CN102619730A

CN102619730A - 用于交替型冷却压缩机的曲轴

Info

Publication number: CN102619730A
Application number: CN2011104622452A
Authority: CN
Inventors: A·L·曼克; L·卡佩斯特里尼
Original assignee: Whirlpool SA
Current assignee: Enbraco Compressor Industry and Refrigeration Solutions Co., Ltd.
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: CN102619730B

Abstract

本发明涉及一种用于交替型压缩机的曲轴(1)，该曲轴包括通过周向凸缘(3)与偏心销(2)连接的主轴(21)，包含延伸通过所述偏心销(2)并延伸通过主轴(21)的本体的至少一部分的润滑孔(24)，所述孔(24)的边缘中的一个边缘在所述偏心销(2)的圆柱形表面(2a)上。采用这种类型的孔，本发明允许使用具有非常小的直径的轴(并且导致具有低的粘度损失)，甚至具有高偏心率，由此，保持良好的油泵送能力和机械强度。

Description

用于交替型冷却压缩机的曲轴

技术领域

本发明涉及一种用于具有改进的润滑油孔的交替型冷却压缩机的曲轴。

背景技术

压缩具有将预定流体容积的压力增加到用于执行制冷循环所需的压力的作用。

图1示意性图示了交替型冷却压缩机运动组件的主要部件，其中连接杆/曲轴系统用于将电动机的旋转运动转换为活塞的交替运动。

因此，图1图示了主轴(或轴本体)1通过凸缘3与偏心销2连接。偏心销2通过连接杆4与在汽缸体6的汽缸6a内运动的活塞5连接。该组件由电动机7驱动，其中，紧固到轴1或电动机7的转子7a的泵8向该组件供给润滑油9。

制冷工业与冷却压缩机的性能密切相关。事实上，为提高这种性能，已经进行很多工作和研究，其主要地集中于降低运动部件的机械损失，例如压缩机径向轴承上产生的损失。

径向轴承中的机械损失由部件表面之间的接触产生以及润滑油的存在引起的粘性摩擦产生。

由轴和轴承的表面接触产生的损失遵循如下公式：

Pot＝Fa×ω×R，此处，Fa＝μ×N，

其中

Pot＝摩擦产生能力；

Fa＝摩擦力；

ω＝相对角速度；

R＝轴半径；

μ＝动摩擦系数；和

N＝法向力。

粘性摩擦损失(来自由于轴和轴承之间运动的润滑油的剪切)遵循下列公式：

Pot：cte×f(ω)×(η×ω²×R³×L)/c

其中

Pot＝摩产生能力；

ω＝面之间的相对速度；

η＝油粘度；

R＝轴半径；

L＝轴承有效宽度；

c＝表面之间的径向间隙；和

ε＝轴/轴承偏心率。

为了减少这种机械损失，现有技术已知的解决方案包括改变组件的结构以减少摩擦。这种解决方案中，提及了降低轴和偏心销直径的可能性。

由于粘性损失的减少与轴半径的立方成正比，轴承直径的减小是减小轴承机械损失最有利的可选方案之一。

然而，主轴本体和偏心销直径不断地减小导致在技术上存在一些困难，例如：

a)惯性力矩的减小，从而轴的强度降低；

b)油离心泵送的能力降低，由于轴直径的减小，导致油离心作用的最大半径减小；和

c)在轴本体和偏心销之间的转变区域中泵送油的能力降低。

为了降低关于(a)项的困难，例如，可以用具有较高的机械强度的材料(例如球墨铸铁或钢)制造曲轴。

关于上述(b)项的困难，例如，可以通过选择专利US6,416,296B1中提出的解决方案来克服该困难。

关于上述(c)项的困难，事实上其是在降低主轴和偏心销直径上的技术限制，主要是提高偏心销的偏心率的值时，因为加工润滑油孔的可用空间(用于在轴本体和偏心销之间输送油)被高度地限制。

