CN85100359B - 曲柄圆滑块往复活塞式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种曲柄圆滑块往复活塞式压缩机。该机无连杆，通过一个曲柄圆滑块机构将曲轴的旋转运动转变为活塞的往复运动，活塞行程为曲柄半径的４倍。为了将旋转运动可靠的转变为往复运动，配有一对内齿轮付。该机亦无曲轴箱，机体为一两垂直圆柱孔相贯的整体。所以，具有结构简单、重量轻、体积小、振动小、噪音低、润滑油消耗少、效率高、寿命长等优点。可用作制冷压缩机、真空泵、空压机等。用作车用空压机效果更佳。

Description

曲柄园滑块往复活塞式压缩机

本发明涉及往复活塞式压缩机。

常规往复活塞式压缩机，都是采用传统的曲柄连杆机构，将曲轴的旋转运动转变为活塞的往复运动，由于有一根长度较大的连杆，所以机器体积庞大，结构复杂。另外，由于这种结构没有考虑热力过程对容积变化的要求，活塞的运动复杂，其运动方程式为X＝γ（1-Gosωt）+L（1- $\sqrt{{\mathrm{1-\gamma /Lsin}}^2\mathrm{\omega t)}}$ ，γ为曲柄半径，L为连杆长度，ω为曲轴旋转角速度，t为时间。加上连杆的摆动等因素，使得往复和摆动运动引起的惯性力难于平衡、因此，效率较低，振动大，噪音高，零件磨损较快。

人们为了觅求更合理的结构来代替它，发明了多种无连杆结构形式，其中以曲柄滑块机构亦称正弦机构较为简单。用于这种机构的滑块外形大都是矩形，如US4373876专利所描述的就是如此。由于矩形滑块为平面摩擦付，润滑不易保证，机械效率较低，不宜用于高速，高负荷的情况。平面付加工和装配也很困难，制造成本高。另外由于行程＝2γ，当行程/缸径＞0.5时，机构变得庞大，而且使用方滑块时，活塞导向部份还要有导向装置，机器体积也会很庞大，实用性受到局限。

本发明力图解决压缩机中存在的上述难题，提供一种采用改进了的曲柄圆滑块机构保持活塞作往复运动的压缩机，从而达到既继承传统机的主要优点及其成就，又减少机器零件，减轻机器重量，缩小机器体积，提高机械效率的目的。

本发明的压缩机主要由机体（1）、气缸（2）、缸盖（3）、底盖（4）、轴承座（5）、轴承（6）、单拐悬臂曲轴（7）、活塞（8）等组成，其气缸与机体做成一个整体与常规机不同之处是，本发明的压缩机用一个曲柄圆滑块机构将曲轴的旋转运动转变为活塞的往复运动。为了保证曲轴的旋转运动可靠地转变为活塞的往复运动，在曲柄圆滑块机构上配置有一对内齿轮付，其齿轮（9）的齿数与内齿圈（10）的齿数比为1∶2。

本发明的活塞有一延伸的如图2所示的导向部分（11）。在活塞导向部分中心线上开有直径大于圆滑块（12）外径的圆孔（13），圆滑块（12）装于此孔内，接触面为滚动摩擦付，可采用在圆孔内装衬套（13），衬套内壁上装滚针（14），形成滚针轴承的结构。所述的圆滑块（12）上开有偏心圆孔（15），孔径略大于曲轴颈直径，偏心距大小等于曲轴的曲柄半径γ。曲轴颈装于此孔中，接触表面为滚动摩擦付，可采取与前述相同的结构，即在偏心圆孔中装滚针形成滚动轴承的结构。为了使滑块的运动平衡，在圆滑块上开有扇形槽（16）和去重孔（17）。内齿轮付由固接在活塞导向部分上的内齿圈（10）和装在曲轴上的齿轮（9）啮合组成。内齿圈与活塞导向部份的固接方式可采取铆接方式（图5），也可采取胶接等其他方式。齿轮与圆滑块之间装有挡圈（18），并用一个定位销（19）轴向定位（图8）。所述的机体没有专门的曲轴箱，为一两垂直圆柱孔相贯的整体，一孔安装活塞并形成气缸，另一孔安装曲轴。其上有散热片结构和安装孔及螺孔。

