＝90°时，ρ最大；

R0——定子1计算圆半径；

R1’——滑片3轴心轨迹圆半径；

2)、滑片3的结构为：

宽度：h≥3e；

长度:L＝λR_o；

厚度:B＝σR_o；

轴径:d₀＝B。；

滑片3的顶端形状为φ＝90°处的定子极坐标向径ρa为中线，取对称的定子弧线(a-1)留出油膜密封间隙δ即可。

3)、滑片3的一端设有轴颈31，且轴颈31在运动过程中始终与滑片轴承轨道槽5配合形成单珠滑片轴承4的运动轨道，并受限使单珠滑片轴承4绕转子2的轴心旋转，单珠滑片轴承4的内侧与轴颈31的外侧活动安装。

本单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机的设计，包括以下步骤：

步骤一、根据设计冷量Q及设计工质工况按下式确定容积排量V_T：

式中：r”——工质容重(kg/立方米)；

△i——蒸发器进、出口工质焓差(大卡/kg)；

ηv——容积效率(％)≥97％，取97％。

步骤二、基本参数的确定原则及选用范围：

1)转速n：转速是一个关键参数，它影响到机器的机械效率、结构尺寸、强度和寿命等。一般取n＝1500--3000r/min。对于各种地面固定设备n应选低些，取n≤2000r/min。对于结构尺寸和重量要求比较高的移动设备，如用于各种飞机、车辆等机动设备的空调、冷却，应选较高的转速，而取：n＝2000--2500r/min的范围内。对于小型设备可适当地选用高值。

2)滑片数Z：滑片的数量影响着机器的几何尺寸、摩擦功耗与成本。通常滑片数选取范围：Z＝8-12。国外机器大多数选：Z＝10，因为此时结构尺寸最小。而该机Z＝8时结构尺寸最小。对于小型机器，从结构方面考虑可选：Z＝2—8。

3)滑片轴心轨迹半径R1’＝R0/2。

4)偏心率ε(＝e/R1')：ε值小，则机器结构尺寸大，但同时压缩角也增大，这有利于相变成分的充分汽化、减少串气量、并使滑片受力情况得到改善。一般取：ε＝0.16-0.36。

5)定子相对长度λ(＝L/R0)：λ的选择主要应考虑滑片在滑片平面内的弯曲变形。λ大，截面尺寸可减小，但是滑片两轴间的距离增长使滑片弯曲变形增大，这有可能使滑片顶端和定子内腔壁接触，形成滑动摩擦。据国外样机统计结果，一般λ＝1.0-1.6。而我们通常取：λ＝1.0-1.5。

6)滑片相对厚度σ(＝B/R0)：B是滑片厚度。根据国外统计资料，取：σ＝0.06--0.08。

7)滑片相对宽度h/e:h/e的值大，即滑片的宽度大时，滑片侧面与转子槽之间的摩擦力相应地减少。对于小、微型机来说，滑片尺寸过大，将受结构限制。所以一般都取：h/e≥3。

8)滑片轴承钢球半径：r1(＝d0/2－轴颈端孔径/2)，选用钢球即可。

9)r-R1’-e＝(2-15)mm。

10)密封距离1：一般取l＝0.55-0.65r。

步骤三、根据选定的n、z、ε、λ及Vt，利用下列关系式计算压缩机的结构几何尺寸：

式中

β＝360”/Z，为滑片间夹角。

步骤四、进、排气孔口位置的确定：

旋转滑片式压缩机是靠改变机内基元容积的大小来完成对工质气体的压缩过程的，不设进、排气阀门。所以，正确确定旋转滑片式压缩机进、排气孔口的位置非常重要。

进气孔口前缘位置角为－β/2；

排气孔口位置角φd’＝φd+β/2................................(5)；

而φ_d应满足如下关系：

式中：n为多变指数：对于“无冷却”情况，nc＝nc1；对于“有冷却”情况nc＝nc2。

πci由下式求得：

步骤五、复算检查：

1)最大基元面积的检查：

上面计算得到的几个几何尺寸为适应工程需要应进行圆整。圆整后的尺寸，可能会使机器与要求不符，而使通过的流量与要求的一致。因此，必须用下式检查尺寸圆整后机器的最大基元面积是否能满足给定流量的要求；

