医用无油润滑微型空气压缩机的研究

医用无油润滑微型空气压缩机的研究

1导言

“医用全无油静音空压机是真正的全无油静音空压机”，这是用户对江苏五泰燃气设备科技有限公司的赞誉。

随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，医用无油静音空压机(简称医用空压机)的应用越来越广泛。不仅是食品、化工、医药行业，还有医疗、口腔门诊、保健、装饰等与人民生活息息相关的行业；甚至家用雾化器、吸痰机、制氧机、呼吸机、新能源汽车、电动刹车泵等。此外，随着我国国内市场老龄化程度的日益加剧，家用制氧机的需求增长迅速，促进了该类型的快速发展。该型号提供了低噪音、无油、可靠、高质量的净化气源。噪音低于50分贝，可以放置在工作区域的任何地方，不会造成噪音污染，可以成为独立的气源。

本文中的“医用空气压缩机”是一种摆动式无油空气压缩机，于20世纪70年代由美国工程师Thomas Robort Hetzel提出。它的机构是活塞和连杆的一体化结构(连杆和活塞无活塞销连接)，所以活塞在往复运动的同时做摆动运动。所以这种类型也叫WQB-L往复活塞摆动无油空压机。

从理论上讲，这种机型属于往复式压缩机的范畴，其优点非常突出:

(1)噪音低，输出气体稳定，无波动(***缓冲容积)，微孔消音结构，***限度减少噪音污染；

(2)密封性好，密封圈材料采用优化的配料，经过上百台机器的运行，***终选择了某种密封性能好、耐磨、使用寿命延长、可靠性提高的材料；

(3)体积小，占地面积小，灵活多方向移动；

(4)安装方便，可靠性高，整机使用寿命超过10000h；；

(5)整机效率高，比老机型节能3% ~ 5%；

(6)选材新颖美观；

(7)整机结构简单，维修方便。

同时，这种类型的空压机也有一些缺陷，主要是活塞往复运动，导致密封圈与气缸拍击，造成空压机机械噪音大，密封件使用寿命短。为了克服上述缺点，本文重点研究了连杆比(即曲柄半径与连杆长度之比)，有效降低了活塞对气缸的打击强度，提高了密封圈的密封性能，优化了聚四氟乙烯和同行材料的配方和制造。为此，已经做了大量卓有成效的工作。

开发，取得了一定的效果，降低了噪声，改善了密封条件，提高了可靠性。

2医用空气压缩机的工作原理

医用空气压缩机属于往复式压缩机，其基本结构为曲线型。

手柄结构，如图2和3所示。

电机转轴上安装有曲轴(偏心轮)，连杆活塞体通过轴承与曲轴连接。当主轴转动时，带动曲柄带动连杆活塞体，使活塞做往复运动，从而实现空压机气缸容积的周期性变化和空气吸入、压缩、排出的热力过程。因此，该机型具有传统往复活塞式空气压缩机的一些结构特点和动态特性，但与一般往复式压缩机不同的是，其连杆和活塞为一体式结构，连杆和活塞之间的连接处没有活动。

塞结构，所以当连杆往复运动时，连杆活塞体的顶面摆动。因此，它也被称为摆动活塞式空气压缩机。该型号的电机轴和曲轴(偏心轮)转动，连杆活塞体摆动往复，阀体开闭，所以电机轴、偏心轮、连杆活塞体和阀板是工作项目中的主要运动部件。为了解决图2所示单缸空压机受力不均匀，空气脉动大的缺点，一般医用空压机设计为图3所示的平衡式双缸空压机。电机布置在中间，空压机分布在电机两端，动力性能更好。

3医用空气压缩机的结构

3.1总体结构

医用空气压缩机的主要部件有:电机、曲轴箱、曲轴(偏心轮)、轴承、连杆活塞体、密封圈、活塞压盖、气阀总成、气缸盖等。，如图4所示。

整体设计采用曲柄连杆结构。在工作过程中，连杆活塞体相对于气缸中心线有一个摆角或摆幅，使活塞和密封圈对气缸产生较大的侧压力，换向时出现爆震现象，导致空压机噪音和摩擦损失明显，大大缩短了密封圈的使用寿命。

针对“医用空气压缩机”的上述结构缺陷，本文拟通过优化***连杆比来降低连杆活塞与气缸之间的侧压力和打击强度，改变连杆活塞的工作方式，从而降低“空气压缩机”的机械噪声和摩擦损失。提高其运行的可靠性。

3.2电机选择

医用空气压缩机主要采用交流电机，一般为两极和四极。为了减轻整机重量，主要采用两极电机(出口车型常用)，效率高，排量大。医用空气压缩机主要采用四极，转速低，噪音小，容积效率高。新能源汽车的电刹车主要使用DC电机驱动空气压缩机。制氧机中使用的空气压缩机为四极单相感应电动机，由单个电容器运行，两端伸出轴外，两端分别与空气压缩机连接，带动空气压缩机的曲轴转动。曲轴转动一次，活塞往复运动一次，在气缸内相继实现进气、压缩和排气的过程，即完成一个工作循环。电机由两台单缸空压机驱动，使空压机在额定转速下的流量是单缸的两倍，振动和噪音得到有效控制。马达

组装要求高。为了保证其准确性，采用热装。将曲轴箱加热至150-180℃，依次安装电机定子和转子。此时应严防轴承损坏。为了降低噪声，保证轴承的工作间隙(2-4微米)，应严格控制轴承孔与电机轴、曲轴箱孔与轴承外圈的配合精度。

3.3曲轴由球墨铸铁或粉末冶金制成。

医用空压机是双头机，对运动部件质量要求高(误差不超过0.1%)。为了保证重量精度，所有零件都必须加工，并预留增加或减少重量的位置。

粉末冶金材料的曲轴容易保证精度，稳定性好，加工余量少，重量容易控制。但是模具成本高，如果批量投产，制造成本会降低。曲轴的加工精度非常关键。严格控制尺寸精度和形位公差，否则曲轴不好会加速密封圈的磨损，导致电机电流和功率增加，电机发热，排气量减少。

3.4曲轴箱、连杆活塞体

曲轴箱、连杆活塞体、密封圈和压盘均由铝压铸而成。曲轴箱和连杆活塞体的精度是靠加工来保证的，这是关键。其他辅助制造夹具应保证其形位公差，否则会影响其运动轨迹和工作状态，造成密封圈磨损和噪音增大。

3.5密封环和气缸

密封圈和气缸是一对摩擦副，密封圈是实现无油润滑的关键部件。为了达到密封圈抗磨损、长寿命的目的，我们通过组合配方的方法，优选出了***的配方配比。见表1。经过一百多次试验和优化，选出了***配方配比，各项指标达到了预期目的。

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