滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)及包括該機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)，更具體地，涉及一種消除了轉(zhuǎn)子與氣缸之間的徑向間隙的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種包括該滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]本節(jié)中的陳述僅提供涉及本公開(kāi)的背景信息，其未必構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)以及利用該機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)、泵等設(shè)備由于零部件少、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，在制冷、流體輸送等很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明旨在提供一種高效率的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)以及包括該機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)，其中，消除了轉(zhuǎn)子與氣缸壁之間的徑向間隙并防止轉(zhuǎn)子與偏心軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一在于提供一種高效率的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)，在該機(jī)構(gòu)的整個(gè)工作過(guò)程中，消除了轉(zhuǎn)子與氣缸壁之間的徑向間隙。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種高效率的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)，其中，避免了轉(zhuǎn)子與偏心軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)了以上目的，該滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)包括:偏心軸；氣缸；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子由所述偏心軸驅(qū)動(dòng)，在所述氣缸中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；和滑片，所述滑片被朝向所述轉(zhuǎn)子抵壓，以在所述氣缸中分隔出工作腔，其中，在所述轉(zhuǎn)子與所述氣缸之間的徑向距離最小處，在所述轉(zhuǎn)子上設(shè)置有能夠抵靠所述氣缸的密封件。
[0008]通過(guò)在轉(zhuǎn)子與氣缸之間的徑向距離最小處設(shè)置密封件，在壓縮機(jī)構(gòu)的整個(gè)工作過(guò)程中簡(jiǎn)單、可靠地實(shí)現(xiàn)密封。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括該滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)。
[0010]通過(guò)本發(fā)明的以上方面，消除了轉(zhuǎn)子與氣缸壁之間的徑向間隙，將壓縮腔之間的泄漏降至最低，提高了壓縮機(jī)構(gòu)的容積效率。并且，避免了轉(zhuǎn)子與偏心軸之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)的零件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低并且運(yùn)行可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0011]以下將參照附圖僅以示例方式描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中:
[0012]圖1示出了常規(guī)的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)的工作原理。
[0013]圖2示出了轉(zhuǎn)子在最靠近氣缸的位置處受到的徑向力和切向力隨偏心軸轉(zhuǎn)角的變化曲線。
[0014]圖3示意性地示出了轉(zhuǎn)子與氣缸之間的徑向間隙。
[0015]圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
[0016]圖5示意性地示出了密封件及其周圍的放大圖。
[0017]圖6、圖7、圖8和圖9按順序示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)的一個(gè)工作循環(huán)。
[0018]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的密封件的接觸力隨偏心軸轉(zhuǎn)角的變化情況。
