低噪声结构无油空气压缩机的制作方法

专利名称：低噪声结构无油空气压缩机的制作方法
技术领域：
本发明属于空气压縮机技术领域，涉及往复活塞式无油空气压縮机，特别涉及具
有低噪声结构的往复活塞式无油空气压縮机。
背景技术：
中国专利申请CN200910186501.2提出了一种低噪声往复活塞式空气压縮机，它 属于无油空气压縮机，是在气缸上设置有气缸盖，气缸内设置有活塞，活塞通过连杆、连杆 大头轴承及曲柄销与曲轴相连，曲轴外设置有曲轴箱，曲轴箱上紧固连接有曲轴箱盖板并 形成曲轴箱进气消声室，气缸上设置有排气阀片和阀座，活塞上配装有用自润性材料制作 的密封环或密封皮碗，该压縮机的最大特色在于改进了传统往复活塞式无油压縮机的曲轴 箱结构及进气路径，使之具有低噪声的特性通过设置曲轴箱盖板将传统无油机开放式的 曲轴箱改造成封闭式的曲轴箱，同时让新鲜空气在被压縮之前先穿越该曲轴箱然后才进入 到气缸内，由于曲轴箱事实上成为一个容积很大的进气消声室，因此能有效降低压縮机的 进气噪声，实践也证实上述压縮机发出的噪声确实远低于传统往复活塞式无油压縮机发出 的噪声。然而，专利申请CN200910186501. 2所提出的压縮机虽具有低噪声的品质，但在降 低噪声方面仍未尽善尽美，换句话说它仍然存在需要改进的地方1)在曲轴箱连通外面大 气的进气口处存在有较强烈的进气脉动反喷现象，这是因为活塞在下行过程中由于曲轴箱 的容积明显减少，从而迫使部分已进入曲轴箱内的空气又经进气口回窜到外界大气中，结 果导致进气反喷脉动噪声；2)压縮机的排气阀片击打在阀座上，而阀座又与气缸或气缸盖 直接采用刚性连接，由此产生较强的机械撞击，并经气缸和气缸盖向外辐射形成为阀片敲 击噪声；3)压縮后形成的高压气体经由排气单向阀排出气缸后直接冲击气缸盖的本体，结 果导致气缸盖产生有较大的振动而造成排气冲击噪声；4)连杆大头轴承的内圈与曲柄销 采用的是全接触紧密贴合的方式，而曲柄销又通过曲轴与电机的转子连接成整体结构，由 于电机转子在工作时产生有大量的热量，这些热量有相当一部分传递到连杆大头轴承上， 另外，活塞盖板受到的热量也会通过紧固螺钉传至连杆杆身再传给连杆大头轴承的外圈， 以上因素都会使得轴承的温度很高，结果导致轴承的游隙变大而产生较大的轴承机械噪 声；5)与传统的往复活塞式无油压縮机一样，该压縮机也只采用一块平衡块，而连杆大头、 连杆大头轴承和曲柄销所形成的惯性力与该平衡块所产生的离心力又不在一条直线上，由 于平衡不合理而引起一定的附加扭矩，随着压縮机的运转该附加扭矩亦不断地旋转，结果 造成压縮机发生振动，最终导致机体振动噪声。

发明内容
为了改进现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种低噪声结构无油空气压縮 机，目的是首先减少压縮机的进气反喷脉动噪声，然后在此基础上再有效减少阀片敲击噪 声、排气冲击噪声、轴承机械噪声以及机体振动噪声，使压縮机的整体噪声可以控制在较好 的水平。
