CN1192511A - 转动制止机构和包括该机构的一种涡杆式流体排代设备 - Google Patents

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Abstract

一种转动制止机构,其中一个滚珠(26)放在一对轨道件(24,25)之间,每个轨道件具有一个容纳该滚珠的滚动槽表面(24c,25c),该滚动槽表面的底部(24c3,25c3)的曲率半径大于每个外周缘部分(24c1,24c2)和内周缘部分(25c1,25c2)的曲率半径。每个外周缘和内周缘部分的半径近似于和大于该滚珠的半径。该轨道件连接在前壳(10b)和可动涡杆件(20)上,该可动涡杆件沿着一个预定轨道相对于前壳进行轨道运动。滚动槽表面具有一个与该预定轨道相对应的环形。

Description

转动制止机构和包括该机构 的一种蜗杆式流体排代设备
本发明涉及一种用于阻止轨道运动件相对于固定件转动的转动制止机构，并且还涉及一种包括该转动制止机构的涡杆式流体排代设备。
例如，日本未经审查的专利公开号为(JP-A)33811/1993和87131/1993的文件中公开了一种具有转动制止机构的涡杆式压缩机或流体排代设备。每个这类涡杆式压缩机都具有一个固定件、一个相对于该固定件进行轨道运动或转动的轨道运动件、一对互相面对地分别连接在该固定件和该轨道运动件上的轨道件以及一个放在该轨道件之间的滚珠。更具体地说，每个轨道件具有一个滚动槽表面，该表面具有与该轨道运动的一个轨道相对应的环形。滚珠由滚动槽表面所容纳以便在轨道运动时阻止轨道运动件的转动。滚动槽表面具有的曲率半径基本上等于滚珠在其剖面中的半径。
在上述转动制止机构中，轨道件中连接在轨道运动件上的一个轨道件沿着有由滚动槽表面决定的轨道半径的轨道运动的轨道转动或沿轨道运行。在设计阶段，假设滚珠沿着滚动槽表面的底部滚动。
但是，在实际制造时的零件的尺寸误差和在装配时的错位都是不可避免的。这样就导致在滚动槽表面的半径与上述一个轨道件的实际的轨道半径之间的尺寸不同。因而，滚珠就可能从滚动槽表面的底部移动而攀登到滚动槽表面的外或内周缘部分上。在这种情况下，轨道件就受到来自滚珠沿不同作用方向的推力。
此外，由于滚珠的爬升高度是变动的，实际上支承着涡杆式压缩机的轨道运动件或可动涡杆件的支承部分可能由于该推力而被磨损或变形。因此，该转动制止机构将缩短其工作寿命。
此外，滚珠的爬升高度的变动还将引起轨道运动件的不可靠的支承和在轨道运动件与固定件之间出现间隙。由此，便使该涡杆式压缩机的压缩效率降低。
因此，本发明的一个目的是提供一种转动制止机构，该机构能阻止滚珠攀登到滚动槽表面的外或内周缘部分上。
本发明的另一个目的是提供一种具有优良的排代效率的涡杆式流体排代设备。
本发明的其他目的将从以下说明内容中看得一清二楚。
本发明所应用的一种转动制止机构是用来阻止轨道运动件相对于固定件作转动的。轨道运动件相对于固定件沿着一个预定轨道进行轨道运动。转动制止机构包括一对互相面对地分别连接在固定件和轨道运动件上的轨道件，和放置在该轨道件之间的滚珠。每个轨道件具有一个滚动槽表面，该表面具有一个与该预定轨道相对应的环形并且容纳该滚珠。
根据本发明的一个方面的内容，在转动制止机构中的滚动槽表面包括一个在其剖面内具有第一曲率半径的外周缘部分，该第一半径近似并且大于该滚珠的半径；一个在其剖面内具有第二曲率半径的内周缘部分，该第二半径近似并且大于该滚珠的半径；以及一个连接在该外和内周缘部分之间并且在其剖面内具有第三曲率半径的底部，该第三半径大于每个第一和第二半径。
