(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210833555.9 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 何志龙　马凯　王潇　丘宏烨　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 房鑫 (51)Int.Cl. F04B 39/00(2006.01) F04B 39/12(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种具有滑道结构活塞的压缩机及滑道曲 线设计方法 (57)摘要 一种具有滑道结构活塞的压缩机及滑道曲 线设计方法， 具有滑道结构活塞的压缩机包括相 固连的一级活塞与二级活塞， 一级活塞的旋转往 复运动带动二级活塞的旋转往复运动， 一级活塞 的圆柱面上加工有滑道结构， 一级活塞的中心孔 有连杆通过， 在连杆旋转一周时， 活塞实现两次 往复运动， 滑道曲线关于平面轴对称， 滑道曲线 在活塞上止点时， 活塞变化的速度变化减慢， 使 通过上止点时活塞力减小； 活塞在连杆旋转时， 气缸上设置与滑道结构配合的定位柱， 实现活塞 的往复运动。 滑道曲线的设计方法包括根据气体 力以及特征角度确定往复惯性力的最值范围； 调 整加速度曲线与活塞组质量中的任一或二者全 部， 使两级活塞受到的力均匀。 本发明能够增加 活塞组件的寿 命。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115013285 A 2022.09.06 CN 115013285 A 1.一种具有滑道结构活塞的压缩机， 其特征在于： 包括相固连的一级活塞与二级活塞， 一级活塞的旋转往复运动带动二级活塞的旋转往复运动， 一级活塞的圆柱面上加工有滑道 结构， 一级活塞的中心孔有连杆通过， 在连杆旋转一周时， 活塞实现两次往复运动， 滑道曲 线关于平面轴对称， 滑道曲线在活塞 上止点时， 活塞变化的速度变化减慢， 使通过上止点时 活塞力减小； 活塞在连杆旋转时， 气缸上设置与 滑道结构 配合的定位柱， 实现活塞的往复运 动。 2.根据权利要求1所述具有滑道结构活塞的压缩机， 其特征在于， 所述滑道结构的曲线 表达式如下： 式中， S为活塞行程， R为 一级活塞半径； 式中的参数A、 D为常数， 与活塞行程相关， 满足下列关系： A+D＝S； 式中B为常数， 与活塞滑倒曲线的周期相关， 满足B＝周期/2， C为相位角， 常数； 活塞 的 位移、 速度及加速度仅与滑 道曲线的z相关， 其中： 活塞的速度： v＝z'＝f'(S,R, θ )； 活塞的加速度： a＝z ”＝f”(S,R, θ )； 式中， z为活塞轴向位移， z'为活塞轴向速度， z ”为活塞轴向加 速度， f'()为一阶导数， f”()为二阶导数。 3.一种权利要求1所述具有滑道结构活塞的压缩机中滑道曲线的设计方法， 其特征在 于： 计算活塞膨胀过程结束的活塞位移以及对应的连 杆转角； 计算活塞压缩过程结束的活塞位移以及对应的连 杆转角； 计算活塞所受到的气体力； 根据气体力以及特 征角度确定往复惯性力的最 值范围； 调整加速度曲线与活塞组质量中的任一或二 者全部， 使两级活塞受到的力均匀。 4.根据权利要求3所述滑道曲线的设计方法， 其特征在于， 所述计算活塞膨胀过程结束 的活塞位移xe以及对应的连 杆转角 θe的表达式如下： xe＝z( θe) 计算所述计算活塞压缩过程结束的活塞位移xc以及对应的连 杆转角 θc的表达式如下： xc＝z( θc) 其中， π/2＜ θc＜ π， θi为连杆转角， θi∈(0, π )； 式中， ps为进气压力， δs为进气压力损失， pd为排气压力， δd为排气压力损失， V0为余隙容 积， Vh为行程容积， Ap为活塞面积， m为 膨胀过程指数， n 为压缩过程指数；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115013285 A 2由上述公式， 确定一级、 二级活塞运动过程的以下 特征角度： θe,1， 一级活塞膨胀过程结束时连 杆的转角； θc,1， 一级活塞压缩过程结束时连 杆的转角； θe,2， 一级活塞膨胀过程结束时连 杆的转角； θc,2， 一级活塞压缩过程结束时连 杆的转角。 5.根据权利要求4所述滑道曲线的设计方法， 其特征在于， 所述计算活塞所受到的气体 力的步骤按照转角 θi在0～2 π变化过程， 分别对应由以下表达式进行计算： 膨胀过程： 0≤θi≤θe 吸气过程： pi＝ps(1‑δs)θe＜ θi≤ π 压缩过程： π≤θi≤θc 排气过程： pi＝pd(1+δd)θc＜ θi≤2 π 对于任意 转角 θi， 作用在活塞上的气体力Fg,i计算表达式如下： Fg,i＝Ap,cpi,c‑Ap,api,a‑Aapa 式中， Ap,c为一级气缸面积， pi,c为一级气缸内压力， Ap,a为二级气缸面积， pi,a为二级气 缸内压力， Aapa为连杆面积。 6.根据权利要求5所述滑道曲线的设计方法， 其特征在于， 所述根据气体力以及特征角 度确定往 复惯性力的最值范围时， 气体合力在前半周期为Fg1， 后半周期为Fg2， 平衡气体力 时， 根据活塞受拉、 受压的值， 按下式来确定活塞受到合力的平衡范围： 式中， Fg1为前半周期内的气体合力， 为Fg2关于 对称的函 数， 为后半周期活 塞组受到的气体合力关于 对称后的值， Fg2为后半周期活塞组 受到的气体合力。 7.根据权利要求6所述滑道曲线的设计方法， 其特征在于， 所述调整加速度曲线与活塞 组质量中的任一或二 者全部， 使两级活塞受到的力均匀的步骤， 依据下式调整加速度曲线： 式中， Fg,0为新平衡后的合力， ps,c为一级吸气压力， pd,a为二级排气压力， δs,c为一级吸 气压力损失， δd,a为二级排气压力损失， ms为活塞组质量， a0为活塞组加速度， 开始、 结束的加 速度尽量大； 在 θe,1时， 加速度减小到 0， 此时ae,1＝0； 在 θc,1时， 由于对称性， θc,1,duic hen＝θc,1‑90°； 此时， 式中， θe,1为一级膨胀结束角度， θc,1为一级压缩 结束角度， θc,1,duichen为θc,1的对称角度， Fg,c1duic heng为活塞受力的极限值， ac1duicheng为在 θc,1,duic hen时活塞组的加速度。 8.根据权利要求6所述滑道曲线的设计方法， 其特征在于， 所述调整加速度曲线与活塞 组质量中的任一或二 者全部， 使两级活塞受到的力均匀的步骤， 依据下式调整活塞组质量：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115013285 A 3