一種輕量化泵頭座架及配有該泵頭座架的無油空氣壓縮機的製作方法

2023-12-11 02:10:02

本實用新型屬於流體機械技術領域，涉及一種流體機械用泵頭座架的結構與布局，尤其涉及適用於壓縮機的泵頭座架以及配裝有該泵頭座架的無油空氣壓縮機。

背景技術：

流體機械是用以輸送流體工質或者用以提高流體工質壓力的機械裝置，屬量大、面廣、影響深的通用機械。往復式空氣壓縮機乃典型的變容式流體機械，特別是其中的無油空氣壓縮機，更是由於操作簡單和維護方便而在裝修裝飾、醫療保健、電子封裝以及食品包裝等行業得到廣泛的應用，並伴隨工業文明一路發展，迄今已成為歷史悠久的典型流體機械裝置。

當前，功率在2馬力左右的小型無油空氣壓縮機普遍採用直聯驅動的結構布局與運轉方式，亦即採用電機去直接驅動壓縮機泵頭的連杆和活塞，並進而完成壓縮機泵頭的進氣、壓縮與排氣等工作循環過程。為此，該類壓縮機的泵頭必須通過一個座架亦即泵頭座架來與電機發生安裝和聯接。通常，壓縮機的泵頭座架被布局在電機的端頭部位，一方面它既構成電機轉子的支撐構件，另一方面它又可以緊固安裝壓縮機泵頭的主要零部件如氣缸、閥座板和氣缸蓋等，這種結構型式乃當下直聯式無油空氣壓縮機的經典布局。

然而，現有無油空氣壓縮機的泵頭座架普遍存在體積過大、重量較重和不利於後期泵頭部件的安裝與調整等弊端。以當下市場上廣泛使用的無油空氣壓縮機的泵頭座架為例(參見圖1至圖4)，不難發現，該型泵頭座架擁有一個殼狀的本體結構1，在該本體結構1上開設有用以定位和支承壓縮機氣缸的環形安裝沉槽2，以及開設有用以緊固壓縮機閥座板及氣缸蓋的螺紋孔3，另外在本體結構1上還開設有用以支承電機轉子的軸承座孔4，可以看出，上述傳統泵頭座架在結構設計布局方面依然存在有不盡合理的地方，具體表現在：1)首先，泵頭座架的本體結構1被設計為大面積的環抱狀的殼體，由此必然增大本體結構1的體積而佔用較多的材料，也因此必然會導致泵頭座架的重量增大；2)其次，泵頭座架的環形安裝沉槽2其結構布局狀況使得壓縮機的氣缸在安裝時很難進行調整，蓋因本體結構1上的螺紋孔3限制了安裝沉槽2不能沿電機的軸線方向(亦即軸承座孔4的軸線方向)進行延拓，這就意味著在安裝氣缸時該氣缸在電機軸線方向很難進行調節，換句話說泵頭座架囿於螺紋孔3的位置而致使其對裝配誤差的容差能力較弱，事實上，在裝配壓縮機泵頭時由於活塞連杆組件常常受到電機轉子轉軸軸向製造誤差及裝配誤差的影響，以至於要求氣缸必須在沿軸承座孔4軸向方向保留一定的調整餘地，否則很容易造成活塞與氣缸缸孔壁面發生偏磨；3)還有，泵頭座架的螺紋孔3的數量太多(在圖1至圖4所示的例子中螺紋孔3的數量竟然多達六個)，也因此降低了安裝壓縮機閥座板及氣缸蓋時的裝配效率，這一點是顯而易見的故毋需贅述；4)最後，同樣是泵頭座架的螺紋孔3的數量太多，以至於泵頭座架的本體結構1不得不在軸承座孔4軸向方向保有足夠大的寬度尺寸，從而造成泵頭座架本體結構1的體積大重量重，同樣不利於壓縮機泵頭的緊湊設計。

綜上，現有泵頭座架尤其是用於空氣壓縮機的泵頭座架，或因採用大面積的殼狀構造而造成重量過大、或因支承泵頭氣缸的支承平面布局受限而難以調整、再或因緊固泵頭的螺栓數量過多而造成泵頭裝配效率不高，結果造成泵頭座架以及使用該泵頭座架的壓縮機在輕量化、生產便捷性等方面均存在有諸多缺陷。一言以蔽之，傳統泵頭座架在結構設計上尚有值得需要改進的地方。