根据本发明的另一个方面的内容，在该转动制止机构中的滚动槽表面具有一个椭圆形剖面，该椭圆具有一根其取向为该环形的径向的主轴。
本发明提供的一种涡杆式流体排代设备中除了上述转动制止机构外，还包括一个连接在固定件上的固定涡杆，和一个连接在轨道运动件上的可动涡杆，该可动涡杆和固定涡杆相配合用来随着轨道运动件的轨道运动引起流体的排代。
图1是具有转动制止机构的常规的涡杆式压缩机的特征部分的放大剖视图；
图2是带有本发明第一个实施例的转动制止机构的涡杆式压缩机的竖直剖视图；
图3A是图2中所示的转动制止机构的正视图；
图3B是沿图3A中的IIIB-IIIB线截取的剖视图；
图4是图3中所示的转动制止机构的特征部分的放大的剖视图；
图5是本发明第二个实施例的转动制止机构的特征部分的放大的剖视图；
图6是本发明第三个实施例的转动制止机构的放大的剖视图；以及
图7是用来说明图6中所示的转动制止机构的视图。
为便于理解本发明，首先对作为具有转动制止机构的流体排代设备的常规的涡杆式压缩机进行说明。
参看图1，常规的涡杆式压缩机具有一个固定件1，一个相对于固定件1作轨道运动或转动的轨道运动件2，一对彼此面对的分别连接在固定件1和轨道运动件2上的轨道件3，以及多个放置在轨道件3之间的滚珠5(图中只示出了一个)，以形成一个作为转动制止机构的滚珠连接结构。更具体地说，每个轨道件3具有一个设置有多个滚动槽表面4(图中只示出了一个)的表面，每个滚动槽表面具有与轨道运动的一条轨道相对应的环形。滚珠5由滚动槽表面4所容纳，以便在轨道运动时制止轨道运动件2的转动。每个滚动槽表面4都是一个其曲率半径R基本上等于每个滚珠5的半径的曲面。
在上述转动制止机构中，连接在轨道运动件2上的轨道件3沿着轨道运动的轨道转动并且具有一个由滚动槽表面4的半径所限定的轨道半径。在设计阶段中，假定每个滚珠5沿着每个滚动槽表面4的底部滚动。
该常规的涡杆式压缩机具有在本说明书的前言部分中所说明的那些缺点。
现在，我们将就本发明的几个最佳实施例参照附图来对本发明作出说明。
参看图2，带有本发明的第一个实施例的转动制止机构的涡杆式压缩机包括一个作为固定件的外壳10。外壳10由后壳10a和前壳10b组成，该后壳包括一个具有开口端和闭口端的大直径圆筒件，该前壳固定在后壳10a的开口端上。前壳10b包括一个大直径圆筒部分10b1和一个小直径圆筒部分10b2。后壳10a和前壳10b互相同心。
轴11沿着外壳10的轴中心线X配置并且在前壳10b内穿过小直径圆筒部分10b2。轴11具有一个由前壳10b的小直径圆筒部分10b2包围的小直径部分11a和一个由前壳10b的大直径圆筒部分10b1所包围的大直径部分11b。大直径部分11b与固定在其端面上并且与轴中心线X偏心一个距离地沿着平行于该轴中心线的方向延伸的驱动销12相连接。轴11可转动地支承在前壳10b上。具体地说，大直径部分11b通过滚珠轴承13可转动地支承在前壳10b的大直径圆筒部分10b1上。小直径部分11a通过滚珠轴承14支承在前壳10b的小直径圆筒部分10b2上。
电磁离合器15沿径向向外设置在前壳10b的小直径圆筒部分10b2上。电磁离合器15装配在前壳10b的小直径圆筒部分10b2的外部，是可以转动的。电磁离合器15包括一个通过三角皮带(未示出)连接在外部驱动源(未示出)上的皮带轮15a，一个固定在前壳10b的小直径圆筒部分10b2上的励磁线圈15b和一个固定在轴11的小直径部分11a的端部的转动传递板15c。轴11由外部驱动源(未示出)通过电磁离合器15而被转动。
