CN102011724A - 一种全封闭往复式活塞制冷压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷压缩机的改进技术，是一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，它主要包括有壳体，壳体内安装有电机、吸排气阀组、消音器以及气缸座和活塞，气缸座上开有曲轴孔安装有曲轴，特别是：在气缸座曲轴孔上口扩展有轴承安装沉孔，沉孔的中部起有带轴孔的锥台，沉孔中装有下止推垫片、轴承保持架及钢珠，在曲轴上紧靠轴肩设计有凸圆台，凸圆台位于曲轴轴肩端面与气缸座带轴孔的锥台上端面之间，且在凸圆台上套装上止推垫片；本发明可减小曲轴和气缸座的加工、使用过程变形，保证压缩机在运行时的稳定性和可靠性，使压缩机噪音降低，振动减小，并且本发明结构装配工艺好，可以大大提高压缩机生产效率。

Description

一种全封闭往复式活塞制冷压缩机

㈠技术领域：本发明涉及制冷压缩机的改进技术，尤其是一种全封闭往复式活塞制冷压缩机。

㈡现有技术：在小型全封闭活塞式制冷压缩机制造领域，主要有以下两种途径来提高压缩机的效率：1）采用曲轴轴肩与气缸座瓜台面接触运转结构的压缩机，往往通过提高曲轴轴肩与气缸座瓜台的平面度，垂直度，粗糙度来减少因面接触摩擦带来的功率损耗，以提高压缩机效率；2）在曲轴与气缸座之间采用止推轴承结构，用滚珠滚动运转方式取代滑动面接触运转方式来减少摩擦功率损耗，以提高压缩机效率。

如图1，为现有压缩机曲轴与气缸座面接触运转结构，包含气缸座瓜台a，曲轴b，其中曲轴b上有一轴肩b1，a与b1接触。其中瓜台a上有一“V”型油槽，在压缩机高速运转过程中它可以存储少量冷冻机油起到润滑作用，同时可以将两接触面摩擦产生的微小铁屑、杂质排出运动副之外。此种结构因滑动面摩擦功率损耗太大，压缩机效率低，此外该结构在运转过程中因摩擦极易产生微小铁屑、杂质容易导致压缩机卡死，影响压缩机可靠性。

如图2，为现有压缩机气缸座配止推轴承的第一种结构型式，其包含气缸座沉孔a，曲轴b，上止推垫片c，钢珠d，轴承保持架e和下止推垫片f，其中曲轴b上有一轴肩b1。上止推垫片c，钢珠d，轴承保持架e，下止推垫片f安装在气缸座沉孔a底面与曲轴轴肩b1之间，其中止推垫片c，钢珠d，轴承保持架e，上止推垫片c与下止推垫片f结构尺寸完全相同，以气缸座沉孔a外径和曲轴b定位。如图3所示，钢珠d安装在轴承保持架e的钢珠安装孔内，每套止推轴承有6个以上的钢珠d，并且都均匀分布在保持架e上面。此种结构的优点在于采用止推轴承结构用点接触运转取代了面接触运转，极大的提高了压缩机的效率；缺点是采用了沉孔气缸座，使曲轴支撑点下移，增大了曲轴在压缩过程中所受的力矩，容易导致曲轴产生弯曲变形，从而使得压缩机运行稳定性较差，同时易引起压缩机振动偏大，噪音偏高等现象。

如图4，为现有压缩机气缸座配止推轴承的第二种结构型式的第1种表现形式，其中气缸座轴孔上端开有轴承安装沉孔a，沉孔a中起有轴承凸环a1，该结构还包括有曲轴b，上止推垫片c，钢珠d，轴承保持架e和下止推垫片f，其中沉孔凸环a1呈圆柱形，曲轴b上有一轴肩b1。上止推垫片c，钢珠d，轴承保持架e，下止推垫片f安装在气缸座轴孔凸环a1底面与曲轴轴肩b1之间。上止推垫片c与下止推垫片f结构尺寸是完全相同的，与轴承保持架e一起以气缸座轴孔凸环a₁外径定位。此种结构形式不仅保留了采用止推轴承提高压缩机效率的优点，而且气缸座采用凸环结构增大了与曲轴的配合面，使曲轴所受力的作用点上移，减少了曲轴在压缩过程中所受的力矩，从而减小了曲轴产生的弯曲变形，大大提高了压缩机的COP值及可靠性。但由于气缸座轴孔凸环a1与曲轴轴肩b1存在间隙，以致在压缩机装配时极容易发生上止推垫片c卡在凸环a1与曲轴轴肩b1之间，装配工艺性不佳，影响生产效率。特别是，由于气缸座轴孔凸环a1呈圆柱形，在机加工过程中凸环容易变形，在压缩机工作时也容易发生微弱变形，从而影响压缩机稳定性能。

