用于可压缩工作液体的旋转式正位移设备的制作方法

专利名称:用于可压缩工作液体的旋转式正位移设备的制作方法
本发明涉及两共同运转的构件之间互相啮合的用于可压缩压工作液体的旋转式正位移设备。本设备主要是打算用来作为压缩机或真空泵的，但也可以用来作为扩张器或者计量装置。
到目前为止，这种设备一般具有两种不同的型式。
其中第一种型式是螺旋旋转式设备，它包括两个不同外形的外部啮合的转子，封装在一个壳体里，并可绕着两个隔开的平行轴以相反方向转动。这种设备的一个例子公布于美国专利3423071号。在这种型式的设备中，各转子上的凹槽是互相连通的，并形成一个由筒体壁和高压端壁覆盖的封闭的人字形空腔。该封闭空腔的容积随转子的转动而变化。由于转子的齿顶一般不在壳体的两个筒体区域之间的交线上会合，就会有气孔形成，这会造成从空腔到相邻的人字形空腔的泄漏通道。另外，在转子的端部表面与壳体的高压端壁之间总有一定的间隙，这引起从设备的高压侧直接向其低压侧有一定的泄漏，因为高压端壁部分总是与转子凹槽配合的，而凹槽又与设备的低压通道是连通的。
第二种型式则是叫作所谓的蜗形压缩机，它包括两个构件，各有从一个平圆盘轴向延伸的一个螺旋形零件。这种设备的例子公布于美国专利4259043号和4395205号。该设备的第一构件是固定的，而第二构件当其中心绕着第一构件的中心作圆周运动时保持逆着转动。把螺旋形零件的尺寸加工成使它们一端与其另一端交错配合并在它们之间形成封闭的空穴。那些空穴由可轴向移动的密封条进一步互相密封，这些密封条设置在螺旋形零件顶部的凹槽里与另一个圆盘平面相配合，这不可避免地沿着部分密封条在没有凹槽的顶部和圆盘之间以及密封条和凹槽侧壁的局部之间产生一定的泄漏缝隙。另外该设备要求有第二可运动构件的精确导向机构，保持构件之间的间隙为一小的正值的止推轴承，以及把驱动轴的转动转换成可运动构件的摆动运动的机构。
在公开的美国专利2733834号中进一步建议，制造一个压缩机包括有两个顶点重合的密封配合的锥形构件，由绕其公共顶点以2∶1的速度比的内摆线运动在内部啮合。该授于专利并已公开的设备只限于这样一种型式至少其内部构件形状象拧进锥形螺管的杆，由铸造方法生产并加工成所需尺寸，因此它能保持其形状而与任何收缩率天关。这意味着该处所有尺寸必须与离其顶点的距离成正比。螺管的轴向螺距因此也与离其顶点的距离成比例，而其螺旋角是不变的。然而这一设计不可避免地会带来一个基本的缺点，由于螺距在轴向转化，这就不可能在构件中一个也不变形的情况下把内部构件插入外部构件。因为这个缘故，该建议的设备的外部构件是并且必须由弹性材料制成。这一事实意味着当设备运行并且其内部压力增加时，弹性零件一定的变形不可避免地导致一方面两构件之间的泄漏增加，另一方面处于与最大变形相反位置的两个构件之间的接触压力增加，引起它们之间摩擦力增加。也就是说，设备的容积效率降低，同时其机械损失增加，引起其总的效能受损到这种设备不能在实际中使用。
一种型式相似的设备公布于联邦德国专利2736590号。这种设备计划用作高粘度液体泵，其内部构件更特殊，形状象由一个圆棒绕成的锥形螺管，而圆棒的横切面是不变的，且任何轴向平面上的中心布置在构件的节圆上。然而，该设备设置的外部构件也是由弹性材料制成的，并且因此也具有如美国专利2733834号公开的那种设备的同样缺点。
本发明涉及的设备，其型式与美国专利2733834号所公开的那种相似，兼有常用的内部啮合的螺旋转子设备和涡形压缩机的优点，同时消除了上述不同型式设备的缺点。
