CN113027760B - 一种用于空气压缩机的轴式固定活塞及其空气压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴式固定活塞，为半圆柱型，其轴向中部设置有第二活塞轴，所述轴式固定活塞沿轴向开有一豁口，所述豁口的尖锐部分形成密封刀；密封刀部分的外缘为圆弧状，所述圆弧与转子环的正面圆弧形成切线密封线。本发明还公开一种空气压缩机，包括外壳总成，设置在所述外壳总成内部的转子总成和安装在外壳顶部的轴式固定活塞总成。本发明的空压机利用第一活塞和轴式固定活塞配合将转子和外壳环形成的环形气缸分成两个相对独立且气密的空间；第一活塞所在的转子轴和和控制轴式固定活塞运动的凸轮轴利用齿轮皮带传动连接，当第一活塞顺时针转动时，环形气缸两个空间一个缩小一个扩大，在吸气的同时完成压缩气体。

Description

一种用于空气压缩机的轴式固定活塞及其空气压缩机

技术领域

本发明涉及空气压缩机领域，具体涉及一种用于空气压缩机的轴式固定活塞及其空气 压缩机。

背景技术

空气压缩机，简称空压机，是将电动机或发动机的机械能转化成压力能或动能的一种 设备，属于通用机械。现有的空气压缩机的类型有往复活塞式、膜片式、螺杆式、滑片式、 离心式、轴流式。常见的压缩机主要有往复活塞式压缩机、螺杆式压缩机、滑片式压缩机 和离心式压缩机。

EP2356317B1公开了一种旋转活塞发动机，包括壳体，进气口和排气口，所述壳体在 指定的旋转方向(DR)上可绕旋转方向旋转轴线容纳一个圆柱形转子，还包括至少一个旋 转活塞，至少一个反向活塞。但是该装置的结构复杂，难于控制和实施，且密封效果不够好。

CN203604149U公开了一种空压机活塞，包括活塞本体、弹簧、卡簧和缓冲板，将弹簧 设置在活塞本体的内腔与缓冲板之间，从而缓冲活塞向下移动时对空压机活塞顶壁产生的 压力。但是该装置无法在本体内形成有效的压力，无法使进气口进入的气体完全进入排气 口。

为此需要一款气密性强且易于实现的高效率，低能耗的轴式固定活塞及其轴式固定活 塞转子空气压缩机。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单，成本低，效率高，气密 性强的用于空气压缩机的轴式固定活塞及其空气压缩机。

一种用于转子空气压缩机的轴式固定活塞，所述轴式固定活塞为半圆柱型，设置在第 二活塞底座的内凹部分中，所述轴式固定活塞沿其轴向中部设置有第二活塞轴，用于使所 述轴式固定活塞沿其转动，所述第二活塞轴的两端嵌入第二外壳内壁的凹槽中；所述轴式 固定活塞沿轴向开有一豁口，所述豁口的尖锐部分形成密封刀；所述密封刀的端部与转子 本体外壁正切。

一种利用上述轴式固定活塞的空气压缩机，包括外壳总成，设置在所述外壳总成内部 的转子总成和安装在外壳顶部的轴式固定活塞总成。所述外壳总成包括一个外壳环和与其 环形边缘连接的两个相对设置的环形外壳侧壁；所述外壳环顶部设有内凹的第二活塞底座， 其内凹部分的尺寸和形状与轴式固定活塞的外圆尺寸相同，所述第二活塞底座上开有一贯 穿所述外壳环的槽口，所述槽口沿所述外壳环的轴向开设；所述外壳环上设置有进气口和 出气口，分别位于所述第二活塞底座的两侧。

所述转子总成包括转子本体，所述转子本体借助转子轴支撑并沿所述转子轴转动，所 述转子轴沿所述转子本体的轴线贯穿所述转子本体；所述转子轴的一端连接动力源，另一 端装有齿轮；所述转子本体的两端部具有凸缘，所述凸缘在所述转子本体的端处沿周向向 外延伸。所述转子本体的侧壁上设置有第一活塞，所述第一活塞的两个远端分别抵在所述 凸缘上，且所述第一活塞的高度与所述凸缘伸出本体的高度相同。

