CN2881148Y - 一种凸轮驱动的往复式活塞压缩机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种凸轮驱动的往复式活塞压缩机。它主要由凸轮体1，活塞8，活塞环14，汽缸9，回转盘10，吸气阀12，排气阀13和连杆传动机构3.4组成。凸轮体1由电动机11等动力机械的主轴2驱动。凸轮体1轮廓线为含有2段不相邻对称圆弧的光滑曲线。因此凸轮体1的运动，通过连杆传动机构3和4作用于活塞，实现了在活塞的吸气和排气阶段时各有一活塞休止段，从而可改善传统活塞式压缩机吸排气阀提前关闭与吸排气压力损失之间的矛盾。且连杆3受固定套筒6限制只能直线运动，活塞8不再承受侧向压力，因此也可以减少活塞8的摩擦功耗与活塞环14的磨损，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于制冷，空调和气体压缩系统中的往复式活塞压缩机。
背景技术
现有的往复式活塞压缩机主要由曲轴，连杆，活塞，汽缸，吸排气阀等组成。往复式活塞压缩机至今已有几百年的历史，它应用广泛，技术发展成熟。但由于传统曲轴连杆机构设计的限制，气阀的开启与关闭要求响应时间较快，即要求弹簧力较强。但是如果吸气阀的弹簧力过强，则吸气阀提前关闭，将会降低压力系数，造成较大的吸气压力损失。若排气阀弹簧力过强，将使排气压力增大，排气温度升高，压缩比增大，压缩机的功耗也将增加。然而气阀的弹簧力过小，则又容易导致延迟关闭的有害现象发生。而且传统的曲轴连杆机构中，活塞将会受到周期性的脉动侧压力，这不仅增加了活塞的摩擦功耗损失，还加剧了活塞环的磨损。
中国专利CN1114017提出了一种用于代替曲轴连杆机构的凸轮元件，其特点在于凸轮的轮廓线是由两段曲线构成，其中一端是圆弧曲线，另一段是过定点的等弦长曲线，而凸轮轴的轴线则穿过该定点并垂直凸轮轮廓线平面。但该凸轮元件用于代替传统的往复式活塞压缩机的曲轴连杆机构并不合适，也不能解决上述气阀问题。
发明内容
本实用新型的目的是设计一种没有曲轴的由凸轮体驱动的往复式活塞压缩机。它能有效地消除活塞所受到的脉动侧压力，减少活塞的摩擦功耗损失和活塞环的磨损，同时减小活塞的吸气，排气压力损失且又能同时较好地避免气阀的延迟关闭的有害现象发生。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种凸轮驱动的往复式活塞压缩机，它由活塞8，汽缸9，连杆3.4，轴承5，凸轮体1，固定套筒6，吸气阀12，排气阀13，回转盘10和驱动主轴2组成。选用具有组合运动规律轮廓廓线的凸轮和连杆代替传统的曲轴连杆机构。凸轮体1沿垂直与驱动主轴2方向的凸轮体1表面两端各有一推动槽7。推动槽7内的轮廓廓线为全程光滑廓线，其廓线具有N个不相邻圆弧段，每两个圆弧段廓线中心相位相差360/N度，其中N为大于0的偶数。连杆3和与驱动主轴2平行的连杆水平轴4连接，连杆轴4的两端各装有一轴承5，并置于凸轮体的推动槽7与凸轮体的回转盘10之间，凸轮体的回转盘10沿驱动轴2轴向高度大于轴承5的宽度与推动槽7离凸轮体1端面的距离之和，但小于凸轮体1轴向宽度的1/2。且回转盘10的形状为凸轮体推动槽7廓线向外扩展一轴承5的外直径长度，并留1mm左右的间隙量，以便使轴承5可以在推动槽7与回转盘10之间顺利滚动。推动槽7和回转盘10对活塞的作用是交替进行的，当凸轮体1位于包角阶段时，凸轮体1的旋转由推动槽7通过连杆3使活塞8产生向上的位移，压缩和排出气体，推动槽承受了汽缸内压缩气体时的气体压力；凸轮体1位于回程包角时，凸轮体1的旋转通过回转盘10的内表面使活塞8产生向下的位移，进而完成吸气和膨胀过程。因此活塞8运动的驱动力分别由推动槽7和回转盘10交替提供。连杆3穿过固定套筒6，其上端与活塞8通过活塞销连接，因连杆3受到固定套筒6的限制，在凸轮体1旋转运动时连杆3只能沿套筒6轴向做往复直线运动。在凸轮体上安装多套连杆和活塞机构，可组成多缸往复式活塞压缩机。