2)滑片尖喘最大切线速度[V°]的检查：

滑片尖端最大切线速度[Vo]的检查，受滑片强度的限制，滑睛尖端最大切线速度不能超过允许值：[V。]，该允许值和选用的滑片材料有关，按下式检查：

对于碳素纤维复合材料[V0]＝20-25(m/s)。

下面举一设计实例：

1)容积排气量(Vt)

设计容积排气量为：Vt＝1(立方米/min)。

2)按前面基本参数确定原则选取参数：

取：n＝1700(r/min)；Z＝8；ε＝0.28；λ＝1.25；σ＝0.065。

3)结构几何尺寸计算：

将Z、ε及σ值代入(4)式，可得：C＝1.6499

将λ、Vt与C值代入(3)式，可求得：R0＝65.83mm，圆整，取R0＝66mm0进而可得该机的结构参数如下：

VT＝1(立方米/min)的《JXY.1》型机结构几何尺寸表(单位：mm)

项目名称	R<sub>0</sub>	R<sub>1</sub>'	R<sub>1</sub>	e	B＝d	h	L
								计算结果	66	33	35	9.	4	35	82.5

4)排气孔口位置角确定：

工质为R-114：k＝1.092，取nc1＝1.14、nc2＝1.102、Pcd＝4.503、Pcs＝1.189。将πci＝Pcd/Pcs＝4.503/l.189＝3.787216及k.nc1、nc2值代入(7)式，可得：

πci＝2.4941；故压缩终了压力为Pci＝Pcs*πci＝2.97(kg/cm2)。

将πci值代入(6)式，可求得：Φd＝89°，进而可得：

Φd’＝Φd+β/2＝89+22.5＝111.5°

5)复算检查：

①最大基圆面积Smax检查：

将R0、ε及σ＝4/66＝0.0606061及VT、n、Z、L值分别代入(8)式，得：

0.0009035≥0.000891左边≥右边........符合要求。

②滑片尖端最大线速度检查：

对于碳纤维复合材料：[vo]＝20--25(m/s)........符合要求。

制造图设计

在上述设计计算完成后，按式(1)的要求及计算结果绘制加工制造图。然后对加工好的样机做示功图测试，并根据示功图结果对其进行修正，最后确定制造图。

滑片3的轴颈31在运动过程中始终与滑片轴承轨道槽配合形成滑片轴承4的运动轨道，并受限使4绕转子转心旋转；

滑片轴承4,是一个装在滑片3的轴颈31上的一个滚动钢球即单珠球轴承、或称单珠滑片轴承；

较国内压缩系统平均节能22.5％[＝1-3.2(国内闭式机COP值)/4.13(新旋片机的COP值)]。该机集成聚优总节能率ηxzj超67.8％{＝1-[1-22.5％(新旋片机比国内机平均节能)]*[1-5.7％(节能电机能)]*[1-3％(高效热交换器节能)]*[1-45％(变频节能)]*[1-35％(地源热泵节能)*50％(地源热泵安装系数)]}效果好；

应用创新，将图1旋转180°机器运动更平稳，冲击小，省功，磨损更少。

本发明的单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机的工作原理是：

外力通过联轴器带动与定子1偏心安装的转子2作旋转运动，在离心力作用下，将转子滑片槽23内的滑片3甩出，在端轴31与滑片轴承轨道槽5配合形成的滑片轴承轨道，一面沿定心作旋转，一面在转子槽内作往复运动，周而复始地改变由定子1与转子2、滑片3、侧端板6所组成空间的容积大小，并通过吸气孔与排气孔不断地吸气和排气，从而完成对气体不断地压缩过程。

本发明的优点与单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机相比归纳如下：

1)高效，低噪，寿命长与单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机相比略优或基本相当；

2)结构更合理，工艺更简单，制造更容易；

3)省材料、工时，成本更低；

4)节省更多宝贵空间；

5)运行更可靠，对军工及野外作业单位显得尤为重要；

6)节能，可提高、延长车辆行驶里程两倍多；

7)接近免维修可极大地提高军事装备的战斗能力和民用移动设备的工作适应能力；

8)用空气作为工质进行制冷

①因为新旋片机制冷性能系数COP≤4.13极高，可采用空气作为工质进行制冷。而克服了制冷工质极易泄漏，且泄漏后野外无法补充，影响系统工作可靠性、寿命问题，还污染大气的致命缺点。使得本技术机，可广泛应用于军民两用领域的各行各业。显著提高我国军事装备的战斗力(压缩主机免维修；总节能率达67.8％)与民用移动设备的工作适应能力等全面创新。

