基于雙齒輪馬達的空氣壓縮機設計

摘 要:簡述運用雙齒輪馬達(專利號:201020280391.4)設計新型空氣壓縮機的一些特點。

關鍵詞:雙齒輪馬達 空壓機 密封性能

中圖分類號:TH45\t\t\t文獻標識碼:A\t\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0027-02

空氣壓縮機(壓風機)是將空氣壓縮來提高空氣的壓力的機械設備，是現代工業不可缺少的基礎設備。能夠低成本的制造高效節能的空氣壓縮機具有重要意思。

本文簡述使用雙齒輪馬達(專利號:201020280391.4)來設計空氣壓縮機的一些特點。當然這里的雙齒輪馬達是作為泵來使用的。

1 空氣壓縮機的分類

空氣壓縮機大致分為往復式和旋轉式。

1.1 往復式的代表是活塞式空氣壓縮機，活塞式空氣壓縮機是活塞往復運動過程中不斷的吸入和排出空氣來壓縮空氣

由于活塞的慣性，要使活塞往復運動就要不斷給運動的活塞提供能量停止，還要給停止的活塞能量來運動。這樣的結果是一些能量消耗在了改變運動狀態上。

1.2 旋轉式壓風機常見的有螺桿式和離心式

本文所說的雙齒輪壓風機也是一種旋轉式壓風機。

螺桿式壓風機是近幾年發展起來的一種壓風機，通過2個螺桿相互嚙合來提供幾個體積不斷變化的空間，通過體積的不斷變化來壓縮空氣。這種空壓機的效率較高，但螺桿的制造精度要求很高，制造螺桿需要特殊的設備。需要特殊的潤滑油來潤滑、密封和冷卻。

離心式壓風機通過離心力來吸入和壓縮空氣，由于空氣的密度小就需要很高的轉速，使得噪音很大，軸承要求很高，散熱系統龐大。通過多級串聯，能提供的空氣壓力也不會太高。

雙齒輪壓風機的整體結構和螺桿式壓風機相似，通過2個齒輪的相互嚙合，在齒和齒離開的時候吸入空氣，在齒和齒相互填入齒間時擠出空氣。和雙齒輪油泵泵油時是一樣的原理。由于油的粘度和空氣的差別很大，泵空氣時就更好的密封性。使用雙齒輪馬達專利的特性來改善密封性能。齒輪的制造成本相對較低，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，在低速下運行也能保持較高效率。

2 雙齒輪壓風機的整體結構

雙齒輪壓風機采用雙齒輪來壓縮空氣，可采用電動機、柴油機等原動機來提供動力，使用潤滑油來密封、潤滑和冷卻雙齒輪。由于空氣中含有灰塵等小顆粒，有空氣濾芯是必要的。壓縮空氣和機械摩擦會產生熱，散熱系統也是需要的。如果加入調速系統節能效果將更好。使用雙齒輪來制造空壓機轉動部件少，維護相對容易。齒輪制造設備通用，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。

3 雙齒輪馬達的結構特點

雙齒輪馬達采用壓緊機構、壓緊齒和油密封來提高密封性能。

3.1 壓緊機構和壓緊齒

齒輪間不可避免的要存在有間隙，間隙的存在會加大泄漏。為減少泄漏是用壓緊機構和壓緊齒來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。只要在其中一個齒輪和安裝的軸之間加上一個彈性壓緊機構，使軸和齒輪之間有相對轉動的力存在，力會通過軸傳到到雙齒輪泵上，在轉動時2組齒輪一起轉動，始終保持單向壓緊齒間間隙。可以減少流體通過齒輪間的間隙。圖2。

3.2 “困油”與“困油”利用

漸開線齒輪泵存在“困油”現象，會造成“困油區”壓力超高，油被強行擠出，產生噪音和震動，這是不利的，可以改變齒形或開卸荷槽來解決問題。但這些方法不能有效利用這一特點。

“困油”現象并不是只有壞處，能夠加以利用。

齒輪泵在轉動時先產生的密封空腔會減小體積，內部壓力會升高。這時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。當轉到最小密封容積時，密封空腔體積達到最小。繼續轉動密封空腔體積增大，可以通過端面上的吸油孔吸入油來儲存在油槽中。在離開嚙合密封區域后油槽和外部油路斷開，不再受困油影響。圖3。

3.3 油密封與潤滑

單向壓緊對于輸送空氣是不夠的，并且機械的摩擦需要潤滑。使用油密封來解決這些問題。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密封性能。這是因為油的粘度相對較大，在狹小縫隙中流動受阻礙更大的原因。可以在齒輪齒上開油槽，在轉動到需要油的地方噴出少量油來填充間隙就可以達到密封和潤滑的作用。“困油”產生的油壓較大，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可以通過噴油來在齒面上附著油，在嚙合時就能密封間隙和潤滑機構。圖5。

3.4 自清潔和端面密封

軸承在長期高速下運行會使潤滑油產生炭化，高速運行時產生的熱也需要冷卻。端面密封也是一個問題。為了解決這些問題可以從端蓋注入來自“困油”產生的高壓潤滑油，潤滑油通過軸承注入齒輪一端，在齒輪端面開環形儲油槽，使油能保持在齒輪端面內圈。這樣端面就被油密封了。油通過鍵槽的間隙(如果間隙過小可以開導流槽)流入齒輪另一端，一樣注入齒輪的另一個端面，通過軸承流出。油流的作用使軸承得到清潔，帶走了軸承產生的熱，還能為端面密封。圖6。

4 結語

使用雙齒輪馬達(專利號:20102028 0391.4)來設計壓風機提供了一個全新的設計思路，能有效降低設計和制造難度。可以減少制造和維護成本。這種空氣壓縮機還未被制造，正處于研發階段。

參考文獻

[1]\t螺桿式空氣壓縮機[EB/OL].互聯網.

[2] \t雙齒輪馬達(專利號:201020280391.4).國家知識產權局網站.

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