固定的涡杆件16设置在后壳10a的内部。固定涡杆件16包括一个与轴中心线X同心并且装配在后壳10a上的圆盘形端板16a，一个在端板16a的一个表面上形成的第一包封件16b，和一个在端板16a的另一个表面上形成的支杆16c。端板16c在其中心形成有一个排出孔16a1。固定涡杆件16通过螺栓17固定在后壳10a上，并使支杆16c保持与后壳10a的底端10a1相接触。后壳10a的内部空腔由固定涡杆件16的端板16a分隔成一个吸入室18和排出室19。
在后壳10a的内部，一个作为轨道运动件的可动涡杆20被设置在邻近固定涡杆16处。可动涡杆20包括一个圆盘形端板20a，一个在端板20a的一个表面上形成的第二包封件20b，以及在端板20a的另一个表面上形成的环形凸起部20c。端板20a具有一根与轴中心线X偏心一个预定距离(该距离在下文中将称为轨道半径)的板中心线。可动涡杆件20的第二包封件20b以偏移角度180°与固定涡杆件16的第一包封件16b相啮合。
在凸起部20c中，一个与端板20a同心的厚圆盘形衬套21通过滚针轴承22装配在内部以便于转动。衬套21上设置有一个以平行于轴中心线X的方向延伸的偏心通孔21a。一个配重23固定在衬套21上以便沿径向延伸。通孔21a可滑动地容纳着固定在轴11的大直径部分11b上的固定销12。衬套21设置有一个销21b，该销装配在在轴11的大直径部分11b的端面上形成的一个孔中，该孔的直径稍大于销21b的直径。
一个固定侧的轨道件24固定在前壳10b的大直径圆筒部分10b1的一端。一个可动侧的轨道件25固定在可动涡杆件20的端板20a上。多个滚珠26放置在固定侧轨道件和可动侧轨道件24和25之间并且沿圆周方向互相间留一个空隙。该固定侧轨道件24、可动侧轨道件25和滚珠26的组合就构成了用来防止可动涡杆件20转动的转动制止机构20。
参看图3A和3B，下面将对该转动制止机构作出说明。每个固定侧和可动侧轨道件24和25都是由铸铁或铬-钼钢通过压制成形而制成并且具有环形的形状。固定侧轨道件24设置有在其一个表面上形成的多个沿圆周方向互相间留开一个空隙的滚动槽表面24c。同样，可动侧轨道件25设置有在其一个表面上形成的多个沿圆周方向互相间留开一个空隙的滚动槽表面25c。滚动槽表面24c以一对一的对应关系面对滚动槽表面25c。滚珠26由轴承钢制成，它们被放置在固定侧和可动侧轨道件24与25之间并且被固定侧轨道件24的滚动槽表面24c和可动侧轨道件25的滚动槽表面25c所夹紧。
参看图4，每个滚动槽表面24c包括一个内周缘部分24c1，该部分是曲率半径为R1的曲面，一个外周缘部分24c2，该部分是曲率半径为R2的曲面，以及一个连接该内和处周缘部分24c1和24c2的底部24c3。同样，每个滚动槽表面25c包括一个内周缘部分25c1，该部分是曲率半径为R1的曲面，一个外周缘部分25c2，该部分是曲率半径为R2的曲面，以及一个连接该内和外周缘部分25c1和25c2的底部25c3。每个内周缘部分24c1和25c1的曲率半径R1可以等于或者稍微不同于每个内和外周缘部分24c2和25c2的曲率半径R2。在任何情况下，曲率半径R1和R2都应选择为近似并大于每个滚珠26的半径，即应稍大于每个滚珠26的半径。