②将机器旋转180°机器运动更平稳，冲击小，省功，磨损更少。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机，包括定子(1)、转子(2)、滑片(3)、单珠滑片轴承(4)、滑片轴承轨道槽(5)，侧端板(6)和两个动力轴承(7)，所述动力轴承(7)的外侧与侧端板(6)的两端外侧活动安装，且转子(2)的两端外侧分别与两个动力轴承(7)的内侧活动安装，所述侧端板(6)的内侧开设有用于单珠滑片轴承(4)绕转子(2)轴心旋转的滑片轴承轨道环槽(5)，所述侧端板(6)的内侧与定子(1)的外侧固定安装，所述转子(2)的外侧开设有滑片槽(23)，且滑片槽(23)的内侧与滑片(3)的一侧固定安装，所述单珠滑片轴承(4)的外侧与滑片轴承轨道环槽(5)的内侧滑动连接，其特征在于：

所述定子(1)是一个与转子(2)转轴同心的偏心椭圆筒，其截面的偏心椭圆的向径[ρ]的极坐标表达式为：

式中：e——偏心距，即转轴的转心O₁与定子(1)计算中心O之间的距离：e＝εR'₁，ε为偏心率；

φ——向径ρ的相位角，φ＝90°时，ρ最大；

R0——定子(1)计算圆半径；

R1’——滑片(3)轴心轨迹圆半径；

所述滑片(3)的结构为：

宽度：h≥3e；

长度:L＝λR_o；

厚度:B＝σR_o；

轴径:d₀＝B。；

所述滑片(3)的顶端形状为φ＝90°处的定子极坐标向径ρa为中线，取对称的定子弧线留出油膜密封间隙δ即可。

2.根据权利要求1所述的单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机，其特征在于：所述滑片(3)的一端设有轴颈(31)，且轴颈(31)在运动过程中始终与滑片轴承轨道槽(5)配合形成单珠滑片轴承(4)的运动轨道，并受限使单珠滑片轴承(4)绕转子(2)的轴心旋转。

3.根据权利要求1所述的单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机，其特征在于：所述单珠滑片轴承(4)的内侧与轴颈(31)的外侧活动安装。

4.单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机的设计，其特征在于，使用了上述权利要求1-3中任一项所述的单珠滑片轴承滑片轴承轨道槽旋片机，包括以下步骤：

S1、根据设计冷量Q及设计工质工况按下式确定容积排量V_T：

式中：r”——工质容重(kg/立方米)；

△i——蒸发器进、出口工质焓差(大卡/kg)；

ηv——容积效率(％)≥97％，取97％。

S2、确定基本参数：

转速n:1500≤n≤3000r/min；

滑片数Z:2≤Z≤8；

滑片轴心轨迹半径R1'：R1'＝R0/2；

偏心率ε(＝e/R1'):0.16≤ε≤0.36；

定子相对长度λ(＝L/R0):1≤λ≤1.5；

滑片相对厚度σ(＝B/R0):0.06≤σ≤0.08；

滑片相对宽度h/e:h/e≥3；

轨道轴承内半径R1'(＝R1'+d0/2):r-R1'-e＝5——15mm；

密封距离1：为—段，取1＝(0.55——0.65)r；

S3、根据选定的n、z、ε、σ、λ及Vt，利用下列关系式计算压缩机大概的几何结构尺寸：

式中

β＝360”/Z，为滑片间夹角；

S4、进、排气孔口位置的确定：

进气孔口前缘位置角为－β/2；

排气孔口位置角φd’＝φd+β/2；

而φ_d应满足如下关系：

式中：n为多变指数：对于“无冷却”情况，nc＝nc1；对于“有冷却”情况n＝nc2；

c

πci由下式求得：

S5、复算检查：

最大基元面积的检查，上面计算得到的几个几何尺寸为适应工程需要应进行圆整，圆整后的尺寸，可能会使机器与要求不符，而使通过的流量与要求的不一致，因此，必须用下式检查尺寸圆整后机器的最大基元面积是否能满足给定流量的要求；

滑片尖端最大切线速度[Vo]的检查，受滑片强度的限制，滑睛尖端最大切线速度不能超过允许值：[V。]，该允许值和选用的滑片材料有关，按下式检查：

对于碳素纤维复合材料[V0]＝20-25(m/s)。

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