微型球形壓縮機(jī)

1、精品好資料學(xué)習(xí)推薦微型球形壓縮機(jī)王陸一摘要：介紹了新發(fā)明的球形壓縮機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了其用于微型制冷系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)，分析了球形壓縮機(jī)密封性可靠效率高的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：微型制冷球形壓縮機(jī)效率密封泄漏Miniature Spherical CompressorWang LuyiAbstract:The principles and advantages of new type of spherical compressor are introduced. The superiority of applying the spherical compressor into miniature ref

2、rigeration system is analyzed. The advantages of reliable sealing and high efficiency are analyzed. Keywords:Miniature refrigeration Spherical compressorEfficiency Seal Leakage6 / 6集成電路芯片發(fā)展迅速，隨著運(yùn)算速度和集成度的提高其散熱問題已成為難題，而微型壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)是有效的解決方案。另外，微型制冷系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于特種防護(hù)服、便攜式制冷空調(diào)設(shè)備等。這一領(lǐng)域的研究的關(guān)鍵是微型壓縮機(jī)的開發(fā)，如何開發(fā)體積小、重量輕、工

3、作平穩(wěn)、效率高的微型制冷壓縮機(jī)是一個(gè)世界性的前沿課題。目前所開發(fā)的這類壓縮機(jī)大都是采用傳統(tǒng)的經(jīng)典機(jī)型，例如滾動(dòng)活塞式、三角轉(zhuǎn)子式、線性往復(fù)活塞式等。但滾動(dòng)活塞式和三角轉(zhuǎn)子式有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是在用于微型機(jī)時(shí)其密封性差泄漏大效率低，造成這種結(jié)果的原因就是他們的機(jī)構(gòu)原理決定了其密封的薄弱環(huán)節(jié)太多，都具有線密封的特征。線性往復(fù)活塞式雖然密封性好但振動(dòng)大，同時(shí)由于有進(jìn)氣閥和排氣閥的存在使其缸徑不能過小，因?yàn)檫^小的缸徑將使氣閥無法安裝并且過小的氣閥會(huì)導(dǎo)致效率和可靠性大幅下降。微型球形制冷壓縮機(jī)是新發(fā)明的空間機(jī)構(gòu)（三維機(jī)構(gòu)）形式的壓縮機(jī)，其主要目標(biāo)是解決其它形式的微型壓縮機(jī)泄漏大、效率低、振動(dòng)大、不能超微

4、型化的問題。已經(jīng)設(shè)計(jì)制造了原理驗(yàn)證樣機(jī)，參見后附照片。專利情況介紹：l 獲中國(guó)發(fā)明專利1項(xiàng)：一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)；專利號(hào)：ZL03114505.1l 獲中國(guó)實(shí)用新型專利1項(xiàng)：一種用于球形壓縮機(jī)的鉸鏈密封間隙自動(dòng)補(bǔ)償裝置；專利號(hào)：ZL201020506617.8；l 正在申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利1項(xiàng)：一種用于球形壓縮機(jī)的鉸鏈密封隙自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；專利申請(qǐng)?zhí)枺篫L201010264211.8；l 正在申請(qǐng)國(guó)際發(fā)明專利1項(xiàng)：一種用于球形壓縮機(jī)鉸鏈密封間隙自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枺篜CT/CN2011/0773601結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)介紹1.1結(jié)構(gòu)介紹1.1.1特別說明：在以下的視圖中，圖 1 到圖 11表示的是

