專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種可變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，特別是一種可用于壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、泵類(lèi)機(jī)械等裝置的一種變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
容積式壓縮機(jī)中目前應(yīng)用最廣泛的是往復(fù)式活塞壓縮機(jī)，其主要缺點(diǎn)是震動(dòng)大，轉(zhuǎn)數(shù)不高，機(jī)器體積大而且重，優(yōu)點(diǎn)是密封性好，排氣壓力高?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是震動(dòng)小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，缺點(diǎn)是密封性差，只能用于一定的排量與壓力范圍，有些結(jié)構(gòu)的制造精度和成本過(guò)高，單級(jí)壓縮達(dá)不到較高的壓力，例如渦旋式壓縮機(jī)。
中國(guó)專(zhuān)利曾經(jīng)公布了本人的一項(xiàng)發(fā)明申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?5100200，提出了一種球形容積式壓縮機(jī)的概念，但經(jīng)過(guò)申請(qǐng)人在隨后對(duì)其空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力和受力分析、密封和潤(rùn)滑條件以及熱力學(xué)性能的進(jìn)一步深入分析研究，認(rèn)為該發(fā)明申請(qǐng)存在以下不足和致命缺陷1、驅(qū)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)盤(pán)間通過(guò)一轉(zhuǎn)盤(pán)球面銷(xiāo)連接，而轉(zhuǎn)盤(pán)球面銷(xiāo)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸曲柄斜孔的竄動(dòng)并未被限制，從而使轉(zhuǎn)盤(pán)球面銷(xiāo)成為一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)件；另外，活塞與缸體的連接是通過(guò)一個(gè)球面銷(xiāo)相接觸，這種連接關(guān)系使活塞與活塞球面銷(xiāo)之間無(wú)確定的軸向約束，活塞球面銷(xiāo)本身可以有自身的軸向竄動(dòng)，而活塞與轉(zhuǎn)盤(pán)之間的連接方式又是半柱面的方式，無(wú)法約束兩者的分離趨勢(shì)。由空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析理論便可知，該方案違背了空間機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，容易發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，個(gè)別零件易呈多自由度無(wú)序動(dòng)作，在實(shí)際中無(wú)法進(jìn)行實(shí)施，無(wú)工程使用價(jià)值。
2、活塞與轉(zhuǎn)盤(pán)采用半圓柱銷(xiāo)連接的方式是錯(cuò)誤的，在V1和V2有高壓介質(zhì)時(shí)，兩個(gè)零件有分離趨勢(shì)，并無(wú)法約束，這樣使所有制造誤差累計(jì)到此連接面，從而完全喪失密封作用，并導(dǎo)致活塞受力條件惡化產(chǎn)生失控運(yùn)動(dòng)并卡死；3、需要?dú)忾y控制進(jìn)、排氣過(guò)程；4、每個(gè)球腔內(nèi)有5個(gè)主要運(yùn)動(dòng)件活塞、活塞球面銷(xiāo)、轉(zhuǎn)盤(pán)、轉(zhuǎn)盤(pán)球面銷(xiāo)、驅(qū)動(dòng)軸，零件數(shù)量過(guò)多，機(jī)構(gòu)過(guò)于繁雜；5、采用齒輪傳遞動(dòng)力的方式，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是設(shè)計(jì)一種可用于壓縮機(jī)的一種新型變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，克服了上述壓縮機(jī)的缺點(diǎn)及專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?5100200的公開(kāi)文獻(xiàn)的缺陷，使采用該新型變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)既密封可靠又震動(dòng)小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、易于制造并無(wú)進(jìn)/排氣閥、效率高。