所述轴式固定活塞总成包括第二外壳，轴式固定活塞，凸轮轴和复位弹簧；所述轴式 固定活塞设置在第二活塞底座的内凹部分中，所述第二外壳与所述第二活塞底座配合连接； 所述凸轮轴设置在所述第二外壳内壁上的凸轮轴安装孔中；所述第二活塞轴的两端嵌入所 述第二外壳内壁的凹槽中；所述复位弹簧设置在所述轴式固定活塞和第二外壳内壁之间的 空腔中，所述凸轮轴和所述复位弹簧配合驱动轴式固定活塞轴向往复运动，从而使密封刀 与所述转子本体的外圆和凸缘内壁相切，并使所述第一活塞通过豁口和密封刀。

进一步的，所述外壳总成内壁与所述转子总成之间的间隙形成密闭的环形气缸，所述 环形气缸的环宽与设置在所述转子总成侧壁上的第一活塞的高度相同，所述第一活塞与所 述轴式固定活塞配合转动将所述环形气缸分成两个独立且不连通的腔体，所述两个独立的 腔体的空间随转子本体的转动而等比变化。

进一步的，所述转子轴，第二活塞轴和凸轮轴平行设置。

进一步的，所述第二活塞底座的内侧壁两端设有沿所述外壳环的轴向相对设置的一对 第二活塞轴套，用于安装所述轴式固定活塞。

进一步的，所述凸轮轴通过所述第二外壳外部的齿轮皮带与所述转子轴传动连接。

进一步的，所述复位弹簧通过球柱副固定，所述球柱副分别对应的设置在所述轴式固 定活塞的上表面上和所述第二外壳的内侧顶部。

进一步的，所述第一活塞为在所述转子本体的侧壁上轴向延伸的凸起。

进一步的，所述轴式固定活塞切入环形气缸内的密封刀部分的外缘为圆弧状，所述圆 弧与转子环的正面圆弧形成切线密封线。

本发明所述的轴向固定活塞及其转子空压机的结构可扩展到发动机和真空泵的应用， 所述空压机的缸数可扩展为2缸或多缸。

该发明具有很好的扩展性，其结构处可用于压缩空气之外，还可用于真空泵，扩展后 的该发明配合相应的燃烧部分还可用于燃油或燃气发动机。

与现有技术相比，本发明实施例有益效果及显著进步在于：

本发明的轴式固定活塞转子空压机利用第一活塞和轴式固定活塞配合将转子和外壳环 形成的环形气缸分成A，B两个相对独立且气密的空间；第一活塞所在的转子轴和控制轴式 固定活塞运动的凸轮轴利用齿轮皮带传动连接，当第一活塞顺时针转动时，环形气缸两个 空间一个缩小一个扩大，在吸气的同时完成压缩气体。压缩后的气体通过出气阀排出设备。 本发明结构简单，体积小，效率高，噪音低，气密性强，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明所述的转子空压机结构示意图；

图2示出本发明所述的转子空压机的外壳总成，其中图2a是外壳总成结构示意图；图 2b是外壳总成中所述外壳环及轴式固定活塞底座的结构示意图；图2c是外壳总成中所述外 壳侧壁示意图；

图3示出本发明所述的转子空压机的转子总成，其中图3a是转子总成结构示意图；图 3b是转子环示意图；图3c是第一活塞示意图；图3d是转子轴示意图；图3e是转子侧边示意图；

图4示出本发明所述的转子空压机的轴式固定活塞总成，其中图4a是轴式固定活塞总 成结构示意图；图4b是轴式固定活塞示意图；图4c是复位弹簧示意图；图4d是轴式固定 活塞凸轮轴示意图；图4e是轴式固定活塞外壳示意图；

图5是本发明所述的转子空压机工作原理示意图。

图中：

1：转子空压机

2：外壳总成

2.1：外壳环

2.2：外壳侧壁

2.3：空压机底座

2.4：第二活塞底座

2.6：槽口

2.7：第二活塞轴套

2.8：进气口

2.9：出气口

3：转子本体

3.1：转子环

3.2：第一活塞

3.3：转子轴

3.4：转子侧边

3.5：环形气缸

3.6：第一活塞安装槽

4：轴式固定活塞总成

4.1：轴式固定活塞

4.2：密封刀

4.3：豁口

4.4：第二活塞轴

4.5：凸轮轴

4.6，4.7：凸轮轴安装孔

4.8：复位弹簧

4.9：球柱副

4.10：第二外壳

4.11：第二外壳内腔

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，将结合 本发明实施例中所提供的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所有描述的这些实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“固定”、“连接”等术语应做广义 理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或活动连接，亦可是成为一体；可以 是直接连接，也可以是通过中间媒介的间接连接或是无形的信号连接，可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系；除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员 而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”，“第三”等，仅 是用于区别不同的对象，而非用于描述特定的顺序。

