本發(fā)明涉及一種氣泵，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)多級(jí)壓縮的雙向斜盤(pán)柱塞式氣泵。

背景技術(shù)：

氣泵，也稱空氣壓縮機(jī)，是用來(lái)壓縮氣體以提高氣體壓力的機(jī)械設(shè)備，其按照壓縮方式的不同可以分為單級(jí)壓縮式氣泵與多級(jí)壓縮式氣泵。單級(jí)壓縮就是氣體僅通過(guò)一次工作腔壓縮來(lái)達(dá)到所需要的氣體壓力，單級(jí)壓縮的壓縮比一般為2~8，特殊情況下最高允許達(dá)到8~12，單級(jí)壓縮式氣泵制造工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)難度低，一般用途的氣泵或壓縮機(jī)普遍都采用的是單級(jí)壓縮，但是當(dāng)所要求的氣體的壓縮比超過(guò)這個(gè)數(shù)值時(shí)，就需要采用多級(jí)壓縮，因?yàn)檫@時(shí)如果還采用單級(jí)壓縮，就會(huì)造成氣泵的排氣溫度過(guò)高、功耗嚴(yán)重，氣缸容積利用率大大降低等一系列問(wèn)題。多級(jí)壓縮就是將氣體的總壓力分成若干級(jí)，按先后級(jí)次把氣體逐級(jí)進(jìn)行壓縮，經(jīng)過(guò)幾次升壓而達(dá)到所需要的工作壓力。采用多級(jí)壓縮具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)省壓縮氣體指示功；（2）提高氣缸容積利用率；（3）降低排氣溫度；（4）降低活塞上的最大氣體作用力。

目前，多級(jí)氣泵中應(yīng)用最多的是多級(jí)往復(fù)活塞式氣泵，其總壓縮比高，總體工作效率高，而多級(jí)往復(fù)活塞式氣泵中應(yīng)用最普遍，發(fā)展最成熟的是曲柄活塞式氣泵，曲柄活塞式氣泵就是通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)多級(jí)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)氣體的多級(jí)壓縮，其加工工藝成熟，性能穩(wěn)定，但是，采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)不可避免地會(huì)造成氣泵體積大，工作時(shí)振動(dòng)、噪聲大，難以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速而容易造成排氣量的波動(dòng)。斜盤(pán)柱塞機(jī)構(gòu)也屬于往復(fù)活塞式結(jié)構(gòu)，其體積小、重量輕、周向結(jié)構(gòu)對(duì)稱、平衡性能好、容易實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，然而，斜盤(pán)柱塞機(jī)構(gòu)目前主要應(yīng)用于汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)，在氣泵中的應(yīng)用相對(duì)較少，而且目前，斜盤(pán)柱塞式壓縮機(jī)主要都是單級(jí)壓縮式壓縮機(jī)，很少作為多級(jí)壓縮機(jī)使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供了一種多級(jí)斜盤(pán)柱塞式氣泵，該氣泵采用五列十缸雙向斜盤(pán)柱塞式結(jié)構(gòu)，并將多級(jí)壓縮技術(shù)應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)斜盤(pán)式軸向柱塞泵，實(shí)現(xiàn)了四級(jí)壓縮。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小、重量輕、總壓縮比高、工作時(shí)斜盤(pán)受力均勻、平衡，容易實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，適宜作為一種微型高壓氣泵應(yīng)用于醫(yī)療、航空、車(chē)輛混合動(dòng)力等領(lǐng)域。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種五列十缸斜盤(pán)旋轉(zhuǎn)式內(nèi)置閥配流軸向柱塞泵，主要構(gòu)件包括前、后氣缸蓋，前、后氣缸體，雙向作用式柱塞組件，軸承組件，進(jìn)、排氣閥組件和斜盤(pán)、主軸。其中，所述后氣缸蓋上沿圓周方向加工有一圈螺紋盲孔，相應(yīng)的后氣缸體、前氣缸體和前氣缸蓋上沿圓周方向均加工有一圈通孔，通過(guò)螺栓連接將前氣缸蓋、前氣缸體、后氣缸體與后氣缸蓋依次固定連接起來(lái)；所述前氣缸蓋與前氣缸體之間和后氣缸蓋與后氣缸體之間均通過(guò)兩個(gè)圓柱銷(xiāo)定位；所述前氣缸蓋與前氣缸體之間和后氣缸蓋與后氣缸體之間均安裝有一個(gè)o型圈來(lái)保證密封；所述斜盤(pán)和主軸為一體式結(jié)構(gòu)；所述主軸動(dòng)力輸入端加工有鍵槽或花鍵；所述主軸和前氣缸蓋之間安裝有油封和孔用彈性擋圈；所述五列雙向作用式柱塞組件置于前、后氣缸體內(nèi)部的柱塞孔內(nèi)。

