CN101548107A - 粉末金属涡旋轮毂接头 - Google Patents

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Abstract

一种涡旋部件，包括：螺旋形涡旋涡齿、基板以及轮毂，所述基板具有耦联到涡旋涡齿的第一主表面和包括自基板延伸一端距离的突出引导部的相对的第二主表面，所述轮毂紧固到突出引导部。还提供了形成涡旋压缩机构件的方法。

Description

粉末金属涡旋轮毂接头
技术领域
本发明涉及涡旋机械，且更具体地，涉及涡旋压缩机。
背景技术
涡旋型机械由于它们的极有效的操作能力而通常在制冷和空调应用中当作压缩机使用。和具有许多移动部件的住复式技术不同，典型的涡旋压缩机具有一个涡旋件，该涡旋件在由匹配的静涡旋件限定的轨道上转动，该静涡旋件附接到压缩机主体。动涡旋件耦联到轨道上的曲轴，这形成在两个涡旋件之间的一系列移动的或连续的气室。在涡旋件的外部上，凹穴吸入气体，当气体移动通过一系列连续的、越来越小的移动室时，气体被压缩，直到通过静涡旋件的中央端口被排出。
涡旋压缩机依赖诸多密封件以形成和限定移动室。为了正确地执行，涡旋件一定不能泄漏、磨损或断裂。由于涡旋件本身复杂的形状、槽的加工以及这些部件的组装，与机械加工相关联的成本将十分可观。
典型的粉末金属涡旋件通常是通过形成两个单独的件、具有涡旋涡齿的基板和轮毂并将它们结合在一起以形成涡旋部件后而进行组装的。将两个将结合在一起的现有方法是使用铜焊方法。虽然这个方法适合生产涡旋部件，但该方法还会产生在潜在的高应力区域中的铜焊接头，由于施加到轮毂的轴承负载，该铜焊接头会经受局部的高应力。与位于较低应力区域的接头相比，位于高应力区域的接头更易失效。
发明内容
本发明一般地涉及涡旋压缩机，更具体地，涉及用于涡旋压缩机的涡旋部件的接头。在一个方面中，涡旋部件包括螺旋形涡旋涡齿和具有第一和相对的第二主表面的基板。该第一主表面耦联到涡旋涡齿，该第二主表面包括凸肩，该凸肩从基板延伸一段距离。圆筒形轮毂可紧固到凸肩上。涡旋部件的至少一部分可包括粉末金属材料，并且轮毂可铜焊到凸肩上。
本发明也提供一种涡旋部件，包括：第一构件，所述第一构件具有第一基板部分和一体的螺旋形涡旋涡齿；第二构件，所述第二构件具有第二基板部分和一体的圆筒形轮毂。所述第一构件可结合到所述第二构件以形成整体式涡旋部件。
本发明也提供一种涡旋部件，该涡旋部件包括螺旋形涡旋涡齿和基板。该基板具有耦联到涡旋涡齿的第一主表面和相对的第二主表面，该相对的第二主表面包括从基板延伸一段距离的突出引导部。轮毂可与突出引导部对准，并铜焊到邻近突出引导部的基板上。突出引导部可包括环形壁。
本发明也提供一种涡旋部件，该涡旋部件包括基板，该基板具有耦联到涡旋涡齿的第一主表面和具有环状渐缩凹槽的相对的第二主表面。具有渐缩边缘的圆筒形轮毂可铜焊到渐缩凹槽上。
本发明也提供一种涡旋部件，该涡旋部件包括基板，该基板具有耦联到涡旋涡齿的第一主表面和相对的第二主表面，该相对的第二主表面具有突起的锥形中央引导部。圆筒形轮毂可铜焊到基板并围绕中央引导部。
本发明也提供一种形成涡旋压缩机构件的方法。该方法包括提供具有耦联到涡旋涡齿的第一主表面和具有突出引导部的相对的第二主表面的基板。将圆筒形轮毂构件与突出引导部对准。将铜焊材料提供在突出引导部和轮毂构件中的至少一个或两个附近。然后，将轮毂构件铜焊到基板上。该突出引导部可包括锥形形状，并且提供铜焊材料可包括将铜珠放置在突出引导部上，并允许铜珠滚到轮毂构件的内径处，或者将铜焊材料环放置在基板上，该环具有足够的直径以匹配轮毂的内部，或者将铜浆放置在基板上。
通过下文所提供的详细描述，本发明的其它应用领域将变得显而易见。应当理解的是，详细描述和具体示例仅用来示例性说明，而不意于限制权利要求的范围。
附图说明
通过详细描述和附图，将更充分地理解本发明，在附图中：
图1为沿着包含根据本发明的涡旋部件的涡旋型致冷压缩机的中心剖开的竖直截面图；