本发明的压缩机在工业上有着十分广泛的用途，可用作制冷压缩机，真空泵，空压机等，尤其作为车用空压机更为适宜。而空压机用于间断供气的场合时，常需要自动离合空压机的动力源。例如车用空压机，行驶过程中需要空压机供气的时间仅为行驶总时间的1/10～30。常规的空压机大都是不论是否需要压缩空气，只要汽车行驶，空压机构在工作（解放牌汽车所用CA-10型空压机便是如此）。另一种是当不需要压缩空气时，空压机不压气但仍运转（如东风牌汽车上的空压机便是如此）。这都将增加行驶油耗，浪费能源。

本发明的压缩机用作空压机时，在间断供气的情况下，可配有自动离合装置，它由锥形离合器、控制装置、压差式调压阀组成。当储气筒气体压力超过额定最高压力时，调压阀打开，在气压力作用下，控制装置将离合器分离，活塞停止压气。当气压低于额定最低气压时，调压阀关闭，控制装置使离合器合上，活塞继续压气。最佳实施方案如下：曲轴上装有弹簧座（20），两者用键（21）连接，弹簧座上开有2～8个圆孔，孔内放置安簧销（22），销上套有螺旋弹簧（23），弹簧力指向锥面结合方向。弹簧的个数，弹力的大小由调压阀所调定的额定压力大小决定。控制装置由两根拉杆（24），推盘法兰（25）组成，拉杆两端车有螺纹，一端插进锥盘上的小孔内，并用拉环（26）锁紧，另一端与推盘法兰相接，可用螺母（27）连接（图11）。带有自动离合装置的压缩机，其机体上有一气室（28），推盘法兰装于气室中，在气室与推盘法兰间装有导向挡圈（29），挡圈与机体间还装有起密封和传递压力作用的橡胶膜片（30）。压差式调压阀（31）一端接储气筒（32）的压缩空气，一端与气室相通。当压缩空气超过最大额定压力时，压差式调压阀开启，压缩空气进入气室，在推盘法兰上产生一个大于离合器弹簧弹力的作用力，通过拉杆将离合器锥面分开，切断动力，压缩机停止转动。当储气筒压缩空气压力低于最小额定压力时，压差式调压阀关闭，同时气室中的压缩空气通过调压阀上的泄气孔放掉，在离合器弹簧作用下，离合器两锥面结合，压缩机重又开始工作。为了保证动作可靠，在拉杆上可装拉杆复位弹簧（33）。

本发明的压缩机由于省去了连杆，可不用专门的曲轴箱，大大降低了机体的高度，结构简化，容易制成体积小重量轻的机器;又由于活塞的运动方程为S＝2γ（1-cosωt），V＝2γωsinωt;α＝2γω〈`;2;`〉cosωt;（其中γ为曲柄半径亦为圆滑块的偏心距，ω为曲轴旋转角速度，S表示活塞位移，V表示活塞运动的速度，α表示活塞运动的加速度）。可见活塞按简谐规律作往复直线运动，与曲柄连杆机构的压缩机相比，没有二阶及二阶以上的往复惯进力，也没有连杆的摆动效应，故振动小、噪音低;另外本发明的压缩机除活塞与缸壁系滑动付外，整个机器全部采用滚动摩擦付，这样，一方面摩擦损失小，效率高，润滑油消耗少，寿命长;另一方面余隙容积可做得最小，用于高原、高空，比常规机更为优越。由于采用了带偏心圆孔的圆滑块，活塞行程为S＝4γ，与曲柄半径相同的同类方滑块机相比，行程可增加一倍。本发明的压缩机还具有很广的适应性，只要将底盖结构改变，便可装于汽车或各种机器上，而且结构简单，维修方便，装拆简易。另外，只要将曲轴，机体的结构稍加改变，便可做成多缸或双作用式压缩机。如用作空压机与同类常规空压机相比，本发明的空压机重量轻50%以上，窜耗油量不到常规机的1/100，装于汽车上，起步充气时间缩短1/2～2/3配以自动离合装置，可节约行车油耗3%以上。

附图说明

图1为压缩机的结构图。其中（1）为机体，（2）为气缸，（3）为缸盖，（4）为底盖，（5）为轴承座，（6）为轴承，（7）为悬臂单拐曲轴，（8）为活塞，（9）为齿轮，（10）为内齿圈，（12）为圆滑块。