本发明的目的是这样实现的 低噪声结构无油空气压縮机，气缸上设置有气缸盖，气缸内设置有活塞，活塞通过 连杆、连杆大头轴承及曲柄销与曲轴相连，曲轴外设置有曲轴箱，曲轴箱上紧固连接有曲轴 箱盖板并形成曲轴箱进气消声室，气缸上设置有排气阀片和阀座，活塞上配装有用自润性 材料制作的密封环或密封皮碗，所述曲轴箱进气消声室通过进气口与外界大气相连通，并 在所述进气口处设置有进气单向阀；或者所述曲轴箱进气消声室通过进气通道连接进气口 后再与外界大气相连通，并在所述进气口处或进气通道的出气口处或进进气口和进气通道 的出气口处设置有进气单向阀。 上述的进气通道具有一个或多个膨胀消声腔，在膨胀消声腔内设置有空气滤，也 可以不设置空气滤。 上述的进气口或进气通道出气口的位置在气缸上相对于曲轴旋转轴线为对称布 局；或者进气口或进气通道出气口的位置布置在对着连杆大头轴承侧面的曲轴箱盖板上。
上述的气缸、活塞、连杆及配件各具有一个或者多个。 上述的排气阀片和阀座之间设置有阀板，在阀板与阀座之间设置有减震垫。 上述的阀座上紧固连接有消声罩，所述消声罩将排气阀片围罩在其内。 上述的曲柄销呈花键状或类花键状，所述连杆大头轴承的内圈与曲柄销紧固配合。 上述的连杆的杆身上开设有隔热孔或隔热槽。 上述的密封环或密封皮碗通过紧固螺钉及活塞盖板紧固连接到活塞的本体或连
杆小头上，在紧固螺钉与活塞本体或与连杆小头的紧固连接之处设置有隔热垫。 上述的曲轴上连接有电机转子及冷却风扇，在所述冷却风扇上布置有副平衡块。


图1是本发明低噪声结构无油空气压縮机的横剖面示意图；
图2是本发明低噪声结构无油空气压縮机具有进气通道的横剖面示意图；
图3是本发明低噪声结构无油空气压縮机采用卧式结构布局的轴测示意图；
图4是本发明低噪声结构无油空气压縮机的进气通道单独设置在曲轴箱盖板上 的纵剖面示意图； 图5是图4所示本发明低噪声结构无油空气压縮机去掉封盖后的曲轴箱盖板的K 向视图。
具体实施例方式下面以具体实施例对本发明作进一步描述参见图1-5 : 低噪声结构无油空气压縮机，包括气缸1、气缸盖2、活塞3、连杆4、连杆大头轴 承5、曲柄销6、曲轴7、曲轴箱8、排气阀片9和阀座IO，其中活塞3上配装有用自润性材料 制作的密封环或密封皮碗3a，所述密封环或密封皮碗3a可以通过紧固螺钉11及活塞盖板 3b紧固连接到活塞3的本体上(如图所示)也可以直接配装在活塞3的环槽上(图中未 示出)，密封环或密封皮碗3a与所述气缸1的缸孔运动密封配合(允许存在因制造误差、 装配误差以及摇摆运动而导致的缝隙泄漏)，所述连杆4的小头与活塞3紧固连接或连杆4与活塞3 —起整体制作，所述连杆大头轴承5配装在连杆4的大头端并套装在曲柄销6上， 在所述曲轴箱8上紧固连接有曲轴箱盖板12，其连接可以由若干螺钉完成，由曲轴箱8、曲 轴箱盖板12、气缸1、活塞3及其他一些相关部件如密封件、轴承等等共同围构成曲轴箱进 气消声室13，所述曲轴箱进气消声室13通过进气口 14与外界大气相连通，进气口 14既可 以设在曲轴箱盖板12上(如图3所示)也可以设置在曲轴箱8的箱体上(如图1和图2 所示)还可以同时在曲轴箱盖板12及曲轴箱8的箱体上设置，进气口 14甚至还可以设在 曲轴箱盖板的封盖12a上(如图4和图5所示)，进气口 14既可以外接空气滤清器也可以 不外接空气滤清器、既可以是单孔式结构也可以是多孔式结构还可以是槽缝式或蜂窝式结 构；另外，还设置有将曲轴箱进气消声室13与压縮机工作腔进行连通的吸气口 15a以及吸 气单向阀15b，其中图3所示为拆去吸气单向阀以便清楚表达吸气口 15a时的示意图，所谓 压縮机工作腔是指由活塞3的顶部或者活塞盖板3b、气缸1以及阀座10所围构的空间，其 中阀座10可以单独制作也可以将其做成气缸盖2的一部分，需要指出的是，吸气口 15a及 