CN100402872C - 一种用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴，包括主轴和曲拐，曲拐设在主轴上；所述曲拐具有三个，从曲轴短轴端起依次为下曲拐、中曲拐和上曲拐。其方案是：各曲拐之间的相位角为105°～150°，主轴呈一体式；两相邻曲拐之间的间距至少有一个大于压缩机活塞的高度，与此对应的两个曲拐的轴向宽度小于压缩机活塞之间隔板的厚度。也可以采取下面的方案：两相邻曲拐之间的间距相等，各曲拐之间的相位角为120°；主轴在相邻两曲拐之间断开为长轴和短轴而呈两段式，在长轴和短轴的断面上设有对应适配的紧固结构。本发明有效地解决了三汽缸压缩机活塞和曲轴的装配问题，有利于三汽缸压缩机的设计、制造以及推广使用。

Description

一种用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴

技术领域

本发明涉及一种压缩机的组成部件，尤其涉及压缩机中的曲轴。

背景技术

在家用空调压缩机领域，旋转式压缩机占据了压倒性的绝对优势。目前，在中国境内的旋转式压缩机的年产量就已经超过了5千万台。其中，以单汽缸压缩机为大多数，双汽缸压缩机次之。双汽缸压缩机由于运行阻力矩的波动只有单缸压缩机的1/3，因而具有较优越的动力特性，整体振动有较大改善。如采用三汽缸压缩机则具有更为优越的动力特性，研究实验表明其运行阻力矩只有同排量单缸压缩机的1/10，双缸压缩机的1/3。单缸、双缸和三缸压缩机的动力特性对比参见图1相同排量时三缸，双缸，单缸压缩机结构所受阻力矩对比(仅在汽缸高度上不同)。

三汽缸压缩机在吸气方面可以采用分散吸气结构或集中吸气结构，所谓分散吸气结构，是指按照传统的压缩机设计思路，使用三个吸气管分别与压缩机三个汽缸相接，各汽缸独立吸气；所谓集中吸气结构，是指只使用一个吸气管与某一个汽缸相接，在另外两个汽缸的汽缸壁上开设吸气孔道与该汽缸的吸气通道联通。在排气方面可以间接实现连续排气，因此能够极大地改善压缩机的气流特性。然而，对于三汽缸压缩机，无论其吸气结构和排气结构如何，从技术的角度讲其曲轴中的曲拐与活塞的装配问题都是研发制造工作中的一个主要障碍。

对于单汽缸压缩机，如图2所示，其曲轴中的曲拐与活塞的装配没有困难。对于双汽缸压缩机，如图3所示，双缸曲轴由于可以分别从曲轴两端装配活塞，故两个曲拐之间的距离可以做得很紧凑。但对于三汽缸压缩机，由于是在双汽缸压缩机的基础上再同轴增加一个汽缸，如果仅仅是在双缸曲轴的基础上简单地相应安置第三个曲拐，如图4所示，不难看出，曲轴的中曲拐与活塞的装配不能实现。如果能够有效地解决曲轴曲拐与活塞的装配问题，将有助于三汽缸压缩机的开发和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴，旨在解决曲轴曲拐与活塞的装配问题，以利于三汽缸压缩机的开发和应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明的一种用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴，包括主轴和曲拐，曲拐设在主轴上；所述曲拐具有三个，从曲轴短轴端起依次为下曲拐、中曲拐和上曲拐，各曲拐之间的相位角为105°～150°，主轴呈一体式；两相邻曲拐之间的间距至少有一个大于压缩机活塞的高度，与此对应的两个曲拐的轴向宽度小于压缩机活塞之间隔板的厚度。上述为本发明主轴呈一体式的方案，通过调整曲轴各曲拐的尺寸，减少曲拐的轴向宽度，使曲拐的轴向宽度小于压缩机活塞之间隔板的厚度；同时增大相邻两曲拐的轴向间距，使其大于压缩机活塞的高度。这样活塞便能够完全通过第一个曲拐，然后做径向移动再套入下一个曲拐。如果活塞从短轴端插入，则至少下曲拐与中曲拐的几何尺寸以及两者之间的间距应符合上述要求；如果活塞从长轴端插入，则至少上曲拐与中曲拐的几何尺寸以及两者之间的间距应符合上述要求。

理论上讲，三汽缸压缩机的曲轴各曲拐之间的相位角应为360°/3＝120°。但对于一体式曲轴，为了控制压缩机隔板的厚度，设计时所述曲拐的轴向宽度明显小于压缩机活塞的高度(因为曲拐的轴向宽度小于压缩机活塞之间隔板的厚度)。为了保证压缩机稳定可靠地运行，本发明所述的下曲拐和上曲拐均设有止推面，由于增加了止推面，因而导致偏心质量的增加。这样为了惯性力的平衡，各曲拐之间的相位角会有所改变，下曲拐和上曲拐之间的相位角需要增大些，为120°～150°，曲拐之间的另外两个相位角需要减小些，均为105°～120°。