[0019]圖11和圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的密封件的另外的實(shí)施方式。
[0020]圖13、圖14和圖15示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的凹槽的若干實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1示出了常規(guī)的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)的工作原理。滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)總體上標(biāo)為100，其包括驅(qū)動(dòng)軸102、轉(zhuǎn)子104、氣缸106、滑片108、彈簧110以及進(jìn)氣裝置112和排氣裝置114等。其中，滑片108在彈簧110的作用下始終抵靠在轉(zhuǎn)子104上。驅(qū)動(dòng)軸102上的偏心凸輪103與轉(zhuǎn)子104摩擦配合，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸102在馬達(dá)等動(dòng)力裝置的帶動(dòng)下繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偏心凸輪103帶動(dòng)轉(zhuǎn)子104緊貼氣缸106的內(nèi)壁做公轉(zhuǎn)，從而在轉(zhuǎn)子104與氣缸106之間形成兩個(gè)工作腔，這兩個(gè)工作腔的容積隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的變化而增大或縮小，完成吸氣、壓縮和排氣的過(guò)程。
[0022]具體地，圖1示出了該壓縮機(jī)構(gòu)的一個(gè)工作循環(huán)中的幾個(gè)位置，其中，轉(zhuǎn)子在氣缸中沿逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。在位置I處，滑片左側(cè)的工作腔(下稱“吸氣腔A”)開(kāi)始吸氣，滑片右側(cè)的工作腔(下稱“壓縮腔B”)開(kāi)始?jí)嚎s氣體；在位置II處，吸氣腔A繼續(xù)吸氣，壓縮腔B繼續(xù)壓縮；在位置III處，吸氣腔A繼續(xù)吸氣，當(dāng)壓縮腔B中達(dá)到一定壓力時(shí)，排氣門(mén)打開(kāi)，壓縮腔B開(kāi)始排氣；在位置IV處，吸氣腔A繼續(xù)吸氣，壓縮腔B排氣結(jié)束；在位置V處，吸氣腔A進(jìn)氣結(jié)束，壓縮腔B變得與吸氣腔A連通，并進(jìn)入下一循環(huán)。
[0023]圖2示出了轉(zhuǎn)子在最靠近氣缸的位置處受到的徑向力和切向力隨驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)角的變化曲線，圖的右上角象征性地示出了驅(qū)動(dòng)軸和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置(大圓表示轉(zhuǎn)子，小圓表示驅(qū)動(dòng)軸)，從而示出驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)角為O度的點(diǎn)所表示的轉(zhuǎn)子位置。從該圖中可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于不同位置時(shí)，徑向力的符號(hào)會(huì)出現(xiàn)變化，當(dāng)徑向力為正時(shí)，表示轉(zhuǎn)子會(huì)靠近氣缸壁，從而使二者之間的徑向間隙減??；當(dāng)徑向力為負(fù)時(shí)，表示轉(zhuǎn)子會(huì)遠(yuǎn)離氣缸壁，從而使二者之間的徑向間隙增大。由于轉(zhuǎn)子的上述運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)構(gòu)的徑向間隙不能做得太小，否則在某些區(qū)域可能發(fā)生轉(zhuǎn)子與氣缸壁的干涉，導(dǎo)致摩擦和撞擊。圖3示意性地示出了轉(zhuǎn)子與氣缸之間的徑向間隙D。
[0024]由于存在該不可避免的徑向間隙，使得滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)構(gòu)的壓縮腔(圖1中的右腔)與吸氣腔(圖1中的左腔)之間發(fā)生泄漏損失，容積效率較低。
[0025]另一方面，圖2還示出了轉(zhuǎn)子所受到的相當(dāng)大的切向力。由于在常規(guī)的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子與驅(qū)動(dòng)軸之間僅采用摩擦(過(guò)盈)配合的方式裝配在一起，在某些情況下，該切向力會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與驅(qū)動(dòng)軸之間頻繁地發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)子除了在驅(qū)動(dòng)軸的帶動(dòng)下做公轉(zhuǎn)，還會(huì)進(jìn)行自轉(zhuǎn)。這造成了零件之間的磨擦，并且也降低了壓縮機(jī)構(gòu)的效率，對(duì)于能量利用產(chǎn)生不良影響。
