全平衡往復式無油潤滑壓縮機的製作方法
2023-08-11 04:52:36 1
專利名稱：全平衡往復式無油潤滑壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明屬於機械技術領域，是一種將氣體壓縮從而提高氣體壓力或輸送氣體的機器，通稱為壓縮機。
二.
背景技術：
無油潤滑壓縮機主要應用於醫療器械、精密儀器、食品加工、輕工、環保等行業，可提供無油潔淨的氣源。目前常見的無油潤滑壓縮機有活塞式、隔膜式、螺杆式、滑片式、斜軸式等，但各有優缺點。相對而言活塞式的結構較為複雜，運行振動大；隔膜式的排氣量小，壽命短，效率低；螺杆式的精度要求高，洩漏大，噪音大；滑片式的磨擦大，效率低，壽命短；斜軸式的精度要求高，體積大，排氣量小等。
參照文獻一對稱平衡式微型無油空氣壓縮機，實用新型94238865.8，該實用新型由壓縮機構和動力機構組成，壓縮機構由曲柄連杆組件、活塞氣缸組件和吸排氣組件配套構成，動力機構由電機構成，其特點在於電機雙向出軸，兩套壓縮機構在電機的兩端對稱設置，共用主軸；整機結構簡單、體積小、成本低，但其內部旋轉運動部分的離心力和往復運動部分的慣性力不能平衡，兩套壓縮機構的工作相位間隔180度，所以運行時振動很大，輸出氣體的脈動也較大。
參照文獻二全平衡無振動微型無油潤滑壓縮機，發明專利03118474.X，該發明專利由壓縮機構和動力機構組成，壓縮機構由曲軸連杆組件、活塞氣缸組件和吸排氣組件配套構成，動力機構由雙向出軸的電機構成，其特點在於四套壓縮機構分別設置在一臺電機的左上、左下、右上、右下四個方位，共用主軸；連杆偏置，同側活塞中心線重合，異側活塞中心線平行；其內部往復運動部件的慣性力相互抵消，旋轉運動部件的離心力相互平衡，勻速工作時可實現動態平衡。該項技術克服了前項技術的部分缺點，但其四套壓縮機構分為兩組，兩組間工作相位間隔180度，這與前項技術相同，所以加壓後負載周期變化，電機轉速不穩，從而表現出一定的晃動，輸出氣體的脈動也較大。
三.
發明內容
本發明的目的在於克服上述缺陷，提供一種結構簡單緊湊，高壓運行時也能實現動態平衡，工作平穩振動小，輸出氣體脈動小的無油潤滑壓縮機。
相對而言，往復式壓縮機的效率較高，特別是活塞式壓縮機，可實現較大的排氣量，傳統的有油潤滑壓縮機，要求其氣缸的位置不得低於曲軸箱，以防潤滑油進入氣缸間。但採用無油潤滑技術的壓縮機，不受此條件的限制，氣缸可位於任何位置，甚至方向朝下，這便是實現本發明的技術前提。
本發明是通過下述的技術方案實現的全平衡往復式無油潤滑壓縮機，由壓縮機構、主軸和機殼組成，壓縮機構由曲軸連杆組件、活塞氣缸組件和吸排氣組件配套構成，其關鍵在於三套以上的壓縮機構環繞主軸中心線徑向360度均勻分布。這樣，當壓縮機工作時，數套壓縮機構隨主軸的旋轉同時工作，各個活塞往復運動的位置與曲軸旋轉運動的位置相關聯，其往復運動部件的慣性力之和與旋轉運動部件的離心力方向一致，均由平衡塊產生的離心力反向抵消，從而實現整機的動態平衡。並且，各壓縮機構依次輪流壓縮作功，工作相位間隔小於120度，負載均勻，各壓縮機構的工作周期互補，輸出氣體脈動小，所以，本發明工作平穩，基本無振動。