設(shè)計(jì)一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，包括一缸體、缸蓋、活塞、轉(zhuǎn)盤(pán)、中心銷(xiāo)、主軸、主軸支架；缸體和缸蓋通過(guò)螺釘相連形成一個(gè)球形內(nèi)腔，缸蓋上有一軸承座孔、一進(jìn)氣口和一排氣口，其特征是活塞具有球形頂面、從球形頂面伸出的活塞銷(xiāo)軸、兩個(gè)成一定角度的側(cè)平面、進(jìn)/排氣通道及在兩個(gè)側(cè)面下部的活塞銷(xiāo)座構(gòu)成的類(lèi)似楔型塊的結(jié)構(gòu)；兩側(cè)面及其上的進(jìn)/排氣通道分別以活塞銷(xiāo)軸的中心線為軸成軸對(duì)稱(chēng)；上述活塞銷(xiāo)軸與缸蓋上的軸承座孔通過(guò)軸承相配接，活塞的球形頂面與上述球形內(nèi)腔為密封動(dòng)配合，活塞可繞活塞銷(xiāo)軸的中心線自由轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤(pán)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似球臺(tái)形，其轉(zhuǎn)盤(pán)小端面的中心伸出一轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸，轉(zhuǎn)盤(pán)的球面部分與上述球形內(nèi)腔具有相同的球心并緊貼球形內(nèi)腔形成密封動(dòng)配合；在轉(zhuǎn)盤(pán)大端面上，與活塞銷(xiāo)座相對(duì)應(yīng)有一轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座，轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座的圓柱銷(xiāo)孔軸線通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)球面部分的球心；并與轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸的軸線相垂直；轉(zhuǎn)盤(pán)的形狀以轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸的軸線成軸對(duì)稱(chēng)；中心銷(xiāo)插入轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座與活塞銷(xiāo)座相配的形成的柱面銷(xiāo)座構(gòu)成柱面鉸鏈，活塞與轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)柱面鉸鏈相連，將轉(zhuǎn)盤(pán)的大端面與上述球形內(nèi)腔形成的半球形空間隔成工作室V1和工作室V2；中心銷(xiāo)、轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座和活塞銷(xiāo)座之間為密封動(dòng)配合，柱面鉸鏈與上述球形內(nèi)腔相接觸的兩端面與球形內(nèi)腔為密封動(dòng)配合；上述活塞銷(xiāo)軸和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸及主軸的軸線都通過(guò)上述球形內(nèi)腔的球心，并且活塞銷(xiāo)軸和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸的軸線與主軸的軸線形成相同的夾角α；主軸支架通過(guò)螺釘與缸體相連，為主軸的旋轉(zhuǎn)提供支撐，主軸相對(duì)于主軸支架只能作繞主軸軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；主軸的一端為偏心曲柄，偏心曲柄位于缸體內(nèi)與轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸相連，另一端與動(dòng)力機(jī)構(gòu)相連，為壓縮機(jī)變?nèi)萏峁﹦?dòng)力。
所述活塞的類(lèi)似楔型塊的結(jié)構(gòu)為由兩個(gè)成一定角度的相交面與一球面相交形成的一個(gè)楔型塊結(jié)構(gòu)，該球面與上述球形內(nèi)腔相配并具有形同的球心；在活塞球形頂面的中心伸出一圓柱銷(xiāo)軸，該活塞圓柱銷(xiāo)軸的軸線通過(guò)活塞的球形頂面的球心；在活塞兩側(cè)面的下方連接有活塞銷(xiāo)座，該活塞銷(xiāo)座的圓柱銷(xiāo)孔的軸線經(jīng)過(guò)活塞球形頂面的球心、與活塞銷(xiāo)軸的軸線垂直并且位于上述兩相交面的對(duì)稱(chēng)分界面上；上述球面、相交平面及活塞銷(xiāo)座的圓柱外表面相交形成活塞的兩側(cè)面，在活塞兩側(cè)面上各有一凹入球面部分的進(jìn)/排氣通道。
作為轉(zhuǎn)盤(pán)的另一種結(jié)構(gòu)形式，所述球臺(tái)形轉(zhuǎn)盤(pán)的大端面上有一與活塞側(cè)面上凹下的進(jìn)/排氣通道相對(duì)應(yīng)突出的凸塊結(jié)構(gòu)；上述缸蓋上的排氣口和進(jìn)氣口為無(wú)氣閥布置；排氣口是在當(dāng)一個(gè)工作室壓縮到一定狀態(tài)時(shí)排氣；進(jìn)氣口是在當(dāng)工作室壓縮排氣后開(kāi)始進(jìn)氣，體積增達(dá)到一定程度時(shí)關(guān)閉；進(jìn)氣口和排氣口與兩工作室的連通是通過(guò)活塞的球形頂面和進(jìn)/排氣通道與上述球形內(nèi)腔相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的配合中依次完成。