如图5，为现有压缩机气缸座配止推轴承的第二种结构型式的第2种表现形式，气缸座轴孔上端开有轴承安装沉孔a，沉孔中部起有轴孔凸环a1，该结构还包括有曲轴b，上止推垫片c，钢珠d，轴承保持架e，下止推垫片f，其中轴孔凸环a1呈圆柱形，曲轴b上有一轴肩b1。上止推垫片c，钢珠d，轴承保持架e，下止推垫片f安装在气缸座轴孔凸环a1底面与曲轴轴肩b1之间。上止推垫片c与下止推垫片f结构尺寸不相同，下止推垫片f与轴承保持架e以气缸座轴孔凸环a1外径定位，上止推垫片c以曲轴b定位。此种结构形式同样保留了采用止推轴承提高压缩机效率的优点，同样可以减小了曲轴产生弯曲变形来提高了压缩机的可靠性能。同时由于上止推垫片c以曲轴b定位，避免了在压缩机装配时发生上止推垫片c卡在凸环a1与曲轴轴肩b1之间的现象，优化了装配工艺，提高了生产效率。但是该结构上止推垫片c的外圆没有设定位，压缩机在运转过程中可能发生上止推垫片c撞击曲轴，产生异常噪音，并对压缩机的可靠性造成了一定的威胁。同样，由于该种形式气缸座轴孔凸环呈圆柱形，在机加工过程中凸环容易变形，在压缩机工作时也容易发生微弱变形，从而影响压缩机稳定性能。

㈢发明内容：本发明的目的就是要解决现有压缩机中气缸座配装止推轴承结构不完善，曲轴和气缸座的加工、使用有变形，影响压缩运行时的稳定性和可靠性，上止推垫片可能发生撞击曲轴，产生异常噪音，以及装配工艺欠缺等问题，提供一种新型结构的全封闭往复式活塞制冷压缩机。

本发明的具体方案是：针对现有的制冷压缩机进行改进，主要包括有壳体，壳体内安装有电机、吸排气阀组、消音器以及气缸座和活塞，气缸座上开有曲轴孔安装有曲轴，其特征是：在气缸座曲轴孔上口扩展有轴承安装沉孔，沉孔的中部起有带轴孔的锥台，沉孔中装有下止推垫片、轴承保持架及钢珠，在曲轴上紧靠轴肩设计有凸圆台，凸圆台位于曲轴轴肩端面与气缸座带轴孔的锥台上端面之间，且在凸圆台上套装上止推垫片。

本发明中所述气缸座上带轴孔的锥台其斜边与竖直方向夹角为6-12°;且在锥台上端环面开有两个对称分布的油槽，两油槽中心线同轴水平布置。

本发明中所述曲轴上的凸圆台厚度h1≤上止推垫片厚度h2。

本发明中所述上止推垫片与下止推垫片内孔径相等。

本发明中所述下止推垫片为平垫片或斜推力垫片。

本发明中所述平垫片外圆与气缸座沉孔内壁或带轴孔的锥台外壁之间设计有1-4处凸凹互嵌的定位结构。

本发明中所述斜推力垫片是选用金属耐磨材料，其上下两环形表面与水平面由中心向四周呈夹角β为3-5°倾斜；或选用非金属耐磨材料，其上环形表面与水平面由中心向四周呈夹角β’为3-5°的倾斜，而下表面与水平面平齐。

本发明中在气缸座沉孔中，位于下止推垫片下方增设有一平垫圈或一自动校正片。

本发明中所述平垫圈内、外直径与下止推垫片内、外直径相等，且平垫圈与气缸座沉孔内壁或带轴孔的锥台外壁之间设计有1-4处凸凹互嵌的定位结构。

本发明中所述自动校正片为跷跷板结构，即在自动校正片的上下两面各自设计有两个对称布置的凸点，四个凸点两两之间互成90°夹角布置；且所述自动校正片的内、外直径与下止推垫片内、外直径相等。