本文所述的三套以上包括三套。
具體結構可以為三隻以上的軸承分別位於相應的連杆末端，並排安裝在偏置軸上。這樣，各部件結構簡單，通用性強。
相對於活塞的中心線，可將相應的連杆偏置，使得各活塞氣缸組件的中心線位於主軸徑向的同一平面上，實現更好的動態平衡。
具體結構也可以為一隻軸承位於一個連杆的末端，單獨安裝在偏置軸上，其它連杆的末端鉸接在該連杆的末端。這樣，整機結構緊湊，各活塞氣缸組件的中心線位於主軸徑向的同一平面上，動態平衡效果好。
兩組三套以上的壓縮機構並列安裝，兩隻軸承分別安裝在相鄰的兩個偏置軸上，兩個偏置軸與主軸的中心線平行但反向偏置。這樣，兩組壓縮機構相互平衡，結構輕巧，也有較好的動態平衡效果。
具體結構也可以為平衡塊位於偏置軸的一端或兩端，兩者之一或兩者均有一圓孔與主軸配合安裝，此圓孔與偏置軸的中心線平行但偏置。這樣，各部件結構簡單，便於批量生產，節省材料。
也可在壓縮機的一端安裝電機，共用主軸，實現一體化結構。
也可在電機的另一端安裝扇葉，共用主軸，實現機組的風冷。
具體結構也可以為平衡塊位於偏置軸的一端或兩端，兩者之一或兩者均與主軸連為一體，偏置軸與主軸的中心線平行但偏置。這樣，相關部件可以合為一體，強度提高，配合面減少，但加工難度有所增加。
具體結構也可以為壓縮機構分為兩組以上，每組有一隻軸承位於一個連杆的末端，其它連杆的末端鉸接在該連杆的末端，分屬各組的各個軸承並排安裝在偏置軸上，偏置軸與主軸的中心線平行但偏置，平衡塊位於偏置軸的一端或兩端。本方案綜合了前兩個方案的優點，結構緊湊，平衡效果也較好。
本發明的優越之處在於零部件結構簡單，工藝性好，通用性強，易於批量生產；整機體積小，效率高，成本低，壽命長；運行平穩可靠，基本無振動；既可用於壓縮機，也可用於真空泵。
四.
圖1為實施例一主視剖面示意圖。
圖2為實施例一側視剖面示意圖。
圖3為實施例二主視剖面示意圖。
圖4為實施例二側視剖面示意圖。
圖5為實施例三主視剖面示意圖。
圖6為實施例三側視剖面示意圖。
圖7為實施例四主視剖面示意圖。
圖8為實施例四側視剖面示意圖。
圖9為實施例五主視剖面示意圖。
圖10為實施例六主視剖面示意圖。
圖11為實施例七主視剖面示意圖。
圖12為實施例八主視剖面示意圖。
圖13為實施例九主視剖面示意圖。
圖14為實施例九側視剖面示意圖。
圖15為實施例十主視剖面示意圖。
圖16為實施例十側視剖面示意圖。
圖17為實施例十一主視剖面示意圖。
圖18為實施例十一側視剖面示意圖。
圖19為實施例十二主視剖面示意圖。
圖20為實施例十二側視剖面示意圖。
圖21為實施例十三主視剖面示意圖。
圖22為實施例十四主視剖面示意圖。
圖中1.主軸，2.活塞環，3.連杆，4.軸承，5.偏置軸，6.圓孔，7.平衡塊，8.機殼，9.缸套，10.活塞，11.閥片，12.閥板，13.缸蓋，14.皮帶輪，15.聯軸器，16.電機，17.扇葉，18.皮帶，19.隔膜，20.氣缸間，21.排氣腔，22.排氣管，23.進氣管，24.進氣腔。
五.