技術實現要素：

針對目前泵頭座架存在的上述問題，本實用新型提出一種輕量化泵頭座架，目的在於：通過輕量化設計和合理結構布局，使泵頭座架相較現有結構具有更輕的重量、更好的裝配容差能力和更高的泵頭部件安裝效率；進一步，本實用新型還提供一種帶有該輕量化泵頭座架的無油空氣壓縮機，該壓縮機相比配裝傳統泵頭座架的壓縮機來說具有更輕的整機重量和更好的可裝配性。

本實用新型的目的是這樣來實現的：一種輕量化泵頭座架，該泵頭座架上開設有軸承座孔，所述泵頭座架的本體結構呈網架狀,在該本體結構上間隔開設有兩個承力臺柱，所述的兩個承力臺柱被分置在軸承座孔軸線的同一側，在每一個承力臺柱上均各自開設有唯一的一個安裝孔洞，在承力臺柱或/和本體結構上開設有支撐平臺，所述支撐平臺擁有一個支承平面。

進一步，上述的所有支承平面布局在兩個承力臺柱之間。

進一步，上述的所有支承平面均與軸承座孔軸線平行。

進一步，上述的所有支承平面為共面設置。

進一步，上述安裝孔洞為螺紋孔構造。

進一步，上述螺紋孔構造的軸線與支承平面垂直。

上述兩個承力臺柱上的兩個安裝孔洞其特徵軸線處在同一個特徵平面內，並且該特徵平面與軸承座孔軸線垂直。

上述泵頭座架的本體結構還呈現為扁平狀，其中本體結構沿軸承座孔軸線方向的特徵寬度尺寸小於或者等於該軸承座孔的特徵配合直徑尺寸的120％。

一種配有輕量化泵頭座架的無油空氣壓縮機，包括有電機、活塞、連杆、氣缸、閥座板、氣缸蓋和緊固螺栓，其中活塞與連杆緊固連接並置於所述氣缸內，泵頭座架與電機緊固連接並布局在電機的端頭部位，其特徵在於：在每一個壓縮機泵頭當中，將氣缸蓋、閥座板及氣缸與泵頭座架緊固連接在一起的緊固螺栓的數量總共有兩根，這兩根緊固螺栓分別與泵頭座架上的兩個安裝孔洞相配接，其中氣缸蓋壓靠在閥座板上、閥座板壓靠在氣缸上、氣缸壓靠在泵頭座架的支承平面上。

進一步，上述兩根緊固螺栓的軸線相互平行並且其所構成的平面經過氣缸缸孔軸線。

進一步，上述的兩根緊固螺栓其軸線所構成的平面與軸承座孔軸線垂直。

進一步，上述兩根緊固螺栓的軸線分別與輕量化泵頭座架兩個承力臺柱上所配接的安裝孔洞的特徵軸線重合。

進一步，上述輕量化泵頭座架的數量一共有兩個，並分置在電機的兩端頭處，所述的活塞、連杆、氣缸、閥座板和氣缸蓋亦均各有兩個並分別組成兩個壓縮機泵頭，而且這兩個壓縮機泵頭分別與所述的兩個泵頭座架相配接並接受電機的驅動。

進一步，上述的兩個壓縮機泵頭的布局，它們的工作進程按電機轉子轉軸的轉動角度進行計量時其相位相差180度。

本實用新型相比現有技術具有的突出優點是：壓縮機泵頭座架的本體結構採用鏤空的網架結構、進一步還採用扁平狀的結構，因此與現有環抱殼狀的泵頭座架相比能顯著降低其本體結構的重量，同時本實用新型僅有的兩個實質性的安裝孔洞明顯地不幹涉支承平面沿軸承座孔軸向方向的延展，故其在支撐壓縮機泵頭時能容忍氣缸存在較大的電機軸向方向的安裝誤差。進一步，配以該泵頭座架的壓縮機泵頭只需兩根緊固螺栓即可完成其緊固連接，明顯地提高了壓縮機的裝配效率，故配裝有該輕量化泵頭座架的無油空氣壓縮機相比配裝傳統泵頭座架的壓縮機將具有更輕的整機重量和更好的可裝配性。

