一种球形压缩机转子防卡死机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种球形压缩机转子防卡死机构，销座(10)固定在转盘轴(203)上，导向销(18)活动连接有导向套(19)；在缸体座球面(903)或者缸体下球面(801)上设置有凹形滑道(901)，凹形滑道(901)分布在转盘转动过程中导向套(19)在所对应的缸体座球面(903)或者缸体下球面(801)的滑动轨迹上；主轴（4）转动驱动转盘（2），当转盘(2)在转动到转盘轴线与活塞轴线重合位置时，导向销(18)从凹形滑道(901)获得的扭矩使转盘(2)继续能绕自身轴线转动，解决了球形压缩机转子运动的死点问题，由于凹形滑道(901)设置在球形压缩机的球形工作缸的外部，密封效果好。
【专利说明】一种球形压缩机转子防卡死机构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种球形压缩机转子防卡死机构。
【背景技术】
[0002]球形压缩机技术经过近年来的不断发展和完善，取得了很大发展和应用，这种球形压缩机的优点是无进/排气阀、运动件少、振动小、机械效率高、密封可靠等，特别是在微型压缩机领域、高压缩比泵类机械方面优势更加明显，但是当零件结构尺寸较小、润滑不充分时转子容易出现卡死现象。
[0003]导致转子卡死的原因分析如下:
[0004]由于活塞的旋转是通过偏心主轴提供动力，当主轴旋转到转盘轴线与活塞轴线重合时，主轴作用在转盘上的合力与活塞和转盘的轴线垂直相交，主轴作用在转盘的力在此位置产生不了驱动活塞及转盘绕各自轴线转动的扭矩分量，无法使活塞和转盘旋转，这是机构的运动死点。受力分析为:主轴在电机的驱动下旋转，主轴作用于转盘一个驱动力，这个驱动力有一分力使活塞和转盘绕各自轴线旋转，当旋转到转盘的轴线与活塞的轴线接近重合位置附近，这个使活塞和转盘旋转的分力产生的扭矩越来越小直至为零，所以在活塞轴线和转盘轴线接近重合前后，活塞和转盘不能获得足够的扭矩绕各自轴线转动，从而在该位置附近出现转动卡死现象，产生机构的运动死点；当运动死点为起始状态或者在该状态停止转动，则下次无法启动。
[0005]中国专利号ZL201310100697.5，专利名称是《一种用于球形压缩机的转盘旋转同步机构》提出的技术方案是在转盘球面和相配合的缸体内球面之间设置转盘旋转同步机构，使转盘在转动到转盘轴线与活塞轴线重合位置时，转盘从主轴获得的扭矩为零的瞬间，同步机构产生的扭矩仍可以使转盘继续保持运动，从而使转盘不易卡滞，从根本上解决了球形压缩机机构运动的死点问题。但是产生副作用是，由于转盘同步机构设置在转盘球面与缸体内球面之间，凹形滑道在相互配合的球面上使密封面积减小，甚至成为工作室间气体泄漏通道，使得球形压缩机面密封优势降低，从而使球形压缩机不能适应微型结构在高压的工况下工作，效率降低。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的就是在中国专利ZL201310100697.5的基础上，设计一种球形压缩机转子防卡死机构，使转盘在转动到转盘轴线与活塞轴线重合位置时即压缩机转子死点位置时，当主轴转动驱动转盘时，防卡死机构能够产生使转盘继续绕自身轴线旋转的扭矩，使转子继续旋转并越过死点，从而彻底解决当球形压缩机结构尺寸小、压力高时，原来的转盘同步机构导致的泄漏增加、效率较低的问题。
[0007]本实用新型的技术方案是，一种球形压缩机转子防卡死机构，其特征是:在缸体和主轴支架之间固定连接缸体座，缸体座球面、缸体下球面及转盘球面具有相同的球心；缸体座球面的球径大于缸体下球面的球径，在缸体和缸体座之间形成一绕转盘轴的球形回转体空间；转盘轴穿过缸体轴孔和缸体座轴孔，转盘轴的端部插入主轴的偏心轴孔；销座固定在转盘轴上，随转盘轴在所述球形回转体空间中旋转，在销座上固定有导向销，导向销的伸出部分活动连接有导向套；在缸体座球面或者缸体下球面上设置有凹形滑道，凹形滑道分布在转盘转动过程中导向套在所对应的缸体座球面或者缸体下球面的滑动轨迹上，导向套位于凹形滑道中，凹形滑道的截面形状与导向套的形状相适应；
[0008]导向套在销座上位于缸体座的一侧，凹形滑道设置在缸体座球面上；
[0009]导向套在销座上位于缸体的一侧，凹形滑道设置在缸体下球面上；