5、基本型的微型球形壓縮機(jī)；圖 12 表示的是經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的超微型球形壓縮機(jī)；這兩種形式的球形壓縮機(jī)在球形缸內(nèi)的另件結(jié)構(gòu)形式相同，區(qū)別只是缸蓋的外沿發(fā)蘭結(jié)構(gòu)和與缸體的連接方式不同，超微型球形壓縮機(jī)缸蓋與缸體的連接沒有采用螺釘。在以下的結(jié)構(gòu)介紹和性能分析中，是以基本型的微型球形壓縮機(jī)為基礎(chǔ)。1.1.2附圖說明 圖1：結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2：機(jī)殼剖面圖；圖3：圖2中A-A剖面圖；圖4：組合式活塞主視圖；圖5：圖4所示的組合式活塞左視圖；圖6：組合式活塞本體主視圖；圖7：圖6所示的組合式活塞本體左視圖；圖8：帶缸蓋的轉(zhuǎn)子爆炸圖；圖9：活塞立體圖；圖10：轉(zhuǎn)盤立體圖；圖11：組合式活塞立體圖及其鑲塊立體圖；圖1

6、2：新設(shè)計(jì)的超微型機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1-旋轉(zhuǎn)活塞；2-缸蓋；3-氣道；4-工作容積V1；5-連接螺釘；6-主軸；7-主軸支架；8-轉(zhuǎn)盤；9-缸體；10-中心銷；11-工作容積V2；12-排氣通道；13-進(jìn)氣通道；14-組合式活塞本體；15-組合式活塞鑲塊；00-外殼；000-電機(jī)。1.1.3結(jié)構(gòu)說明缸體和缸蓋相連形成一個(gè)球形內(nèi)腔，活塞具有球形頂面、從球形頂面中央伸出一活塞軸、活塞下部有一活塞銷座；缸蓋上設(shè)有與活塞軸相配的軸孔，活塞可繞活塞軸在軸孔中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞球形頂面與球形內(nèi)腔具有相同的球心并形成密封動(dòng)配合；轉(zhuǎn)盤的下端面中心伸出一轉(zhuǎn)盤軸，轉(zhuǎn)盤上部和下端面之間的外周面為轉(zhuǎn)盤球面，轉(zhuǎn)盤球面與球

7、形內(nèi)腔具有相同的球心并緊貼球形內(nèi)腔形成密封動(dòng)配合；在轉(zhuǎn)盤上部與活塞銷座相對(duì)應(yīng)有一轉(zhuǎn)盤銷座；中心銷插入活塞銷座和轉(zhuǎn)盤銷座，主軸支架與缸體相連，為主軸的旋轉(zhuǎn)提供支撐，主軸的一端為偏心斜孔，偏心斜孔位于缸體內(nèi)與轉(zhuǎn)盤軸相連，另一端與動(dòng)力機(jī)構(gòu)相連，為壓縮機(jī)變?nèi)萏峁﹦?dòng)力；上述活塞軸和轉(zhuǎn)盤軸及主軸的軸線都通過球形內(nèi)腔的球心，并且活塞軸和轉(zhuǎn)盤軸的軸線與主軸的軸線形成相同的夾角（稱為特征角），以上結(jié)構(gòu)形成對(duì)稱的2個(gè)工作腔V1和V2。1.1.4工作過程簡(jiǎn)介 工作過程如下：主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)（圖中主軸的轉(zhuǎn)向是從缸蓋看主軸作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）；活塞的運(yùn)動(dòng)是唯一的繞自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)是有兩種運(yùn)動(dòng)的合

8、成：一是繞自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一是其軸線始終通過球形缸的球心，并在以球形缸的球心為頂點(diǎn)，錐角為2、軸線與主軸軸線重合的虛擬錐體表面周向移動(dòng)（即轉(zhuǎn)盤的軸線掃過上述錐體的錐面），移動(dòng)的周期與主軸旋轉(zhuǎn)的周期同步。以上空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)都是旋轉(zhuǎn)性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，故沒有高振動(dòng)運(yùn)動(dòng)件，這種空間運(yùn)動(dòng)的合成結(jié)果為：活塞和轉(zhuǎn)盤有一周期性的相對(duì)擺動(dòng)，擺動(dòng)的周期為主軸旋轉(zhuǎn)周期的一倍，擺動(dòng)的幅度為4；利用這種相對(duì)擺動(dòng)作為容積變化的基本運(yùn)動(dòng)要素，利用活塞的旋轉(zhuǎn)以及活塞體上球形表面與球形缸內(nèi)表面的配合，作為所有進(jìn)排氣口打開、關(guān)閉的基本運(yùn)動(dòng)要素。1.2 運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析設(shè)定：主軸轉(zhuǎn)角；活塞繞其軸線的轉(zhuǎn)角；1轉(zhuǎn)盤繞其軸線的轉(zhuǎn)角；=主軸轉(zhuǎn)速