吸气单向阀15b既可以设置在活塞3和活塞盖板3b上(如图所示)也可以设置在阀座10 或气缸盖2上(图中未示出)，当其设置在阀座10或气缸盖2上时可以设置专门的气道或 导管将其与曲轴箱进气消声室13进行连通；显然，当压縮机处在压縮行程时，压縮机工作 腔的容积减少而曲轴箱进气消声室13的容积增大，此时吸气单向阀15b关闭，外界大气通 过进气口 14被吸入曲轴箱进气消声室13内，当压縮压力达到排气压力后，压縮机工作腔内 的高压空气被从设在阀座10或气缸盖2上的排气口 16处挤出，并推开排气阀片9排到气 缸盖2的排气消声室17a之内，而当压縮机处在吸气行程时，压縮机工作腔的容积增大而曲 轴箱进气消声室13的容积变小，此时曲轴箱进气消声室13内的气体受到活塞3的压縮并 分两路运动一路经吸气口 15a推开吸气单向阀15b后进入压縮机工作腔内，另外一路则从 进气口 14反窜出来并形成脉动性的反喷，这是造成进气反喷脉动噪声的根源；为了减少进 气反喷脉动噪声，本发明在进气口 14处设置有进气单向阀18，所述进气单向阀18只允许空 气从外界大气单向流入曲轴箱进气消声室13内而不能从曲轴箱进气消声室13流出反窜到 外界大气，从而达到减少进气反喷脉动噪声的目的；毋庸置疑，由于进气单向阀18存在质 量惯性、制造误差和装配误差、阀片及阀座材质缺陷等情况，因此出现少量的气体反喷是允 许的，不过为了尽量减少气体反喷噪声，可以设置具有一定长度及空间的进气通道14a，所 述进气通道14a将进气口 14与曲轴箱进气消声室13相连通，进气通道14a与曲轴箱进气消 声室13的连通口为进气通道出气口 14b，需要说明的是，进气通道14a事实上属于膨胀消声 腔结构，其膨胀消声腔的数目可以是一个也可以是多个，所谓多个膨胀腔是指进气通道14a 具有多个连通在一起的相对独立的腔(如图所示)，这样不仅有利于吸纳回窜的气体，而且 还能过滤一定频率的进气噪声，有助于减少进气反喷脉动噪声；需要指出的是，进气单向阀 18的结构和材料可以采用现有技术中的各种结构和材料，比如片阀状、针阀状、蝶阀状等 等，其材料可以是金属材料也可以是其他非金属材料，另外进气单向阀18可以采用一个也 可以采用两个及两个以上，而且进气单向阀18既可以在进气口 14及进气通道出气口 14b 的两处同时设置、也可以在进气口 14或进气通道出气口 14b的其中的一处单独设置；还需 要指出的是，进气通道14a既可以单独设置在曲轴箱8的箱体上(如图1 、图2和图3所示) 也可以单独设置在曲轴箱盖板12上(如图4所示)，当然还可以同时在曲轴箱8的箱体上 和曲轴箱盖板12上均设置或由两者共同合并组构而成，为了获得更好的消声和过滤效果，可以在进气通道14a内设置空气滤例如滤网、滤纸或滤芯14c(如图4所示)；此外，进气口 14或进气通道出气口 14b的最佳位置宜在气缸1上相对于曲轴7的旋转轴线对称布局，这 里所指的对称布局是指一个相对的区域范围，只要在气缸1上曲轴7的旋转轴线的两边即 可，并不要求它们严格对称，换句话说进气口 14或进气通道出气口 14b的位置相对于活塞 3的距离越远越好，这样做的好处是能让新鲜的较冷的空气在穿越曲轴箱进气消声室13时 能尽量吹拂连杆大头轴承5，以达到降低该轴承工作温度的目的，当然如进气口 14或进气 通道出气口 14b布置在曲轴箱盖板12上面时，将它们的位置设在对着连杆大头轴承5的侧 面上也可以获得较佳的冷却效果(如图4所示)；特别需要说明的是，本发明活塞3上配装 