图2为根据本发明的动涡旋部件的分解透视图；
图3A为图2所示的组装后的动涡旋部件的横截面视图；
图3B为根据本发明另一个方面的组装后的动涡旋部件的横截面视图；
图3C为图3A的局部放大视图；
图4A为根据本发明另一个方面的组装后的动涡旋部件的横截面视图；
图4B为图4A的组装后的动涡旋部件的仰视图，图示了突出引导部；
图5为根据本发明另一个方面的组装后的动涡旋部件的横截面视图；
图6为根据本发明的动涡旋构件的分解透视图；
图7为图6的局部放大视图；
图8为沿图6中参考线8-8剖开的组装后的动涡旋构件的横截面视图；
图9为图8的局部放大视图；
图10为图9的局部放大视图；
图11为图8的局部放大视图，图示了加工区域；以及
图12为根据本发明另一个方面的图8的局部放大视图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的，无论如何也不是用来限制本发明、其应用或使用。
参考附图，在所有几个视图中，相同的附图标记表示相同或相应的部件，图1图示了示例性涡旋压缩机10，该涡旋压缩机10能够并入根据本发明的典型的涡旋部件。该压缩机10包括大体呈圆筒形的密封壳12，该壳12具有焊接到壳上端的盖14和在下端的基座16，该基座16可选地具有多个和基座一体形成的安装脚(未示出)。盖14设置有致冷剂排出配件18，该致冷剂排出配件18可在其中具有通常的排出阀(未示出)。固定到壳的其它主要构件包括横向延伸的隔板22、主轴承箱24和下部轴承箱26，该隔板22在盖14焊接到壳12的相同位置处绕其外围焊接，该主轴承箱24适当地紧固到壳12上，该下部轴承箱26还具有多个沿径向向外延伸的支柱，支柱中每一个也适当地紧固到壳12。具有圆角的通常具有多边形(例如4到6个边)横截面的马达定子28被压配到壳12中。定子上的圆角之间的平坦部分提供定子和壳之间的通道，该通道使润滑剂更易自壳的顶部返流到底部。
在上端具有偏心曲柄销32的驱动轴或曲轴30壳以可转动的方式轴颈连接到在主轴承箱24中的轴承34上。第二轴承36布置于下部轴承箱26内。曲轴30在其下端具有相对大直径的同心孔38，该孔38与在径向上向外倾斜的更小直径的孔40连通，该孔40自其向上延伸到曲轴30的顶部。搅拌器42布置于孔38内。内壳12的下部限定油槽44，该油槽44充满润滑油，润滑油的油位略微低于转子46的下端，但足够高以浸没绕组48的下部端匝的相当大的部分。孔38起到泵的作用，以将润滑流体向上泵送到曲轴30并进入通道40，最后到达压缩机的需要润滑的所有各个部分。
曲轴30由电动马达可转动地驱动，所述电动马达包括定子28和穿过定子的绕组48。转子46压配到曲轴30上，并分别具有上配重50和下配重52。
主轴承箱24的上表面设置有平坦的止推轴承表面54，在止推轴承表面54上布置有动涡旋构件56，该动涡旋构件56在其上表面上具有通常螺旋形的叶片或涡齿(wrap)58。圆筒形的轮毂90自动涡旋构件56的下表面向下突出，并在其中具有轴承衬套60。驱动衬套62以可转动的方式布置于轴承衬套60中，并具有内孔64，曲柄销32以可驱动的方式布置于内孔64中。曲柄销32在一个表面上具有平坦部分，该平坦部分与形成在孔64的一部分上的平坦表面以可驱动的方式接合以提供径向适应的驱动布置，例如美国专利No.4,877,382中所示，该专利的公开内容通过引用结合到本文中。滑块联轴器66设置在动涡旋构件56和轴承箱24之间，并连接到动涡旋构件56和静涡旋构件68以防止动涡旋构件56的旋转运动。滑块联轴器66可以是美国专利No.5,320,506所公开的类型，该专利的公开内容通过引用结合到本文中。