本发明采用以上技术方案后，具有以下显著效果：

1、压缩机的效率可提高4%以上；

2、采用带轴孔的锥台气缸座结构，加长了气缸座与曲轴的配合面，减小了曲轴所受的力矩，从而减小了曲轴的弯曲变形，保证了压缩机在运行时的稳定性，可以使压缩机的噪音小1dB，振动减少6%以上；

3、该结构止推轴承的上止推垫片以曲轴轴肩凸起定位，不但可以避免压缩机因在安装过程中上止推垫片卡在气缸座轴锥台孔与曲轴轴肩之间而卡死，还可以避免上止推垫片撞击曲轴带来的噪音等异常现象，此外该结构装配工艺好，可以大大提高压缩机生产效率；

4、采用带轴孔的锥台结构，气缸座机械加工及运行工作稳定，不易发生变形，能使轴孔圆柱度珩磨的精度提高2um。

㈣附图说明

图1是现有压缩机曲轴与气缸座面接触运转结构示意图；

图2是现有压缩机气缸座配止推轴承的第一种结构型式示意图；

图3是轴承保持架和钢珠结构俯视图；

图4是现有压缩机气缸座配止推轴承的第二种结构型式的第1种表现形式示意图；

图5是现有压缩机气缸座配止推轴承的第二种结构型式的第2种表现形式示意图；

图6是本发明总体结构示意图；

图7是本发明气缸座立体视图；

图8是本发明带轴孔的锥台形气缸座装配止推轴承、曲轴第一种实施方式示意图；

图9是本发明上止推垫片与曲轴轴肩凸起结构之一的定位方式示意图；

图10是本发明上止推垫片与曲轴轴肩凸起结构之二的定位方式示意图；

图11是现有压缩机气缸座配止推轴承的第一种结构形式的受力图；

图12是本发明气缸座结构受力图；

图13是本发明带轴孔的锥台气缸座装配止推轴承、曲轴的第二种实施方式示意图；

图14是本发明中自动校正片主视图；

图15是本发明中自动校正片左视图；

图16是本发明金属斜推力垫片的结构示意图；

图17是本发明非金属斜推力垫片的结构示意图；

图18是本发明斜推力垫片受力分析图；

图19是本发明下止推垫片与气缸座带轴孔的锥台定位结构之一示意图；

图20是本发明下止推垫片与气缸座带轴孔的锥台定位结构之二示意图；

图21是本发明气缸座沉孔中加装斜推力垫片部份的结构示意图；

图22是现有气缸座轴孔凸环的微分单元受力示意图；

图23是本发明气缸座带轴孔的锥台微分单元受力示意图。

图中：1-曲轴，2-轴肩，3-凸圆台，4-上止推片，5-钢珠，6-轴承保持架，7-带轴孔的锥台，8-沉孔，9-下止推垫片，9′-斜推力垫片，10-气缸座，11-油槽，12-平垫圈，13-自动校正片，14-凸点，15-长方凸头，16-长方凹槽，17-弧形凸头，18-弧形凹槽，19-上罩壳，20-活塞，21-吸排气阀组，22-曲轴孔，23-消音器，24-电机，25-下罩壳。