附圖說明

圖1是一個傳統無油空氣壓縮機泵頭座架的軸測示意圖；

圖2是圖1所示泵頭座架的主視圖；

圖3是圖1所示泵頭座架的左視圖；

圖4是圖1所示泵頭座架的俯視圖；

圖5是本實用新型一種輕量化泵頭座架具有網架結構狀本體結構的一個實施例的軸測示意圖；

圖6是圖1所示實施例的主視圖；

圖7是圖1所示實施例的左視圖；

圖8是圖1所示實施例的俯視圖；

圖9是本實用新型配有圖5所示輕量化泵頭座架無油空氣壓縮機的一個實施例的軸測示意圖；

圖10是圖9所示實施例的主視圖；

圖11是圖9所示實施例的左視圖；

圖12是圖9所示實施例的俯視圖；

圖13是圖9所示實施例的爆炸裝配圖示意圖；

圖14是本實用新型一種輕量化泵頭座架具有網架結構狀和扁平狀本體結構的一個實施例的軸測示意圖；

圖15是圖14所示實施例的主視圖；

圖16是圖14所示實施例的左視圖；

圖17是圖14所示實施例的俯視圖；

圖18是本實用新型配有圖14所示輕量化泵頭座架無油空氣壓縮機的一個實施例的軸測示意圖；

圖19是圖18所示實施例的主視圖；

圖20是圖18所示實施例的左視圖；

圖21是圖18所示實施例的俯視圖。

具體實施方式

下面以具體實施例對本實用新型作進一步描述，參見圖5—21：

一種輕量化泵頭座架，該泵頭座架擁有一個本體結構1，另外在本體結構1上還開設有一個用以支承電機轉子的軸承座孔4(參見圖5至圖8、圖14至圖17)，其特色在於：所述泵頭座架的本體結構1呈網架狀，亦即該本體結構1採用鏤空的結構，或者說它的結構體現有眾多的實體骨架1a與鏤空網孔1b並存在有相互交織形態的布局狀況(如圖5至圖8、圖14和圖15所示)，同時在該本體結構1上開設有且僅開設有兩個承力臺柱5，所述的這兩個承力臺柱5被分置在軸承座孔4的軸承座孔軸線O1的兩側旁(參見圖6和圖15)，並在每一個承力臺柱5上均各自開設有唯一的一個安裝孔洞6，另外在承力臺柱5或/和本體結構1上開設有支撐平臺7，所述的支撐平臺7擁有一個支承平面7a(如圖5、圖6、圖8、圖14、圖15和圖17所示)，在這裡，所說的支撐平臺7乃是指具有實質性支撐功能的各種平臺構造、凸臺構造、橫架構造、搭子構造或者翻邊構造等，而所述的支承平面7a是指在支撐平臺7上形成有或者加工有至少一塊平面構造、以便能更好地承力和更穩定地實現支撐功能，其中支承平面7a的數量既可以是一個也可以有多個、甚至還可以由若干個共面的小碎塊的平面來共同組成同一個支承平面7a；需要說明的是，本實用新型中的支撐平臺7與其支承平面7a可以共面地重疊融合在一起，此時的支撐平臺7及其支承平面7a也可以統稱為或者表示為支撐平臺7(7a)(如圖14、圖15和圖17所示)；本實用新型泵頭座架的本體結構1設置軸承座孔4的目的是通過採用軸承結構來支承用以驅動壓縮機泵頭運轉的電機8的轉子及其轉軸，設置安裝孔洞6的目的是為了緊固壓縮機泵頭各零部件比如氣缸9、閥座板10和氣缸蓋11等提供一個著力點或者抓手，以便可以用緊固螺栓12與安裝孔洞6進行配接從而將上述泵頭零部件緊固連接到泵頭座架上、另外設置支承平面7a的目的是用以支撐壓縮機泵頭的氣缸9(參見圖9至圖13、圖18至圖20)，在這裡，本實用新型承力臺柱5可以與支承平面7a所在平面存在交集(亦即將支承平面7a進行延展後它將會與承力臺柱5發生截交的狀況，比如5和圖6、圖14和圖15所示的實施例即滿足此情形)，當然，承力臺柱5也可以與支承平面7a所在的平面不存在交集亦即不發生截交的狀況(此時承力臺柱5全局與支承平面7a全局相比更加靠近軸承座孔軸線O1，圖中未示出)，由此可見本實用新型中的承力臺柱5既可以相對於支承平面7a及本體結構1呈現出凸起狀(如圖5至圖7、圖9至圖11、圖13至圖16、圖18至圖20所示)、也可以相對於支承平面7a或者相對於本體結構1呈現為沉臺狀(圖中未示出)、甚至還可以退縮至本體結構1的主體內而與該本體結構1融為一體(此時的安裝孔洞6將直接開設在本體結構1上，圖中未示出)；特別需要指出的是，本實用新型泵頭座架上開設的承力臺柱5及在承力臺柱5上開設的安裝孔洞6乃實質性的安裝承力構件，區別於傳統壓縮機的泵頭座架，本實用新型每個泵頭座架上設置有且僅設置有兩個承力臺柱5，而且在泵頭座架的每一個承力臺柱5設置有唯一的一個安裝孔洞6，緊固泵頭時以及在泵頭工作時各種緊固力和氣體作用力可以藉助緊固螺栓12和支承平面7a等傳遞到承力臺柱5以及本體結構1上；很顯然，本實用新型採用鏤空的網架狀本體結構1，可以使泵頭座架在保有足夠強度和剛度的前提下具有較輕的重量，從而實現泵頭座架的輕量化，進一步還為實現壓縮機的輕量化創造了條件，在這裡，本實用新型中所說的壓縮機乃是一個泛稱或者總稱，它是指空氣壓縮機尤其是指無油空氣壓縮機，更進一步，無油空氣壓縮機還包括往復活塞式無油空氣壓縮機和搖擺往復活塞式無油空氣壓縮機。

