CN101598121A - 斜盘式双头活塞式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种斜盘式双头活塞式压缩机，包括主轴(8)、斜盘(7)、前缸体(1)和后缸体(2)，前缸体(1)和后缸体(2)之间设有若干个活塞腔，每个活塞腔中均安装有双头空心活塞(5)，斜盘(7)安装在主轴(8)上，其特征是所述的双头空心活塞(5)中对称设有两个小半球窝，每个小半球窝中分别安装有一个小半球体(6)，斜盘(7)插入所述的两个小半球体(6)之间，且两个小半球体6的高度加上斜盘(7)的厚度不大于所述小半球体(6)的球体直径；在斜盘(7)上开设有用于补偿及承受载荷就的气压支撑环槽；所述的双头空心活塞(5)上安装有直径不大于活塞腔内径的支撑用活塞环(10)；在所述的斜盘(7)与小半球体(6)相接触的面上设有耐磨层。本发明具有结构简单，制造安装方便，寿命长，效率高的优点。

Description

斜盘式双头活塞式压缩机

技术领域

本发明涉及一种车用空调压缩机，尤其是斜盘式车用空调压缩机，具体地说是一种斜盘式双头活塞式压缩机。

背景技术

众所周知，常见的车用空调压缩机有旋转式压缩机(Scroll Compressor/Rotary Vane Compressor)、摇板式压缩机(Wobble Plate Compressor)和斜盘式压缩机(Swash Plate Compressor)，其中旋转式压缩机是近几年发展起来的一种前型高效、小尺寸车用压缩机，但其缺点是制造工艺复杂，成本高、维修不便，而斜盘式压缩机是一种传统的车用压缩机的一种，它具有结构简单，制造、安装、维修方便的优点，其效率和尺寸介于旋转式和摇板式压缩机之间，因此目前仍具有相当大的市场。

现有的斜盘式压缩机一般均为五缸双头结构，斜盘插入两个分开的半球中形成球铰结构，主轴带动斜盘旋转时，斜盘带动双头活塞在活塞腔中左右移动，斜盘旋转一周，活塞完成一个来回，实现两次吸排气，因此其整体尺寸可缩短为同排量普通活塞式压缩机的一半，但由于受到传统设计理念的约速，现有的球铰结构的尺寸偏大，尤其是球铰结构大多采用大半球结构，两个大半球加上斜盘的厚度大于一个球体的直径，这种设计不仅使得安装不便，很容易卡死，而且使得活塞的实体尺寸变大，整体重量难以下降，影响了效率的提高，除此之外，仍有许多地方存在不足，如斜盘的耐磨性、活塞运行的平稳性等方面存在许多不足，有必要加以改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有的斜盘式压缩机存在的效率不高、尺寸过大、装配难度大，寿命短等问题，设计一种斜盘式双头活塞式压缩机。

本发明的技术方案是：

一种斜盘式双头活塞式压缩机，包括主轴8、斜盘7、前缸体1和后缸体2，前缸体1和后缸体2相连，前缸体1连接有前盖4，后缸体2连接有后盖3，前缸体1和后缸体2之间设有若干个活塞腔，每个活塞腔中均安装有双头空心活塞5，斜盘7安装在主轴8上，主轴8上，斜盘1的两侧各安装有一个推力轴承11，主轴8支承在两个分别安装在前缸体1和后缸体2中的重型轴承9上，其特征是所述的双头空心活塞5中对称设有两个小半球窝，每个小半球窝中分别安装有一个小半球体6，斜盘7插入所述的两个小半球体6之间，两个小半球体6及斜盘7的插入端形成球铰12结构，且两个小半球体6的高度加上斜盘7的厚度不大于所述小半球体6的球体直径；在所述的斜盘7与主轴8的夹角为锐角的一侧面靠近推力轴承11位置处开设有用于补偿及承受载荷就的气压支撑环槽；所述的双头空心活塞5上安装有直径不大于活塞腔内径的支撑用活塞环10；在所述的斜盘7与小半球体相接触的面上设有耐磨层。

所述的斜盘7的厚度由传统的10毫米以上降为6-10mm之间，且其厚度与压缩机的排量变化无关，压缩机的排量仅与斜盘的倾角有关。

所述的耐磨层包括烧结在斜盘7基体表面的多孔铜金属肌体和涂覆在所述多孔铜金属肌体上的润滑材料，所述的润滑材料聚四氟乙烯和二硫化钼组合而成，二者的重量比例为1∶1～9。

所述的多孔铜金属肌体的厚度为0.01～0.03mm。

具有倾角的斜盘7与旋转的主轴8连接在一起，通过两个重型轴承9支撑在前缸体1和后缸体2上，同时通过推力轴承11限制并承受来自于斜盘7的支反力，旋转的斜盘7通过球铰12将旋转运动转化为沿轴向分布的活塞5的往复运动进行压缩制冷剂。前缸体1和后缸体2通过前盖4和后盖3进行密闭，形成独立通道，螺栓13将前缸体1和后缸体2通过前盖4和后盖3连接在一起。由于气体受到活塞5的压缩，活塞5的反作用力通过球铰12传递到斜盘7上，一方面产生的弯矩由重载轴承9承载，另一方面轴向作用力由推力轴承11交替承载。