所述軸承組件包括主軸與前氣缸體之間以及主軸與后氣缸體之間均依次安裝有平面圓柱滾子軸承和圓柱滾子軸承。

所述進(jìn)、排氣閥組件包括依次相連的進(jìn)氣單向閥、閥座、排氣單向閥和帶金屬骨架的橡膠密封墊，進(jìn)、排氣閥組件通過(guò)兩個(gè)圓柱銷(xiāo)固定在前氣缸蓋與前氣缸體之間以及后氣缸蓋與后氣缸體之間。

所述雙向作用式柱塞組件包括雙向作用的柱塞和鋼球滑履，雙向作用的柱塞通過(guò)兩個(gè)鋼球滑履夾嵌在斜盤(pán)兩側(cè)。

進(jìn)一步地，所述柱塞的材料采用高硅鋁合金材料，為提高其耐磨性，柱塞表面還均勻地涂抹有一層耐磨聚四氟乙烯膜。

進(jìn)一步地，所述氣泵內(nèi)共具有十一個(gè)氣缸，斜盤(pán)兩側(cè)各均布有五個(gè)，分別沿圓周方向均布于前、后氣缸體內(nèi)，后氣缸蓋內(nèi)有一個(gè)。這十一個(gè)氣缸中位于后氣缸體內(nèi)的一個(gè)氣缸始終與大氣連通，不參與氣泵內(nèi)氣體的多級(jí)壓縮過(guò)程，剩下的十個(gè)氣缸將氣泵內(nèi)的氣缸共分為四級(jí)，其中一級(jí)氣缸有六個(gè)，斜盤(pán)兩側(cè)各分布三個(gè)；二級(jí)氣缸有兩個(gè)，斜盤(pán)兩側(cè)各分布一個(gè)；三級(jí)氣缸有一個(gè)，位于前氣缸體內(nèi)；四級(jí)氣缸有一個(gè)，位于后氣缸蓋內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述氣泵內(nèi)前三級(jí)共九個(gè)氣缸直徑尺寸完全一樣，第四級(jí)氣缸直徑尺寸小于其他氣缸。

進(jìn)一步地，所述后氣缸蓋內(nèi)的四級(jí)氣缸與所述后氣缸體內(nèi)不參與氣體多級(jí)壓縮過(guò)程的氣缸同軸線。

進(jìn)一步地，所述后氣缸蓋內(nèi)的四級(jí)氣缸內(nèi)安裝有一個(gè)彈簧，四級(jí)柱塞的一個(gè)端面與位于后氣缸體內(nèi)與之同軸但不參與氣體多級(jí)壓縮過(guò)程的柱塞的一個(gè)端面在彈簧的作用下緊密貼合，二者之間并不存在連接關(guān)系，是兩個(gè)獨(dú)立分離的零件。四級(jí)柱塞的壓縮過(guò)程由斜盤(pán)驅(qū)動(dòng)，膨脹過(guò)程由彈簧驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述氣泵的進(jìn)氣口位于后氣缸體上，所述后氣缸蓋上四級(jí)氣缸的排氣口就是整個(gè)氣泵的排氣口。

進(jìn)一步地，所述氣泵內(nèi)四級(jí)氣缸的排氣口處安裝有一個(gè)氣動(dòng)可調(diào)式單向閥，用于調(diào)節(jié)四級(jí)氣缸的排氣壓力，即調(diào)節(jié)四級(jí)氣缸的壓縮比，進(jìn)而調(diào)節(jié)整個(gè)氣泵的總壓縮比。

進(jìn)一步地，所述前、后氣缸體內(nèi)沿圓周方向均加工有多個(gè)通孔，形成各級(jí)氣缸之間的進(jìn)、排氣通道。

進(jìn)一步地，所述前、后氣缸蓋內(nèi)均加工有多個(gè)不規(guī)則形狀的空腔，形成各級(jí)氣缸的進(jìn)氣腔和排氣腔。

工作時(shí)，斜盤(pán)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中通過(guò)鋼球滑履驅(qū)動(dòng)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)十缸雙向斜盤(pán)柱塞式氣泵中柱塞的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，將氣泵內(nèi)的氣缸進(jìn)行分級(jí)組合，并在前、后氣缸蓋處通過(guò)單向閥配流，將同一級(jí)氣缸并聯(lián)連接，相鄰級(jí)氣缸串聯(lián)連接，從而實(shí)現(xiàn)四級(jí)壓縮。