静涡旋构件68包括涡齿70，该涡齿70安置为与动涡旋构件56的涡齿58啮合。静涡旋构件68具有居中布置的排出通道72，该排出通道72与向上敞开的凹槽74连通，该凹槽74与由盖14和隔板22限定的排出消声器室76流体连通。环形凹槽78可形成在静涡旋构件68内，在静涡旋构件68内布置有密封组件80。凹槽74、78和密封组件80协作以限定轴向压力偏置室以接收被涡齿58、70压缩的加压流体，以便将轴向偏置力施加在静涡旋构件68上，从而促使各涡齿58、70的尖端与相对的端板表面密封接合。密封组件80可以是在美国专利No.5,156,539中详细描述的类型，该专利的公开内容通过引用结合于本文中。静涡旋构件68可设计成以适当方式安装到轴承箱24，所述适当方式例如前文提及的美国专利No.4,877,382或No.5,102,316所公开的，所述专利的公开内容通过引用结合于本文中。
图2图示了动涡旋构件56的分解透视图，图3A为组装好的图2所示动涡旋构件的横截面视图。如图所示，动涡旋构件56可包括大体圆形的基板82，该基板82具有第一和第二大体平坦的相对主表面，它们分别以附图标记84和86表示。第一主表面84可耦联到螺旋形涡旋涡齿58。第二主表面86可包括凸起部，例如图3A所示的环形凸肩88，或者如图3B所示的圆柱形凸垫89，该凸起部在大体垂直于基板82的方向上延伸一定的距离。涡旋涡齿58和基板82可以是使用现有技术中已知的工艺由粉末金属制成的一个单体部件，所述工艺例如美国专利No.6,705,848所公开的，该专利的公开内容通过引用结合于本文中，或者涡旋涡齿58和基板82可包括连接在一起的多个部件，例如使用铜焊材料以将涡旋涡齿58连接到基板82。部件还可由粉末金属或锻造材料生产。
圆筒形轮毂构件90可包括第一和第二相对的边缘92、94。轮毂构件90可使用锻造材料、标准铸造技术或其它成型过程(包括粉末金属)形成，并紧固到基板82。例如，可使用本领域技术人员所熟知的铜焊方法将轮毂构件90在接头96处铜焊到凸肩88或凸垫89。也可使用适合与粉末金属材料一起使用的方法进行铜焊。例如，在烧结粉末金属部件的同时，可对未加工的部件进行组装和铜焊。可使用在烧结过程中硬化的材料对坚固的轮毂进行紧固。
参考图3A，凸肩88(或图3B中的圆柱形垫89)可自第二主表面86延伸出距离D1。该距离D1可为基板82厚度的约1/20至约1/5。轮毂边缘92和凸肩边缘98可设置有互补锥角，所述互补锥角构造成相互匹配并形成渐缩接头96。渐缩表面与基板的角度可在大约0度到大约20度之间。如图3A(和其它附图)所示的假想线图示了在任何加工之前涡旋部件的形状，如果需要，在部件被组装和烧结时。在组装后，涡旋件56可加工成具有如图3B所示的最终形状。如果需要的话，在将轮毂构件90铜焊到基板82之前，在凸肩88或圆柱形垫89附近可首先形成或在随后加工得到略为凹入的圆形槽或沟槽100。沟槽100可起到铜坝的作用，该铜坝有助于最小化到涡旋构件56的止推表面上的任何铜料流。另外，轮毂构件94的下边缘94可加工成具有斜角或圆角95。
凸肩88或凸垫89的使用，可通过将实际的铜接头位置96转移为远离最高局部应力区域中的一个，而增加了涡旋构件56的总强度，所述最高局部应力区域中的一个为中径点或该点附近的区域，如附图标记97所表示的。该区域97在使用过程中典型地展现出最受压的轴承载荷，现在通过使用凸肩88或垫89而略微地移离轮毂和基板铜焊接头。
图3B图示了凸垫89特征，其中，结合到轮毂90的基板82的中央部分被完全凸起，以简化总体部件结构。如前文所讨论的那样，轮毂构件90可使用铜焊方法结合到基板82。在铜焊过程中，可能必需将轮毂构件90相对于基板82对准和保持在预期的最终铜焊位置上，并且防止和/或最小化远离预想接头96的任何移动。如该实施方式所示，基板可设置有一体的凹入引导部或叶片101，并且轮毂90可设置有外部的突出引导部103用于在将轮毂90和基板82铜焊在一起之前将轮毂90一致地预组装放置和对准在基板82上。如图所示，突出引导部103具有大体上矩形的截面。然而，如本领域技术人员将了解的那样，引导部截面也可为三角形、半圆形等。