在實(shí)際應(yīng)用中，為進(jìn)一步加強(qiáng)密封可根據(jù)需要，在活塞、轉(zhuǎn)盤(pán)的球面與球形缸體相配合的部分增加密封件；在活塞與轉(zhuǎn)盤(pán)鉸接的圓柱銷(xiāo)與銷(xiāo)座配合部分、銷(xiāo)座與銷(xiāo)座配合部分增加密封件。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.只有活塞、轉(zhuǎn)盤(pán)和主軸3個(gè)主要運(yùn)動(dòng)件，運(yùn)動(dòng)零件少，結(jié)構(gòu)緊湊；無(wú)進(jìn)、排氣閥，氣體壓縮余隙理論上為零；活塞與轉(zhuǎn)盤(pán)、活塞與缸蓋、轉(zhuǎn)盤(pán)與主軸、主軸與缸體之間均為可靠的連接配合，零件受力情況較好，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，單級(jí)壓力高；2.圍成工作腔的的零件之間的配合為面接觸，形成良好的摩擦副，減少了摩擦損失；同時(shí)密封性好，減少了泄漏損失；易于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；3.無(wú)往復(fù)運(yùn)動(dòng)件，動(dòng)平衡特性好，震動(dòng)?。?.與渦旋式等多數(shù)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)相比，零件需要精密加工的部位全部為規(guī)則的球面、平面或柱面，制造成本低，易于加工。
圖6為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中活塞和轉(zhuǎn)盤(pán)的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系7為第二個(gè)實(shí)施例中活塞結(jié)構(gòu)圖；圖8為第二個(gè)實(shí)施例中轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)圖；圖中1為缸體，2為缸蓋，3為球形內(nèi)腔，4為活塞，5為轉(zhuǎn)盤(pán)，6為中心銷(xiāo)，7為主軸，8為主軸支架，9、10為軸承，11為軸承端蓋，12為活塞變形結(jié)構(gòu)，13為螺釘，14為轉(zhuǎn)軸、15為轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)，16為柱套，17為主軸孔，18為排氣口，19為進(jìn)氣口，20為軸承座孔，21為活塞球形頂面，22為活塞銷(xiāo)軸，23為側(cè)面，24為活塞銷(xiāo)座，25為活塞圓柱銷(xiāo)孔，26為轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座，27為轉(zhuǎn)盤(pán)圓柱銷(xiāo)孔，28為轉(zhuǎn)盤(pán)大端面，29為轉(zhuǎn)盤(pán)球面，30為轉(zhuǎn)盤(pán)小端面，31為轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸，32為進(jìn)/排氣通道，33為彈簧檔圈，34為鎖緊螺母，35為止退螺母。
如圖3所示，活塞4是由球形頂面21、兩個(gè)成一定角度的側(cè)面23、進(jìn)/排氣通道32及在兩個(gè)側(cè)面23下部的活塞銷(xiāo)座24構(gòu)成的類(lèi)似楔型塊的結(jié)構(gòu)；其結(jié)構(gòu)特征如下由兩個(gè)成一角度的相交面與一球面相交形成的一個(gè)楔型塊結(jié)構(gòu)，該球面與球形內(nèi)腔3相配并具有形同的球心；在活塞球形頂面21的中心伸出一活塞銷(xiāo)軸22，活塞銷(xiāo)軸22的軸線通過(guò)活塞球形頂面21的球心；上述球面、兩相交面及活塞銷(xiāo)座24的圓柱外表面相交形成活塞4的兩側(cè)面23，在活塞兩側(cè)面23上各有一凹入球面部分的進(jìn)/排氣通道32；兩側(cè)面及其上的進(jìn)/排氣通道32以活塞銷(xiāo)軸22的中心線為軸成軸對(duì)稱(chēng)；在兩側(cè)面23的下方連接有活塞銷(xiāo)座24，該活塞銷(xiāo)座24的活塞圓柱銷(xiāo)孔25的軸線經(jīng)過(guò)活塞球形頂面21的球心、與活塞銷(xiāo)軸22的軸線垂直并且位于上述兩相交面的對(duì)稱(chēng)分界面上；活塞銷(xiāo)軸22通過(guò)軸承10與缸蓋2上的軸承孔座20相配接，軸承10選用球軸承，在軸承孔座20的端面上通過(guò)螺釘13加裝一軸承端蓋11；活塞球形頂面21緊貼球形內(nèi)腔3內(nèi)壁并使活塞4可繞活塞銷(xiāo)軸22的中心線自由轉(zhuǎn)動(dòng)；如

圖1、圖4所示，轉(zhuǎn)盤(pán)5為球臺(tái)形，其轉(zhuǎn)盤(pán)小端面30的中心伸出一圓柱形的轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸31，轉(zhuǎn)盤(pán)球面29與球形內(nèi)腔3具有相同的球心并緊貼球形內(nèi)腔3；在轉(zhuǎn)盤(pán)大端面28上，與活塞銷(xiāo)座24相對(duì)應(yīng)有一轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座26，轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座26的轉(zhuǎn)盤(pán)圓柱銷(xiāo)孔27的軸線通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)球面29的球心，并與轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸31的軸線相垂直；轉(zhuǎn)盤(pán)5的形狀以轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸31的軸線成軸對(duì)稱(chēng)；轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座26與活塞銷(xiāo)座24相配形成一個(gè)貫通球面內(nèi)腔3直徑的具有密封性的柱面銷(xiāo)座；中心銷(xiāo)6插入轉(zhuǎn)盤(pán)5和活塞4形成的柱面銷(xiāo)座中構(gòu)成柱面鉸鏈，柱面銷(xiāo)座及中心銷(xiāo)6與球形內(nèi)腔3接觸的端面為球面、與球形內(nèi)腔3相配并具有相同的球心，中心銷(xiāo)6作為柱面鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，其軸線通過(guò)球形內(nèi)腔3的球心并與活塞銷(xiāo)軸22的軸線相垂直，通過(guò)柱面鉸鏈?zhǔn)够钊?