现有技术已知的轴孔通常具有如图2和3所示的两种主要的结构。

在图2中，该结构包括始于限定偏心销2的汽缸的面2a的孔10，其朝主轴1的本体的中心到达横向于轴1的几何轴的孔11。

这种结构对于油泵送过程具有限制，因为为了将油从主轴本体的润滑通道输送到偏心销，需要在与曲轴旋转产生的离心力相反的方向上对油施加力以向本体中心流动。因此，在所述结构中，输送到偏心销的油体积与最大径向深度“E”(孔11在径向方向上的深度)成反比，油被施加抵抗离心力的力。

关于图3描述的结构，偏心销2的孔终止于与主轴本体1的润滑通道12直接互联的位置(限定表面通道的螺旋形通道通常用于从压缩机储存器泵送油的过程的一部分)。这种结构尽管消除了在与离心力相反的方向泵送油的过程相关的所述问题，但是当轴向轴承为平的时显示了更好的性能，所述轴向轴承作为机械密封，从而避免了当轴本体的润滑通道未被径向止推轴承覆盖时油全部从轴排出。也就是说，当所述轴向轴承阻止或限制由于离心力的作用将要从轴排出的油的泄露时，这种结构是有效的。

尽管存在使用上述解决方案作为基础以在设计中进行较小改变的解决方案，但是当轴的直径和偏心销的直径的值低于14mm以及偏心率大于8.0mm结合使用时，这种孔的几何结构复杂性和它们的加工成本增加。

发明目的

因此，本发明的目的之一是提供一种具有孔的冷却压缩机轴，其在基本上未限制偏心销的偏心率和最低限度地限制泵送到偏心销和活塞的油体积的情况下，允许曲轴的尺寸明显减小。

发明内容

本发明的上述目的通过用于冷却压缩机的曲轴实现，其通常包括与偏心销连接的主轴(或轴本体)并且具有延伸通过所述偏心销并延伸通过主轴的本体的至少一部分的润滑孔，其中，孔的一个边缘在偏心销的圆柱形表面上，孔的中心线被包含在平面B-B内，该平面不包括通过主轴本体的中心线的几何轴，并且相对于由主轴本体的中心线和偏心销的中心线限定的平面P转动角度“B”，其结构允许具有对油的泵送的限制最小并且具有适当的壁厚的孔。在本发明的优选方案中，主轴和偏心销通过通常限定轴向轴承(并且其还通常包括配重质量)的周向凸缘连接。然而，在本发明的可选实施例中，主轴本体直接与偏心销连接，而不通过周向凸缘。

进一步地，在本发明的优选实施例中，孔的另一边缘在圆柱形轴本体表面上。然而，在可选实施例中，孔的另一边缘在轴本体内，辅助孔使该边缘连接至圆柱形轴本体表面。在另一可选实施例中，孔的另一边缘完全在圆周轴向座凸缘的表面上或在轴向座和圆柱形轴本体表面中间的区域上，在所述表面的一部分上形成凹槽。