本发明的有益效果：

1、本发明通过减少球铰部分半球体的体积，改变了传统的大半球结构，采用小半球结构，并使其与斜盘组成一个完整的尺寸为球体直径的球铰结构，不仅运行更为平稳，而且减少了轴向尺寸，使得活塞的实体部分尺寸可缩小约33％，减轻重量33％，有利于减少运行中的惯性力，提高制系数(COP)3％以上，同时还使得安装更为方便，不会出现安装死角，不会出现卡死现象。

2、本发明通过在斜盘上进行耐磨层的处理，提高了耐磨性。

3、本发明突破了过去活塞环的尺寸必须大于活塞腔尺寸的观念，通过采用不大于活塞腔内径的活塞环，使得油膜建立更为均稳，有利于提高活塞的润滑效果。

4、本发明通过在推力轴承上增加气压支撑环槽，有利及时补偿及承受变化载荷。

5、本发明采用了小厚度尺寸的斜盘，使得整体重量减轻，而且可以使斜盘尺寸不变而仅通过改变斜盘的倾角实现排量调整的目的，有利于生产的组织安排。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的轻质全形活塞的结构示意图。

图3为本发明的球铰的结构示意图。

图4为本发明的活塞环的尺寸与活塞腔的尺寸关系图。

图5为本发明的斜盘的结构示意图。

图6为本发明的推力轴承的润滑面的结构示意图图。

图7为本发明的重载轴承的润滑面有结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-7所示。

一种斜盘式双头活塞式压缩机，包括主轴8、斜盘7、前缸体1和后缸体2，前缸体1和后缸体2相连，前缸体1连接有前盖4，后缸体2连接有后盖3，前缸体1和后缸体2之间设有若干个活塞腔，每个活塞腔中均安装有双头空心活塞5，斜盘7安装在主轴8上，主轴8上，斜盘1的两侧各安装有一个推力轴承11，主轴8支承在两个分别安装在前缸体1和后缸体2中的重型轴承9上，所述的双头空心活塞5中对称设有两个小半球窝，每个小半球窝中分别安装有一个小半球体6，斜盘7插入所述的两个小半球体6之间，两个小半球体6及斜盘7的插入端形成球铰结构12，且两个小半球体6的高度加上斜盘7的厚度不大于所述小半球体6的球体直径；在所述的斜盘7与主轴8的夹角为锐角的一侧面靠近推力轴承11位置处开设有用于补偿及承受载荷的气压支撑环槽14；所述的双头空心活塞5上安装有直径不大于活塞腔内径的支撑用活塞环10；在所述的斜盘7与小半球体6相接触的面上设有耐磨层。如图1所示。

此外，具体实施时斜盘7的厚度可由传统的10毫米以上降为6-10mm之间，且其厚度与压缩机的排量变化无关，压缩机的排量仅与斜盘的倾角有关。

耐磨层由通过烧结方法在斜盘7基体表面形成的多孔铜金属肌体和涂覆在所述多孔铜金属肌体上的润滑材料组成，多孔铜金属肌体的厚度以0.01～0.03mm为佳，所述的润滑材料可为聚四氟乙烯和二硫化钼的混合物，二者的重量比为1∶1～9。

详述如下：

参照图1和图2，前缸体1和后缸体2的缸孔直径为均CD，活塞5的直径为PD，为保证润滑及密封，活塞与缸孔间存在间隙，此间隙要保证润滑油膜的建立。

在本发明中，由于间隙的存在，在活塞5与前缸体1及后缸体2的缸孔间形成了狭长的通道，快速被压缩的气体在通过此狭长通道时，一方面受到油膜的阻碍，另一方面通道越长阻力越大。这就意味着尽可能小且尽可能长的通道将使压缩机压缩时的损耗相对减小，能量转换效率将增高。通过合理的尺寸CD、PD配置可建立狭长的活塞5压缩通道。长的活塞与缸孔在相对运动时受力是好于短的活塞，狭长的间隙通道不仅仅可降低压缩气体的泄露，而且还可提高活塞工作时的稳定性。

由力学公式F＝ma知，m减小将使物体的惯性力减小，也就是无用功耗的减少。在本发明中，活塞采用空心制作，重量由对比活塞90g减少到60g，重量降低33％，有利于提高制冷转化效率。

活塞的铰接机构设计成球形，加工的过程变得简单、可靠。

在常规的压缩机的双头活塞制冷压缩机中，斜盘倾角的变化将引起相关多个尺寸变化。

在本发明中(图5)，所选的斜盘7厚度SL在倾角A变化时厚度SL是不变的，这可降低制造及加工难度，提高通用性。

整个的球铰机构12被分成三个部分(图3)，两个对称的非整球体6含着斜盘7，所有的一切又构成一个完整的球体包含在活塞5的球窝之中，这样，可以在任意方向上转动而不会脱出。