该新设备是用于可压缩工作液体，内摆线锥齿轮式的旋转式正位移设备，它包括一个外部构件和一个内部构件，设有互相啮合的螺旋凹槽和错开的齿刃，外部构件的凹槽数与内部构件多一个，且外部构件各凹槽的包角超过360°，上述凹槽和齿刃在其间形成连续的密封线，在连贯的密封线之间限定封闭的空腔，上述两构件沿着顶点重合的螺旋锥体互相滚动，至少一个构件可绕其轴转动，而至少一个是安装着绕螺旋锥体的顶点作旋转摆动，内部构件的外接包络面形状象一个截头锥体，而外部构件形状象一个套筒，其内接包络面是截头锥体的形式，并有敞开的两端，形成低压和高压部分分别与固定的低压和高压通路连通。
本发明的目的是要获得一种上面所说明的那种型式的用于可压缩工作液体的适用的设备。
这个目的在这样一种型式的设备中已得到实现，它设计成其凹槽的径向深度沿构件轴向变化并在各横向平面内相当于构件轴线偏心距的两倍，而螺旋锥体上螺旋的螺旋角是在轴向上连续变化的。
由于其径向深度以上述方式变化的特点，该型式的设备用来作为压缩机或扩振器可以达到最佳运行状态，并且由于螺旋角连续变化而齿刃之间事实上恒定不变的转向距离是标准的，使得构件能可靠地装配。由于这些特殊的特点，可以认为该新型设备兼有上面介绍的两种型式的优点。
用该新设备，就可能完全消除螺旋压缩机的气孔和高压端的泄漏，同时由于轴承可以简化得多，也可以消除蜗形压缩机的密封条和第二构件的导向件。另外，该新设备的优点还在于结构紧凑，圆的外形，直径很小，使之很适合于在狭窄的地方配置。
现在结合附图所示的压缩机实施例，来对本发明进一步详细叙述。
图1表示一个气密封闭的致冷压缩装置的剖面图，
图2表示图1的部分放大详图，图3表示取自图2的3-3剖面图，图4表示取自图2的4-4剖面图，图5A至5F表示在不同角度位置的两个构件，图6为表示压缩机的容量与转动角度的函数关系的曲线图。
图1所示的压缩机装置包括一个电动机，它有一个定子10，和一个由装有转子轴承16和18的磁轭14可转动地安装在定子里面的转子12。电动机由气密盖20封闭，并由几个弹性元件22弹性地支承在其里面。
转动轴设有一个轴向通孔24。在该孔内，装有压缩机的两个内部配合的构件26、28。外部构件26形状象个轴向截头的锥形套筒，与转子12是同轴的，而轴向径向和不可转动地固定在转子12上。锥形套筒26的大头借助于垫圈30进一步密封地连接于转子12。压缩机的内部构件28形状象个轴向截头的锥体，并借助于装在内部构件28中央的挠性杆32不可转动地固定在定子10上。
更具体地如图2至5所示，构成外部构件26的锥形套筒设置有五个螺旋形延伸的凹槽34和介于其间的齿刃36，其螺旋角在其内表面连续变化。由于锥体的形状，连续变化的螺旋角导致轴向螺距恒定不变。构成内部构件28的锥体设置有四个螺旋形延伸的凹槽38和介于其间的齿刃40，其螺旋角在其外表面连续变化，该凹槽38和齿刃40与外部构件26的齿刃36和凹槽34相互啮合，并以其齿侧面与其密封地配合，在其间形成连续的密封线。从而在各轴向平面内，内部构件28相对于外部构件26作内摆线式的运动，即在各平面内两个构件26、28互相在节圆上作滚动，这意味意两个构件26、28使锥体42、44互相作滚动。该两个螺旋锥体的顶点位于一个公共点46。外部构件26螺旋锥体42的轴线48与内部构件28螺旋锥体44的轴线50之间形成一个不变的夹角“ε”。当两个螺旋锥体互相滚动时，内部构件28于是就绕着公共顶点46相对于外部构件26象锥形摆锤那样作运动。
外部构件26的大头是敞开的，并形成一个低压部分52与固定的低压通道54连通，该通道经由通过转子轴承16轴向延伸的管子56，并经由挠曲通道58，穿过盖子20的侧壁伸出去。外部构件26的小头也是敞开的，并形成一个高压部分60与固定的高压通道62连通，该通道经由从转子12内的孔24引出的径向通孔64，并经由盖子20内的自由空间，穿过盖子20的侧壁伸出去。