相對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)5可繞中心銷(xiāo)6自由轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)活塞4將轉(zhuǎn)盤(pán)5的大端面與球形內(nèi)腔3形成的半球形空間隔成工作室V1和工作室V2；缸蓋2上的排氣口18和進(jìn)氣口19無(wú)氣閥；排氣口18是在當(dāng)一個(gè)工作室壓縮到一定狀態(tài)時(shí)排氣；進(jìn)氣口19是在當(dāng)工作室壓縮排氣后開(kāi)始進(jìn)氣時(shí)進(jìn)氣，體積增大到一定程度時(shí)關(guān)閉；進(jìn)氣口19和排氣口18與兩工作室的連通是通過(guò)活塞球形頂面21與球形內(nèi)腔3相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的配合中依次完成；缸蓋2上進(jìn)氣口19和排氣口18的形狀及位置設(shè)計(jì)要滿(mǎn)足以下原則，便可實(shí)現(xiàn)無(wú)進(jìn)/排氣閥工作首先選擇參照系沿缸蓋2上的軸承座口20的軸線方向從外向內(nèi)觀察活塞球形頂面21，此時(shí)活塞4做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；為描述方便，在此設(shè)定前后相對(duì)位置與活塞4的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。
一、缸蓋2上的進(jìn)/排氣口分布在以軸承座孔20的中心線為軸線的半徑分別為R1和R2的圓柱面與缸蓋2的內(nèi)腔表面所形成的環(huán)形球面區(qū)域內(nèi)，R1小于R2，但R2不能大于活塞球形頂面21上的進(jìn)/排氣通道32側(cè)面上距離活塞銷(xiāo)軸22的軸線最遠(yuǎn)點(diǎn)的距離，R1不能小于缸蓋2上軸承座孔20的半徑；二、進(jìn)氣口19的位置1.當(dāng)一個(gè)工作室進(jìn)氣開(kāi)始瞬間，與該工作室相對(duì)應(yīng)的活塞球形頂面21上的進(jìn)/排氣通道32的前邊沿與缸蓋2內(nèi)表面上的進(jìn)氣口19的后邊沿相切或重合；2.當(dāng)該工作室結(jié)束進(jìn)氣瞬間，與該工作室相對(duì)應(yīng)的活塞球形頂面21上的進(jìn)/排氣通道32的后邊沿與缸蓋2內(nèi)表面上的進(jìn)氣口19的前邊沿相切或重合；3.以上整個(gè)過(guò)程中，缸蓋2上的排氣口18與該工作室不導(dǎo)通。三、排氣口18的位置1.當(dāng)介質(zhì)壓縮到排氣壓力工作室排氣開(kāi)始瞬間，與該工作室相對(duì)應(yīng)的活塞球形頂面21上的進(jìn)/排氣通道32的前邊沿與缸蓋2內(nèi)表面上的排氣口18的后邊沿相切或重合；2.排氣結(jié)束瞬間，與該工作室相對(duì)應(yīng)的活塞球形頂面21上的進(jìn)/排氣通道32的后邊沿與缸蓋2內(nèi)表面上的排氣口18的前邊沿相切或重合；3.以上整個(gè)過(guò)程中，缸蓋2上的進(jìn)氣口19與該工作室不導(dǎo)通。
活塞球形頂面21和轉(zhuǎn)盤(pán)球面29與球形內(nèi)腔3的配合是可以相對(duì)運(yùn)動(dòng)的具有密封性能的配合，上述柱面鉸鏈中活塞銷(xiāo)座24與轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座25、活塞銷(xiāo)座24與中心銷(xiāo)6、轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座25與中心銷(xiāo)6之間的配合均是可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的具有密封功能的配合；上述活塞的銷(xiāo)軸22和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸31及主軸7的軸線都通過(guò)球形內(nèi)腔3的球心，并且活塞銷(xiāo)軸22和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸31的軸線與主軸7形成相同的夾角α。
主軸支架8通過(guò)螺釘13與缸體1相連，缸體1上有主軸孔17，主軸7通過(guò)主軸支架8與缸體1相連，主軸7的一端為偏心曲柄，偏心曲柄位于缸體2內(nèi)與轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸31相連，轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸31與鑲?cè)肫那械那蜉S承9相配連接，軸承9的軸線與轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸31的軸線相同，主軸7的軸徑與主軸支架8的中心孔為動(dòng)配合，主軸可繞中心孔自由轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸7的另一端從主軸支架8的中心孔伸出，與動(dòng)力機(jī)構(gòu)相連，為壓縮機(jī)變?nèi)萏峁﹦?dòng)力。
