微型球形壓縮機(jī)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上微型球形壓縮機(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 Luyi Abstract: The principles and advantages of new type of spherical compressor are introduced. The superiority of applying the spherical compressor into m

2、iniature refrigeration system is analyzed. The advantages of reliable sealing and high efficiency are analyzed. Keywords: Miniature refrigeration Spherical compressor Efficiency Seal Leakage專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)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(wèn)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)

3、的開(kāi)發(fā)，如何開(kāi)發(fā)體積小、重量輕、工作平穩(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(kāi)發(fā)的這類(lèi)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(xiàn)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(xiàn)密封的特征。線(xiàn)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(guò)小，因?yàn)檫^(guò)小的缸徑將使氣閥無(wú)法安裝并且過(guò)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

4、機(jī)泄漏大、效率低、振動(dòng)大、不能超微型化的問(wèn)題。已經(jīng)設(shè)計(jì)制造了原理驗(yàn)證樣機(jī)，參見(jiàn)后附照片。專(zhuān)利情況介紹：l 獲中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)：一種用于壓縮機(jī)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)；專(zhuān)利號(hào)：ZL.1l 獲中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)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(zhuān)利號(hào)：ZL7.8；l 正在申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)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(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺篫L1.8；l 正在申請(qǐng)國(guó)際發(fā)明專(zhuān)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/CN2011/1 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)介紹1.1 結(jié)構(gòu)介紹1.1.1特別說(shuō)明：在以下的視圖中，圖 1 到圖 11表示的是基本型的微型球形壓縮機(jī)；圖 12

5、表示的是經(jīng)過(guò)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(méi)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(shuō)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(pán)立體圖；圖11：組合式活塞立體圖及其鑲塊立體圖；圖12：新設(shè)計(jì)的超微型機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖

6、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(pán)；9-缸體；10-中心銷(xiāo)；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(shuō)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(xiāo)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(pán)的下端面中心伸出一轉(zhuǎn)盤(pán)軸，轉(zhuǎn)盤(pán)上部和下端面之間的外周面為轉(zhuǎn)盤(pán)球面，轉(zhuǎn)盤(pán)球面與球形內(nèi)腔具有相同的球心并緊貼球形內(nèi)腔

7、形成密封動(dòng)配合；在轉(zhuǎn)盤(pán)上部與活塞銷(xiāo)座相對(duì)應(yīng)有一轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座；中心銷(xiāo)插入活塞銷(xiāo)座和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)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(pán)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(pán)軸及主軸的軸線(xiàn)都通過(guò)球形內(nèi)腔的球心，并且活塞軸和轉(zhuǎn)盤(pán)軸的軸線(xiàn)與主軸的軸線(xiàn)形成相同的夾角（稱(chēng)為特征角），以上結(jié)構(gòu)形成對(duì)稱(chēng)的2個(gè)工作腔V1和V2。1.1.4工作過(guò)程簡(jiǎn)介 工作過(guò)程如下：主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)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(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤(pán)的運(yùn)動(dòng)是有兩種運(yùn)動(dòng)的合成：一是繞自身軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一是其

8、軸線(xiàn)始終通過(guò)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(xiàn)與主軸軸線(xiàn)重合的虛擬錐體表面周向移動(dòng)（即轉(zhuǎn)盤(pán)的軸線(xiàn)掃過(guò)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(méi)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(pán)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(kāi)、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(xiàn)的轉(zhuǎn)角；1轉(zhuǎn)盤(pán)繞其軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)角；=主軸轉(zhuǎn)速；=-活塞繞其軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)速；= 活塞

9、角加速度；=轉(zhuǎn)盤(pán)繞其軸線(xiàn)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(pán)角加速度；活塞軸線(xiàn)和轉(zhuǎn)盤(pán)軸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)的夾角； V工作容積（對(duì)稱(chēng)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(xiàn)圖： 圖A：=f（）曲線(xiàn)圖B：V=f（）曲線(xiàn) 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

10、了線(xiàn)密封結(jié)構(gòu)，使其達(dá)到可靠的密封效果；1.3.2無(wú)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(wú)氣閥，零件受力潤(rùn)滑好，無(wú)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(pán)的轉(zhuǎn)速只有主軸的一半，所以機(jī)械摩擦損失小；1.3.6能耗低：由于無(wú)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(méi)有鑲塊

11、,所以加工非常難，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(jiàn)圖4、圖5、圖8、圖11。圖6中雙點(diǎn)畫(huà)線(xiàn)表示切削刀具的位置，由此可看到，通過(guò)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(wú)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(yǔ)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(guò)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(mǎn)足大量的便攜式電腦