如图5A至5F所示，该压缩机的构件26和28是按下述方式动作的。当外部构件26由转子12带动绕其中心48转动时，它与不能转动的内部构件28相啮合。内部构件28的中心50就会沿着围绕外部构件26中心48的圆形轨迹作转动，其方向与外部构件26相同，而角速度是它的五倍，即速度与外部构件26上的凹槽34的数目相同。
在图5A中，内部构件28的一个齿刃40′与外部构件26的一个凹槽34′完全啮合，这意味着内部构件28的中心50落在由外部构件26的中心48与凹槽34′的底和齿刃40′的顶之间的啮合点连成的半径上。外部构件26从这个位置转动时，内部构件的中心50被迫围绕外部构件的中心48以同一方向作转动，并且包括外部构件26凹槽34′的一部分与位于内部构件28两个齿刃40′和40″之间的凹槽38的一部分的空腔66向着进口部分52打开，同时凹槽34′和齿刃40′之间的啮合轴向移动分成两个构件26和28。就这样，一定量的低压工作液体吸入空腔66。
在图5B中，从按照图5A确定的起始位置起始的转动角度已经达到“α”这样大小，而内部构件28的中心50同时绕着外部构件26的中心48转动90°的一个“β”角，这也是凹槽34′和齿刃40′之间的啮合在轴向向里移动分成构件26与28时其绕内部构件的中心48转过的角度。
图5C至5F表示继续转动时构件26和28的不同相对位置。从附图中可以看出，空腔的打开面积在转动的第一阶段是顺次增大的，再转动则减小，至图5F的位置时为零，而这时“α”和“β”的角度分别为90°和450°，并且内部构件28的齿刃40″与外部构件26的凹槽34′处于完全啮合。这样在这个位置空腔66与低压部分52是关断的。从这个位置起，空腔66是完全封闭的，并且容积逐渐缩小，直至构件26、28先前的轴向啮合到达高压部分并且里面封闭并压缩的工作液体通过高压部分60被压出的时刻。
在图6中，空腔66的容积“V”由曲线图表示为角度“ψ”的函数，“ψ”是外部构件26的转动角度，即β-α，空腔66的先前的轴向啮合即位于其中。角度“ψC”表示空腔66从低压部分52封闭的角度，而角度“ψU”表示它向高压部分60打开的角度。从图可以看出，空腔66的容积有一个最大的提前角“ψC”，在这个角度上空腔是封闭的，这是由于构件26和28都是圆锥形的以及构件凹槽34和38的横切面在轴向逐渐减小，这可从图3和图4看得最清楚。这样先前的轴向啮合限定的空腔66增加的容积比其后面啮合所减少的容积为少。角度“ψC”只取决于构件26、28横向断面的形状，并总是大约360°，而“ψC”取决于构件26、28的轴向长度，并且可以选择成使得“VC/VV”的比率适合所要求的实际压力比。
为了保证两构件26、28之间靠齿侧面直接接触的良好的传动啮合，希望啮合可发生在两接触的齿侧面之间没有滑动运动的螺旋锥体上。为此，要求外部和内部构件26、28的凹槽34、38至少在构债26、28的小头分别与相关的螺旋锥体42和44交叉，这可由设计构件26、28实现，使得该两构件各包络面的锥顶角度稍微比相关的螺旋锥体42、44的相应角度大。
为了限制冲击力，必须保持两构件26、28的中心48和50之间的距离为较小的值，并且尽可能地减少绕着转动的构债28的质量。在附图所示的实施例中，螺旋锥体42、44的轴线48和50之间的夹角“ε”大约只有1°，而且构件26和28是由轻塑料材料注射成型的。图1所示这种型式的致冷装置准备供家用电冰箱用，该设备的尺寸是这样的压缩机构件26、28的轴向长度大约是60毫米并使其两轴线48和50之间的平均偏心距大约为1毫米，内部构件的质量大约为3克，这大约是驱动电动机质量的千分之一。这样，不平衡的冲击力与设备的总质量相比是如此之小，以致完全可以忽略不计。