底部24c3是由内和外周缘部分24c1和24c2的切线所限定的平面。同样，底部25c3是由内和外周缘部分25c1和25c2的切线所限定的平面。换句话说，底部24c3是一个平滑地连接在内和外周缘部分24c1和24c2上的解析几何的曲面并且其曲率半径为无穷大。同样，底部25c3是一个平滑地连接在内和外周缘部分25c1和25c2上的解析几何的曲面并有其曲率半径为无穷大。每个底部24c3和25c3的中心直径选择为基本上等于可动涡杆件20的轨道运动的轨道半径。每个底部24c3和25c3的宽度选择为近似等于有效滚动轨道宽度的三分之一，即每个滚动槽表面24c和25c的宽度的三分之一。最好是，每个底部24c3和25c3的宽度的选择应参考涡杆件的外形误差，固定轨道件时的定位误差以及形成滚动槽时的定位误差来进行。
另一方面，平面部分24d和25d分别在固定侧和可动侧轨道件24和25的另一个表面上形成。平面部分24d和25d的宽度分别大于底部24c3和25c3的宽度。因此，固定侧轨道件24与前壳10b的大直径圆筒部分10b1的接触和支承的宽度大于底部24c3的宽度。同样，可动侧轨道件25与可动涡杆件20的接触和支承的宽度大于底部25c3的宽度。因此，每个大直径圆筒部分10b1和端板20a用作轨道件的支承件。
转回图2，下面将对具有上述滚珠连接结构的涡杆式压缩机的工作作出说明。开始时，外驱动源(未示出)通过电磁离合器15驱动轴11转动。当轴1 1转动时，衬套21围绕轴中心线X转动使得可动涡杆件20也围绕轴中心线X转动。同时，可动的和固定的涡杆件20和16的包封件20b和16b互相啮合，从而在其间形成了作为压缩腔的空腔。随着可动涡杆件20的轨道运动，该压缩腔的容积减小并且向包封件20b和16b内移动。
因此，从外部液压管路通过在外壳10上形成的吸入孔(未示出)流入吸入室18中的流体通过包封件20b和16b的周边边缘被导入该压缩腔中并且在该压缩腔中压缩成压缩流体。该压缩流体通过在固定涡杆16中形成的排出孔16a1从压缩腔流入排出室19中。然后，压缩流体通过在后壳10a中形成的排出孔(未示出)从排出室19流入外部液压管路中。
在压缩时，可动涡杆20承受沿中心线X方向的反作用力和沿径向的反旋转力。该反作用力和反旋转力都通过可动侧轨道件25、滚珠26和固定侧轨道件24传递到前壳10b上。
随着可动涡杆件20的轨道运动，每个滚珠26在滚动槽表面24c和25c中沿着一个其直径基本上等于可动涡杆件20的轨道半径rs的环形轨道滚动。每个滚动槽表面24c和25c的底部24c3和25c3都具有一个选择为基本上等于可动涡杆件20的轨道半径rs的直径d0。因此，滚珠26可以压紧接触在滚动槽表面24c和25c的底部24c3和25c3上沿着上述环形轨道平滑地和稳定地滚动。结果，可动涡杆件20可以在同前壳10b并且也同固定涡杆件16保持一个预定的角度关系的情况下转动。
在可动涡杆件20作轨道运动时，可动涡杆件20试图围绕衬套21转动。但是，由于滚珠26被限制在滚动槽表面24c和25c内滚动，可动涡杆件20的这种转动受到制止。
此时，滚珠26基本上沿着滚动槽表面24c和25c的底部24c3和25c3滚动。具体地说，即使由于零件的尺寸公差和装配时的错位在每个滚动槽表面24c和25c的半径与可动侧轨道件25的实际的轨道半径之间存在着尺寸的不同，滚珠26从滚动槽表面24c和25c的底部24c3和25c3攀上曲面(即内周缘部分24c1和25c1或外周缘部分24c2和25c2)的移动基本上可以完全被制止。此外，固定侧和可动侧轨道件24和25承受着来自滚珠26的沿作用线方向的推力F0，而该作用线方向基本上沿轴线方向相互重合。