㈤具体实施方式：

例1：本发明的结构一，参见图6、7、8，它具有壳体（由上罩壳19和下罩壳25对扣组成），壳体内安装有电机24、吸排气阀组21、消音器23以及气缸座10和活塞20，气缸座10上开有曲轴孔22安装有曲轴1，特别是：在气缸座10曲轴孔22上口扩展有轴承安装沉孔8，沉孔8的中部起有带轴孔的锥台7，沉孔8中装有下止推垫片9、轴承保持架6及钢珠5，在曲轴1上紧靠轴肩2设计有凸圆台3，凸圆台3位于曲轴1轴肩2端面与气缸座10带轴孔的锥台7上端面之间，且在凸圆台3上套装上止推垫片4。本发明中下止推垫片9与轴承保持架6以气缸座带轴孔的锥台7的外圆定位，上止推轴承4与曲轴轴肩2下方的凸圆台3以紧配合或扇形或限位缺三种方式定位(参见图9、10)。曲轴凸圆台3厚度为h1（具体为0.5mm），上止推垫片4厚度为h2（具体为0.81mm），一般按h1≤h2确定；该种结构型式不仅保留了采用止推轴承提高压缩机效率的优点，同时该结构止推轴承的上止推垫片4的内径以曲轴凸圆台3定位，不但可以避免压缩机因在安装过程中上止推垫片4卡在气缸座带轴孔的锥台7与曲轴轴肩2之间而卡死，还可以避免压缩机在运行中上止推垫片4撞击曲轴1带来的噪音等异常现象，装配工艺好，可以大大提高压缩机生产效率。此外气缸座沉孔中部起有带轴孔的锥台结构提高了压缩机的稳定性。参见图11、12，为现有技术沉孔气缸座结构和本发明带轴孔的锥台气缸座结构在运行时曲轴受力分析图，曲轴1所受弯曲力矩M=F*L（F为曲轴在压缩机压缩气体时所受的力，L为反作用力作用点到力F作用点的距离），采用带轴孔的锥台结构后，使力的作用点Q上移，加长了轴孔与曲轴的配合面，即L2﹥L1,曲轴所受弯曲力矩M2﹤M1,减少了曲轴弯曲变形，从而提高了稳定性。

例2：本发明的结构二，参见图6和13，其结构基本同例1，但在下止推垫片9的下方加装有平垫圈12，所述平垫圈12有两种结构形式：一是内外径尺寸均与下止推垫片9完全相同，其外圆或内圆可设1～4处限位点，同下止推垫片9与气缸座带轴孔的锥台7的限位结构（参见图19、20）；二是为自动校正片13，即跷跷板结构（参见图14、15，正反两面均有对称分布的两个凸点14，且每面两凸点的连线呈90°夹角。）。此两种结构形式的垫片，材料可为金属或聚四氟乙烯或其他非金属耐磨材料；该种结构型式不仅保留了采用止推轴承提高压缩机效率的优点，更重要的是采用了自动校正片13后，可以对压缩机运行时各运动副受力不均匀的情况进行校正，从而提高压缩机运转的灵活性，进一步提高压缩机的效率。同时该结构止推轴承的上止推垫片4的内径以曲轴凸圆台3定位，不但可以避免压缩机因在安装过程中上止推垫片卡在气缸座带轴孔的锥台与曲轴轴肩2之间而卡死，还可以避免上止推垫片4撞击曲轴带来的噪音等异常现象，装配工艺好，可以大大提高压缩机生产效率。此外气缸座锥台孔结构使曲轴受力的作用点上移，提高了压缩机的稳定性。

本发明中上述两种实施例中的上止推垫片4，轴承保持架6，下止推垫片9可呈圆形状，梅花形状或其他形状，其中上止推垫片4与下止推垫片9是等孔径的。其下止推垫片9的结构形式有两种：一是平垫片，该平垫片内圆或外圆可设1～4处限位点，该限位点可采用长方凸头15与长方凹槽16配合（参见图19），或采用弧形凸头17与弧形凹槽18配合（参见图20），目的是防止压缩机运转时带动一起运转增加摩擦功率耗损，材料可为金属耐磨材料或聚四氟乙烯或其他非金属耐磨材料；二是斜推力垫片（参见图21），斜面与水平面的夹角β为3°～5°；所述斜推力垫片具体结构形式有两种：一是材料为金属材料（9′），其上，下两表面与水平面均呈3°～5°夹角（参见图16）；二是材料为聚四氟乙烯或其他非金属耐磨材料（9″），其上表面与水平面平角β呈3°～5°，下表面与水平面平齐（参见图17）；采用斜推力垫片的目的是使作用在下止推垫片的正压力减小，从而减少摩擦功率损耗，如图18所示受力分析图，mg为旋转曲轴与电机转子受的重力，作用在斜推力垫片上后被分解为垂直于斜面和平行于斜面的两个分力F1，F2,轴承保持架在转动时所受滑动摩擦力f=u*N(u为下止推垫片的摩擦系数，N为下止推垫片所受的正压力)，即有f=u*F1=u*mg*sinβ＜u*mg，所以采用斜推力垫片能减少摩擦功率损耗，提高压缩机效率。其次，聚四氟乙烯是固体之中摩擦系数最小的材料之一，能进一步减少磨损功率损耗，且耐磨性好，不易变形。这种非金属材料能减少压缩机的噪音和振动；