还需要说明的是，以下的具体实施例可以相互结合，对于其中相同或相似的概念或过 程可能在某些实施例中不再赘述。

如图1-5所示，一种轴式固定活塞转子空压机，包括外壳总成2，转子总成和安装在外 壳上的轴式固定活塞总成4。如图2a-2c所示，所述外壳总成2包括一个外壳环2.1和与其环形边缘连接的两个相对设置的环形外壳侧壁2.2，所述外壳侧壁2.2用以固定转子的位置， 使转子不会偏移位置。所述外壳环底部设有空压机底座2.3，该底座用于空压机本身在需要 的时候的固定。所述外壳环顶部设有内凹的第二活塞底座2.4，其内凹部分的尺寸和形状与 轴式固定活塞的外圆尺寸相同，所述第二活塞底座2.4上开有一贯穿所述外壳环的槽口，所 述槽口沿所述外壳环的轴向开设；所述第二活塞底座2.4的内侧壁两端设有沿所述外壳环 2.1的轴向相对设置的一对第二活塞轴套2.7，用于安装所述轴式固定活塞4.1。所述外壳环 2.1上设置有进气口2.8和出气口2.9，分别位于所述第二活塞底座2.4的两侧。

如图3a-3e所示，所述转子总成，包括转子本体3，所述转子本体3包括一个转子环3.1， 两个转子侧边3.4，一个第一活塞3.2和一个转子轴3.3。所述转子环3.1的外壁上沿其轴向 开有第一活塞安装槽3.6，用于固定连接所述第一活塞3.2，所述第一活塞3.2的高度与两个 转子侧边3.4的凸缘3.7等高。所述转子环3.1的两边安装有转子侧边3.4，所述转子侧边 3.4呈圆盘形且其直径大于转子环并与转子环同心圆安装，在转子环的两边形成两个圆环形 的凸缘3.7。所述两个凸缘3.7配合转子环外壁形成一个环形凹槽，所述凹槽配合外壳环构 成密闭的环形气缸3.5。所述转子轴3.3固定安装于所述转子侧边3.4的圆心并穿过转子环 3.1，与转子环3.1保持同心。所述转子轴3.3贯穿所述转子本体3。所述转子轴3.3的一端 连接动力源，另一端装有齿轮，通过齿轮皮带与第二活塞凸轮轴4.5上的齿轮相连。

所述转子总成同心的设置在所述外壳总成内部，所述外壳总成内壁与所述转子总成之 间的间隙形成密闭的环形气缸3.5，所述环形气缸3.5的环宽与设置在所述转子本体3侧壁 上的第一活塞的高度相同，所述第一活塞3.2与所述轴式固定活塞4.1配合转动将所述环形 气缸3.5分成两个独立且不连通的腔体，所述两个独立的腔体的空间随转子本体的转动而等 比变化。

如图4a-4e所示，所述轴式固定活塞总成4。所述轴式固定活塞总成包括第二外壳4.10， 轴式固定活塞4.1，凸轮轴4.5，复位弹簧4.8和球柱副4.9。所述第二外壳4.10和所述第二 活塞底座2.4配合连接并做密封处理；所述轴式固定活塞4.1为半圆柱型，设置在所述第二 活塞底座2.4的内凹部分中，所述轴式固定活塞4.1沿其轴向中部设置有第二活塞轴4.4， 所述第二活塞轴4.4的两端嵌入所述第二外壳4.10内壁的凹槽中；所述轴式固定活塞沿轴 向开有一用于使所述第一活塞通过的豁口4.3，所述豁口4.3的尖锐部分形成密封刀4.2 (edge)；所述密封刀4.2的端部与转子本体3的外壁正切，形成密封线，所述轴式固定活塞4.1的侧壁与转子本体侧壁的内部相切，形成密封面。所述密封刀4.2通过所述槽口2.6切入环形气缸3.5内并与转子环3.1的正面及两个转子侧边凸缘3.7形成相切，并达到气密状态。所述凸轮轴4.5和复位弹簧4.8配合使所述轴式固定活塞4.1通过豁口4.3与所述转子本体的外圆和凸缘内壁相切，从而实现所述轴式固定活塞的开启和关闭。轴式固定活塞4.1模块切入环形气缸3.5内的密封刀4.2部分的外缘为一段圆弧，所述圆弧与转子环3.1的正面圆弧形成切线并形成切线密封线。所述密封刀的轴向往复运动在保证密封效果的同时可绝对避免轴式固定活塞与转子环3.1的可能的撞击。