具體實施例方式
全平衡往復式無油潤滑壓縮機，由壓縮機構、主軸1和機殼8組成，壓縮機構由曲軸連杆組件、活塞氣缸組件和吸排氣組件配套構成，其特徵在於三套以上的壓縮機構環繞主軸1中心線徑向360度均勻分布。
具體結構為曲軸連杆組件由曲軸和連杆3組成，曲軸由主軸1、偏置軸5和平衡塊7構成，平衡塊7位於偏置軸5的一端或兩端，之間配合安裝或連為一體；相對於主軸1的中心線，平衡塊7的重心與偏置軸7相反，其質量適當配置，足以抵消偏置軸5、軸承4、連杆3、活塞10和活塞環2的離心力和慣性力。
活塞氣缸組件由活塞10、活塞環2和缸套9組成，缸套9和活塞環2採用常規的自潤滑材料和工藝製作；也可採用隔膜式活塞氣缸結構。
吸排氣組件由缸蓋13、閥板12和閥片11組成；閥板12為平板結構，設有進氣閥口和排氣閥口，閥片11分別覆蓋其上；缸蓋13為雙凹腔結構，形成進氣腔24和排氣腔21。
具體連接關係為各個軸承4分別安裝在連杆3的末端，並排安裝偏置軸5上；偏置軸5也可由並列的數段組合而成。
相對於活塞10的中心線，將相應的連杆3偏置，使得各活塞氣缸組件的中心線在同一平面上。
或者，僅有一套軸承4安裝在一個連杆3的末端，單獨安裝在偏置軸5上，其它連杆3的末端分別鉸接在該連杆3的末端。
或者，兩組三套以上的壓縮機構並列安裝，分屬兩組的兩隻軸承4分別安裝在相鄰的兩個偏置軸5上，兩個偏置軸5與主軸1的中心線平行但反向偏置。
或者，壓縮機構分為兩組以上，分屬各組的各個軸承4並排安裝在偏置軸5上，偏置軸5與主軸1的中心線平行但偏置；最佳方案為數套壓縮機構等分為兩組或三組，例如4缸機、6缸機或8缸機等分為兩組，6缸機或9缸機等分為三組。
偏置軸5或平衡塊7或兩者均有一圓孔6與主軸1配合安裝，此圓孔6與偏置軸5的中心線平行但偏置。
或者，偏置軸5或平衡塊7或兩者均與主軸1連為一體，主軸1與偏置軸5的中心線平行但偏置。
缸蓋13分別疊壓在閥板12上方，一併將缸套9固定在機殼8上，之間分別由密封圈密封。
連杆3頂端與活塞10既可固定連接，也可活動鉸接。
主軸1可通過皮帶輪14或聯軸器15由電機16或內燃機驅動。
主軸1上可安裝扇葉17或皮帶輪14的輻條為扇葉結構。
可在壓縮機的一端安裝電機16，共用主軸1。
可將扇葉17安裝在電機16的另一端，共用主軸1。
也可將另一組三套以上的壓縮機構安裝在電機16另一端。
實施例一參見圖1和圖2，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，由主軸1、活塞環2、連杆3、軸承4、偏置軸5、平衡塊7、機殼8、缸套9、活塞10、閥片11、閥板12、缸蓋13、皮帶輪14和相應的固定螺栓組成。
三套壓縮機構環繞主軸1徑向均勻分布，間隔120度；三套軸承4分別置於相應的連杆3末端，並排安裝在偏置軸5上。
偏置軸5與主軸1連為一體，中心線平行但偏置。
平衡塊7安裝在偏置軸5的兩端；相對於主軸1的中心線，平衡塊7的重心與偏置軸5反置，其質量適當配置，足以抵消偏置軸5、軸承4、連杆3、活塞10和活塞環2的離心力和慣性力。
皮帶輪14安裝在壓縮機一端的主軸1上，皮帶輪的輻條為扇葉結構，實現壓縮機的風冷。
缸套9採用硬質鋁合金材料製作，表面陽極氧化拋光處理；活塞環2採用彈性高分子耐磨材料製作，為環形碗狀結構；活塞10固定連接在連杆3頂端，活塞10在往復工作的同時，也隨連杆3擺動。
缸蓋13分別疊壓在閥板12上方，一併將缸套9固定在機殼8上，之間分別用密封條密封。
因為三個活塞10分別通過三套連杆3和軸承4由同一偏置軸5驅動，其往復運動部件的慣性力之和與旋轉運動部件的離心力方向重合，一併由平衡塊7產生的離心力抵消，從而基本實現整機的動態平衡。
