基于雙齒輪馬達(dá)的空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)

摘 要:簡(jiǎn)述運(yùn)用雙齒輪馬達(dá)(專利號(hào):201020280391.4)設(shè)計(jì)新型空氣壓縮機(jī)的一些特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:雙齒輪馬達(dá) 空壓機(jī) 密封性能

中圖分類號(hào):TH45\t\t\t文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A\t\t\t文章編號(hào):1672-3791(2011)10(a)-0027-02

空氣壓縮機(jī)(壓風(fēng)機(jī))是將空氣壓縮來(lái)提高空氣的壓力的機(jī)械設(shè)備，是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)備。能夠低成本的制造高效節(jié)能的空氣壓縮機(jī)具有重要意思。

本文簡(jiǎn)述使用雙齒輪馬達(dá)(專利號(hào):201020280391.4)來(lái)設(shè)計(jì)空氣壓縮機(jī)的一些特點(diǎn)。當(dāng)然這里的雙齒輪馬達(dá)是作為泵來(lái)使用的。

1 空氣壓縮機(jī)的分類

空氣壓縮機(jī)大致分為往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式。

1.1 往復(fù)式的代表是活塞式空氣壓縮機(jī)，活塞式空氣壓縮機(jī)是活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷的吸入和排出空氣來(lái)壓縮空氣

由于活塞的慣性，要使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)就要不斷給運(yùn)動(dòng)的活塞提供能量停止，還要給停止的活塞能量來(lái)運(yùn)動(dòng)。這樣的結(jié)果是一些能量消耗在了改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上。

1.2 旋轉(zhuǎn)式壓風(fēng)機(jī)常見的有螺桿式和離心式

本文所說(shuō)的雙齒輪壓風(fēng)機(jī)也是一種旋轉(zhuǎn)式壓風(fēng)機(jī)。

螺桿式壓風(fēng)機(jī)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種壓風(fēng)機(jī)，通過(guò)2個(gè)螺桿相互嚙合來(lái)提供幾個(gè)體積不斷變化的空間，通過(guò)體積的不斷變化來(lái)壓縮空氣。這種空壓機(jī)的效率較高，但螺桿的制造精度要求很高，制造螺桿需要特殊的設(shè)備。需要特殊的潤(rùn)滑油來(lái)潤(rùn)滑、密封和冷卻。

離心式壓風(fēng)機(jī)通過(guò)離心力來(lái)吸入和壓縮空氣，由于空氣的密度小就需要很高的轉(zhuǎn)速，使得噪音很大，軸承要求很高，散熱系統(tǒng)龐大。通過(guò)多級(jí)串聯(lián)，能提供的空氣壓力也不會(huì)太高。

雙齒輪壓風(fēng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和螺桿式壓風(fēng)機(jī)相似，通過(guò)2個(gè)齒輪的相互嚙合，在齒和齒離開的時(shí)候吸入空氣，在齒和齒相互填入齒間時(shí)擠出空氣。和雙齒輪油泵泵油時(shí)是一樣的原理。由于油的粘度和空氣的差別很大，泵空氣時(shí)就更好的密封性。使用雙齒輪馬達(dá)專利的特性來(lái)改善密封性能。齒輪的制造成本相對(duì)較低，在引入單向壓緊和油密封后制造精度也不需要太高。速度范圍大，在低速下運(yùn)行也能保持較高效率。

2 雙齒輪壓風(fēng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)

雙齒輪壓風(fēng)機(jī)采用雙齒輪來(lái)壓縮空氣，可采用電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)等原動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，使用潤(rùn)滑油來(lái)密封、潤(rùn)滑和冷卻雙齒輪。由于空氣中含有灰塵等小顆粒，有空氣濾芯是必要的。壓縮空氣和機(jī)械摩擦?xí)a(chǎn)生熱，散熱系統(tǒng)也是需要的。如果加入調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能效果將更好。使用雙齒輪來(lái)制造空壓機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件少，維護(hù)相對(duì)容易。齒輪制造設(shè)備通用，制造成本較低，只要增加幾步制造工序就能用于制造空壓機(jī)。

3 雙齒輪馬達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙齒輪馬達(dá)采用壓緊機(jī)構(gòu)、壓緊齒和油密封來(lái)提高密封性能。