所述轴式固定活塞外壳4.10的两个相对的内侧壁上分别设有对称设置的凸轮轴安装孔 4.6，4.7，用于安装所述凸轮轴4.5，所述凸轮轴4.5通过所述第二外壳外部的齿轮皮带转动。 所述转子轴3.3，第二活塞轴4.4和凸轮轴4.5平行设置。所述复位弹簧4.8设置在所述轴式 固定活塞和第二外壳内壁之间的空腔中，且所述复位弹簧通过球柱副4.9固定；所述轴式固 定活塞外壳4.10设有一个第二外壳内腔4.11，所述第二外壳内腔的4.11顶部设有至少一个 复位弹簧球座副4.9，另一球座副对应的设置在所述轴式固定活塞4.1的上表面上。所述凸 轮轴4.5安装后，其一端安装孔4.7用密封轴承做密封处理。

装配时，在所述转子总成装配完成后，继续与外壳环装配。当转子总成与外壳环紧密 配合后所述转子总成的环形气缸与外壳环配合形成一个气密的环形气缸，随后在外壳环顶 部的第二活塞底座内安装轴式固定活塞总成。在将凸轮轴和复位弹簧安装就位后，将第二 外壳与第二活塞底座配合连接并固定。

如图5所示，所述第二活塞底座2.4的两边设有进气口2.8和出气口2.9。轴式固定活 塞4.1通过第二活塞底座2.4上的槽口2.6切入环形气缸3.5，且密封刀4.2与转子环3.1及 转子侧边3.4的凸缘3.7相切，并处于气密状态。第一活塞3.2的顶面与外壳环2.1的内正面相切并形成气密状态。所述轴式固定活塞4.1与第一活塞3.2将环形气缸3.5分成A区和 B区，这两个相对独立的区域的大小随着第一活塞的转动而不断变化。从轴式固定活塞4.1到第一活塞3.2为A区，从第一活塞3.2到轴式固定活塞4.1为B区。所述转子总成顺时针 旋转。当第一活塞3.2处于进气口端时，所述轴式固定活塞4.1处于密封状态，进气阀打开， 第一活塞3.2顺时针旋转，第一活塞3.2与轴式固定活塞4.1的环形气缸空间A逐渐扩大， 完成吸气动作；同时在出气口端，出气口2.9处于关闭状态，随着第一活塞3.2靠近所述轴 式固定活塞4.1，第一活塞3.2与所述轴式固定活塞4.1之间的环形气缸3.5空间逐渐变小， 空气被压缩。当第一活塞3.2在靠近所述轴式固定活塞4.1时，出气口2.9打开，被压缩的 空气被排出环形气缸3.5，完成排气后，在所述轴式固定活塞4.1的凸轮轴4.5的作用下， 所述轴式固定活塞4.1的密封刀4.2逆时针转动，密封刀被抬起，压向复位弹簧4.8方向， 同时，第一活塞3.2通过第一活塞通过的豁口4.3通过轴式固定活塞4.1；在第一活塞3.2通 过后，密封刀4.2被复位弹簧4.8弹回环形气缸槽内与转子环3.1重新形成密封状态。同时 进气阀门打开，出气阀门关闭，空压机进入下一轮吸气压缩的工作循环。图中进气口2.8和 出气口2.9内的箭头表示气体的流动方向，转子轴3.3周围的箭头表示所述转子轴的旋转方 向。

实际应用时，所述外壳总成，转子总成和所述轴式固定活塞总成的各部件可以采用一 体铸造成型或铸造成型后经少量加工成型，也可利用各零部件组装完成。

以上各实施例和具体案例仅用以说明本发明的技术方案，而非是对其的限制，尽管参 照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等 同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案 的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本 发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种轴式固定活塞的空气压缩机，其特征在于，包括外壳总成，设置在所述外壳总成内部的转子总成和安装在外壳顶部的轴式固定活塞总成；