图4A图示了描述本发明另一个方面的涡旋部件56的横截面视图。类似于图3A和图3B，基板82具有耦联到涡旋涡齿58的第一主表面84和具有环形凹槽110的相对的第二主表面86。为了有助于对准，基板82的环形凹槽110可包括突出引导部102，该引导部102大体上垂直于基板82延伸距离D2，该距离D2大约为基板厚度的大约1/20至大约1/2。轮毂构件90可紧固到(例如铜焊到)邻近突出引导部102的基板82上。
突出引导部102可为环形壁，该壁有助于将轮毂构件90与基板82对准，并最小化紧固过程中轮毂90和基板82之间的任何移位、不对准或运动。环形壁可为连续的环状突起，或可包括构造成起同样作用的非连续的多个段(未示出)。突出引导部102可形成为具有大体中空的圆筒形，或可形成为居右不允许轮毂构件90相对于基板82过度移位或运动的一个或多个斜面或渐缩面104。
基板82可包括环形凹入区域110，该环形凹入区域110围绕突出引导部102沿周边设置并构造成与轮毂构件90的边缘92结合。如图所示，凹入区域的尺寸可形成为略为大于轮毂构件90的边缘92，以提供用于过量铜焊材料的小间隙区域112，这将在后文更详细描述。凹入区域110可以是渐缩的，并且轮毂构件可包括构造成匹配基板凹槽110并形成渐缩接头96的互补渐缩边缘。
如图4B所示，图示了基板82的中央部分的局部底视图，突出引导部可布置在基板82上，使得其最外缘106邻近并抵接轮毂构件90的内径(ID)。在其它方面，突出引导部102可布置在基板82上，使得引导部102将围住轮毂构件90，并且具有抵接轮毂构件90的外径(OD)的最内缘108。
图5图示了涡旋部件56的横截面视图，该涡旋部件56包括第一构件116，该第一构件116包括第一基板部分118和一体的涡旋涡齿58。第二构件120可包括第二基板部分124和一体的圆筒形轮毂部分126。第一构件116在接头128处结合到第二构件120，例如通过将第一基板部分铜焊到第二基板部分，以形成整体式涡旋部件56。
如图所示，第一基板部分118和第二基板部分124具有相等的直径，并且每一个包括基板82的宽度或厚度的大约一半。不过，每个部分118、124的尺寸无需一样，合适的变化是在本发明的范围之内的。基板部分118、124中的至少一个或两个可包括突出引导部130，以有助于在铜焊之前提供第一和第二构件116、120的一致和精确的对准。因此，基板部分118、124中的至少一个或两个还可包括内部的或凹入的引导部132，其构造成匹配突出引导部130。另外，轮毂构件90的下边缘94可加工成具有斜角或圆角95。
图6图示了具有基板82的动涡旋部件56的分解透视图，该基板82具有耦联到涡旋涡齿58的第一主表面84和具有突出的锥形中央引导部134的相对的第二主表面86。图7图示了图6的基板82的中央引导部134区域的局部放大透视图。基板表面86还可限定围绕中央引导部134的环状渐缩凹槽136。环形凹槽136可以是渐缩的以匹配轮毂构件90的锥形边缘92以形成渐缩接头96。
图8图示了沿图6的参考线8-8取得的横截面视图。图9为图8的局部放大视图，描绘了锥形引导部134的中心点138。渐缩锥形突出引导部134有助于在铜焊过程之前使球形铜珠滚到轮毂构件90的内径处。基板82的环形凹槽136的尺寸可形成为其宽度略大于轮毂构件90的渐缩边缘92的宽度，从而具有如图10中最好示出的细微延伸部148，图10为图9的局部放大视图。图11为图9的变形，其图示了加工过程之后接头96的外边缘区域。在这方面，图11示出了形成在轮毂90上的外耦联半径。图12图示了轮毂构件90与基板82之间的接头96的另一个方位，其中接头96的角度被反转。
如在图6、7、10和11中最好看到的，圆形凹槽136可具有沿径向布置在环形凹槽周围的多个突起部137。在这方面，突起部137构造成控制轮毂90和环形凹槽136之间的间隙。这就允许铜料在轮毂90和环形凹槽136之间的适当的流动和分布。
