一种非圆齿轮驱动的同步回转式压缩机的制作方法

本发明涉及空气压缩机领域，具体涉及一种用非圆齿轮驱动的同步回转式压缩机。

背景技术：

滑片压缩机结构简单、零部件少、维修方便、容积效率高，在很多领域得到广泛应用。传统的滑片压缩机，气缸是静止的，滑片及转子与气缸之间的相对速度大，造成滑片和气缸之间、转子和气缸之间严重的摩擦磨损，摩擦磨损不仅降低了压缩机的使用寿命，也降低了压缩机的能量利用率。同步回转式压缩机，又称为转缸滑片压缩机，克服了传统的滑片压缩机的这一缺陷。在同步回转式压缩机中，滑片同时与转子、气缸连接，在滑片的作用下，转子和气缸实现同步回转。这样大大降低了转子与气缸间相对速度，从而降低了转子与气缸之间的摩擦磨损。然而在同步回转式压缩机中，滑片不仅要承受吸气腔和排气腔的压差，还要起到动力传递的作用，因此滑片需要承担更大的负载，这导致滑片上的摩擦磨损仍旧较高。为了避免滑片受力的进一步恶化，在现有同步回转压缩机中，转子和气缸的偏心距一般控制在10mm以下，限制了其排气容积。另外，在转子旋转一周内，只有小部分时间是处于排气状态，使得出口压力存在一定的脉动。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有同步回转式压缩机存在的滑片负载大、排气容积小、出口压力存在一定脉动的问题，提出了一种非圆齿轮驱动的同步回转式压缩机。在本发明中，转子和气缸的同步回转是通过外置的非圆齿轮传动实现的。这样，滑片就只用于分隔吸、排气腔，不再用于同步驱动，降低了滑片的负载及由此引起的摩擦磨损，提高了滑片的使用寿命和压缩机的能量利用率。滑片负载的降低允许使用较大的偏心距，提高了压缩机的排气容积。另外，外置的非圆齿轮传动容易实现多个压缩机的按给定相位差运行，这样不仅能在低转速时进一步提高压缩机系统的排气量，也可以降低出口压力的脉动。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种非圆齿轮驱动的同步回转式压缩机，包括主传动轴，所述主传动轴的两端通过轴承支撑在外箱体上，所述外箱体里面设置有压缩机的箱壳，所述压缩机的箱壳里面设置有气缸，所述气缸里面设置有转子，气缸轴和转子轴的两端都分别通过轴承支撑在外箱体和压缩机的箱壳上；气缸轴和转子轴不在同一直线上；所述主传动轴上位于所述压缩机壳体的两侧分别安装有圆齿轮和非圆齿轮，当采用非圆齿轮与共轭非圆齿轮啮合驱动气缸、圆齿轮与共轭圆齿轮啮合来驱动转子时，共轭非圆齿轮安装在气缸轴上，共轭圆齿轮安装在转子轴上；当采用非圆齿轮与共轭非圆齿轮啮合驱动转子、圆齿轮与共轭圆齿轮啮合来驱动气缸时，共轭非圆齿轮安装在转子轴上，共轭圆齿轮安装在气缸轴上；在所述的压缩机箱壳中，气缸随气缸轴一起运转，转子随转子轴一起运转，滑片铰接在气缸上，并插入转子上的滑片槽中。

所述的非圆齿轮驱动的同步回转式压缩机，气缸与转子的平均传动比为1:1。相应地，非圆齿轮与共轭非圆齿轮的平均传动比和圆齿轮与共轭圆齿轮的传动比相等；

转子与气缸的转角关系为：

其中，β为转子转角，θ为气缸转角，从气缸回转中心至转子回转中心方向为β和θ的起始位置，r为气缸圆心与滑片铰接回转中心的距离，e为转子和气缸的偏心距；

由公式1进一步得到转子与气缸的传动比为：

记圆齿轮与共轭圆齿轮的传动比为ic。当采用圆齿轮与共轭圆齿轮来驱动转子、非圆齿轮与共轭非圆齿轮驱动气缸时，非圆齿轮与共轭非圆齿轮的传动比为inc＝i×ic；当采用圆齿轮与共轭圆齿轮来驱动气缸、非圆齿轮与共轭非圆齿轮驱动转子时，非圆齿轮与共轭非圆齿轮的传动比为inc＝ic/i；

非圆齿轮与共轭非圆齿轮的节曲线表达式为：

其中，为非圆齿轮在极角为时向径，为共轭非圆齿轮在极角为时向径，同对应，即非圆齿轮转过时共轭非圆齿轮转过anc为非圆齿轮与共轭非圆齿轮的中心距。

所述的非圆齿轮驱动的同步回转式压缩机，所述主传动轴通过齿轮传动，驱动一个压缩机，或者同时驱动多个同参数同步回转式压缩机。

所述的非圆齿轮驱动的同步回转式压缩机，所述主传动轴同时驱动偶数个同参数同步回转式压缩机时，压缩机围绕主传动轴均布，相邻压缩机间相位差为360°/n，n为压缩机的个数。

