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在隔膜機膜頭的缸蓋和配油盤上各加工有一個曲面，與被夾于二者之間的膜片分別組成氣腔和油腔，氣腔與裝于缸蓋閥孔中的吸、排氣閥相通，而油腔則通過配油盤上眾多的導流孔與缸體中的油腔相通，膜頭周圍的螺栓將缸蓋、膜片、配油盤及缸體緊固在一起，使膜頭中的氣腔和油腔皆獲得密封而不泄漏。
膜腔的容積變化是依靠膜片在膜腔中的撓曲變形獲得的，而膜片在壓縮過程中的變形則是由油腔中的油液驅動，壓力油液由油缸中油壓活塞推動加壓后通過配油盤的導流孔進入油腔而作用在膜片上，使膜片在膜腔中產生撓曲變形，周期性的改變氣腔和油腔的容積，油缸活塞的往復運動則由曲柄連桿機構驅動。
在壓縮機的每一工作循環中，油腔或油缸中的油液量會因油缸活塞等處泄露或因調壓閥泄壓時排出的油量略多等原因造成油量損失，從而可能出現不能建立或保持所需的油液壓力，因此在每一工作循環中要向油腔或油缸中補充油液。
裝于機身正面由曲軸前端上的偏心套推動的柱塞或補油泵在每一工作循環中定時(一般在油缸活塞向內止點行程開始過程中)定量向油腔中補充油液。 在每一循環過程中所補充的油量一般是會多余損耗的油量，因而必須將多余的部分及時的排出，同時在壓縮過程中油壓與氣壓要保持一個合理壓差(一般油壓高于氣壓10～15%)，因而需對油壓進行穩定調節控制，這些用裝于膜頭缸體上(或配油盤上)的彈簧式調壓閥來完成，用調壓閥內彈簧力大小來控制閥的開啟和關閉，當油腔內因油量過多爾使油壓升高并超過規定值時，腔內的油壓會頂開調壓閥，泄掉多余的油液而使油壓保持在一定值后，在彈簧力的作用下使閥關閉，使運行保持穩定狀態。
壓縮機的工作循環過程是：壓縮機運行時，當活塞處于外止點時，此時膜片在壓力油液作用下產生變形后緊貼缸蓋曲面，氣腔中的氣體已被排出，但因由余隙容積尚存高壓余氣。當油缸活塞向內止點方向運動時，油腔中油液壓力逐漸減小直至消失，膜片兩側出現壓差，膜片在氣體余壓和自身變形力作用下開始回縮變形，氣腔容積逐漸增大，氣腔余隙中的高壓氣體膨脹，當氣腔增大到一定程度時，膨脹過程結束，腔內氣壓小于被吸氣體壓力時，吸氣閥自動打開，吸氣過程開始。
當油缸活塞繼續向內止點方向運動時，膜片在壓差作用下繼續向油腔側變形，當油缸活塞運動到內止點位置時，膜片撓曲變形至下極限位置后。油腔活塞再開始向外止點運動時，吸氣閥關閉，吸氣過程結束，油液壓力開始升高，膜片向外止點方向變形，氣腔容積逐漸變小，氣腔內氣體開始被壓縮，當氣腔中被壓縮的氣體壓力遠大于排氣管道中氣體壓力時，排氣閥自動開啟，壓縮過程完成并排出氣體直至油缸活塞運動至外止點，膜片緊貼缸蓋曲面，排氣閥關閉，完成排氣過程，至此完成一個工作循環