主軸7伸出主軸支架8的部分帶有與驅(qū)動(dòng)電機(jī)或其它啟動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的鍵槽或螺紋等，為防止主軸7的軸向竄動(dòng)，在主軸7與主軸支架8相配的滑動(dòng)軸徑的內(nèi)側(cè)設(shè)置一臺(tái)階，外側(cè)通過(guò)彈簧檔圈33和鎖緊螺母34、止腿螺母35形成一個(gè)壓緊結(jié)構(gòu)；主軸7驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)5轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)5帶動(dòng)活塞4轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞4繞活塞銷(xiāo)軸22并緊貼球形內(nèi)腔3的表面轉(zhuǎn)動(dòng)，使形成的兩個(gè)工作室V1和V2依次吸氣、壓縮、排氣，完成壓縮機(jī)功能；主軸7每旋轉(zhuǎn)兩周，工作室V1和工作室V2依次完成一次吸氣和排氣。圖1所示為一個(gè)工作室達(dá)到最大容積、另一個(gè)工作室容積壓縮為零的狀態(tài)。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例是活塞與轉(zhuǎn)盤(pán)的連接方式及連接結(jié)構(gòu)不同外，其它與第一個(gè)實(shí)施例相同；如圖6所示為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的活塞與轉(zhuǎn)盤(pán)的連接結(jié)構(gòu)圖，活塞4與轉(zhuǎn)盤(pán)5不是通過(guò)中心銷(xiāo)6形成的柱面鉸鏈連接，活塞4和轉(zhuǎn)盤(pán)5分別變形為活塞變形結(jié)構(gòu)12和轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)15，在活塞變形結(jié)構(gòu)12和轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)15上沒(méi)有活塞銷(xiāo)座24和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座26，在原活塞4的兩側(cè)面23的下端緊固連接一個(gè)以原活塞4的活塞圓柱銷(xiāo)孔25的中心線為軸線的“Ω”型圓柱轉(zhuǎn)軸14，轉(zhuǎn)軸14與活塞變形結(jié)構(gòu)12的緊固連接可以根據(jù)工藝要求采用螺栓連接；“Ω”型轉(zhuǎn)軸14的兩端面與球形內(nèi)腔3表面為密封動(dòng)配合；以原轉(zhuǎn)盤(pán)5的轉(zhuǎn)盤(pán)圓柱銷(xiāo)孔27的中心線為軸在轉(zhuǎn)盤(pán)大端面28形成一與上述“Ω”型轉(zhuǎn)軸相配的帶開(kāi)口的“C”型柱套16，在“C”型柱套的橫截面上開(kāi)口角度β∠180度；活塞變形結(jié)構(gòu)12通過(guò)其上的轉(zhuǎn)軸14和轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)15上的柱套16構(gòu)成密封轉(zhuǎn)動(dòng)配合。
上述“C”型柱套16在其軸線方向可以為分段式，且各段的“C”型開(kāi)口方向可以不同；從受力及密封角度考慮，實(shí)際應(yīng)用中，“C”型柱套16的一般為分段式并且“C”型的開(kāi)口方向不同，為此在上述“Ω”型圓柱轉(zhuǎn)軸(14)與活塞體連接的根部位置設(shè)置與“C”型的開(kāi)口相配的結(jié)構(gòu)，使在活塞變形結(jié)構(gòu)(12)與轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)(15)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置時(shí)，“C”型柱套16的頂部能完全嵌入上述Ω”型圓柱轉(zhuǎn)軸(14)的轉(zhuǎn)軸根部，并占滿(mǎn)空間。
不論是對(duì)第一個(gè)實(shí)施例還是第二個(gè)實(shí)施例，作為轉(zhuǎn)盤(pán)5或者是轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)15，還可以有另一種結(jié)構(gòu)，在所述轉(zhuǎn)盤(pán)5或者轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)15的大端面28上與活塞側(cè)面23上的凹下的進(jìn)/排氣通道32相對(duì)應(yīng)可以有突出的凸塊結(jié)構(gòu)。該凸塊結(jié)構(gòu)在活塞4與轉(zhuǎn)盤(pán)5或者是在活塞變形結(jié)構(gòu)12與轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)15相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置時(shí)，凸塊能完全嵌入活塞4或者活塞變形結(jié)構(gòu)15的進(jìn)排氣通道32內(nèi)，并占滿(mǎn)空間。其優(yōu)點(diǎn)是能保證工作室充分壓縮，壓縮余隙最小。