本发明上述两种实施例中的气缸座带轴孔的锥台斜边与竖直方向夹角α为6°～12°具体可设计为10°（如图8、13所示），采用该种结构的目的是增大强度，利用三角形稳定性好的原理可以减小因机加工及压缩机运转过程中受力引起的微小变形，提高压机稳定性。参见图22、23，为现有技术圆柱形凸台与本发明锥台微分单元在机械加工所受力的示意图，根据矩形截面最大剪应力公式τ=3Q/2bh，其中Q为横截面上所受的剪力，a、b为横截面长和宽。假定圆柱形凸台上截面面积等于锥台孔上截面面积，故任意相同高度的圆柱形与锥台孔截面都有b1﹥b2，即在任意相同高度的截面都有锥台孔所受的最大剪应力小于圆柱形所受的最大剪应力，故采用锥台形结构相比圆柱形凸台提高了压缩机稳定性。本发明实施例中还在气缸座带轴孔的锥台上增加了对称分布的油槽11（参见图7），该油槽中心线方向平行于气缸座端面所在的平面，因其位置设计时避开了压缩机运行时的受力点，从而增强了可靠性，增加该对称油槽11的目的是将润滑油随槽进入锥台底部对轴承保持架起到润滑和冷却作用；同时可以将压缩机运行时旋转曲轴与锥台孔产生的微小杂质及时排出运动副之外，进一步提高了压缩机可靠性。

Claims (10)

1.一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，主要包括有壳体，壳体内安装有电机、吸排气阀组、消音器以及气缸座和活塞，气缸座上开有曲轴孔安装有曲轴，其特征是：在气缸座曲轴孔上口扩展有轴承安装沉孔，沉孔的中部起有带轴孔的锥台，沉孔中装有下止推垫片、轴承保持架及钢珠，在曲轴上紧靠轴肩设计有凸圆台，凸圆台位于曲轴轴肩端面与气缸座带轴孔的锥台上端面之间，且在凸圆台上套装上止推垫片。

2.根据权利要求1所述的一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，其特征在于：所述气缸座上带轴孔的锥台其斜边与竖直方向夹角为6-12°;且在锥台上端环面开有两个对称分布的油槽，两油槽中心线同轴水平布置。

3.根据权利要求1所述的一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，其特征在于：所述曲轴上的凸圆台厚度h1≤上止推垫片厚度h2。

4.根据权利要求1所述的一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，其特征在于：上止推垫片与下止推垫片内孔径相等。

5.根据权利要求1或4所述的一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，其特征在于：所述下止推垫片为平垫片或斜推力垫片。

6.根据权利要求5所述的一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，其特征在于：所述平垫片外圆与气缸座沉孔内壁或带轴孔的锥台外壁之间设计有1-4处凸凹互嵌的定位结构。

7.根据权利要求5所述的一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，其特征在于：所述斜推力垫片是选用金属耐磨材料，其上下两环形表面与水平面由中心向四周呈夹角β为3-5°倾斜；或选用非金属耐磨材料，其上环形表面与水平面由中心向四周呈夹角β’为3-5°的倾斜，而下表面与水平面平齐。

8.根据权利要求1所述的一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，其特征在于：在气缸座沉孔中，位于下止推垫片下方增设有一平垫圈或一自动校正片。

9.根据权利要求8所述的一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，其特征在于：所述平垫圈内、外直径与下止推垫片内、外直径相等，且平垫圈与气缸座沉孔内壁或带轴孔的锥台外壁之间设计有1-4处凸凹互嵌的定位结构。

10.根据权利要求8所述的一种全封闭往复式活塞制冷压缩机，其特征在于：所述自动校正片为跷跷板结构，即在自动校正片的上下两面各自设计有两个对称布置的凸点，四个凸点两两之间互成90°夹角布置；且所述自动校正片的内、外直径与下止推垫片内、外直径相等。

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