[0010]销座为圆弧形,两个导向销以转盘轴为对称轴对称设置在销座的两侧。
[0011]本实用新型的优点是:转盘在转动到转盘轴线与活塞轴线重合位置时，转盘从主轴获得使其自转的扭矩为零的瞬间，当主轴驱动转盘时，导向销与凹形滑道产生的接触力仍可以使转盘继续保持运动，从而使转盘不易卡滞，从根本上解决了球形压缩机机构运动的死点问题，并且由于凹形滑道设置在球形压缩机的球形工作缸的外部，不会造成球形腔内的压力泄漏或者成为压力泄漏通道，有利于密封，从而可以适用于小微型压缩机和高压力的场合，压缩机工作效率提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1:本实用新型实施例压缩机结构示意图；
[0013]图2:图1所示压缩机结构剖面图；
[0014]图3:活塞结构示意图；
[0015]图4:转盘结构示意图；
[0016]图5:缸盖结构底面视图；
[0017]图6:缸盖结构顶面视图；
[0018]图7:缸体结构示意图；
[0019]图8:缸体座结构示意图；
[0020]图9:图8所示缸体座结构剖面图；
[0021]图10:主轴结构示意图；
[0022]图11:图10所示主轴结构剖面图；
[0023]图12:转盘、销座、导向销、导向套装配结构爆炸图；
[0024]图13:导向套在凹形滑道中时转盘受力图；
[0025]图14:凹形滑道在缸体下球面上时缸盖结构示意图；
[0026]图15:导向套在销座上位于缸体一侧时转盘、销座、导向销、导向套装配结构爆炸图。
[0027]图中:1-活塞；2-转盘；3_中心销；4-主轴；5_活塞轴；6-缸盖；7_主轴支架；8-缸体；9-缸体座；10_销座；11-调整垫；12-转盘轴套；13-缸体座衬套；14-支架衬套；15进口接头；16_出口接头；17_平衡块；18_导向销；19_导向套；20_平垫片；21_定位销；22-密封圈；23连接螺钉；
[0028]101-进排气口 ；102_活塞轴孔；103-活塞销孔；104活塞销座；201_转盘销座；202-转盘销孔；203_转盘轴；401_偏心轴孔；402_配重块；601进气通道；602_排气通道；603-缸盖端轴孔；604_进气孔；605_排气孔；801_缸体下球面；802_缸体轴孔；901_凹形 滑道；902-缸体座轴孔；903-缸体座球面；IOOO-Vl工作室；1001_V2工作室。
【具体实施方式】
[0029]如图1、图2所示，球形压缩机包括活塞1、转盘2、中心销3、主轴4、缸盖6、缸体8、缸体座9和主轴支架7，缸盖6、缸体8、缸体座9、主轴支架7依次通过连接螺钉23相连形成球形压缩机的机壳；如图5、图6和图7所不,缸盖6和缸体8具有半球形内表面,通过连接螺钉23连接形成球形压缩机的球形内腔，缸体座9通过连接螺钉23连接缸体8的下部，在缸体8的下部有突出的球形底面即缸体下球面801，缸体下球面801的球径大于缸体8的半球形内表面的球径，并且与缸体8的半球形内表面的球心相同；缸体轴孔802穿过缸体下球面801的中心；缸体座9与缸体下球面801相对应的面为球面即缸体座球面903，缸体座球面903和缸体下球面801的球心相同，缸体座球面903的球径大于缸体下球面801的球径，在缸体座9和缸体8之间形成一个以转盘轴203为回转轴的球形回转体空间，缸体座轴孔902穿过缸体座球面903的中心；为了保证各球面配合定位准确，在缸盖6、缸体8和缸体座9连接部分配置有定位销21。
[0030]在如图3所示，活塞I具有球形顶面、球形顶面中央有一活塞轴孔102、两个成一定角度的侧面、进排气口 101和在活塞I两侧面下部形成的活塞销座104，两个进排气口 101对称分布在活塞I的两侧面圆弧棱边的中间，活塞销座104为半圆柱结构，半圆柱的中部有凹槽，在其轴线方向上有贯通的活塞销孔103 ;活塞轴5是一螺塞结构，活塞轴5的一端是光滑的轴端，该轴端轴径的大小与活塞轴孔102相配，活塞轴5的中部为螺纹，另一端为六方头结构；如图5、图6所示，缸盖6上设有与活塞轴5相配的内螺纹轴孔，活塞轴5的轴端插入活塞轴孔102中，活塞轴5中间螺纹部分与缸盖6上的缸盖端轴孔603的内的螺纹相配合，通过螺纹连接把活塞轴5固定在缸盖6上，在活塞轴5与缸盖端轴孔603连接部分设置有平垫片20，起到压紧和密封作用；活塞I可绕活塞轴5自由转动，活塞球形顶面与半球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合；