活塞在气缸内由于重力或受力均会偏离中心，形成单面接触：此单面接触会导致间隙偏向一面，形成2倍的设定间隙，增加泄漏。此单面接触还将导致受力单边，破坏已经建立的油膜，引起单边迅速失效磨损，降低压缩机寿命。因此，安装定心装置是必要的。在本发明中，采用定心型活塞环来解决上述两个问题。活塞环将间隙均匀分配在汽缸孔周边，同时承受来自于斜盘的偏置驱动力。见图4，活塞环的最大直径与缸孔的最大直径CD是相同的。活塞环的制作不限于普通冲压制成方法，还可延伸为采用注塑方式制成的更为精确的CD尺寸的活塞环。

压缩机在初始启动时接近于无油状态，因此保证启动时的初始润滑是必要的。业内人士和一些已经公布的专利采用了种种方法，包括有色金属铝阳极氧化后镀锡、有色金属铝阳极氧化后喷涂特氟龙、有色金属表面火焰喷涂特种润滑材料等等，但无一存在加工困难，成本高，表面耐脏性及磨损后自我修复性差，性能及寿命并没有达到预期所想。本发明采用金属烧结方法较好地解决这一难题，本发明通过在黑色金属表面形成多孔铜金属肌体，之后在表面涂覆润滑材料。同时，金属肌体不限于黑色金属，亦可以为有色金属或粉末冶金制品。

在工作过程中，表面的润滑材料和含油微孔共同起润滑作用，同时，烧结的肌体支撑着球铰将力传递。在高速运转时，内部的油又将被甩出，低速运转又将油重新贮存并在初始时提供润滑。

前缸体1、后缸体2被螺栓13紧紧的连接在一起，旋转的斜盘7通过两推力轴承11被挟持在中间，轴向载荷通过推力轴承11来化解。当压缩机持久工作时，交变的驱动载荷在各个表面形成精密级磨损，当磨损形成的间隙超过许可间隙后，压缩机将产生强烈噪音和振动直至压缩机失效。为此，在本发明中(图6)采用了气压补偿方案。旋转的轴承形成低压区，通过开设气室让气体进入推力轴承背面，形成压力差，对载荷起到“减震”作用，降低噪音，提高寿命。

在业内，无内圈滚针轴承在汽车空调压缩机上大量应用。但是，其运行产生渗透性很强的噪音，对润滑的要求较高。在本发明中，通过采用能够耐初始启动干摩擦的自含油轴承则很好地解决了这一问题，它不仅能降低噪音，而且可提高使用寿命。在初始状态下(图7)，轴承表面的润滑材料提供初始润滑，同时，多孔材料内所含的润滑油迅速流出进行润滑、冷却，周而复始。同时，由斜盘7传递的弯矩被轴承的内表面及油膜承载，受力面积大，承载的是油膜，受力情况优于滚针轴承，得到预期的长寿命，低噪音。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1、一种斜盘式双头活塞式压缩机，包括主轴(8)、斜盘(7)、前缸体(1)和后缸体(2)，前缸体(1)和后缸体(2)相连，前缸体(1)连接有前盖(4)，后缸体(2)连接有后盖(3)，前缸体(1)和后缸体(2)之间设有若干个活塞腔，每个活塞腔中均安装有双头空心活塞(5)，斜盘(7)安装在主轴(8)上，斜盘(7)的两侧各安装有一个推力轴承(11)，主轴(8)支承在两个分别安装在前缸体(1)和后缸体(2)中的重型轴承(9)上，其特征是所述的双头空心活塞(5)中对称设有两个小半球窝，每个小半球窝中分别安装有一个小半球体(6)，斜盘(7)插入所述的两个小半球体(6)之间，两个小半球体(6)及斜盘(7)的插入端形成球铰(12)结构，且两个小半球体(6)的高度加上斜盘(7)的厚度不大于所述小半球体(6)的球体直径；在所述的斜盘(7)与主轴(8)的夹角为锐角的一侧面靠近推力轴承(11)位置处开设有用于补偿及承受载荷就的气压支撑环槽；所述的双头空心活塞(5)上安装有直径不大于活塞腔内径的支撑用活塞环(10)；在所述的斜盘(7)与小半球体(6)相接触的面上设有耐磨层。

2、根据权利要求1所述的斜盘式双头活塞式压缩机，其特征是所述的斜盘(7)的厚度为6-10mm，且其厚度与压缩机的排量变化无关，压缩机的排量仅与斜盘的倾角有关。

3、根据权利要求1斜盘式双头活塞式压缩机，其特征是所述的耐磨层包括烧结在斜盘(7)基体表面的多孔铜金属肌体和涂覆在所述多孔铜金属肌体上的润滑材料，所述的润滑材料聚四氟乙烯和二硫化钼组合而成，二者的重量比例为1∶1～9。

4、根据权利要求3斜盘式双头活塞式压缩机，其特征是所述的多孔铜金属肌体的厚度为0.01～0.03mm。

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