有益效果：

与现有技术相比，本发明采用非圆齿轮机构实现同步回转式压缩机中转子和气缸的同步回转，降低了滑片的负载及由此引起的摩擦磨损，提高了滑片的使用寿命和压缩机的能量利用率。滑片负载的降低允许使用较大的偏心距，提高了压缩机的排气容积。另外，外置的非圆齿轮传动容易实现多个压缩机的按给定相位差运行，不仅进一步提高了压缩机系统的排气量，也降低了出口压力的脉动。

附图说明

图1为本发明的机构示意图；

图2为本发明中两组气缸转子组的结构剖视图和铰接滑片初始位置示意图；

图3为本发明中非圆齿轮与共轭非圆齿轮节曲线实例图。

图中各个标号代表：1—外箱体，2—非圆齿轮，3—共轭非圆齿轮，4—气缸轴，5—转子，6—气缸，7—压缩机箱壳，8—转子轴，9—共轭圆齿轮，10—圆齿轮，11—主传动轴，12—联轴器，13—电机，14—铰接滑片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步地说明。

需要指出的是，基于本发明的技术方案，可以用圆齿轮啮合驱动转子、非圆齿轮啮合驱动气缸，也可以用非圆齿轮啮合驱动转子、圆齿轮啮合驱动气缸。在本实施例中，选用非圆齿轮啮合驱动气缸，但这并不用于限制本发明的范围。另外，主传动轴通过齿轮传动，可以驱动一个同步回转式压缩机，也可以同时驱动多个同参数同步回转式压缩机。当驱动多个同步回转式压缩机时，压缩机围绕主传动轴均布，相邻压缩机间相位差为360°/n，n为压缩机的个数。在本实施例中及附图中，同时驱动相位相差为180°的两个同步回转式压缩机，但这并不用于限制本发明的范围。

如图1所示，非圆齿轮驱动的同步回转式压缩机包括驱动部件和回转压缩机部件。

驱动部件包括外箱体1、非圆齿轮2、共轭非圆齿轮3、圆齿轮10、共轭圆齿轮9、气缸轴4、转子轴8、主传动轴11。电机13通过联轴器12与主传动轴11连接，主传动轴11的两端通过轴承支撑在外箱体1上。气缸轴4和转子轴8的两端都分别通过轴承支撑在外箱体1和压缩机的箱壳7上。气缸轴4和转子轴8不在同一直线上。圆齿轮10和共轭圆齿轮9分别固定安装在主传动轴11和转子轴8上，圆齿轮10与共轭圆齿轮9啮合。非圆齿轮2和共轭非圆齿轮3分别固定安装在主传动轴11和气缸轴4上，非圆齿轮2与共轭非圆齿轮3啮合。如图1示意的那样，共轭非圆齿轮、共轭圆齿轮、气缸轴、转子轴的个数同压缩机的数量相等，为了叙述的简洁，在不引起歧义的情况下，下文中共轭非圆齿轮3代替所有对称布置的共轭非圆齿轮，其余类似。

如图2所示，在回转压缩机中，气缸6随气缸轴4一起运转，转子5随转子轴8一起运转。滑片14铰接在气缸6上，并插入转子5上的滑片槽中。

电机13通过联轴器12和主传动轴11将动力传给圆齿轮10和非圆齿轮2。圆齿轮10与共轭圆齿轮9啮合，非圆齿轮2与共轭非圆齿轮3啮合，共轭圆齿轮9将动力通过转子轴8传给转子5，共轭非圆齿轮3将动力通过气缸轴4传给气缸6。实现转子5与气缸6的同步回转。

如图2所示，两个回转压缩机中的气缸6、转子5与铰接滑片14的参数和结构完全一致，两个压缩机以主传动轴11为中心对称布置，且二者相位差为180°，使得两个压缩机交替进行排气，提高了压缩机系统的排气量，降低了出口压力的脉动。

气缸6与转子5的平均传动比为1:1。相应地，非圆齿轮2与共轭非圆齿轮3的平均传动比和圆齿轮10与共轭圆齿轮9的传动比相等。

转子5与气缸6的转角关系为：

其中，β为转子转角，θ为气缸转角，从气缸回转中心至转子回转中心方向为β和θ的起始位置，r为气缸圆心与滑片铰接回转中心的距离，取值为80mm，e为转子和气缸的偏心距，取值为10mm。由公式1进一步得到转子5与气缸6的传动比为：

为了方便起见，这里取圆齿轮10与共轭圆齿轮9的传动比ic＝1，则非圆齿轮2与共轭非圆齿轮3的传动比inc＝i。

取圆齿轮10与共轭圆齿轮9的中心距b＝110mm。考虑到转子和气缸之间的偏心距，非圆齿轮2与共轭非圆齿轮3的中心距为anc＝b+e＝120mm。非圆齿轮2与共轭非圆齿轮3的节曲线表达式为：

其中，为非圆齿轮2在极角为时向径；为共轭非圆齿轮3在同对应的极角时向径。由于共轭非圆齿轮3和气缸固连在气缸轴4上，因此在本实施例中取圆齿轮10与共轭圆齿轮9的传动比为1，因此在数值上等于β，这样和之间的对应关系可由公式1得到。图3给出了非圆齿轮2与共轭非圆齿轮3的节曲线。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。