進一步，本實用新型所述的輕量化泵頭座架其所有支承平面7a被布局在兩個承力臺柱5之間，亦即從軸承座孔4的軸承座孔軸線O1方向進行觀察，可以看到所有支承平面7a均被所述的兩個承力臺柱5夾持在其中間部位(如圖6和圖8、圖15和圖17所示)，如此布局的目的是可以讓兩支撐平臺7上的兩個安裝孔洞6布局在這些支承平面7a的更外側(相對於軸承座孔軸線O1而言)，這樣能夠更方便安裝壓縮機的泵頭部件尤其是其氣缸9。

進一步，本實用新型中的所有支承平面7a均與軸承座孔軸線O1平行設置，這樣可以為後續安裝氣缸9時更加容易保證氣缸缸孔軸線O2與軸承座孔軸線O1垂直甚至垂直相交(參見圖11和圖20)，如此壓縮機泵頭的受力狀況將會更加優化。同樣地，為了簡化結構、降低加工難度和降低裝配難度，本實用新型中泵頭座架上的所有支承平面7a為共面設置，即這些支承平面7a被布局在同一個平面上(如圖6至圖15所示)。

進一步，本實用新型中的安裝孔洞6可以為螺紋孔構造，亦即可以直接地在承力臺柱5上開設出螺紋孔構造，這樣緊固螺栓12就可以直接擰緊在該螺紋孔構造上從而實現快捷緊固壓縮機泵頭的目的；進一步，所述螺紋孔構造的軸線與其所在的承力臺柱5上的支承平面7a垂直，如此可以有效減少甚至完全避免緊固螺栓12所派生出的附加彎矩，從而能夠提高螺紋孔構造及緊固螺栓12的疲勞強度，以便能更好地抵禦壓縮機泵頭運轉時產生的周期脈動的拉力以及由此產生的周期性變化的應力乃至正負交變的應力；需要指出的是，本實用新型所述的安裝孔洞6並不局限為螺紋構造，其結構還可以是其它孔洞形式，比如光孔狀的(即不含螺紋構造的)穿孔結構或者盲孔結構，採用這種非螺紋構造的安裝孔洞6結構形式時，緊固螺栓12必須配以螺母才能達成緊固上緊的目的。