由于一体式曲轴方案要求中间隔板的厚度必须大于曲轴曲拐的轴向宽度，当压缩机整体尺寸较大时(比如大排量的情况)，中间隔板的厚度也会增大，对于曲轴的三个曲拐其设置可以有两种方案：第一，本发明所述两相邻曲拐之间的间距可以相同。这样中活塞可以从曲轴两侧插入，则两个中间隔板就可以设计为同一规格，并且只需要在一个方向上配置平衡重以平衡旋转惯性力矩，这样就简化了生产工艺流程。第二，本发明所述两相邻曲拐之间的间距有一个大于压缩机活塞的高度。中活塞只能从曲轴一端插入，则两个中间隔板就必须设计为两种规格，有利于优化整机的高度和重量。

本发明的目的也可通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴，包括主轴和曲拐，曲拐设在主轴上；所述曲拐具有三个，从曲轴短轴端起依次为下曲拐、中曲拐和上曲拐，两相邻曲拐之间的间距相等，各曲拐之间的相位角为120°；主轴在相邻两曲拐之间断开为长轴和短轴而呈两段式，长轴和短轴在断开处紧固连接。上述为本发明主轴呈两段式的方案，可以完全沿用以往单缸曲轴和双缸曲轴的设计方法和设计要点。装配时可以先装配长轴，再压入短轴。这样可以解决机芯部件的紧凑性，隔板的厚度可以不受曲拐厚度的限制。

本发明所述主轴在下曲拐和中曲拐之间断开。由于压缩机的功率传递是从长轴传向短轴(长轴与电动机转子热套固定)，故在下曲拐与中曲拐之间断开时，键槽的受力情况较好，可靠性较高。当然，如果键槽的强度允许，在中曲拐与上曲拐之间断开主轴也是可以考虑的一种方案。

本发明所述长轴和短轴在断面上设有对应适配的紧固结构，该紧固结构为凹槽和凸键的紧配结构，即其中一个断面上设有凹槽，另一个断面上设有凸键。所述凹槽和凸键均为一字型，也可以均为Y字型，或者十字型。

此外，本发明所述长轴和短轴在断开处的外侧面套接有套筒，即通过套筒实现紧固连接。所述套筒在冷态下其内径尺寸略小于长轴和短轴断开处的外径尺寸。套筒可以是一个中空的圆柱状金属零件，装配时首先将套筒加热到一定温度，由于热胀冷缩的原理，此时套筒的内径尺寸将略大于长、短轴断开处的外径尺寸，然后将长、短轴从套筒两端插入，当套筒温度降低后，同样由于热胀冷缩的原理，长、短轴将会被牢固的连接成一体，从而实现长轴和短轴的连接传动。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的曲轴设计有效地解决了三汽缸压缩机活塞和曲轴的装配问题，有利于三汽缸压缩机的设计、制造以及推广使用。

(2)一体化的曲轴设计结构简单，制造方便，易于装配。两段式曲轴其相邻两曲拐的间距可以比较小，能够提高机芯部件的紧凑性，隔板的厚度不受曲拐厚度的限制，因此可以完全沿用以往单缸曲轴和双缸曲轴的设计方法和设计要点。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：

图1是相同排量时单缸、双缸、三缸压缩机所受阻力矩的对比图；

图2是单汽缸压缩机机芯的剖面图；

图3是双汽缸压缩机机芯的剖面图；

图4是三汽缸压缩机机芯的剖面图(作为本发明实施例的说明参考用图)；

图5是本发明实施例之一的外形结构示意图；

图6是图5所示实施例与压缩机活塞的装配示意图(曲拐只示出下曲拐和中曲拐)；

图7是图5所示实施例曲轴上三个曲拐的相位角示意图；

图8是本发明实施例之二的外形结构示意图；

图9是图8所示实施例两段曲轴的装配示意图；

图10是图9的A-A及B-B处剖视所得两段曲轴连接断面结构示意图之一；

图11是图8所示实施例两段曲轴连接断面结构示意图之二；

图12是图8所示实施例两段曲轴连接断面结构示意图之三；

图13是本发明实施例之三的外形结构示意图；

图14是图13所示实施例中套筒的结构示意图。

图中：主轴1，上曲拐2，中曲拐3，下曲拐4，隔板5，活塞6，止推面7，凹槽8，凸键9，长轴11，短轴12，套筒13，活塞高度A，隔板厚度B，曲拐的轴向宽度C，两相邻曲拐之间的间距D，上曲拐和下曲拐的相位角α，上曲拐和中曲拐的相位角β，中曲拐和下曲拐的相位角γ