為進(jìn)一步減小壓縮余隙，上述兩個(gè)實(shí)施例中，活塞4或活塞變形結(jié)構(gòu)12兩側(cè)面與相應(yīng)的轉(zhuǎn)盤(pán)5或轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)15的轉(zhuǎn)盤(pán)大端面28的形狀相適應(yīng)，并在活塞與轉(zhuǎn)盤(pán)繞柱面鉸鏈的銷(xiāo)軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置時(shí)能完全貼合。
第一個(gè)實(shí)施例及第二個(gè)實(shí)施例中，活塞4與轉(zhuǎn)盤(pán)5、活塞變形結(jié)構(gòu)12與轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)15的連接方式的突出特點(diǎn)是在壓縮過(guò)程中，所形成的連接副能約束活塞4與轉(zhuǎn)盤(pán)5、活塞變形結(jié)構(gòu)12與轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)15之間的分離趨勢(shì)，始終確保有效密封，并確保該空間機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)運(yùn)行，抗干擾能力強(qiáng)；第一個(gè)實(shí)施例中的有中心銷(xiāo)6的柱面鉸鏈連接的承載能力大，適合于壓力較大、負(fù)載較高的壓縮機(jī)，第二個(gè)實(shí)施例中的轉(zhuǎn)軸14和柱套16形成的轉(zhuǎn)動(dòng)副的承載能力相對(duì)較小，但至少可減少一個(gè)圓周方向的泄漏間隙，密封性更好。
上述活塞銷(xiāo)軸22和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸31的軸線與主軸7的軸線形成的夾角α大小的最佳范圍是10度到30度；活塞銷(xiāo)軸和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸的軸線與驅(qū)動(dòng)軸形成的夾角α的理論范圍是0到45度，選用10度到30度為最佳范圍有以下優(yōu)點(diǎn)動(dòng)力性能好，運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；各主要運(yùn)動(dòng)件的受力情況較好，易于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)材料、制造工藝要求不高；有利于進(jìn)/排氣口的布置，不需要特殊設(shè)計(jì)，確保無(wú)進(jìn)/排氣閥帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)；結(jié)構(gòu)緊湊；密封、潤(rùn)滑、冷卻問(wèn)題容易解決。
活塞4或活塞變形結(jié)構(gòu)12、轉(zhuǎn)盤(pán)5或轉(zhuǎn)盤(pán)變形機(jī)構(gòu)15、缸體1和缸蓋2選用抗磨的、表面光滑的材料；活塞4、轉(zhuǎn)盤(pán)5與球形內(nèi)腔3為球面接觸，具有良好的密封性；活塞4與轉(zhuǎn)盤(pán)5鉸接的柱面鉸鏈、活塞變形結(jié)構(gòu)12與轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)15形成的轉(zhuǎn)動(dòng)副由于柱面配合同樣可具有良好的密封性；但在實(shí)際應(yīng)用中也可根據(jù)需要在其相配合的部分增加密封件；在活塞4與轉(zhuǎn)盤(pán)5鉸接的中心銷(xiāo)6與柱面銷(xiāo)座配合部分、活塞銷(xiāo)座24與轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座26配合部分增加密封件。
本發(fā)明所述的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)除可應(yīng)用于壓縮機(jī)外，也可用于發(fā)動(dòng)機(jī)、泵類(lèi)機(jī)械等結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，包括一缸體(1)、缸蓋(2)、活塞(4)、轉(zhuǎn)盤(pán)(5)、中心銷(xiāo)(6)、主軸(7)、主軸支架(8)；缸體(1)和缸蓋(2)通過(guò)螺釘(13)相連形成一個(gè)球形內(nèi)腔(3)，缸蓋(2)上有一軸承座孔(20)、一進(jìn)氣口(19)和一排氣口(18)，其特征是活塞(4)具有球形頂面(21)、從球形頂面(21)伸出的活塞銷(xiāo)軸(22)、兩個(gè)成一定角度的側(cè)面(23)、進(jìn)/排氣通道(32)及在兩個(gè)側(cè)面(23)下部的活塞銷(xiāo)座(24)構(gòu)成的類(lèi)似楔型塊的結(jié)構(gòu)；兩側(cè)面(23)及其上的進(jìn)/排氣通道(32)分別以活塞銷(xiāo)軸(22)的中心線為軸成軸對(duì)稱(chēng)；活塞銷(xiāo)軸(22)與缸蓋上的軸承座孔(20)通過(guò)軸承(92)相配接，活塞球形頂面(21)與球形內(nèi)腔(3)為密封動(dòng)配合，活塞(4)可繞活塞銷(xiāo)軸(22)的中心線自由轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤(pán)(5)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似球臺(tái)形，其轉(zhuǎn)盤(pán)小端面(30)的中心伸出一圓柱形的轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸(31)，轉(zhuǎn)盤(pán)球面(29)與球形內(nèi)腔(3)具有相同的球心并緊貼球形內(nèi)腔(3)形成密封動(dòng)配合；在轉(zhuǎn)盤(pán)大端面(28)上，與活塞銷(xiāo)座(24)相對(duì)應(yīng)有一轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座(26)，轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座(26)的轉(zhuǎn)盤(pán)圓柱銷(xiāo)孔(27)的軸線通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)球面(29)的球心，并與轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸(31)的軸線相垂直；轉(zhuǎn)盤(pán)(5)的形狀以轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸(31)的軸線成軸對(duì)稱(chēng)；中心銷(xiāo)(6)插入轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座(26)與活塞銷(xiāo)座(24)相配的形成的柱面銷(xiāo)座構(gòu)成柱面鉸鏈，活塞(4)與轉(zhuǎn)盤(pán)(5)通過(guò)柱面鉸鏈相連，將轉(zhuǎn)盤(pán)大端面(28)與球形內(nèi)腔(3)形成的半球形空間隔成工作室V1和工作室V2；中心銷(xiāo)(6)、轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座(26)和活塞銷(xiāo)座(24)之間為密封動(dòng)配合，柱面鉸鏈與球形內(nèi)腔(3)相接觸的兩端面與球形內(nèi)腔(3)為密封動(dòng)配合；上述活塞銷(xiāo)軸(22)和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸(31)及主軸(7)的軸線都通過(guò)球形內(nèi)腔(3)的球心，并且活塞銷(xiāo)軸(22)和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸(31)的軸線與主軸(7)的軸線形成相同的夾角α；主軸支架(8)通過(guò)螺釘(13)與缸體(1)相連，為主軸(7)的旋轉(zhuǎn)提供支撐，主軸(7)相對(duì)于主軸支架(8)只能做繞主軸軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；主軸(7)的一端為偏心曲柄，偏心曲柄位于缸體(2)內(nèi)與轉(zhuǎn)盤(pán)(5)的銷(xiāo)軸(31)相連，另一端與動(dòng)力機(jī)構(gòu)相連，為壓縮機(jī)變?nèi)萏峁﹦?dòng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，其特征在于所述活塞(4)的類(lèi)似楔型塊的結(jié)構(gòu)為由兩個(gè)成一定角度的相交面與一球面相交形成的一個(gè)楔型塊結(jié)構(gòu)，該球面與球形內(nèi)腔(3)相配并具有相同的球心；在活塞球形頂面(21)的中心伸出一活塞銷(xiāo)軸(22)，活塞銷(xiāo)軸(22)的軸線通過(guò)活塞球形頂面(21)的球心；在兩側(cè)面(23)的下方連接有活塞銷(xiāo)座(24)，該活塞銷(xiāo)座(24)的活塞圓柱銷(xiāo)孔(25)的軸線經(jīng)過(guò)活塞球形頂面(21)的球心、與活塞銷(xiāo)軸(22)的軸線垂直并且位于上述兩相交面的對(duì)稱(chēng)分界面上；上述球面、兩相交面及活塞銷(xiāo)座(24)的圓柱外表面相交形成活塞(4)的兩側(cè)面(23)，在活塞兩側(cè)面(23)上各有一凹入球面部分的進(jìn)/排氣通道(32)；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，其特征是缸蓋(2)上的排氣口(18)和進(jìn)氣口(19)無(wú)氣閥；排氣口(18)是在當(dāng)一個(gè)工作室壓縮到一定狀態(tài)時(shí)排氣；進(jìn)氣口(19)是在當(dāng)工作室壓縮排氣后開(kāi)始吸氣，體積增大到一定程度時(shí)關(guān)閉；進(jìn)氣口(19)和排氣口(18)與兩工作室的連通是通過(guò)活塞球形頂面(21)、進(jìn)/排氣通道(32)與球形內(nèi)腔(3)的表面相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的配合中依次完成；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，其特征是活塞(4)與轉(zhuǎn)盤(pán)(5)不是通過(guò)中心銷(xiāo)(6)形成的柱面鉸鏈連接，活塞(4)和轉(zhuǎn)盤(pán)(5)分別變形為活塞變形結(jié)構(gòu)(12)和轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)(15)，在活塞變形結(