的密封环或密封皮碗3a为采用自润性材料制作，所谓自润性材料包括聚四氟乙烯、充填聚 四氟乙烯等等在内的各种现有往复活塞式无油空气压縮机所使用的自润性材料，因此压縮 机基本上不消耗润滑油，而且能提供高品质的基本不含油的压縮空气，按照约定成俗的定 义或叫法，本发明压縮机归属于无油空气压縮机的范畴，但这并不意味着绝对不含油，因为 所用轴承含有一定的润滑油或油脂，在高温状态下仍会有极少量的润滑油蒸发泄漏出来， 因此本发明压縮机输出的高压空气中允许存在微量的润滑油。 本发明低噪声结构无油空气压縮机可以采用单缸形式也可以采用多缸形式，采用 单缸形式时气缸1、气缸盖2、活塞3、连杆4和连杆大头轴承5的数量均为一个(如图所 示)，此时气缸1可以是卧式布局也可以是立式布局还可以是斜置式布局，即气缸1的轴线 可以是水平、铅垂和倾斜等多种形式，而采用多缸形式时气缸1、气缸盖2、活塞3、连杆4、连 杆大头轴承5及其配件的数量均对应有多个(图中未示出)，多缸机以采用两缸形式为最 佳，此时气缸1、气缸盖2、活塞3、连杆4、连杆大头轴承5及其配件的数量均为两个，两缸形 式以V型气缸布局和直线对置气缸布局为最佳，两缸机的两个连杆大头轴承可以同时套装 在同一个曲柄销上也可以分别套装在不同的曲柄销上，甚至还可以采用主副连杆形式，即 主连杆转动套装在曲柄销上而副连杆则通过轴销与主连杆连接，采用多气缸的好处是在相 同排量及相同气缸尺寸及活塞行程的前提下，压縮机可以采用更低的转速，这样对降低机 械噪声、进气噪声、排气噪声和进气反喷噪声均十分有利。 本发明为了减少排气阀片9因击打而发出的机械撞击噪声，特别地在排气阀片9 和阀座10之间设置阀板19，并在阀板19与阀座10之间设置减震垫20(如图1、图2和图 4所示)，减震垫20可以采用各种具有一定吸震性能和阻尼性能的材料制作，包括纸材、塑 料、尼龙和软金属等等，更具体地说包括各种青壳纸、石棉纸、纤维板、聚四氟乙烯、充填聚 四氟乙烯、工程塑料、尼龙、橡胶、铝垫和铜垫等等，由于减震垫20可以有效衰减机械冲击 的强度，因此能减少排气阀片9因击打阀板19而发出的机械撞击噪声，需要说明的是，如前 所述阀座10可以单独制作也可以将其做成气缸盖2的一部分，当阀座10是气缸盖2的一 部分时(图中未示出)，减震垫20可以直接配设在气缸盖2上。 本发明为了减少高压气体冲击气缸盖2而引发的噪声，特别地在阀座10上紧固连 接有消声罩21 (如图1、图2和图4所示)，所述消声罩21将排气阀片9围罩在其内，并形 成排气消声腔17b，所述排气消声腔17b被围罩在气缸盖2之内并通过通孔21a与气缸盖2 的排气消声室17a连通，其中通孔21a的数量可以是一个也可以是多个、可以是圆孔或扁孔 或其他异形孔，由排气消声腔17b和排气消声室17a可以构成两级乃至多级膨胀消声结构， 故可降低排气噪声，更为重要的是消声罩21将那些从排气口 16冲出的脉冲性高压气体进行了屏蔽式的拦截，从而避免其对气缸盖2的本体产生直接冲击，故能有效减少排气冲击噪声。 