凸轮的推动槽7的轮廓廓线选用全程光滑连续的组合轮廓廓线。廓线具体包括为近休止角段，升程包角段，远休止角段，回程包角段。其中近休止角与远休止角段的轮廓廓线为圆弧，故轴承5处于凸轮体1的休止段时，凸轮体1的运动并不产生活塞8的位移，此时活塞8将静止。凸轮体1的两休止段不相邻，且2圆弧段中心点的相位相差180度(即2休止角所对应的圆弧的中点相差180度相位)。凸轮体1在升程包角时，活塞8向上运动，在回程包角段，活塞8向下运动。因此活塞8的运动规律可以描述为：停——升——停——降，对应的凸轮转角分别为：近休止角——升程包角——远休止角———回程包角，连续运动就构成活塞压缩循环，活塞8即可实现双停歇运动规律。当凸轮体1处于包角阶段时，凸轮的旋转通过轴承5使连杆3向上运动，活塞压缩气体，达到排出压力时，排气阀13打开并排出气体。在远休止角段，活塞8处于最高位并静止，气体排出完毕，排气阀13关闭。凸轮处于回程包角时，回转盘10因与凸轮1廓线相似，凸轮1的旋转，将使回转盘10的位置回落，回转盘10的回落通过连杆3使活塞8回移。此时吸气阀12将打开，活塞吸气，并膨胀。当凸轮位于近休止角时，活塞8静止，吸气完毕，吸气阀12关闭。
由于该凸轮驱动的往复式活塞压缩机，比传统曲轴连杆的活塞压缩机具有更优越的运动规律，当活塞8在近休止角静止时，气体进入气缸的速度大幅减小，吸气压力损失也将降低。同时可以选用较小的排气阀弹簧力，因此可以降低压缩机的排气温度和排气压力，压缩机功耗也因此减小。弹簧力的减小，使气阀的落座速度减小，弹簧受到的冲击也减小，因此可以延长气阀的使用寿命。因增加了吸排气阀的关闭时间，又可以避免小弹簧力下气阀延迟关闭的有害现象发生。本实用新型用凸轮和连杆组合代替了曲轴和连杆机构实现了连杆直线传递运动和力，避免了传统曲轴连杆机构不可避免的脉动侧压力对活塞8的冲击，因此活塞8的摩擦功耗和活塞环14的磨损也减小。
附图说明
图1是本实用新型的结构简图。
图2是本实用新型凸轮体推动槽内的轮廓廓线示意图。
图3是本实用新型采用图2凸轮廓线的活塞位移示意图。
具体实施方式
附图1所示的凸轮驱动的往复式活塞压缩机，由凸轮体1，驱动轴2，连杆传动机构3，4，固定套筒6，活塞8，回转盘10和汽缸9组成。连杆3与压缩机活塞8通过活塞销连接，以方便拆卸和零部件的维修与更换。连杆传动机构的水平轴4通过轴承5与凸轮接触，实现凸轮体和活塞之间运动与力的传递。与驱动主轴2垂直的凸轮体1平面两侧分别车削一凹槽7。凹槽7作为凸轮1的推动槽，凸轮通过轴承5和连杆3.4推动活塞8。凸轮推动槽7的轮廓廓线采用加速度全程光滑连续的曲线，可避免使凸轮推力过大而影响强度。附图2为采用一正弦加速度运动规律和2段圆弧的组合曲线轮廓。采用正弦加速度连续的轮廓曲线，其机构的振动，噪音和磨损都比较小，且可在高速下工作。现结合附图2具体说明其凸轮廓线。在附图2中选用了凸轮体1的升程和降程相互对称的廓线，现通过凸轮体1的转角与活塞位移之间的关系说明其廓线方程。通过以下廓线方程利用做图法便可设计出轮廓的廓线。
S＝0 0°≤≤15°
S＝h 165°≤≤180°
θr为升程包角，即一个周期内活塞从最小位置到最大位置所对应凸轮体1的转角，在图2中取θr＝150°，为凸轮体在附图2中以ON为其起始位置顺时针转过的角度。
