一种无油压缩机传动系统及其活塞环优化设计方法技术方案

本发明专利技术属于无油压缩机技术领域，具体涉及一种无油压缩机传动系统及其活塞环优化设计方法。本发明专利技术包括连杆，连杆的大头处同轴配合有第一轴承，连杆的小头通过第二轴承同轴装配于活塞销处，活塞销配合于活塞部上，活塞部的两端面处布置活塞环；其特征在于：所述活塞销具备用于储存润滑油或润滑脂的中空内腔，且活塞销上贯穿布置有用于连通该中空内腔与第二轴承滚动间隙的补油孔。本发明专利技术可实现润滑油或润滑脂的自补充功能，从而极大的延长了拆机填油或填脂的周期，降低了拆机频率，具备了使用便捷和工作稳定可靠的优点。便捷和工作稳定可靠的优点。便捷和工作稳定可靠的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种无油压缩机传动系统及其活塞环优化设计方法


[0001]本专利技术属于无油压缩机
，具体涉及一种无油压缩机传动系统及其活塞环优化设计方法。

技术介绍

[0002]无油压缩机指的是在压缩机汽缸内不用润滑油的压缩机。全无油压缩机曲轴箱为干式结构，具体如图1
‑
2所示，其一端与活塞相连，称为小头；另一端与曲轴相连，称为大头；中间部分称为连杆体；由于无油润滑，所以小头与活塞销之间一般通过滚针轴承连接，大头与曲轴之间一般通过球轴承连接。目前无油压缩机存在的问题主要在于：其一，由于受到尺寸重量的限制，往往需要在狭小的曲轴箱内先安装曲轴再安装连杆，连带要求大头设计为剖分式，以便于实际装配。分体式的大头在过盈配合整体式的球轴承外圈时，必然存在着配合不可靠问题，导致难以实现理想化的过盈状态，使得大头的内圆面和球轴承外圆面之间不可避免存在间隙，运行时会有一定概率发生相对周向转动现象。如周向转动量较大或者频率较高，还会发生球轴承和连杆的磨损或松动问题，从而导致噪声振动增大甚至零件失效损坏。其二，由于无油压缩机的结构特殊性，用户在使用一段时间后，想按照使用要求来添加新脂却是一桩非常困难的事。因为结构的原因，必须将机器中许多零件拆下，有些还应有专用工具。用户如不经过学习或具有一定的专业知识，添脂工作是极为困难的。其三，无油压缩机的活塞环用于阻止缸内气体的泄漏，由于摩擦磨损的影响，它成为无油压缩机的主要易损件，其质量和寿命直接影响无油压缩机的运行性能和可靠性。活塞环需要针对无油压缩机的运行工况范围、工作温度、寿命要求进行优化设计，使其在寿命周期内不发生失效，且无油压缩机性能不显著下降，具备极强的专用性。目前，无油压缩机活塞环优化设计考虑的因素很多，其中活塞环的材料、结构和尺寸设计等作为重要优化设计内容，而这些参数大多依靠经验搭配整机试验确定，无规范化和客观化的标准设计、计算及校验流程；甚至有些活塞环配方依靠直接测定国外配方确定，无法形成自主生产力。因此，亟待解决。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种无油压缩机传动系统，其可实现润滑油或润滑脂的自补充功能，从而极大的延长了拆机填油或填脂的周期，降低了拆机频率，具备了使用便捷和工作稳定可靠的优点。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0005]一种无油压缩机传动系统，包括连杆，连杆的大头处同轴配合有第一轴承，连杆的小头通过第二轴承同轴装配于活塞销处，活塞销配合于活塞部上，活塞部的两端面处布置活塞环；其特征在于：所述活塞销具备用于储存润滑油或润滑脂的中空内腔，且活塞销上贯穿布置有用于连通该中空内腔与第二轴承滚动间隙的补油孔。
[0006]优选的，所述第二轴承安装在小头的中段处，小头两端布置用于封堵小头与活塞销之间配合间隙的轴封。