又因為相對於活塞中心線，連杆3偏置，各活塞氣缸組件的中心線位於同一平面上，從而完全實現整機的動態平衡。實踐證明，連杆偏置方案適用於微型低壓機。
並且，由於三套壓縮機構環繞主軸1徑向360度均勻分布，各壓縮機構依次輪流壓縮作功，負載變化小，電機轉速均勻；各壓縮機構的工作周期互補，輸出氣體脈動小；所以，本發明工作平穩，基本無振動。
本發明的工作過程為對其中一套壓縮執行機構而言，當主軸1旋轉，帶動偏置軸5和軸承4旋轉，隨之通過連杆3帶動活塞10下降時，氣缸間20產生負壓，進氣閥片11開啟，排氣閥片11關閉，低壓氣體經進氣管23，進氣腔24，進入氣缸間20，完成吸氣周期；隨後，連杆3帶動活塞10上升，壓縮氣體，氣缸間20產生高壓，進氣閥片11關閉，排氣閥片11開啟，高壓氣體經排氣腔21，排氣管22排出，完成排氣周期，周而復始；其它兩套壓縮執行機構的工作過程與此相同，工作相位間隔120度。
實施例二參見圖3和圖4，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例一的區別在於整機由四套壓縮機構組成，環繞主軸1徑向均勻分布，間隔90度；偏置軸5與主軸1為分體結構，偏置軸5上有一圓孔6與主軸1配合安裝，此圓孔6與偏置軸5的中心線平行但偏置，兩個平衡塊7位於偏置軸5的兩端，分別安裝在主軸1上；其它結構和工作過程與實施例一相同，不再詳述。相對於活塞中心線，連杆3正置，三套活塞氣缸組件的中心線不在同一平面上，所以，不能取得最佳的平衡效果。相對而言，該實施例體積稍大，平衡效果稍差，但活塞10受力均衡。
實施例三參見圖5和圖6，全平衡往復式無油潤滑壓縮，與實施例一的區別在於一套軸承4位於一個連杆3的末端，單獨安裝在偏置軸上，其它兩個連杆3分別鉸接在該連杆3的末端；主軸1與偏置軸5為分體結構，平衡塊7上有一圓孔6與主軸1配合安裝，此圓孔6與偏置軸5的中心線平行但偏置；活塞10鉸接在連杆3的頂端，活塞10往復工作時，不隨連杆3擺動。該實施例其它結構和工作過程與實施例一相同，不再詳述。該實施例活塞10的行程較大，可實現較大的排氣量或輸出高壓，但結構較為複雜。
實施例四參見圖7和圖8，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例二的區別在於平衡塊7與主軸1連為一體，平衡塊7安裝在偏置軸5的兩端；主軸1與偏置軸5的中心線平行但偏置；該實施例其它結構和工作過程與實施例二相同，不再詳述。相對而言，該實施例可實現活塞10的較大行程，排氣量較大或輸出高壓，但體積稍大。
實施例五參見圖9，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例二的區別在於四隻軸承4並排安裝在並列的四個偏置軸5上；連杆3偏置，各活塞氣缸組件的中心線位於同一平面上，從而完全實現整機的動態平衡；壓縮機一端的主軸1上安裝皮帶輪14，通過皮帶18由電機16驅動；壓縮機另一端的主軸1上安裝扇葉17，實現風冷。該實施例其它結構和工作過程與實施例二相同，不再詳述。相對而言，該實施例結構簡單，工作可靠，便於維護。
實施例六參見圖10，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例五的區別在於一隻軸承4位於一個連杆3的末端，單獨安裝在偏置軸上，其它連杆3分別鉸接在該連杆3的末端；平衡塊7位於偏置軸5的一端，平衡塊7和偏置軸5均與主軸1連為一體；各個活塞氣缸組件的中心線在同一平面上；電機16通過聯軸器15驅動壓縮機的主軸1；電機16的另一端安裝扇葉17，實現風冷。該實施例其它結構和工作過程與實施例五相同，不再詳述。該實施例結構簡單緊湊，工作可靠，便於拆裝維護，排氣量較大或輸出高壓。