本實用新型輕量化泵頭座架中所述的兩個承力臺柱5上的兩個安裝孔洞6，其特徵軸線可以布局在同一個特徵平面內，並且該特徵平面與軸承座孔軸線O1垂直，如此布局的優點是能讓安裝孔洞6(包括螺紋孔構造形式的安裝孔洞6)具有更好的承力狀態；在這裡，所謂的特徵軸線是指：用一個經過支承平面7a並且與該支承平面7a重合的剖切面對同屬承力臺柱5上的安裝孔洞6進行剖切，此時所得橫斷面存在有唯一的一個形心，則過該形心且與所述剖切面垂直的直線即為該安裝孔洞6的特徵軸線；所謂的特徵平面是指：首先兩個承力臺柱5上的兩個安裝孔洞6的特徵軸線共面(其中以這兩根特徵軸線相互平行為最佳布局形式)，則這個共面即為所述的特徵平面；需要說明的是，本實用新型安裝孔洞6的結構形式可以有多種形式，比如安裝孔洞6被經過支承平面7a並且與該支承平面7a重合的剖切面剖切時，所得到的橫斷面形式可以是圓形、腰孔形、橢圓形、矩形或者其它各種異形，其中以圓形橫斷面和腰孔形橫斷面為最佳結構形式。

本實用新型泵頭座架的本體結構1還可以呈現為扁平狀結構(如圖14至圖17所示)，其中本體結構1沿軸承座孔軸線O1方向的特徵寬度尺寸小於或者等於該軸承座孔4的特徵配合直徑尺寸的120％，將本體結構1設計為扁平狀結構可以進一步減少泵頭座架的體積，進一步能夠減輕泵頭座架的重量；在這裡，所謂的特徵寬度尺是指：沿著軸承座孔軸線O1的方向對本體結構1進行測量，所得本體結構1全局輪廓在此方向的最大軸向尺寸即為所述的特徵寬度尺；所謂軸承座孔4的特徵配合直徑尺寸是指：軸承座孔4與電機8的轉軸進行配合的座孔的直徑數值，此時若電機8轉軸與軸承座孔4採用滑動軸承形式進行配合時則配合處軸承座孔4的直徑數值即為所述的軸承座孔4特徵配合直徑尺寸、若電機8轉軸與軸承座孔4為採用滾動軸承形式進行配合時則軸承座孔4與滾動軸承外徑相配合的直徑數值即為所述的軸承座孔4特徵配合直徑尺寸，下面舉一個具體例子來加以說明：假設軸承座孔4的特徵配合直徑尺寸為42mm，則當本體結構1沿軸承座孔軸線O1方向的特徵寬度尺寸小於或者等於50.4mm時，本實用新型將視該本體結構1符合扁平狀結構這一要素，亦即此時泵頭座架的本體結構1被視作扁平狀結構的本體結構1。

一種配有輕量化泵頭座架的無油空氣壓縮機，包括有電機8、活塞13、連杆14、氣缸9、閥座板10、氣缸蓋11和緊固螺栓12(參見圖9至圖13)，其中活塞13與連杆14緊固連接並置於所述氣缸9內，泵頭座架與電機8緊固連接並布局在電機8的端頭部位，閥座板10的功用是通過其上的閥片控制氣流的流動方向，在本實用新型中，電機8的轉子轉軸由泵頭座架的軸承座孔4支承、該電機8的轉子轉軸通過一個偏心軸頸或者曲柄來驅動連杆14、並進而由連杆14驅動活塞13，從而驅使活塞13在氣缸內進行往復運動，籍此完成壓縮機泵頭工作腔的周期性容積改變並達成壓縮和輸出高壓空氣的目的，進一步，活塞13與連杆14緊固連接(參見圖13)或者它們為一體結構製作(圖中未示出)，此時活塞13的運動為搖擺往復運動，與之對應的壓縮機則為搖擺活塞式壓縮機或者稱為搖擺往復活塞式壓縮機，在這裡，若活塞13通過自潤滑材料製作的皮碗與氣缸9的缸孔壁面進行密封配合，則壓縮機泵頭可以輸出不含油的空氣工質，換句話說此時的壓縮機為無油空氣壓縮機；本實用新型的最大特色在於：在由一個活塞13、一個連杆14、一個氣缸9、一個閥座板10和一個氣缸蓋11所組成的一個壓縮機泵頭當中，將氣缸蓋11、閥座板10、氣缸9與泵頭座架緊固連接在一起的緊固螺栓12的數量總共只有兩根(如圖9、圖10、圖12、圖13、圖18和圖21所示)，這兩根緊固螺栓12分別與泵頭座架上的兩個安裝孔洞6相配接，其中氣缸蓋11壓靠在閥座板10上、閥座板10壓靠在氣缸9上、氣缸9壓靠在泵頭座架的支承平面7a上；需要說明的是，為了提高產品的裝配效率，還可以採用緊固螺釘12a將氣缸蓋11與閥座板10預先組配成一個部件即缸蓋閥板組件(如圖9、圖12和圖13所示)；本實用新型由於只採用僅僅兩根緊固螺栓12即可完成泵頭的緊固任務，故其裝配效率高於傳統配置四根乃至六根緊固螺栓12的泵頭的裝配效率。