为了达到一个低的压力比，并因而封装着的压缩工作液体从空腔66到相邻空腔的泄漏较少，最好增加两个互相啮合的构件26、28的凹槽34、38和齿刃36、40的数目。这对于在低压和高压部分52、60的流动情况也是有利的。因此内部构件28设置若干个凹槽38和齿刃40是有利的。
权利要求
1.用于可压缩工作液体的摆线锥齿轮式的旋转式正位移设备，包括设置具有互相啮合的螺旋凹槽(34，38)和介乎其间的齿刃(36，40)的一个外部构件(26)和一个内部构件(28)，外部构件(26)上的凹槽(34)的数目比内部构件(28)多一个，并且外部构件上各凹槽(34)的包角超过360°，上述凹槽(34，38)和齿刃(36，40)在它们之间形成连续的密封线并在相邻的密封线之间限定封闭的空腔(66)，上述构件(26，28)互相沿着有重合顶点(46)的螺旋锥体(42，44)转动，上述构件(26，28)中至少一个(26)可绕其轴线(48)转动，而且至少一个(28)安装着绕螺旋锥体(42，44)的顶点(46)作旋转摆动，内部构件(28)的外接包络面形状象一个截头的圆锥体，外部构件(26)形状象具有截头圆锥体的内接包络面的套筒，并设有敞开的端头形成低压和高压部分(52，60)分别与固定的低压和高压通道(54，62)相连通，其特征在于凹槽(34，38)的径向深度沿着构件(26，28)轴向变化，并在各横向平面内相等于构件(26，28)轴线(48，50)的偏心距的两倍，并且螺旋锥体上螺旋的螺旋角在轴向上连续变化。
2.由权利要求
1限定的设备，其特征在于，其中内部构件(28)至少设置有两个凹槽(38)和啮合齿刃(40)。
3.由权利要求
1或者2限定的设备，其特征在于，其中在垂直于其轴线(50)平面内的内部构件(28)的外形是沿轴向变化的，并在任意两平面内是不等的，而且至少在构件(28)的小头构成其凹槽(38)与螺旋锥体(44)交叉。
4.由权利要求
3限定的设备，其特征在于，其中内部构件(28)包络面的顶点落在相关螺旋锥体(44)的里面。
5.由权利要求
1至4中的任何一项限定的设备，其特征在于，其中外部构件(26)是可绕其轴线(48)转动的，而内部构件(28)安装在一个固定定子(10)上是不可转动的，但可绕其螺旋锥体(44)的顶点(46)自由摆动。
6.由权利要求
5限定的设备，其特征在于，其中内部构件(28)在其小头设置有一个固定地安装在其螺旋锥体(44)顶点(46)的另一端上的挠性伸长杆(32)。
7.由权利要求
5或6限定的设备，其特征在于，其中外部构件(26)位于电动机转动轴里面，并与之同轴，并固定在其上以此在其里面作转动。
8.由权利要求
1至4中任何一项限定的设备，其特征在于，其中该设备的一个构件(26)位于电动机转动轴的里面，并与之同轴，并固定在其上以此在其里面作转动，而另一个构件(28)不可转动地安装在固定的定子(10)上，但可自由地绕其螺旋锥体(44)的顶点(46)作摆动。
专利摘要
用于可压缩工作液体的旋转式正位移设备，包括两个锥形的、内部相互啮合的有偏心轴(48，50)的构件(26，28)。构件(26，28)具有螺旋形的凹槽(34，38)和介于其间的齿刃(36，40)，它们配合形成在从一端向另一端轴向运动时容积变化的空腔(66)。内构件(28)相对于外构件作内摆线运动。凹槽(34，38)的径向深度沿着构件(26，28)轴向变化，并且在各横向平面内相等于构件(26，28)轴线(48，50)的偏心距的两倍，螺旋锥体上螺旋的螺旋角在轴向连续变化。
文档编号F04C18/107GK87104104SQ87104104
公开日1988年12月28日 申请日期1987年6月6日
发明者汉斯·奥洛夫森 申请人:瑞典转子机械公司