本發(fā)明的有益效果是，將斜盤(pán)柱塞機(jī)構(gòu)應(yīng)用于氣泵，用于壓縮氣體，氣泵整體體積小、重量輕、周向結(jié)構(gòu)對(duì)稱、平衡性能好。另外，本發(fā)明結(jié)合五列十缸旋轉(zhuǎn)斜盤(pán)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和其中雙向作用式柱塞的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)氣泵內(nèi)的氣缸進(jìn)行分級(jí)組合，并在前、后氣缸蓋處通過(guò)單向閥完成氣體的級(jí)間配流，實(shí)現(xiàn)了四級(jí)壓縮，將多級(jí)壓縮技術(shù)應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)斜盤(pán)式軸向柱塞泵。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、總壓縮比高，各級(jí)氣缸合理分布于斜盤(pán)兩側(cè)，整個(gè)氣泵在多級(jí)壓縮過(guò)程中，斜盤(pán)受力均勻、平衡，旋轉(zhuǎn)慣性力小，振動(dòng)、噪聲低，工作腔內(nèi)壓力波動(dòng)小，壓縮過(guò)程比較平穩(wěn)，容易實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，同時(shí)該氣泵的工作原理和結(jié)構(gòu)也可拓展應(yīng)用于其他不同的工作介質(zhì)中，例如水、液壓油、氟利昂等，其也能表現(xiàn)出優(yōu)異的工作性能。

（1）本發(fā)明采用五列十缸雙向斜盤(pán)柱塞式結(jié)構(gòu)，根據(jù)氣泵內(nèi)柱塞的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，將氣泵內(nèi)的十個(gè)氣缸共分為四級(jí)，其中一級(jí)氣缸有六個(gè)，斜盤(pán)兩側(cè)各分布三個(gè)；二級(jí)氣缸有兩個(gè)，斜盤(pán)兩側(cè)各分布一個(gè)；三級(jí)氣缸和四級(jí)氣缸各有一個(gè)，分布于斜盤(pán)兩側(cè)。各級(jí)氣缸合理分布于斜盤(pán)兩側(cè)，一方面保證前一級(jí)柱塞處于壓縮狀態(tài)的同時(shí)，后一級(jí)柱塞處于膨脹狀態(tài)，而且滿足前一級(jí)柱塞排氣過(guò)程結(jié)束的同時(shí)后一級(jí)柱塞剛剛開(kāi)始?jí)嚎s過(guò)程，從而保證氣體的多級(jí)壓縮過(guò)程連續(xù)進(jìn)行；另一方面保證斜盤(pán)兩側(cè)所受柱塞對(duì)其的作用力基本對(duì)稱、均勻、平衡，保證斜盤(pán)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中滿足強(qiáng)度要求和動(dòng)平衡要求。

（2）各級(jí)柱塞的材料采用高硅鋁合金材料，柱塞的表面還均勻地涂抹有一層耐磨聚四氟乙烯膜，這樣一方面可以提高柱塞的耐磨性，另一方面這層聚四氟乙烯膜還可以適當(dāng)減小柱塞與氣缸鏡面之間的配合間隙，達(dá)到減少泄露的目的。

（3）位于后氣缸蓋內(nèi)的四級(jí)柱塞的壓縮過(guò)程由斜盤(pán)驅(qū)動(dòng)，回程（即膨脹過(guò)程）由位于四級(jí)氣缸內(nèi)的彈簧驅(qū)動(dòng)。因?yàn)槲挥诤髿飧咨w內(nèi)的四級(jí)氣缸無(wú)論在加工時(shí)還是在裝配時(shí)都很難保證與位于后氣缸體內(nèi)與之相對(duì)應(yīng)位置但不參與氣體多級(jí)壓縮過(guò)程的氣缸的同軸度，所以四級(jí)柱塞采用彈簧復(fù)位的驅(qū)動(dòng)方式，這樣氣泵在加工和裝配時(shí)就無(wú)需再保證四級(jí)氣缸與位于后氣缸體內(nèi)與之相對(duì)應(yīng)位置但不參與氣體多級(jí)壓縮過(guò)程的氣缸的同軸度，從而既減小了四級(jí)氣缸的加工難度，也減小了四級(jí)柱塞與后氣缸蓋的裝配難度。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明多級(jí)斜盤(pán)柱塞式氣泵結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1.氣動(dòng)可調(diào)式單向閥，2.后氣缸蓋，3.彈簧，4.四級(jí)柱塞，5.帶金屬骨架的橡膠密封墊，6.排氣單向閥，7.閥座，8.進(jìn)氣單向閥，9.后氣缸體，10.鋼球滑履，11.雙向作用式柱塞，12.前氣缸體，13.前氣缸蓋，14.油封，15.孔用彈性擋圈，16.傳動(dòng)主軸，17.圓柱滾子軸承，18.平面圓柱滾子軸承，19.圓柱銷(xiāo)，20.o型圈。