3.1 壓緊機(jī)構(gòu)和壓緊齒

齒輪間不可避免的要存在有間隙，間隙的存在會(huì)加大泄漏。為減少泄漏是用壓緊機(jī)構(gòu)和壓緊齒來(lái)單向壓緊齒輪嚙合處，使嚙合處的間隙減小。在圖1中2組齒輪被安裝在相同的2根軸上，它們中心距相同。只要在其中一個(gè)齒輪和安裝的軸之間加上一個(gè)彈性壓緊機(jī)構(gòu)，使軸和齒輪之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的力存在，力會(huì)通過(guò)軸傳到到雙齒輪泵上，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)2組齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，始終保持單向壓緊齒間間隙?？梢詼p少流體通過(guò)齒輪間的間隙。圖2。

3.2 “困油”與“困油”利用

漸開線齒輪泵存在“困油”現(xiàn)象，會(huì)造成“困油區(qū)”壓力超高，油被強(qiáng)行擠出，產(chǎn)生噪音和震動(dòng)，這是不利的，可以改變齒形或開卸荷槽來(lái)解決問(wèn)題。但這些方法不能有效利用這一特點(diǎn)。

“困油”現(xiàn)象并不是只有壞處，能夠加以利用。

齒輪泵在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)先產(chǎn)生的密封空腔會(huì)減小體積，內(nèi)部壓力會(huì)升高。這時(shí)候只要在端面上開有和齒輪齒上油槽相通的排油孔就可以泄壓，并使高壓排出的油得到利用。當(dāng)轉(zhuǎn)到最小密封容積時(shí)，密封空腔體積達(dá)到最小。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)密封空腔體積增大，可以通過(guò)端面上的吸油孔吸入油來(lái)儲(chǔ)存在油槽中。在離開嚙合密封區(qū)域后油槽和外部油路斷開，不再受困油影響。圖3。

3.3 油密封與潤(rùn)滑

單向壓緊對(duì)于輸送空氣是不夠的，并且機(jī)械的摩擦需要潤(rùn)滑。使用油密封來(lái)解決這些問(wèn)題。雙齒輪泵的泄漏主要存在于端面配合處、齒頂圓和殼體配合處、齒間嚙合處。只要在端面上保持有油，齒輪嚙合處有油，齒頂圓和殼體配合處有油存在就可以增強(qiáng)密封性能。這是因?yàn)橛偷恼扯认鄬?duì)較大，在狹小縫隙中流動(dòng)受阻礙更大的原因?？梢栽邶X輪齒上開油槽，在轉(zhuǎn)動(dòng)到需要油的地方噴出少量油來(lái)填充間隙就可以達(dá)到密封和潤(rùn)滑的作用。“困油”產(chǎn)生的油壓較大，正好用于噴射在殼體和齒配合處。圖4。在齒輪靠近但還未嚙合時(shí)可以通過(guò)噴油來(lái)在齒面上附著油，在嚙合時(shí)就能密封間隙和潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)。圖5。

3.4 自清潔和端面密封

軸承在長(zhǎng)期高速下運(yùn)行會(huì)使?jié)櫥彤a(chǎn)生炭化，高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱也需要冷卻。端面密封也是一個(gè)問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題可以從端蓋注入來(lái)自“困油”產(chǎn)生的高壓潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油通過(guò)軸承注入齒輪一端，在齒輪端面開環(huán)形儲(chǔ)油槽，使油能保持在齒輪端面內(nèi)圈。這樣端面就被油密封了。油通過(guò)鍵槽的間隙(如果間隙過(guò)小可以開導(dǎo)流槽)流入齒輪另一端，一樣注入齒輪的另一個(gè)端面，通過(guò)軸承流出。油流的作用使軸承得到清潔，帶走了軸承產(chǎn)生的熱，還能為端面密封。圖6。

4 結(jié)語(yǔ)

使用雙齒輪馬達(dá)(專利號(hào):20102028 0391.4)來(lái)設(shè)計(jì)壓風(fēng)機(jī)提供了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)思路，能有效降低設(shè)計(jì)和制造難度?？梢詼p少制造和維護(hù)成本。這種空氣壓縮機(jī)還未被制造，正處于研發(fā)階段。

參考文獻(xiàn)

[1]\t螺桿式空氣壓縮機(jī)[EB/OL].互聯(lián)網(wǎng).

[2] \t雙齒輪馬達(dá)(專利號(hào):201020280391.4).國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站.

[3] \t朱立明，柯葵.流體力學(xué)[M].同濟(jì)大學(xué)出版社.