具体实施方式

实施例一：

图5～图7所示为本发明的实施例之一，包括主轴1和曲拐，如图5所示，曲拐具有三个，从曲轴短轴端起依次为下曲拐4、中曲拐3和上曲拐2，并与主轴1呈一体设置，两相邻曲拐之间的间距D相等，主轴1呈一体式。为使活塞能够完全通过第一个曲拐，然后做径向移动再套入下一个曲拐。如图6所示，两相邻曲拐之间的间距D大于压缩机活塞6的高度A，曲拐的轴向宽度C小于压缩机活塞之间隔板5的厚度B。这样中活塞可以从曲轴两侧插入，则两个中间隔板就可以设计为同一规格，并且只需要在一个方向上配置平衡重以平衡旋转惯性力矩，这样就简化了生产工艺流程。在实际应用中，曲拐的轴向宽度C比隔板的厚度B小10μm，即可解决中活塞的装配问题。

为了优化整机的高度和重量，需控制压缩机隔板的厚度。由于曲拐的轴向宽度C小于压缩机活塞之间隔板的厚度B，因此设计时曲拐的轴向宽度C明显小于压缩机活塞的高度A。为了保证压缩机稳定可靠地运行，在上曲拐2和下曲拐4上均设有止推面7。这样会导致偏心质量的增加。为了惯性力的平衡，各曲拐之间的相位角会有所改变，如图7所示，上曲拐2和下曲拐4的相位角α需要增大些，为120°～150°，上曲拐2和中曲拐3的相位角β以及中曲拐3和下曲拐4的相位角γ需要减小些，均为105°～120°。

此外，曲轴的两相邻曲拐之间的间距也可以有一个大于压缩机活塞的高度，即一宽一窄，如果活塞从短轴端插入，则下曲拐4与中曲拐3的几何尺寸以及两者之间的间距应符合图6所示的要求；如果活塞从长轴端插入，则上曲拐2与中曲拐3的几何尺寸以及两者之间的间距应符合图6所示的要求，此时两个中间隔板5就必须设计为两种规格，有利于优化整机的高度和重量。

实施例二：

图8～图12所示为本发明的实施例之二，与实施例一不同之处在于：主轴在下曲拐4和中曲拐3之间(也可以在中曲拐3和上曲拐2之间)断开为长轴11和短轴12而呈两段式，这样可以完全沿用以往单缸曲轴和双缸曲轴的设计方法和设计要点，曲轴相邻两曲拐的间距可以比较小，能够提高机芯部件的紧凑性，隔板的厚度不受曲拐厚度的限制。如图8所示，曲拐设在主轴上，两相邻曲拐之间的间距相等，各曲拐之间的相位角为120°。装配时可以先装配长轴11，再压入短轴12，如图9所示，将长轴11与短轴12在断面处紧配相嵌即可。

长轴11和短轴12的断面上设有对应适配的呈凹槽和凸键的紧固结构，即其中一个断面上设有凹槽8，另一个断面上设有凸键9。如图10所示，凹槽8和凸键9均为一字型，也可以均为Y字型(见图11)或者十字型(见图12)。

实施例三：

图13和图14所示为本发明的实施例之三，与实施例二不同之处在于：如图13所示，长轴11和短轴12在断开处的外侧面套接有套筒13，即通过套筒13实现紧固连接。如图14所示，套筒13可以是一个中空的圆柱状金属零件，在冷态下其内径尺寸略小于长轴11和短轴12断开处的外径尺寸。装配时，首先将套筒13加热到一定温度，由于热胀冷缩的原理，此时套筒的内径尺寸将略大于长、短轴断开处的外径尺寸，然后将长、短轴从套筒两端插入，当套筒13温度降低后，同样由于热胀冷缩的原理，长、短轴则被牢固的连接成一体，从而实现长轴11和短轴12的连接传动。

Claims (6)

1.一种用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴，包括主轴(1)和曲拐，曲拐设在主轴(1)上，其特征在于：所述曲拐具有三个，主轴(1)在相邻两曲拐之间断开为长轴(11)和短轴(12)而呈两段式，所述长轴(11)和短轴(12)在断开处紧固连接；从曲轴短轴端起至长轴端三个曲拐依次为下曲拐(4)、中曲拐(3)和上曲拐(2)，两相邻曲拐之间的间距相等，各曲拐之间的相位角为120°。

2.根据权利要求1所述的用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴，其特征在于：所述主轴(1)在下曲拐(4)和中曲拐(3)之间断开。

3.根据权利要求1或2所述的用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴，其特征在于：所述长轴(11)和短轴(12)在断面上设有对应适配的紧固结构，该紧固结构为凹槽(8)和凸键(9)的紧配结构，即其中一个断面上设有凹槽(8)，另一个断面上设有凸键(9)。

4.根据权利要求3所述的用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴，其特征在于：所述凹槽(8)和凸键(9)均为一字型。

5.根据权利要求1或2所述的用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴，其特征在于：所述长轴(11)和短轴(12)在断开处的外侧面套接有套筒。

6.根据权利要求5所述的用于三汽缸旋转式压缩机的曲轴，其特征在于：所述套筒在冷态下其内径尺寸小于长轴(11)和短轴(12)断开处的外径尺寸。

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