[0007]优选的，所述活塞销的一端同轴凹设有中心沉孔，中心沉孔端部布置堵头，所述堵头螺纹配合在中心沉孔孔口处，且堵头外的活塞部的配合孔处还凹设有环形槽，该环形槽处卡接有用于限制堵头轴向脱离中心沉孔的卡环，以使得堵头与中心沉孔间共同围合形成所述的中空内腔。
[0008]优选的，第一轴承的外圈与大头筒腔之间同轴夹设有整体式的中间隔套，所述中间隔套与大头间形成止转配合，中间隔套与所述外圈间形成过盈配合；中间隔套的两端设置有用于限制第一轴承外圈产生轴向动作的轴向限位件。
[0009]优选的，中间隔套的筒腔的一端径向凸设有轴向定位外圈位置的限位台阶，另一端处径向凹设有环形凹槽，环形凹槽处可拆卸的安装有配合限位台阶共同夹持外圈的挡圈；所述挡圈与限位台阶共同构成所述轴向限位件。
[0010]优选的，所述中间隔套处径向布置有销孔，销孔处布置定位销钉，该定位销钉的顶端同轴穿入大头的筒腔腔壁处预留的定位孔内。
[0011]优选的，一种应用所述的无油压缩机传动系统的活塞环优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：
[0012]1)、遴选活塞环材料及气缸材料，分别加工成试样，并排列组合形成配对摩擦副；每组配对摩擦副均包括彼此配合的一组活塞环试样和一组气缸试样；
[0013]2)、对每组配对摩擦副分别进行摩擦磨损试验，记录摩擦系数时序曲线及试验前后的变化数据，以便判断各配对摩擦副的摩擦性能，取摩擦性能最优的配对摩擦副中的活塞环试样所用材料为下一步骤的最优的活塞环材料；
[0014]3)、在步骤2)所获得的活塞环材料的基础上，按照开口型式、张力环型式及尺寸参数来组合设计活塞环的结构，并按照低负荷、低泄漏的设计原则，利用CFD模型仿真获得最优的活塞环结构和尺寸；
[0015]4)、在上述确定的材料、结构及尺寸的基础上，进行样机试验，获得压缩机性能随时间的变化趋势数据；建立活塞环寿命预测模型，确定给定寿命下的活塞环寿命是否满足需求。
[0016]优选的，所述步骤4)中，活塞环寿命预测模型的建立包括以下子步骤：
[0017]a)计算活塞环的最大允许径向磨损量的均值和标准差δ
wmax
：
[0018]以下式求取活塞环径向厚度t：
[0019][0020]以下式求取活塞环的最大允许径向磨损量w
max
：
[0021][0022]以下式求取活塞环的最大允许径向磨损量的均值和标准差δ
wmax
：
[0023][0024]δ
wmax
＝0.2δ
D
[0025]其中：
[0026]D为气缸内径；
[0027]为气缸内径的均值；
[0028]δ
D
为气缸内径的标准差；
[0029]b)以下式求取磨损系数K：
[0030][0031]其中：
[0032]ΔW为活塞环的磨损重量，单位g；
[0033]d为活塞环的材料比重，单位g/cm3；
[0034]p为实验负荷，单位N；
[0035]V为活塞环的滑动线速度，单位m/s；
[0036]t为磨损时间，单位s；
[0037]c)计算活塞环的磨损速度u的均值和标准差δ
u
：
[0038]活塞环的磨损速度u的公式为：
[0039]u＝KK
T
p
m
v
N
ꢀꢀ
(4
‑
6)
[0040]其中：
[0041]u为活塞环的磨损速度，单位mm/h；
[0042]K为活塞环的磨损系数，单位s/(MPa
·
h)；
[0043]K
T
为活塞环的温差系数，K
T
＝T
s
/T
d
，T
s
为吸气温度，单位℃，T
d
为排气温度，单位℃；
[0044]m为系数，取m＝1；
[0045]N为系数，取N＝1；