[0026]為了更清楚地展現(xiàn)本發(fā)明的原理，圖4中僅示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)10中的偏心軸20、轉(zhuǎn)子30、氣缸40以及滑片50，而省略了彈簧、進(jìn)氣裝置、排氣裝置以及其它部件，這些部件是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)10的一個(gè)改進(jìn)之處在于，除了常見(jiàn)滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)構(gòu)所具有的滑片以外，在轉(zhuǎn)子30與氣缸40之間的徑向間隙最小的位置處，在轉(zhuǎn)子30上設(shè)置有能夠抵靠氣缸40的密封件60。
[0028]具體而言，在轉(zhuǎn)子30的、轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中距氣缸壁42最近的位置處，在轉(zhuǎn)子30的外表面上設(shè)置有凹槽32，凹槽32的軸向長(zhǎng)度可以大致等于轉(zhuǎn)子30的軸向長(zhǎng)度。密封件60嵌入到凹槽32中，從而使得密封件60的表面62與氣缸40的內(nèi)壁42相接觸。
[0029]密封件60例如可以由特氟龍等樹(shù)脂材料制成，也可以由銅、鐵、鋁等金屬材料制成，只要該材料能夠耐受該滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)構(gòu)內(nèi)部的工作環(huán)境，并且提供密封所需的強(qiáng)度即可。
[0030]圖5夸大地示出了凹槽32和密封件60的細(xì)節(jié)，并且示出了密封件60的受力。應(yīng)當(dāng)注意，圖5中的部件并非按比例繪制。如圖5所示，密封件60呈滑塊的形式，在垂直于軸向的截面中，密封件60的周向方向上的厚度小于凹槽32的厚度，凹槽60的徑向方向上的寬度小于凹槽32與徑向間隙的寬度之和，從而在密封件60與凹槽32之間的兩個(gè)方向上都具有間隙，以允許壓縮腔的壓力通過(guò)密封件60的一側(cè)引入到密封件60的背對(duì)氣缸40的背面64處。另外，密封件60的尺寸應(yīng)當(dāng)確保在壓縮機(jī)構(gòu)的整個(gè)工作循環(huán)中，密封件60都能夠保持在凹槽32內(nèi)而不會(huì)脫落。
[0031]密封件60受到壓縮腔壓力Pc和吸氣腔壓縮Ps施加的力，壓縮腔壓力Pc大于吸氣腔壓力Ps，在如上所述的結(jié)構(gòu)中，兩者的壓力差ΛΡ (AP=Pc-Ps)導(dǎo)致將密封件60朝下并朝向氣缸壁42擠壓。
[0032]密封件60與氣缸壁42之間的接觸力F與壓力差Λ P和密封件60的受力面積S成正比。
[0033]密封件60的受力面積S=LXW,其中，L為密封件60的軸向方向(圖5中與紙面垂直的方向)上的長(zhǎng)度(圖中未示出)，W為滑塊的周向方向上的厚度。
[0034]由于在滾動(dòng)式轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)構(gòu)10的幾乎整個(gè)工作過(guò)程中，壓縮腔壓力Pc都大于吸氣腔壓力Ps，因此接觸力F總能保持正值。通過(guò)將接觸力F保持為正值，在整個(gè)工作過(guò)程中防止了密封件60脫離氣缸壁42。從而消除了轉(zhuǎn)子30與氣缸40之間的徑向間隙，實(shí)現(xiàn)了壓縮腔與吸氣腔之間的密封。
[0035]另一方面，由于密封件60的受力F與滑塊兩側(cè)的壓力差有關(guān)，當(dāng)壓力差較小時(shí)，受力F較小，壓力差較大時(shí)，受力F較大，因此,能夠自動(dòng)地調(diào)節(jié)接觸力，不會(huì)給轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)額外的阻力。
[0036]雖然圖中示出了密封件60的表面62具有與氣缸壁42互補(bǔ)的形狀，從而盡可能地提高密封效果。但是應(yīng)當(dāng)理解，密封件60可以具有很多不同的形狀，如呈與氣缸壁42具有不同曲率的曲面，或者呈其它凸起的形狀。
[0037]為了使密封件60總是處于轉(zhuǎn)子30與氣缸壁40之間的徑向距離最小的位置，優(yōu)選地，將轉(zhuǎn)子30與偏心軸20之間通過(guò)固定部70進(jìn)行固定連接。該固定連接的牢固程度優(yōu)選地高于普通的摩擦配合。如圖所示，固定部70可以是可拆卸的，如鍵槽固定部、銷孔固定部等，也可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的任何不可拆卸的固定部，如焊接固定部。
[0038]該固定部70的位置可以與密封件60的位置在直徑方向上相對(duì)(如圖所示)，也可以位于轉(zhuǎn)子30和/或偏心軸20上任何適當(dāng)?shù)奈恢茫灰軌驅(qū)⑥D(zhuǎn)子30與偏心軸20牢固地固定連