[0031]如图4所示，转盘2的下端面中心伸出一转盘轴203，转盘2的上部和下端面之间的外周面为转盘球面，缸体8和缸盖6构成的球形内腔与转盘球面具有相同的球心，转盘球面紧贴球形内腔形成密封动配合；在转盘2的上部与活塞销座104相对应有一转盘销座201，转盘销座201的两端为半圆柱凹槽，中部为凸起的半圆柱；在半圆柱的轴线方向上有贯通的转盘销孔202 ；
[0032]如图2所示，中心销3插入活塞销座104和转盘销座201，主轴支架7与缸体座9通过连接螺钉23相连，为主轴4的旋转提供支撑，如图2、图10、图11所示，主轴4的一端为偏心轴孔401和平衡块402，主轴4的该端部位于缸体座9下部的圆柱形空腔内与转盘轴203相连，另一端与动力机构相连，为压缩机变容提供动力；平衡块402用以调节主轴4旋转时的不平衡力；在主轴4上端面与缸体座9下部底面接触的部分设置调整垫11，用以调整装配时主轴4的高度；上述活塞轴5和转盘轴203及主轴4的轴线都通过缸体8和缸盖6构成的球形内腔的球心,并且活塞轴5和转盘轴203的轴线与主轴4的轴线形成相同的夹角α ;中心销3插入活塞I的活塞销孔103和转盘2的转盘销孔202中形成柱面铰链，活塞I与转盘2通过柱面铰链形成密封动连接，并把转盘2的上端面与球形内腔形成的半球形空腔分割成Vl工作室1000和V2工作室1001 ；[0033]主轴4转动时驱动转盘2，转盘2带动活塞I运动(图中主轴4的转向是从缸盖6看主轴4作顺时针转动)；活塞I的运动是唯一的绕自身轴线的转动，转盘2的运动是有两种运动的合成:一是绕自身轴线的转动，另一是其轴线始终通过球形内腔的球心，并在以球形内腔的球心为顶点、锥角为2 α、轴线与主轴4的轴线重合的虚拟锥体表面周向移动(SP转盘2的轴线扫过上述锥体的锥面)，移动的周期与主轴4旋转的周期同步；以上空间机构的运动都是旋转性质的运动，故没有高振动运动件，这种空间运动的合成结果为:活塞I和转盘2有一周期性的相对摆动，摆动的周期为主轴旋转周期的一倍，摆动的幅度为4 α ;利用这种相对摆动作为容积变化的基本运动要素，形成压力交替变化的Vl工作室1000和V2工作室1001 ;如图1、图2及图5、图6所示，在活塞I上设置有进排气口 101，在缸盖6的内球面上设置有进气通道601和排气通道602，其结构如图5、图6所示，进气通道601通过连通缸外的进气孔604与缸盖外的进口接头15连接，在进气孔604上设置有内螺纹，通过螺纹与进口接头15连接；排气通道602通过缸盖6上的连通缸外的排气孔605与排口接头16连接，在排气孔605上设置有内螺纹，通过螺纹与排口接头16连接；利用活塞I的旋转以及活塞I的球形表面与缸盖6的半球形内表面的配合，作为所有进排气口打开、关闭的基本运动要素，通过进排气口 101与进气通道601和排气通道602的通断实现进气和排气控制。
[0034]作为本实用新型的核心技术就是:在缸体8与缸体座9之间形成一个以转盘轴203为回转轴的球形回转体空间，在该球形回转体空间中设置一销座10，销座10固定连接在转盘轴5上，随转盘轴203在回转体空间中旋转，在销座10上设置有销孔，导向销18的一端插入销孔中固定，另一端伸出销座10的部分上活动连接一导向套19，导向套19可以在导向销18上自由转动；在与导向套19同侧的缸体座球面903或者缸体下球面801上设置有凹形滑道901，凹形滑道901分布在转盘2转动过程中导向套19在同侧的缸体座球面903或者缸体下球面801的滑动轨迹上，凹形滑道901的截面形状与导向套19的形状相适应，导向套19位于凹形滑道19中；
[0035]如图2、图8、图9、图12所示，在本实施例中，导向套19在销座10上位于缸体座9的一侧，凹形滑道901在缸体座球面903上；缸体座轴孔902穿过缸体座球面903的中心；缸体8的下部突出一球形底面即缸体下球面801，缸体轴孔802穿过缸体下球面801的中心；转盘2的转盘轴203穿过缸体轴孔802、缸体座轴孔902，转盘轴203的端部插入主轴4的偏心轴孔401中，转盘轴5的中部是方形台阶；销座10为圆弧状，圆弧的中心与转盘球面的球心相同；在销座10的圆弧的两端以转盘轴203为对称轴对称设置有销孔，两个导向销18分别插入销孔中固定，两个导向销18分别对称设置在销座10的两侧；在每个导向销18的伸出销座10的部分活动连接有导向套19，销座10圆弧的中心设置有方孔，通过方孔固定在转盘轴203中间的方形台阶上；导向套19沉在凹形滑道901中，随着转盘2的转动，导向套19在凹形滑道19中滑动，同时在导向销18上可转动；销座10随同转盘轴203在球形回转体空间中旋转，销座10的上部与缸体下球面801之间以及销座10的下部与缸体座球面903之间均留有活动间隙，间隙的大小以销座10旋转过程中不与缸体下球面801和缸体座球面903干涉为宜；