[0046]v本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无油压缩机传动系统，包括连杆(10)，连杆(10)的大头(11)处同轴配合有第一轴承(20)，连杆(10)的小头(12)通过第二轴承(30)同轴装配于活塞销(40)处，活塞销(40)配合于活塞部(50)上，活塞部(50)的两端面处布置活塞环(60)；其特征在于：所述活塞销(40)具备用于储存润滑油或润滑脂的中空内腔，且活塞销(40)上贯穿布置有用于连通该中空内腔与第二轴承(30)滚动间隙的补油孔(41)。2.根据权利要求1所述的一种无油压缩机传动系统，其特征在于：所述第二轴承(30)安装在小头(12)的中段处，小头(12)两端布置用于封堵小头(12)与活塞销(40)之间配合间隙的轴封(70)。3.根据权利要求1或2所述的一种无油压缩机传动系统，其特征在于：所述活塞销(40)的一端同轴凹设有中心沉孔(42)，中心沉孔(42)端部布置堵头(43)，所述堵头(43)螺纹配合在中心沉孔(42)孔口处，且堵头(43)外的活塞部(50)的配合孔处还凹设有环形槽，该环形槽处卡接有用于限制堵头(43)轴向脱离中心沉孔(42)的卡环(44)，以使得堵头(43)与中心沉孔(42)间共同围合形成所述的中空内腔。4.根据权利要求1或2所述的一种无油压缩机传动系统，其特征在于：第一轴承(20)的外圈与大头(11)筒腔之间同轴夹设有整体式的中间隔套(81)，所述中间隔套(81)与大头(11)间形成止转配合，中间隔套(81)与所述外圈间形成过盈配合；中间隔套(81)的两端设置有用于限制第一轴承(20)外圈产生轴向动作的轴向限位件。5.根据权利要求4所述的一种无油压缩机传动系统，其特征在于：中间隔套(81)的筒腔的一端径向凸设有轴向定位外圈位置的限位台阶(81a)，另一端处径向凹设有环形凹槽，环形凹槽处可拆卸的安装有配合限位台阶(81a)共同夹持外圈的挡圈(82)；所述挡圈(82)与限位台阶(81a)共同构成所述轴向限位件。6.根据权利要求4所述的一种无油压缩机传动系统，其特征在于：所述中间隔套(81)处径向布置有销孔，销孔处布置定位销钉(83)，该定位销钉(83)的顶端同轴穿入大头(11)的筒腔腔壁处预留的定位孔内。7.一种应用如权利要求1或2所述的无油压缩机传动系统的活塞环优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：1)、遴选活塞环材料及气缸材料，分别加工成试样，并排列组合形成配对摩擦副；每组配对摩擦副均包括彼此配合的一组活塞环试样和一组气缸试样；2)、对每组配对摩擦副分别进行摩擦磨损试验，记录摩擦系数时序曲线及试验前后的变化数据，以便判断各配对摩擦副的摩擦性能，取摩擦性能最优的配对摩擦副中的活塞环试样所用材料为下一步骤的最优的活塞环材料；3)、在步骤2)所获得的活塞环材料的基础上，按照开口型式、张力环型式及尺寸参数来组合设计活塞环的结构，并按照低负荷、低泄漏的设计原则，利用CFD模型仿真获得最优的活塞环结构和尺寸；4)、在上述确定的材料、结构及尺寸的基础上，进行样机试验，获得压缩机性能随时间的变化趋势数据；建立活塞环寿命预测模型，确定给定寿命下的活塞环寿命是否满足需求。8.根据权利要求7所述的一种无油压缩机传动系统的活塞环优化设计方法，其特征在于：所述步骤4)中，活塞环寿命预测模型的建立包括以下子步骤：a)计算活塞环的最大允许径向磨损量的均值和标准差δ
wmax
：
以下式求取活塞环径向厚度t：以下式求取活塞环的最大允许径向磨损量w
max
：以下式求取活塞环的最大允许径向磨损量的均值和标准差δ
wmax
：δ
wmax
＝0.2δ
D
其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍军，曹斌，于洋，方燚，舒悦，李奉誉，刘志龙，何明，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：