jié)構(gòu)(12)和轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)(15)上沒(méi)有活塞銷(xiāo)座(24)和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座(26)，在原活塞(4)的兩側(cè)面(23)的下端緊固連接一個(gè)以原活塞(4)的活塞圓柱銷(xiāo)孔(25)的中心線為軸線的“Ω”型圓柱轉(zhuǎn)軸(14)，“Ω”型圓柱轉(zhuǎn)軸(14)的兩端面與球形內(nèi)腔(3)表面為密封動(dòng)配合；以原轉(zhuǎn)盤(pán)(5)的轉(zhuǎn)盤(pán)圓柱銷(xiāo)孔(27)的中心線為軸在轉(zhuǎn)盤(pán)大端面(28)形成一與上述“Ω”型轉(zhuǎn)軸相配的帶開(kāi)口的“C”型柱套(16)，在“C”型柱套的橫截面上開(kāi)口角度β∠180度；活塞變形結(jié)構(gòu)(12)通過(guò)其上的轉(zhuǎn)軸(14)和轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)(15)上的柱套(16)構(gòu)成密封轉(zhuǎn)動(dòng)配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，其特征是上述“C”型柱套(16)在其軸線方向?yàn)榉侄问?，且各段的“C”型開(kāi)口方向不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，其特征是在活塞變形結(jié)構(gòu)(12)與轉(zhuǎn)盤(pán)變形結(jié)構(gòu)(15)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置時(shí)，“C”型柱套16的頂部能完全嵌入上述Ω”型圓柱轉(zhuǎn)軸(14)的轉(zhuǎn)軸根部，并占滿(mǎn)空間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，其特征是所述轉(zhuǎn)盤(pán)大端面(28)上與活塞側(cè)面(23)上的凹下的進(jìn)/排氣通道(32)相對(duì)應(yīng)有突出的凸塊結(jié)構(gòu)；該凸塊結(jié)構(gòu)在活塞(4)與轉(zhuǎn)盤(pán)(5)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置時(shí)，凸塊能完全嵌入活塞(4)的進(jìn)排氣通道(32)內(nèi)，并占滿(mǎn)空間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項(xiàng)所述的一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，其特征是上述活塞銷(xiāo)軸(22)和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸(31)的軸線與主軸(7)的軸線形成的夾角α大小范圍是10度到30度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項(xiàng)所述的一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，其特征是在活塞(4)、轉(zhuǎn)盤(pán)(5)的球面與球形缸體相配合的部分增加密封件；在活塞(4)與轉(zhuǎn)盤(pán)(5)鉸接的圓柱銷(xiāo)與銷(xiāo)座配合部分、銷(xiāo)座與銷(xiāo)座配合部分有密封件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，球形內(nèi)腔(3)裝有一活塞(4)、一轉(zhuǎn)盤(pán)(5)和主軸(7)三個(gè)運(yùn)動(dòng)件，活塞(4)與轉(zhuǎn)盤(pán)(5)通過(guò)中心銷(xiāo)(6)以柱面鉸鏈形式鏈接；活塞銷(xiāo)軸(22)的軸線和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)軸(31)的軸線與主軸(7)的軸線的夾角α相等，并且這三個(gè)軸線都通過(guò)球形內(nèi)腔(3)的球心；機(jī)構(gòu)空間運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果是當(dāng)驅(qū)動(dòng)主軸是(7)時(shí)，活塞(4)與轉(zhuǎn)盤(pán)(5)始終作繞中心銷(xiāo)6軸線的周期性相對(duì)擺動(dòng)，由于是空間運(yùn)動(dòng)合成的相對(duì)擺動(dòng)，因此無(wú)明顯引起震動(dòng)的運(yùn)動(dòng)要素；主軸每旋轉(zhuǎn)兩周，工作室V1和V2交替進(jìn)行吸氣、壓縮、排氣各一次。本發(fā)明具有無(wú)進(jìn)/排氣閥、運(yùn)動(dòng)件少、震動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、密封可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F04C21/00GK1431400SQ0311450
公開(kāi)日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2003年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月24日
發(fā)明者王陸一 申請(qǐng)人:王陸一