圖2是多級(jí)斜盤(pán)柱塞式氣泵柱塞和氣缸分布及其編號(hào)。

圖中數(shù)字1-10是柱塞和氣缸的編號(hào)。

圖3是多級(jí)斜盤(pán)柱塞式氣泵工作原理展開(kāi)示意圖。

圖中數(shù)字1-10是柱塞和氣缸的編號(hào)，ⅰ.后氣缸蓋，ⅱ.后氣缸體，ⅲ.前氣缸體。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明一種多級(jí)斜盤(pán)柱塞式氣泵，主要構(gòu)件包括前氣缸蓋13、前氣缸體12、傳動(dòng)主軸16、雙向作用式柱塞組件、軸承組件、進(jìn)、排氣閥組件、后氣缸體9、四級(jí)柱塞4、彈簧3、后氣缸蓋2、氣動(dòng)可調(diào)式單向閥1。其中，所述后氣缸蓋2上沿圓周方向加工有一圈螺紋盲孔，相應(yīng)的后氣缸體9、前氣缸體12和前氣缸蓋13上沿圓周方向均加工有一圈通孔，通過(guò)螺栓連接將前氣缸蓋13、前氣缸體12、后氣缸體9與后氣缸蓋2依次固定連接起來(lái)；所述前氣缸蓋13與前氣缸體12之間和后氣缸蓋2與后氣缸體9之間均通過(guò)兩個(gè)圓柱銷(xiāo)19定位；所述前氣缸蓋13與前氣缸體12之間和后氣缸蓋2與后氣缸體9之間均安裝有一個(gè)o型圈20來(lái)保證密封；斜盤(pán)和所述傳動(dòng)主軸16為一體式結(jié)構(gòu)；所述傳動(dòng)主軸16動(dòng)力輸入端加工有鍵槽或花鍵；所述傳動(dòng)主軸16和前氣缸蓋13之間安裝有油封14和孔用彈性擋圈15；所述五列雙向作用式柱塞組件置于前氣缸體12和后氣缸體9內(nèi)部的柱塞孔內(nèi)。

所述軸承組件包括傳動(dòng)主軸16與前氣缸體12之間以及傳動(dòng)主軸16與后氣缸體9之間均依次安裝有平面圓柱滾子軸承18和圓柱滾子軸承17。

所述進(jìn)、排氣閥組件包括依次相連的進(jìn)氣單向閥8、閥座7、排氣單向閥6和帶金屬骨架的橡膠密封墊5，進(jìn)、排氣閥組件通過(guò)兩個(gè)圓柱銷(xiāo)19固定在前氣缸蓋13與前氣缸體12之間以及后氣缸蓋2與后氣缸體9之間。

所述雙向作用式柱塞組件包括雙向作用式柱塞11和鋼球滑履10，雙向作用式柱塞11通過(guò)兩個(gè)鋼球滑履10夾嵌在斜盤(pán)兩側(cè)。

本發(fā)明多級(jí)斜盤(pán)柱塞式氣泵內(nèi)共具有十一個(gè)氣缸，斜盤(pán)兩側(cè)各均布有五個(gè)，分別沿圓周方向均布于前氣缸體12和后氣缸體9內(nèi)，后氣缸蓋2內(nèi)有一個(gè)。這十一個(gè)氣缸中位于后氣缸體9內(nèi)的一個(gè)氣缸始終與大氣連通，不參與氣泵內(nèi)氣體的多級(jí)壓縮過(guò)程，剩下的十個(gè)氣缸將氣泵內(nèi)的氣缸共分為四級(jí)，其中一級(jí)氣缸有六個(gè)，斜盤(pán)兩側(cè)各分布三個(gè)；二級(jí)氣缸有兩個(gè)，斜盤(pán)兩側(cè)各分布一個(gè)；三級(jí)氣缸有一個(gè)，位于前氣缸體12內(nèi)；四級(jí)氣缸有一個(gè)，位于后氣缸蓋2內(nèi)。對(duì)位于前氣缸體12和后氣缸體9內(nèi)的氣缸分別進(jìn)行編號(hào)，如圖2所示，則其中1、4、5號(hào)氣缸和8、9、10號(hào)氣缸為一級(jí)氣缸；3、7號(hào)氣缸為二級(jí)氣缸；2號(hào)氣缸為三級(jí)氣缸；6號(hào)氣缸始終與大氣連通，不參與氣泵內(nèi)氣體的多級(jí)壓縮過(guò)程；氣泵的前三級(jí)共九個(gè)氣缸直徑尺寸完全一樣，氣泵的第四級(jí)氣缸位于后氣缸蓋2內(nèi)，直徑尺寸小于其他氣缸。所述氣泵的進(jìn)氣口位于后氣缸體9上，所述氣泵內(nèi)四級(jí)氣缸的排氣口處安裝有一個(gè)氣動(dòng)可調(diào)式單向閥1，用于調(diào)節(jié)四級(jí)氣缸的排氣壓力，即調(diào)節(jié)四級(jí)氣缸的壓縮比，進(jìn)而調(diào)節(jié)整個(gè)氣泵的總壓縮比，四級(jí)氣缸的排氣口就是整個(gè)氣泵的排氣口。