通常，在该涡杆式压缩机中需要产生一个抵抗在压缩时作用在可动涡杆件20上的反作用力的抗力。为产生这个抗力，滚珠26受到从底部24c3和25c3向内和外周缘部分24c1、25c1、24c2和25c2的推动力。此时，如果固定侧和可动侧轨道件24和25的另一个表面或背面是曲面的话，固定侧和可动侧轨道件24和25将对该推动力的分力起作用，从而引起相对于轨道支承件的重覆的微振磨损作用或者重覆的啮合/脱开作用。这种情况将引起现有技术中已知的微振磨损。鉴于上述情况，在上述固定侧和可动侧轨道件24和25的背面上形成了平面部分24d和25d。利用这种结构，在轨道支承件和每个轨道件之间的表面压力将显著地减少。此外，在滚珠26作用的位置上将阻止每个轨道件从轨道支承件上浮起。因此可以阻止微振磨损。
转到图5，下面将对具有本发明第二个实施例的转动制止机构的涡杆式压缩机作出说明。相同的零件用同样的标号表示。
参看图5，固定侧轨道件24和可动侧轨道件25的滚动槽表面24c和25c的每个底部24c3和25c3都具有一个曲率半径R3，该半径远大于每个内周缘部分24c1和25c1的曲率半径R1和外周缘部分24c2和25c2的曲率半径R2。在这种情况下，底部24c3和25c3也是分别由内周缘部分24c1和25c1以及外周缘部分24c和25c2的切线形成。利用这种结构，每个滚动槽表面24c和25c整体上具有一个连续而平滑的曲面，因而可以避免表面压力的局部增加。曲率半径R1可以等于或者稍微不同于曲率半径R2。
因此，滚动槽表面24c和25c的底部24c3和25c3不需要是严格的平面。具体地说，每个底部24c3和25c3形成为其曲率半径大于内和外周缘部分24c1、25c1和24c2、25c2的曲率半径R1和R2的解析几何曲面即可。
翻到图6，下面将对具有本发明第三个实施例的转动制止机构的涡杆式压缩机作出说明。相同的零件用同样的标号表示。
在图6中所示的转动制止机构中，每个滚动槽表面24c和25c是沿着一个椭圆形成的曲面，该椭圆具有一根其取向为该环形的径向的主轴。具体地说，每个滚动槽表面24c和25c是沿着由该主轴将椭圆分开而形成的半个椭圆形成的。利用这种结构，每个滚动槽表面24c和25c也具有一个连续而平滑的曲面。因此，可以避免表面压力的局部增加。每个滚动槽表面24c和25c可以沿着由一条平行于该主轴的线分开该椭圆而形成的部分椭圆而形成。
参看图7，下面将作出更详细的说明。假定滚珠26的直径为d。从滚动槽表面25c的底到椭圆(以e示出)的轨迹f1和f2的距离H可以式表示：
        H＝(d/2)+r    (r≥0)     (1)
令从在可动侧轨道件25的一个表面上位于滚动槽25c的一个边缘上的点到轨迹f1和f2的距离用A1和A2来表示。从滚动槽表面25c的底到轨迹f1和f2的距离分别用B2和B1表示。f1与f2之间的距离用C1表示。在这种情况下，可以给出以下等式：
       A1+A2+C1＝B1+B2+C1        (2)
因此，限定可动侧轨道件25的滚动槽表面25c的该椭圆的两个轨迹f1和f2的位置就能计算出来。
虽然结合图7说明的是可动侧轨道件25，但上述内容也适用于固定侧轨道件24。
如上所述，当滚珠26滚动时，转动制止机构能阻止该滚珠攀登到滚动槽表面24c和25c的外或内周缘部分24c1、25c1和24c2、25c2上。因此，就可以通过使在固定和可动涡杆件16和20之间的轴向间隙的最优化以及抑制转动制止机构的磨损，实现转动制止机构的耐久性的改进、效率的稳定性及生产率的改进。