[0036]作为本实用新型的另一种实施方式，如图15所示，导向套19在销座10上位于缸体8的一侧，装配时，先把导向套19套在导向销18上，再把导向销18的小端装入销座10的销孔中，通过导向销18的大端台阶轴向限位，使导向套19在导向销18上只可以绕导向销18的轴线周向转动，并且不会沿导向销18的轴线轴向移动；销座10的中央有方孔，通过方孔装入转盘轴203中部的方形台阶上固定；如图14所示，在本实施例中，凹形滑道901设置在缸体下球面801上。
[0037]本实用新型球形压缩机转子防卡死机构的工作过程是:当主轴4旋转过程中，转盘轴线和活塞轴线重合以前，由于导向套19就在凹形滑道901，并随着转盘2的转动在凹形滑道901中继续沿自身的运动轨迹滑动，导向套19在凹形滑道901中，由于主轴4作用下，转盘2与活塞I有一相对摆动趋势，这种趋势会使凹形滑道901与导向套19之间有一挤压力F，其受力状态如图13所示，力F在转盘2转动方向产生一分力Fl，在Fl力的作用下，转盘2获得一个绕转盘轴线旋转的扭矩继续旋转，即使在活塞轴线和转盘轴线重合的情况下，该分力依然存在，即在死点位置，由该分力推动转盘2继续旋转。
[0038]本实用新型所述球形压缩机转子防卡死机构适合于基本结构型的单级压缩结构，也适合于多级压缩结构。
[0039]如图2所示，为了减小转子运转中的摩擦阻力，减小转子零件的磨损，保持高精度持久高效运转，提高球形压缩机的寿命，在主轴4和缸体座9下部圆柱配合部分增加缸体座衬套13，在转盘轴203和主轴4的偏心轴孔401的配合部分增加转盘轴套12，在主轴4与主轴支架7圆柱配合部分增加支架衬套14 ;缸体座衬套13、转盘轴套12和支架衬套14均采用耐磨材料。在主轴4上有密封槽，在主轴4和主轴支架7配合的部分增加密封圈22。
【权利要求】
1.一种球形压缩机转子防卡死机构，其特征是:在缸体(8)和主轴支架(7)之间固定连接缸体座(9 )，缸体座球面(903 )、缸体下球面(801)及转盘球面具有相同的球心；缸体座球面(903)的球径大于缸体下球面(801)的球径，在缸体(8)和缸体座(9)之间形成一绕转盘轴(203)的球形回转体空间；转盘轴(203)穿过缸体轴孔(802)和缸体座轴孔(902)，转盘轴(203)的端部插入主轴(4)的偏心轴孔(401);销座(10)固定在转盘轴(203)上，随转盘轴(203 )在所述球形回转体空间中旋转，在销座(10 )上固定有导向销(18 )，导向销(18 )的伸出部分活动连接有导向套(19);在缸体座球面(903)或者缸体下球面(801)上设置有凹形滑道(901)，凹形滑道(901)分布在转盘(2 )转动过程中导向套(19 )在所对应的缸体座球面(903)或者缸体下球面(801)的滑动轨迹上，导向套(19)位于凹形滑道(901)中，凹形滑道(901)的截面形状与导向套(19)的形状相适应。
2.根据权利要求1所述的一种球形压缩机转子防卡死机构，其特征是:导向套(19)在销座(10 )上位于缸体座(9 )的一侧，凹形滑道(901)设置在缸体座球面(903 )上。
3.根据权利要求1所述的一种球形压缩机转子防卡死机构，其特征是:导向套(19)在销座(10 )上位于缸体(8 )的一侧，凹形滑道(901)设置在缸体下球面(801)上。
4.根据权利要求1所述的一种球形压缩机转子防卡死机构，其特征是:销座(10)为圆弧形，两个导向销(19)以转盘轴(203)为对称轴对称设置在销座(10)的两侧。
【文档编号】F04C29/00GK203742997SQ201420121884
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】王陆一 申请人:西安正安环境技术有限公司