本发明为了减少因连杆大头轴承5过热而导致游隙过大所产生的轴承机械噪声， 采取了如下措施1)将曲柄销6与连杆大头轴承5内圈的接触处做成花键状或类花键状 22 (如图1和图2所示)，以此来减少它们之间的接触面积，则电机转子23发出的热量经曲 轴7传过来并被连杆大头轴承5吸收的总量将会减少，因此可以降低连杆大头轴承5的温 度；2)在连杆4的杆身上开设有隔热孔或隔热槽24(如图1、图2和图3所示)，将有效隔 绝从活塞3传递下来的压縮热，以此减少连杆大头轴承5外圈吸收的热量，因此也可以降低 连杆大头轴承5的温度；3)在紧固螺钉11与活塞盖板3b的紧固之处、紧固螺钉11与活塞 3的本体的连接之处或紧固螺钉11与连杆4的小头的连接处设置有隔热垫lla(如图1和 图2所示)，以此亦同样可以减少从活塞盖板3b传递下来的压縮热，同样也能降低连杆大头 轴承5的温度；4)如前所述将进气口 14或进气通道出气口 14b的位置布置在与气缸1相 距较远的区域(如图1、图2和图3所示)，这样让新鲜的较冷的空气在穿越曲轴箱进气消 声室13时能尽量吹拂连杆大头轴承5，此举也可以降低连杆大头轴承5的温度。
本发明为了减少压縮机的机械振动所引起的噪声，对压縮机的运动件进行了仔细 的平衡处理，除了设置传统的平衡块25之外，还在压縮机的冷却风扇26上布置有副平衡块 25b (如图3所示)，其中平衡块25产生的离心力与曲柄销6、连杆大头轴承5和连杆4的 大头质量所产生的离心力合力在相位上刚好相反(允许存在因质量偏差或装配误差而产 生的相位偏差)，所述副平衡块25b所产生的离心力在相位上亦与平衡块25产生的离心力 反相(允许存在因质量偏差或装配误差而产生的相位偏差)，注意到由于结构的限制，平衡 块25产生的离心力与曲柄销6、连杆大头轴承5和连杆4的大头质量所产生的离心力合力 不在一条直线上，因此会产生附加的并随曲轴7—起旋转的力矩，这是造成压縮机机体振 动的一个原因，而增设副平衡块25b之后可以较好地解决这一问题；需要说明的是，平衡块 25的质量比完全平衡所需的质量可以大一些，即压縮机可以采用过量平衡，这是平衡或转 移活塞等往复运动件所产生的一阶往复惯性力的传统办法。
综上所述，本发明相比现有技术具有以下突出的优点 1、通过设置进气单向阀18，能有效阻止曲轴箱进气消声室13内的空气反喷到外 界大气外，另外，设置有具有膨胀腔结构的进气通道14a，不仅有利于吸纳回窜的气体，同时 还可以过滤一定频率的进气噪声，故能有效减少进气反喷脉动噪声； 2、在排气阀片9和阀座IO之间设置阀板19，并在阀板19与阀座IO之间设置减震 垫20，由此可以减少排气阀片9对阀座10的冲击强度，故能有效降低阀片敲击噪声；
3、在阀座10上紧固连接有消声罩21并将排气阀片9围罩在其内，减少了高压排 气对气缸盖2本体的冲击，同时消声罩21围构的空间事实上成为一个膨胀消声容积，故能 有效减少排气冲击噪声； 4、将曲柄销6做成花键状或类花键状22，减少了曲柄销6与连杆大头轴承5内圈 的接触面积，电机转子23的热量对连杆大头轴承5的影响亦因此减弱，另外在连杆4的杆 身上开设隔热孔或隔热槽24、在紧固螺钉11与活塞盖板3b、活塞3或连杆4的连接处设置 隔热垫lla，减少了活塞3传递给连杆大头轴承5外圈的热量，因此该轴承的工作温度得以 改善，故能有效减少轴承机械噪声；
7
5、在所述冷却风扇26上布置副平衡块25b，它与曲轴7上的平衡块25 —道对压縮 机进行动平衡，避免了单个平衡块无法有效平衡的弊端，减少了压縮机的机械振动，故能有 效减少机体振动噪声。 上述实施例仅为本发明的较佳实施例之一，并非依此限制本发明的保护范围，故 凡依本本发明的结构、形状、原理所做的各种等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之 内。