至此，虽然本发明已经连系其几个实施例对本发明作了说明，但对于本领域的普通技术人员来说，可以容易地以各种其他的方式将本发明付诸实施。例如，最好将该底部的宽度设计成包括各种误差(有关每个固定的和可动的涡杆的形状的误差，轨道件的位置误差以及滚动槽表面的位置误差等)在内。

Claims (10)

1.一种用于阻止轨道运动件相对于固定件转动的转动制止机构，所述轨道运动件沿着一个预定的轨道相对于所述固定件进行轨道运动，所述转动制止机构包括一对互相面对地分别连接在所述固定件和所述轨道运动件上的轨道件，以及放在所述轨道件之间的滚珠，每个所述轨道件具有一个滚动槽表面，该表面具有与所述预定轨道相对应的环形并且容纳所述滚珠，所述滚动槽表面包括：
一个在其剖面上具有第一曲率半径的外周缘部分，所述第一半径近似于和大于所述滚珠的半径；
一个在其剖面上具有第二曲率半径的内周缘部分，所述第二半径近似于和大于所述滚珠的半径；以及
一个连接在所述外周缘部分和内周缘部分之间并且在其剖面上具有第三曲率半径的底部，所述第三半径大于每个所述第一半径和所述第二半径。
2.如权利要求1所述的转动制止机构，其特征在于：所述第一半径等于所述第二半径。
3.如权利要求1所述的转动制止机构，其特征在于：所述第一半径与所述第二半径稍有不同。
4.如权利要求1所述的转动制止机构，其特征在于：所述滚动槽表面在所述底部与每个所述外和所述内周缘部分之间的交界地区处平滑地形成。
5.如权利要求1所述的转动制止机构，其特征在于：所述底部在所述底部与每个所述外和内周缘部分之间的边缘处具有一个沿着每个所述外和内周缘部分的切线延伸的切线部分。
6.如权利要求1所述的转动制止机构，其特征在于：所述第三半径为无限大，因此所述底部是平的。
7.如权利要求1所述的转动制止机构，其特征在于：所述底部沿所述环形的径向具有一个底部宽度，所述底部宽度设计得包括有关的误差在内，这些误差为每个所述固定件和所述轨道运动件的位置误差，所述轨道件的位置误差以及所述滚动槽表面的位置误差。
8.如权利要求1所述的转动制止机构，其特征在于：该机构还包括一对用来把所述轨道件分别支承在所述固定件和所述轨道运动件上的轨道支承件，每个轨道件具有一个与每个所述轨道支承件保持接触的平面部分，所述平面部分的宽度大于所述底部的宽度。
9.一种用于阻止轨道运动件相对于固定件转动的转动制止机构，所述轨道运动件沿着一个预定的轨道相对于所述固定件进行轨道运动，所述转动制止机构包括一对互相面对地分别连接在所述固定件和所述轨道运动件上的轨道件，以及放在所述轨道件之间的滚珠，每个所述轨道件具有一个滚动槽表面，该表面具有与所述预定轨道相对应的环形并且容纳所述滚珠，所述滚动槽表面具有一个椭圆形剖面，该椭圆具有一根其取向为所述环形的径向的主轴。
10.一种涡杆式流体排代设备，包括：
一个如权利要求1-9中任一项所述的转动制止机构；
一个连接在所述固定件上的固定涡杆件；以及
一个与所述轨道运动件相连接并且与所述固定涡杆件相配合用来随着该轨道运动件的所述轨道运动引起流体排代的可动涡杆件。
CN97113446A 1996-05-21 1997-05-21 转动制止机构和包括该机构的一种涡杆式流体排代设备 Pending CN1192511A (zh)

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