所述外壳总成包括一个外壳环(2.1)和与其环形边缘连接的两个相对设置的环形外壳侧壁(2.2)；所述外壳环(2.1)顶部设有内凹的第二活塞底座(2.4)，其内凹部分的尺寸和形状与轴式固定活塞(4.1)的外圆尺寸相同，所述第二活塞底座(2.4)上开有一贯穿所述外壳环的槽口(2.6)，所述槽口(2.6)沿所述外壳环(2.1)的轴向开设；所述外壳环(2.1)上设置有进气口(2.8)和出气口(2.9)，分别位于所述第二活塞底座(2.4)的两侧；

所述转子总成包括转子本体(3)，所述转子本体(3)借助转子轴(3.3)支撑并沿所述转子轴(3.3)转动，所述转子轴(3.3)沿所述转子本体(3)的轴线贯穿所述转子本体；所述转子本体(3)的两端部具有凸缘(3.7)，所述凸缘(3.7)在所述转子本体(3)的端处沿周向向外延伸；所述转子本体的侧壁上设置有第一活塞(3.2)，所述第一活塞的两个远端分别抵在所述凸缘上，且所述第一活塞的高度与所述凸缘伸出本体的高度相同；

所述轴式固定活塞总成包括第二外壳(4.10)，轴式固定活塞(4.1)，凸轮轴(4.5)和复位弹簧(4.8)；

所述轴式固定活塞(4.1)为半圆柱型，所述轴式固定活塞(4.1)沿其轴向中部设置有第二活塞轴(4.4)，用于使所述轴式固定活塞(4.1)沿其转动；所述轴式固定活塞(4.1)沿轴向开有一豁口(4.3)，所述豁口(4.3)的尖锐部分形成密封刀(4.2)；

所述轴式固定活塞(4.1)设置在第二活塞底座(2.4)的内凹部分中，所述第二外壳(4.10)与所述第二活塞底座(2.4)配合连接；所述凸轮轴(4.5)设置在所述第二外壳内壁上的凸轮轴安装孔(4.6，4.7)中；所述第二活塞轴(4.4)的两端嵌入所述第二外壳(4.10)内壁的凹槽中；所述复位弹簧(4.8)设置在所述轴式固定活塞(4.1)和第二外壳内壁之间的空腔中，所述凸轮轴(4.5)和所述复位弹簧(4.8)配合驱动所述轴式固定活塞(4.1)轴向往复运动，从而使密封刀(4.2)与所述转子本体(3)的外圆和凸缘内壁相切，并使所述第一活塞(3.2)通过豁口(4.3)和密封刀(4.2)。

2.如权利要求1所述的空气压缩机，其特征在于，所述外壳总成内壁与所述转子总成之间的间隙形成密闭的环形气缸(3.5)，所述环形气缸(3.5)的环宽与设置在所述转子总成侧壁上的第一活塞(3.2)的高度相同，所述第一活塞(3.2)与所述轴式固定活塞(4.1)配合转动将所述环形气缸(3.5)分成两个独立且不连通的腔体，所述两个独立的腔体的空间随转子本体的转动而等比变化。

3.如权利要求1所述的空气压缩机，其特征在于，所述第二活塞底座(2.4)的内侧壁两端设有沿所述外壳环的轴向相对设置的一对第二活塞轴套(2.7)，用于安装所述轴式固定活塞(4.1)。

4.如权利要求1所述的空气压缩机，其特征在于，所述转子轴(3.3)的一端连接动力源，另一端装有齿轮；所述凸轮轴(4.5)通过所述第二外壳(4.10)外部的齿轮皮带与所述转子轴(3.3)传动连接。

5.如权利要求1所述的空气压缩机，其特征在于，所述复位弹簧(4.8)通过球柱副(4.9)固定，所述球柱副(4.9)分别对应的设置在所述轴式固定活塞(4.1)的上表面上和所述第二外壳(4.10)的内侧顶部。

6.如权利要求1所述的空气压缩机，其特征在于，所述第一活塞(3.2)为在所述转子本体(3)的侧壁上轴向延伸的凸起。

7.如权利要求1所述的空气压缩机，其特征在于，所述轴式固定活塞(4.1)切入环形气缸(3.5)内的密封刀(4.2)部分的外缘为圆弧状，所述圆弧与转子环(3.1)的正面圆弧形成切线密封线。

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