進一步，本實用新型配有輕量化泵頭座架的無油空氣壓縮機，其中所述的兩根緊固螺栓12的軸線可以採用相互平行的布局、並且其所構成的平面經過氣缸缸孔軸線O2(如圖12和圖21所示)，如此布局的優點是：壓縮機泵頭工作時，氣體壓力作用於閥座板10上的總合力可以與兩根緊固螺栓12的抵抗拉力處在同一個平面，如此可以減少作用到緊固螺栓12上的附加彎矩。

進一步，本實用新型配有輕量化泵頭座架的無油空氣壓縮機，其中所述的兩根緊固螺栓12其軸線所構成的平面可以採用與軸承座孔軸線O1垂直的布局(參見圖12和圖21)，如此布局的優點是可以儘量減少泵頭座機本體結構1的軸向尺寸(指沿著軸承座孔軸線O1的方向)，換言之可以獲得比較扁平的本體結構1構造，同時兩根緊固螺栓12其軸線亦將恰好與連杆14的搖擺平面重合，可以更好地發揮緊固螺栓12的拉力緊固效應。

進一步，本實用新型配有輕量化泵頭座架的無油空氣壓縮機，其中所述的兩根緊固螺栓12的軸線分別與輕量化泵頭座架兩個承力臺柱5上安裝孔洞6的特徵軸線重合，如此布局的優點是：壓縮機泵頭相對於泵頭座架位置更加合理，一方面符合緊湊設計的思維，另一方面對整個泵頭的受力分布也比較合理。

進一步，本實用新型配有輕量化泵頭座架的無油空氣壓縮機，其中所述的輕量化泵頭座架的數量一共有兩個，並分置在電機8的兩端頭處，所述的活塞13、連杆14、氣缸9、閥座板10和氣缸蓋11均各有兩個並分別組成兩個壓縮機泵頭(如圖9、圖10、圖13、圖18和圖19所示)，其中每一個壓縮機泵頭擁有且僅擁有一個活塞13、一個連杆14、一個氣缸9、一個閥座板10和一個氣缸蓋11，而且這兩個壓縮機泵頭分別與所述的兩個泵頭座架相配接並接受電機8的驅動；設置兩個壓縮機泵頭的壓縮機被稱之為雙缸壓縮機，它不僅結構緊湊，特別地當這兩個壓縮機泵頭工作相位相差180度時(其中所說的工作相位是指按電機8轉子轉軸的轉角進行計量)，壓縮機將獲得最好的減振效果，因為此時兩個氣缸9內的活塞13作往復運動所派生的往復慣性力正好相反，從而對降低振動和噪聲有利。

本實用新型相比現有技術具有的突出優點是：壓縮機泵頭座架的本體結構1採用鏤空的網架結構、進一步還採用扁平狀的結構，因此與現有環抱殼狀的泵頭座架相比能顯著降低其本體結構的重量，同時本實用新型僅有的兩個實質性的安裝孔洞6明顯地不幹涉支承平面7a沿軸承座孔軸線O1方向的延展，故其在支撐壓縮機泵頭時能容忍氣缸9存在較大的電機8軸向方向的安裝誤差。進一步，配以該泵頭座架的壓縮機泵頭只需兩根緊固螺栓12即可完成其緊固連接，明顯地提高了壓縮機的裝配效率，故配裝有該輕量化泵頭座架的無油空氣壓縮機相比配裝傳統泵頭座架的壓縮機將具有更輕的整機重量和更好的可裝配性。

上述實施例僅為本實用新型的較佳實施例之一，並非依此限制本實用新型的保護範圍，故：凡依本實用新型的結構、形狀、原理所做的各種等效變化，均應涵蓋於本實用新型的保護範圍之內。