所述前氣缸體12和后氣缸體9內(nèi)沿圓周方向均加工有多個(gè)通孔，形成各級(jí)氣缸之間的進(jìn)、排氣通道。所述前氣缸蓋13和后氣缸蓋2內(nèi)均加工有多個(gè)不規(guī)則形狀的空腔，形成各級(jí)氣缸的進(jìn)氣腔和排氣腔。所述前氣缸蓋13和前氣缸體12之間以及后氣缸蓋2和后氣缸體9之間均安裝有進(jìn)、排氣閥組件，通過(guò)單向閥配流，將同一級(jí)氣缸并聯(lián)連接，相鄰級(jí)氣缸串聯(lián)連接，從而實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮。

本發(fā)明多級(jí)斜盤(pán)柱塞式氣泵的工作過(guò)程如下：

如圖1所示，當(dāng)傳動(dòng)主軸16帶動(dòng)斜盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，鋼球滑履10沿固定的軌跡在斜盤(pán)上滑動(dòng)，隨著鋼球滑履10在斜盤(pán)上位置的改變，推動(dòng)雙向作用式柱塞11在氣缸內(nèi)沿軸向作周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于柱塞11是雙向作用，所以兩側(cè)氣缸同時(shí)工作，當(dāng)一側(cè)氣缸處于吸氣過(guò)程時(shí)，則另一側(cè)氣缸就處于壓縮或排氣過(guò)程，視每一個(gè)氣缸所對(duì)應(yīng)的柱塞都是一個(gè)單獨(dú)的柱塞，則該氣泵共具有十一個(gè)柱塞，對(duì)位于前氣缸體12和后氣缸體9內(nèi)的柱塞分別進(jìn)行編號(hào)，如圖2所示，則其中1-10號(hào)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)由斜盤(pán)驅(qū)動(dòng)，四級(jí)柱塞4的壓縮過(guò)程由6號(hào)柱塞驅(qū)動(dòng)，回程（即膨脹過(guò)程）由位于后氣缸蓋2內(nèi)的彈簧3驅(qū)動(dòng)。

圖3是本發(fā)明多級(jí)斜盤(pán)柱塞式氣泵的工作原理展開(kāi)示意圖，在傳動(dòng)主軸16驅(qū)動(dòng)斜盤(pán)沿圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)各個(gè)柱塞的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，1、4、5號(hào)柱塞作為一級(jí)柱塞依次將氣體壓入3號(hào)氣缸，8、9、10號(hào)柱塞作為一級(jí)柱塞依次將氣體壓入7號(hào)氣缸；3、7號(hào)柱塞作為二級(jí)柱塞依次將氣體壓入2號(hào)氣缸；2號(hào)柱塞作為三級(jí)柱塞將氣體壓入四級(jí)氣缸，四級(jí)柱塞4將前三級(jí)柱塞壓縮后的氣體再進(jìn)行一定程度的壓縮后通過(guò)氣動(dòng)可調(diào)式單向閥1排出氣泵，完成氣體的四級(jí)壓縮過(guò)程。通過(guò)調(diào)節(jié)氣動(dòng)可調(diào)式單向閥1的開(kāi)啟壓力，可以調(diào)節(jié)四級(jí)氣缸的壓縮比，進(jìn)而可以微調(diào)氣泵總的排氣壓力。在此過(guò)程中，各級(jí)柱塞之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系滿足前一級(jí)柱塞處于壓縮狀態(tài)的同時(shí)，后一級(jí)柱塞處于膨脹狀態(tài)，而且前一級(jí)柱塞排氣過(guò)程結(jié)束的同時(shí)后一級(jí)柱塞剛剛開(kāi)始?jí)嚎s過(guò)程，從而保證氣泵的多級(jí)壓縮過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的。