一种将圆筒形轮毂构件结合到涡旋部件的基板的方法，包括提供具有第一主表面和相对的第二主表面的基板，该第一主表面耦联到涡旋涡齿，该相对的第二主表面具有突出引导部。圆筒形轮毂构件与突出引导部对准，并且铜料(例如铜浆或球形铜珠)设置在突出引导部和轮毂构件中的至少一个或两个附近。突出引导部可包括锥体形状，并且提供铜料可包括将铜珠置放在突出引导部上，并允许铜珠在铜焊过程之前滚到轮毂构件的内径处。在其它方面，一圈铜料放置到基板上，该基板具有足以匹配轮毂构件的内部的直径。然后将轮毂构件铜焊到基板上，并且可对涡旋部件执行任何预期的加工。
本文的描述本质上仅仅是示例性的，因而各种变形意于在本发明的范围之内。

Claims (23)

1.一种涡旋部件，包括：
螺旋形涡旋涡齿；
基板，所述基板具有相对的第一主表面和第二主表面，所述第一主表面耦联到所述涡旋涡齿；
凸起部分，所述凸起部分自所述基板的第二主表面延伸；
紧固到所述基板的轮毂，所述轮毂与所述凸起部分的至少一部分接触。
2.根据权利要求1所述的涡旋部件，还包括在所述轮毂和所述基板之间的铜焊接头。
3.根据权利要求1所述的涡旋部件，其中，所述涡旋涡齿、基板和轮毂中的至少一个包括从包含粉末金属材料和锻造材料的组中选择的材料。
4.根据权利要求1所述的涡旋部件，其中，所述凸起部分包括突出引导部、环形凸肩和/或凸垫中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的涡旋部件，其中，所述基板包括围绕所述凸起部分沿圆周布置的沟槽。
6.根据权利要求1所述的涡旋部件，其中，第二基板部分还包括与所述凸起部分邻近的凹入引导部。
7.根据权利要求1所述的涡旋部件，其中，所述轮毂包括突出引导部。
8.根据权利要求1所述的涡旋部件，其中，所述轮毂和所述凸起部分包括构造成相互匹配并形成渐缩接头的互补渐缩边缘。
9.根据权利要求8所述的涡旋部件，其中，所述渐缩接头的角度在大约0度到大约20度之间。
10.根据权利要求1所述的涡旋部件，其中，所述基板的厚度与所述凸起部分的厚度的比为大约5∶1到大约20∶1。
11.一种涡旋压缩机，包括如权利要求1所述的涡旋部件。
12.一种涡旋部件，包括：
第一构件，所述第一构件具有第一基板部分和一体的螺旋形涡旋涡齿；
第二构件，所述第二构件具有第二基板部分和一体的圆筒形轮毂；
其中，所述第一构件结合到所述第二构件以形成整体式涡旋部件。
13.根据权利要求12所述的涡旋部件，其中，所述第一基板部分和所述第二基板部分中的至少一个或两个包括突出引导部和/或凹入引导部。
14.根据权利要求13所述的涡旋部件，其中，所述突出引导部包括环形壁，所述环形壁布置成当将所述轮毂紧固到所述第二基板部分时邻近所述轮毂的外径或所述轮毂的内径。
15.根据权利要求13所述的涡旋部件，其中，所述第二基板部分包括所述凹入引导部。
16.根据权利要求15所述的涡旋部件，其中，所述凹入引导部是渐缩的。
17.根据权利要求13所述的涡旋部件，其中，所述第一基板部分和所述第二基板部分中的至少一个或两个包括所述突出引导部，并进一步包括围绕所述突出引导部布置的环形凹入区域。
18.根据权利要求17所述的涡旋部件，其中，所述环形凹入区域在第一半径处具有距离所述相对的第二表面的第一深度，并在第二半径处具有距离所述相对的第二表面的第二深度，并且所述第一深度大于所述第二深度。
19.根据权利要求13所述的涡旋部件，其中，所述突出引导部包括大体圆筒形的形状或锥形的形状。
20.根据权利要求13所述的涡旋部件，其中，所述突出引导部为锥形形状的引导部；并且所述轮毂铜焊到所述第二基板部分。
21.根据权利要求20所述的涡旋部件，其中，所述第二基板部分还包括围绕所述突出引导部的渐缩的环形凹槽。
22.一种方法，包括：
使圆柱形轮毂构件与基板的突出引导部对准；
将铜焊材料布置在所述突出引导部和所述轮毂构件中的至少一个或两个附近；以及
将所述轮毂构件铜焊到所述基板上。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，布置铜焊材料包括允许铜珠自所述突出引导部滚到所述轮毂构件的内径处。
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