S为凸轮体转动时活塞8的位移。近休止角时为0，远休止角时为h。
推动槽7轮廓廓线取双停歇型廓线，即：停----升---停---降廓线。对应为凸轮体1的近休止角段BNA，升程包角段AEC，远休止角段CMD，回程包角段DFB。其中近休止角∠AOB与远休止角段∠COD不相邻，两休止段对应为活塞在吸排气的阀门关闭阶段。休止角一般可取20-40度，附图2中取30度。且近休止角的中点N与远休止角的中点M相位相差180度。推动槽7的宽度稍大于轴承的宽度，可取1mm左右间隙，推动槽7的深度可取0.1倍轴承外径。凸轮回转盘10廓线为推动槽7凸轮廓线向外扩展一个轴承5外直径长度，为避免轴承5在推动槽7内被卡死，可留1mm左右间隙量。凸轮体1的回转盘10沿驱动轴2轴向高度大于轴承5的宽度与推动槽7离凸轮体1端面的距离之和，但小于凸轮体轴向宽度的1/2。为便于加工与轴承5在凸轮推动槽7内的装配，凸轮的回转盘10可做成单独的配件，分别安装在凸轮体1两端。
所述连杆传动机构由竖直连杆段3和平行于主轴2的水平轴段4组成，轴4两端各有一轴承5置于凸轮体1的推动槽7内，连杆3穿过固定套筒6，其连杆3的运动因此受到约束，只有沿套筒6轴向一个自由度，因此连杆3在套筒6内只能做往复直线运动。现有的活塞压缩机应用广泛，成本低廉，在本实用新型的活塞8和汽缸9部分仍选用传统的带吸气阀12与排气阀13的活塞式压缩机结构。在凸轮体1的下方设置油槽15，用于收集轴承5和套筒6等运动幅的润滑回油。
在本实用新型中，凸轮体1的轮廓廓线不仅仅可采用局限于上述的一个周期内只有一个升，降程和一个近休止角与远休止角的廓线。保持原有各廓线之间的相对比例与位置，各廓线部分的角度均按X∶1缩小，其中X为大于1的正整数，按相同比例缩小每个阶段角度后，活塞8仍可得到与单升降程一致的运动规律。只是在按X∶1缩小廓线角度后，在相同的驱动主轴2转速下，活塞的往复次数将为单升降程的X倍，因此可得到运动速度更高的活塞式压缩机。同时压缩机的排气量也扩大为原来的X倍。本实用新型也不局限于采用单凸轮单连杆机构的单缸压缩机，在凸轮体推动槽内安装多套连杆机构，可得到多缸活塞压缩机。
Claims (3)
1.一种凸轮驱动的往复式活塞压缩机，由活塞(8))，汽缸(9)，连杆(3、4)，凸轮体(1)，固定套筒(6)，回转盘(10)和驱动轴(2)组成，其特征在于：凸轮体(1)两端各有一推动槽(7)，推动槽(7)内的轮廓廓线为全程光滑廓线，其廓线具有N个不相邻圆弧段，每两个圆弧段廓线中心相位相差360/N度，其中N为大于0的偶数；连杆(4)两端各有一轴承(5)置于推动槽(7)和凸轮体(1)的回转盘(10)之间，凸轮体(1)运动时通过固定套筒(6)的限制使连杆(3)作往复直线运动压缩气体。
2.根据权利要求1所述的凸轮驱动的往复式活塞压缩机，其特征是：推动槽内的轮廓廓线含有两段不相邻的对称圆弧段，两圆弧段廓线中心点相位相差180度。
3.根据权利要求1所述的凸轮驱动的往复式活塞压缩机，其特征是：凸轮体上安装多套连杆和活塞机构组成的多缸往复式活塞压缩机。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN106930921A (zh) * | 2015-12-29 | 2017-07-07 | 青岛道空优科技有限公司 | 一种高原直流变频无油气体压缩机 |
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2005
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