权利要求
低噪声结构无油空气压缩机，气缸上设置有气缸盖，气缸内设置有活塞，活塞通过连杆、连杆大头轴承及曲柄销与曲轴相连，曲轴外设置有曲轴箱，曲轴箱上紧固连接有曲轴箱盖板并形成曲轴箱进气消声室，气缸上设置有排气阀片和阀座，活塞上配装有用自润性材料制作的密封环或密封皮碗，其特征在于所述曲轴箱进气消声室通过进气口与外界大气相连通，并在所述进气口处设置有进气单向阀；或者所述曲轴箱进气消声室通过进气通道连接进气口后再与外界大气相连通，并在所述进气口处或进气通道的出气口处或进气口和进气通道的出气口处设置有进气单向阀。
2. 根据权利要求1所述的低噪声结构无油空气压縮机，其特征在于所述的进气通道具 有一个膨胀消声腔或者多个膨胀消声腔，在膨胀消声腔内设置或不设置空气滤。
3. 根据权利要求2所述的低噪声结构无油空气压縮机，其特征在于所述的进气口或进 气通道出气口的位置在气缸上相对于曲轴旋转轴线为对称布局；或者进气口或进气通道出 气口的位置布置在对着连杆大头轴承侧面的曲轴箱盖板上。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的低噪声结构无油空气压縮机，其特征在于所述 的气缸、活塞、连杆及配件各具有一个或者多个。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的低噪声结构无油空气压縮机，其特征在于所述 的排气阀片和阀座之间设置有阀板，在阀板与阀座之间设置有减震垫。
6. 根据权利要求1至3中任一项所述的低噪声结构无油空气压縮机，其特征在于所述 阀座上紧固连接有消声罩，所述消声罩将排气阀片围罩在其内。
7. 根据权利要求1至3中任一项所述的低噪声结构无油空气压縮机，其特征在于所述 曲柄销呈花键状或类花键状，所述连杆大头轴承的内圈与曲柄销紧固配合。
8. 根据权利要求1至3中任一项所述的低噪声结构无油空气压縮机，其特征在于所述 连杆的杆身上开设有隔热孔或隔热槽。
9. 根据权利要求1至3中任一项所述的低噪声结构无油空气压縮机，其特征在于所述 密封环或密封皮碗通过紧固螺钉及活塞盖板紧固连接到活塞的本体或连杆小头上，在紧固 螺钉与活塞本体或与连杆小头的紧固连接之处设置有隔热垫。
10. 根据权利要求1至3中任一项所述的低噪声结构无油空气压縮机，其特征在于所述 曲轴上连接有电机转子及冷却风扇，在所述冷却风扇上布置有副平衡块。
全文摘要
本发明属于空气压缩机技术领域，涉及低噪声结构无油空气压缩机，包括有气缸、气缸盖和活塞，活塞上配装有用自润性材料制作的密封环或密封皮碗，曲轴箱上紧固连接有曲轴箱盖板并形成曲轴箱进气消声室，在曲轴箱进气消声室与外界大气相通的进气口或在进气通道的出气口处设有进气单向阀，在排气阀片与阀座之间设置有减震垫，在阀座上连接有消声罩，将曲柄销做成花键状或类似花键状、在连杆杆身上开设隔热孔或隔热槽、在紧固螺钉与活塞或连杆的连接处设置有隔热垫，优点是本发明的进气噪声低、轴承的工作温度及机械噪声低、在冷却风扇上布置有副平衡块，降低了压缩机的振动幅度，故能有效减少机体振动噪声。
文档编号F04B35/00GK101737296SQ201010045819
公开日2010年6月16日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者耿爱农, 阮勤江, 陈君立 申请人:浙江鸿友压缩机制造有限公司