[科普中国]-偏心轮机构

简介

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，尤其对微小型压缩机，竞争形势更为激烈。我们认为，对微小型往复压缩机而言，扬长避短，开发新机型是其改革方向之一，而十字滑块压缩机就是一个成功的典范。这种压缩机自1990年由美国泰康(Tecumseh)公司公开后，备受世界各国重视，在微小型、中高压压缩机领域，发展迅速，具有很强的竞争能力1。

机构分析在十字滑块压缩机中，将曲轴的回转运动转化为活塞往复运动的运动转换机构，实质上是由两个正弦机构组合而成的司谷区扼。这是一种无连杆的两列四缸压缩机，今以水平列为例说明其工作原理:当曲轴转动时，曲柄销使滑块在框架内上下滑动，与此同时，框架则推动活塞杆左右移动，使活塞-气缸组件完成压缩机的工作过程。

偏心轮机构与曲柄连杆机构是等效的，因此分析偏心轮压缩机和十字滑块压缩机的动力特性，实质上就是分析曲柄连杆机构时的动力特性。考虑到十字滑块压缩机结构上的对称性，仅以水平列为例，分析其动力特性2。

动力特性分析两种机构在动力特性方面的最大差异是惯性力的平衡。在水平列和垂直列往复质量相等时，两者的旋转惯性力和一阶往复惯性力均可用平衡重予以平衡;二阶往复惯性力在滑块压缩机中并不存在，而在偏心轮压缩机中则无法用平衡重加以平衡，二阶惯性力也越小，但会使机构的径向尺寸有所增大。在多级压缩的压缩机中，两列的往复运动质量是不同的，可采用改变零件材料的比重或结构尺寸来使两列的质量相同，使一阶惯性力得以平衡。

另一个差异是活塞所受的侧向力。侧向力会加速活塞环的磨损，计算结果表明，偏心轮压缩机的侧向力比滑块压缩机大2/3。为了缓解侧向力带来的不利影响，偏心轮机构可用带球支承的活塞杆与框架铰接。

总结(1)司谷区扼(正弦机构)是十字滑块压缩机的关键部件，其滑块一滑道摩擦副之间采用传统的直线滚子轴承，难以适应高速、高压力的工作条件。采用偏心轮机构后，可为圆柱滚针轴承的使用创造条件，从根本上解决了直线轴承的损坏问题。

(2)采用偏心轮机构的压缩机，在基本结构上仍为四缸二列、轴线共面且等分空间，因此仍具有十字滑块压缩的主要特点。由此而带来的惯性力平衡问题和侧向力问题，可在设计时选用较小的入值和浮动活塞(铰接)等措施予以解决。因而，在十字滑块缩机中采用偏心轮机构的方案是可行的。

(3)将摩擦表面间的相对运动由往复运动转化为回转运动是压缩机发展的趋势。因而，偏心轮机构的采用将进一步促进十字滑块压缩机发展3。