最火往复活塞式压缩机及其运动转换机构的发展

往复活塞式压缩机及其运动转换机构的发展

Development of Reciprocating Compressor and Its Motion Transfer MechanismLin Jiang et al Abstract:The relations of current progress of reciprocating compressor and ist m造成这类现象的缘由otion transfer mechanism are e working principal,structure and dynamic cha其粗糙度1般为1.6~0.8racteristic,and application area for different motion transfer mechanisms that used in new compressors are analyzed.

Keywords:motio除非是有特殊要求的化验室n mechanism,reciprocating compressor,transfer development1 前言 采用曲柄连杆机构的传统往复活塞式压缩机，正面临着以螺杆压缩机为代表的回转式压缩机的挑战，特别是中小型压缩机，其形势更为严峻。我们认为，往-------上海交通大学模具CAD国家工程研究中心严波 副教授/博士复活塞式压缩机已有百余年历史，在设计、工艺等方面已趋完善，在大型及部分中型高压比压缩机中占有无法替代的优势；对于微小型压缩机，关键在于扬长避短，开发各种新型往复活塞式压缩机。运动转换机构是指把曲轴的回转运动转化为活塞往复运动的机构，它对压缩机的结构尺寸、动力特性等有着重要影响。因此，往复活塞式压缩机的近代发展往往与运动转换机构的发展紧密联系在一起。

平面四连杆机构在压缩机中应用最广的是曲柄连杆机构，它的主要结构参数为曲柄半径r和连杆长度L，其比值λ=r/L简称曲柄连杆比。λ值越大，连杆越短，机构紧凑，但气缸内活塞的侧向力也越大：反之，λ值减小，连杆长度增大，压缩机高度(立式)或长度(卧式)也相应增大。当L=r，λ=1时，曲柄连杆机构可以转化为卡尔丹(Cardan)机构，采用这种机构的压缩机称为双滑块式压缩机：当L=∞(无连杆)，λ=0时，则演变为正弦机构(Scotch yoke)，由此构成十字滑块式压缩机。

对于平面连杆机构中的导杆机构，其主要机构参数为曲柄半径r和偏心距e，当r＜e时，为摆动导杆机构；当r＞e时，则为转动导杆机构，利用其中的一个特例作为压缩机的运动转换机构，即可构成旋转气缸压缩机，也称行星活塞式压缩机。

可用作压缩机运动转换机构的平面连杆机构，其等效结构甚多，考虑到采用上述三种机构的压缩机具有良好的发展前景，本文将就其工作原理、机构特点、性能分析及应用领域等作一个绍［1～3］。2 采用卡尔丹机构的双滑块式压缩机 如图1所示，由于==r，若以曲柄为主动杆，以O2为中心的滑块输出直线运动，则这种机构存在中点位置不确定问题，即在活塞行程中点时O2与O重合，形成死点，需引入一消极约束，将连杆=，并以O3为中心的滑块用于死点解脱，构成卡尔丹机构。在具体结构中，以O2为中心的滑块演变为上下一对活塞，以O3为中心的滑块则扩大成能包容曲柄销的滑块，圆盘A、B构成一体，分别取代连杆和延长杆。当曲轴转动时活塞和滑块分别在气缸和滑道内作往复直线运动。在L=r，λ=1的条件下，活塞行程S为曲轴半径r的4倍，显示了机构紧凑行程大的突出优点；由于活塞作简谐运动，往复运动部分的惯性力可以取得完全平衡，因此，压缩机运行时振动小、噪声低。图2为双滑块压缩机与传统往复活塞压缩机振动试验结果比较，由图可知，双滑块压缩机在X方向的振动位移比传统往复压缩机小3/4～3/5；而Y方向则小9/10。此外，双滑块压缩机在Y方向的振动位移仅为其X方向的1.3倍，而传统往复式压缩机则相差很大。这种压缩机的侧向力较大，适用于微小型压缩机。

图1

图2 振动试验结果比较