實施例七參見圖11，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例四的區別在於三套軸承4分別置於相應的連杆3末端，並排安裝在偏置軸5上；平衡塊7位於偏置軸5的兩端，其中一個平衡塊7與偏置軸5連為一體，其上有一圓孔6與主軸1配合安裝，此圓孔6與偏置軸5的中心線平行但偏置；壓縮機安裝在電機16的一端，共用主軸1；電機16的另一端安裝扇葉17，共用主軸1；該實施例其它結構和工作過程與實施例四相同，不再詳述。相對而言，該實施例為一體化結構，簡單緊湊，工作可靠，可實現較大的排氣量。
實施例八參見圖12，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例六的區別在於平衡塊7位於偏置軸5的一端，並連為一體，其上有一圓孔6與主軸1配合安裝，此圓孔6與偏置軸5的中心線平行但偏置；壓縮機安裝在電機16的一端，共用主軸1；電機16的另一端安裝扇葉17，共用主軸1；該實施例其它結構和工作過程與實施例六相同，不再詳述。相對而言，該實施例為一體化結構，簡單緊湊，工作可靠，排氣量較大。
實施例九參見圖13和圖14，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例二的區別在於四套壓縮機構分為兩組，每組有一隻軸承4位於一個連杆3的末端，另一個連杆3的末端鉸接在該連杆3的末端；偏置軸5與主軸1連為一體；該實施例其它結構和工作過程與實施例二相同，不再詳述。該實施例結構簡單緊湊，工作可靠，平衡效果較好。
實施例十參見圖15和圖16，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例九的區別在於六套壓縮機構分為兩組，每組有一隻軸承4位於一個連杆3的末端，另兩個連杆3的末端鉸接在該連杆3的末端；分屬兩組的兩隻軸承4並排安裝在並列的兩個偏置軸5上，偏置軸5與主軸1的中心線平行但偏置；該實施例其它結構和工作過程與實施例九相同，不再詳述。該實施例結構簡單緊湊，平衡效果好，可實現較大排氣量。
實施例十一參見圖17和圖18，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例十的區別在於六套壓縮機構分為三組，每組有一隻軸承4位於一個連杆3的末端，另一個連杆3的末端鉸接在該連杆3的末端；三隻軸承4並排安裝在偏置軸5上，偏置軸5與主軸1的中心線平行但偏置；該實施例其它結構和工作過程與實施例十相同，不再詳述。該實施例結構簡單緊湊，平衡效果好，可實現較大排氣量。
實施例十二參見圖19和圖20，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例三的區別在於兩組三套壓縮機構並列安裝，分屬兩組的兩隻軸承4分別安裝在並列的兩個偏置軸5上，兩個偏置軸5與主軸1的中心線平行但反向偏置；該實施例其它結構和工作過程與實施例三相同，不再詳述。該實施例兩組壓縮機構相互平衡，結構輕巧，平衡效果較好，可實現較大排氣量或兩級壓縮。
實施例十三參見圖21，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與實施例七的區別在於取消缸套和活塞環，配置隔膜19，成為隔膜式壓縮機；偏置軸5上有一圓孔6與主軸1配合安裝，此圓孔6與偏置軸5的中心線平行但偏置；該實施例其它結構和工作過程與實施例七相同，不再詳述。相對而言，該實施例排氣量較小，且隔膜19的壽命較短。