图2为活塞（8）的立体图。其中（11）为导向部分，（13）表示圆孔。

图3为活塞总成的正视图。其中（10）为内齿圈，（13）为衬套，（14）为滚针。

图4为图3的A向视图。

图5为表示铆接的局部剖视图。

图6为圆滑块（12）的正视图。其中（15）表示偏心圆孔，（16）表示扇形槽，（17）表示去重孔，γ为偏心距。

图7为图6的1-1剖视图。

图8为曲轴总成的结构示意图。其中（18）为挡块，（19）为小齿轮的定位销。

图9为带有自动离合机构的压缩机的结构示意图。其中（20）为安簧座，（21）表示键，（22）为安簧销，（23）为弹簧，（25）为法兰盘，（28）表示气室，（29）为橡胶膜片，（30）为导向挡圈。

图10为带有自动离合器的压缩机的左视图。（31）为压差式调压阀，（32）为储气筒。

图11为自动离合装置总成结构示意图。其中（26）为拉环，（27）为螺母，（24）为拉杆，（33）为复位弹簧。

实施例：

根据本发明制造空压机，用铝合金铸造出带导向部分的活塞（8），用铸铁铸造出机体（1）。内齿轮付、曲轴和其他零件分别用普通结构钢、碳素结构钢、铸铁，通过车、铣、磨等加工方法制得。把有关零件组装成图3所示的活塞总成和如图8所示的曲轴总成。将活塞总成装入气缸体内，曲轴总成通过轴承孔插入缸体，并使圆滑块（12）进入活塞导向部分的孔内。拧紧有关联接螺栓，装上有关附件即可。通过皮带轮接上动力后，曲轴以ω角速度旋转，圆滑块以与曲轴相同的转速，相反的方向在活塞孔内旋转，这时活塞则按2γ（1-cosωt）规律作往复直线运动，其行程为4γ。当曲轴旋转到圆滑块的外圆中心与曲轴主轴心线相重合时，将出现“活点”，即曲轴旋转而活塞不动。但由于内齿轮付的作用可克服此“活点”，保持活塞连续运动。如输入轴功率为1.5ps，标定转速为1000γpm，向35升容积充气升压到8kgF/cm²所需时间不到2分钟。该机净重小于10公斤。

Claims (13)

1、一种曲柄圆滑块往复活塞式压缩机，它由机体、气缸、缸盖、底盖、轴承座、轴承、悬臂单拐曲轴、活塞、滑块等组成，其特征在于所述的滑块为圆滑块，所述的活塞有一延伸的导向部分，其中心线上开有圆孔，圆滑块装在此孔内，并为滚动摩擦付接触，在圆滑块上距圆心为曲柄半径γ处开有直径略大于曲轴颈直径的圆孔，曲轴颈装于此孔中，亦为滚动摩擦付接触，还有一对内齿轮付，它由固接在活塞导向部分上的内齿圈和装在曲轴上的齿轮啮合组成，齿轮与齿圈的齿数比为1∶2。

2、根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于所述的机体无专门的曲轴箱，而为一个由两垂直圆柱孔相贯的整体，一孔安装活塞并形成气缸，另一孔安装曲轴。

3、根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于所述的活塞圆孔内装有衬套，衬套内壁均匀地装有形成滚动轴承的滚针。

4、根据权利要求3所述的压缩机，其特征在于所述圆滑块上的偏心圆孔内装有形成滚动轴承的滚针。

5、根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于内齿圈铆接或铰接在活塞导向部分上。

6、根据权利要求5所述的压缩机，其特征在于圆滑块与齿轮之间装有挡圈，齿轮用定位销轴向定位。

7、根据权利要求1、2、3、4、5、6所述的压缩机，其特征在于圆滑块上开有起平衡作用的去重孔和扇形槽。

8、根据权利要求7所述的压缩机，其特征在于有一个自动离合装置，所述的自动离合装置由锥形离合器，控制装置，压差式调压阀组成。

9、根据权利要求8所述的压缩机，其特征在于有一弹簧座，通过键连接装在曲轴上，在弹簧座上开有2～8个圆孔，孔内放置安簧销，销上套有螺旋弹簧，弹力指向离合器锥面结合方向。

10、根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于所述的控制装置由两根拉杆，推盘法兰组成，拉杆两端车有螺纹，一端插进推盘小孔内并用拉环锁紧，另一端与推盘法兰相接。

11、根据权利要求10所述的压缩机，其特征在于机体上有一气室，所述的推盘法兰装于气室中，在气室与推盘法兰间装有挡圈，挡圈与机体间还装有起密封作用的橡胶膜片。

12、根据权利要求11所述的压缩机，其特征在于拉杆上装有复位弹簧。

13、根据权利要求11、12所述的压缩机，其特征在于所述压差式调压阀一端与储气筒的压缩空气相通，一端与压缩机机体上的气室相通。

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