9、；=-活塞繞其軸線的轉(zhuǎn)速；= 活塞角加速度；=轉(zhuǎn)盤繞其軸線的轉(zhuǎn)速； 圖1 圖2 圖3 圖4 圖5 圖7 圖6 圖8 圖12 圖9 圖10 圖11= 轉(zhuǎn)盤角加速度；活塞軸線和轉(zhuǎn)盤軸線與主軸軸線的夾角； V工作容積（對(duì)稱兩個(gè)工作腔，容積變化周期720，相位差為360）；由空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析得：=arctg(1)=（2）=（3）1（4）V=K(5)在（5）式中，K為結(jié)構(gòu)常數(shù)，結(jié)構(gòu)尺寸確定后K為定值。圖A中為分別為5、10、20時(shí)的曲線圖： 圖A：=f（）曲線圖B：V=f（）曲線1.3球形壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1.3.1密封可靠：任何需要防止工質(zhì)泄漏的動(dòng)密封處，都能設(shè)計(jì)成具有相當(dāng)寬度的面配合動(dòng)密封，避免了線

10、密封結(jié)構(gòu)，使其達(dá)到可靠的密封效果；1.3.2無進(jìn)排氣閥：不需要設(shè)置進(jìn)排氣閥，減少能耗減低噪音，成本低，可靠性好；1.3.3結(jié)構(gòu)緊湊、零件少：只有三個(gè)運(yùn)動(dòng)件，空間占用小。1.3.4運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，高速變頻性能好：由于無氣閥，零件受力潤(rùn)滑好，無往復(fù)運(yùn)動(dòng)件和能引起高振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)件，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，高速變頻性能好；1.3.5機(jī)械摩擦損失?。河捎诨钊c轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速只有主軸的一半，所以機(jī)械摩擦損失??；1.3.6能耗低：由于無氣閥、密封可靠、機(jī)械摩擦損失小等特點(diǎn)，所以效率高；1.3.7制造成本低：由于零件基本為球面、圓柱面、平面，并且數(shù)量少，所以易于制造而且制造成本低。2制造可行性由附圖1可知，這種結(jié)構(gòu)中的活塞沒有鑲塊,所

11、以加工非常難，主要困難是位于中間的凹形半圓柱面工藝性太差。為了改善工藝性，將活塞改為帶鑲塊的組合式活塞，見圖4、圖5、圖8、圖11。圖6中雙點(diǎn)畫線表示切削刀具的位置，由此可看到，通過結(jié)構(gòu)的變化改善了加工的工藝性。球形壓縮機(jī)的特點(diǎn)是：主要零件需加工表面都為規(guī)整的平面、球面或圓柱面，這非常有利于制造。個(gè)別局部有不能采用旋轉(zhuǎn)切削加工的部位，可以采用拉削加工或其他現(xiàn)有工藝方式確保加工精度和大批量生產(chǎn)的效率。球形壓縮機(jī)零件少，無氣閥，因此球形壓縮機(jī)的制造成本將不會(huì)是廣泛應(yīng)用的障礙，相反在許多應(yīng)用領(lǐng)域球形壓縮機(jī)還具有綜合造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)。3結(jié)束語以上簡(jiǎn)要介紹了球形壓縮機(jī)用于微型制冷系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，通過分析可知其主要特點(diǎn)是密封性好效率高而且振動(dòng)小，可設(shè)計(jì)成外徑只有十幾毫米的超微型產(chǎn)品，以滿足大量的便攜式電腦及儀器設(shè)備的需求。這一技術(shù)