實施例十四參見圖22，全平衡往復式無油潤滑壓縮機，與上述實施例的區別在於兩組三套以上的壓縮機構安裝在電機16的兩端，分別環繞主軸1徑向360度均勻分布，共用主軸1；其它結構和工作過程與上述實施例相同，不再詳述。該實施例為一體化結構，簡單緊湊，可實現兩級壓縮，輸出高壓。
權利要求
1.全平衡往復式無油潤滑壓縮機，由壓縮機構、主軸(1)和機殼(8)組成，壓縮機構由曲軸連杆組件、活塞氣缸組件和吸排氣組件配套構成，其特徵在於三套以上的壓縮機構環繞主軸(1)中心線徑向360度均勻分布。
2.如權利要求1所述的金平衡往復式無油潤滑壓縮機，其特徵在於三隻以上的軸承(4)分別位於相應的連杆(3)的末端，並排安裝在偏置軸(5)上。
3.如權利要求2所述的全平衡往復式無油潤滑壓縮機，其特徵在於相對於活塞(10)的中心線，相應的連杆(3)偏置，各活塞氣缸組件中心線位於主軸(1)徑向的同一平面上。
4.如權利要求1所述的全平衡往復式無油潤滑壓縮機，其特徵在於一隻軸承(4)位於一個連杆(3)的末端，單獨安裝在偏置軸(5)上，其它連杆(3)的末端鉸接在該連杆(3)的末端。
5.如權利要求4所述的全平衡往復式無油潤滑壓縮機，其特徵在於兩組三套以上的壓縮機構並列安裝，分屬兩組的兩隻軸承(4)分別安裝在相鄰的兩個偏置軸(5)上，兩個偏置軸(5)與主軸(1)的中心線平行但反向偏置。
6.如權利要求2或4所述的全平衡往復式無油潤滑壓縮機，其特徵在於平衡塊(7)位於偏置軸(5)的一端或兩端，兩者之一或兩者均有一圓孔(6)與主軸(1)配合安裝，此圓孔(6)與偏置軸(5)的中心線平行但偏置。
7.如權利要求6所述的全平衡往復式無油潤滑壓縮機，其特徵在於壓縮機的一端安裝電機(16)，共用主軸(1)。
8.如權利要求7所述的全平衡往復式無油潤滑壓縮機，其特徵在於電機(16)的另一端安裝扇葉(17)，共用主軸(1)。
9.如權利要求2或4所述的金平衡往復式無油潤滑壓縮機，其特徵在於平衡塊(7)位於偏置軸(5)的一端或兩端，兩者之一或兩者均與主軸(1)連為一體，偏置軸(5)與主軸(1)的中心線平行但偏置。
10.如權利要求1所述的全平衡往復式無油潤滑壓縮機，其特徵在於壓縮機構分為兩組以上，每組有一隻軸承(4)位於一個連杆(3)的末端，其它連杆(3)的末端鉸接在該連杆(3)的末端，分屬各組的各個軸承(4)並排安裝在偏置軸(5)上，偏置軸(5)與主軸(1)的中心線平行但偏置，平衡塊(7)位於偏置軸(5)的一端或兩端。
全文摘要
全平衡往復式無油潤滑壓縮機，由壓縮機構、主軸(1)和機殼(8)組成，壓縮機構由曲軸連杆組件、活塞氣缸組件和吸排氣組件配套構成，其關鍵在於三套以上的壓縮機構環繞主軸(1)中心線徑向360度均勻分布。整機實現動態平衡，各壓縮機構依次輪流壓縮作功，工作相位間隔小於120度，負載均勻，各壓縮機構的工作周期互補，輸出氣體脈動小，所以，本發明工作平穩，基本無振動。優點零部件簡單通用，易於批量生產，整機體積小，效率高，成本低，壽命長，運行平穩無振動；廣泛應用於輕工、家電、醫療、保健等行業，提供潔淨氣源。
文檔編號F04B35/04GK1474052SQ0312614
公開日2004年2月11日 申請日期2003年5月7日 優先權日2003年5月7日
發明者侯亮, 劉欣, 汪量, 侯宇涵, 賈鳳琴, 聶秀娟, 王紅, 汪蔭, 侯 亮 申請人:侯亮, 侯 亮