另外，此处介绍任何解决方案还适用于偏心销布置在双轴承曲轴的两轴承之间的曲轴。

附图说明

图1给出了交替型冷却压缩机运动组件的主要部件的示意性视图；

图2图示了布置偏心销的传统压缩机曲轴的边缘的剖面图；

图3图示了布置偏心销的传统压缩机曲轴的另一种边缘的剖面图。

图4图示了根据本发明优选实施例的压缩机曲轴的俯视图；

图5图示了在图4中标示的压缩机主轴的边缘的剖面图，其中偏心销根据本发明的优选实施例布置在边缘处；

图6图示了压缩机轴的边缘的剖面图，其中偏心销根据本发明的可选实施例布置在边缘处；

图7图示了根据本发明的可选实施例的压缩机曲轴的俯视图。

图8图示了在图7中标示的压缩机主轴的边缘的剖面图，其中偏心销根据本发明的可选实施例布置在边缘处；

图9图示了显示测量轴的漏油(泵送能力)的实验结果的曲线图，其中，润滑孔24的最大深度相对于轴本体表面(“E”)变化；

图10图示了显示四个不同偏心销的偏心率的技术研究的结果的曲线图，其中，孔24相对于本体轴保持固定。

具体实施方式

接下来，将根据附图所示的实施例更加详细地描述本发明。将分析本发明的原理可以用于交替型压缩机的任何类型、尺寸或结构。

图4和5显示了本发明的曲轴的优选实施例，其中，图4为俯视图，图5为布置偏心销的轴的边缘部分的局部剖面视图。

如这些图所示，本发明的曲轴1包括通过周向凸缘3与偏心销2连接的主轴21。

然而，应该可以看到该凸缘的存在不是必须的，在本发明其它实施例中主轴可以与偏心销直接连接。这些类型的轴的结构已在现有技术中知晓，其功能也已在先前解释过。

为了避免关于现有技术中孔的解决方案的问题和不利因素，本发明的曲轴1包括孔24，其边缘始于(或终止，取决于使用的加工技术)销2的圆柱形表面2b上，终止于(或始于，取决于使用的加工技术)主曲轴21的本体的圆柱形表面21a上，如由图4和5可以看出的。

螺旋状润滑通道(未显示)设置在主轴21的圆柱形表面21a上。所述润滑通道已由本领域技术人员知晓，因此，此处不具体描述。

在图4和5显示的优选实施例中，孔24位于平面B-B内，该平面不包括通过主轴21中心线的几何轴，其由主轴21的中心线和偏心销2的中心线限定的平面B转动角度“B”以使孔24的内表面相对于主轴21的圆柱形表面21a的最大深度“E”最小化。

因此，通过使最大深度“E”最小化(或使最小半径“R1”最大化)，使得对从所述主轴21到偏心销2的油的流动的限制更少。

因此，使用本发明的孔结构，实现在孔24的位置处的高度适应性，其中，最大径向深度“E”(数值低于4.0mm)可以由角度“B”和“D”(“D”为孔24的起始位置在偏心销的表面2b上的角度)正确地结合获得，当尺寸由偏心率“A”给出时，考虑孔24的直径“F”和曲轴1的偏心销2的直径以及主轴21的直径。

通过增大最小半径“R1”(或降低最大径向深度“E”)至该油流量而获得的益处可以由附图看出，其显示在减少最大径向深度“E”和增大油流量之间成反比。

为了得到孔24的正确加工，根据本发明的优选实施例，钻具必须关于偏心销的中心以角度“D”并在平面B-B内引入，孔24相对于主轴21的中心线以角度“T”倾斜，其中，这种角度(“D”和“T”)由以下因素限定：

-偏心销的偏心率“A”；

-主轴21和偏心销2的直径；和

-在偏心销2和主轴21的表面上的孔的起始部和端部之间的轴向距离(“H”和“C”高度)。

孔在偏心销2的圆柱形表面2b上的起始位置可以使用大约45°的角度“I”，其结合角度“B”可以使所述孔布置在确保良好的壁厚(附图5中“esp1”和“esp2”，大于1.0mm)的区域中，甚至在使用以下尺寸的轴的情况下：

-本体和偏心销的直径小于14.0毫米；

-孔“F”的直径为2.5毫米或更大；

-偏心率为12.00毫米或更大，

-限定轴向座的周向凸缘的厚度减小。

在分析加工所述孔24需要的制造工艺时，考虑到在相同设备中生产具有不同偏心率的轴，通过对预定范围的偏心率“A”保持孔24相对于轴本体21的固定位置可以简化这一工艺(减少机器或装置准备的时间)。

如图4所示，通过保持角度”B”和最小半径“RO”固定，孔24在偏心销2b的表面上的由角度“D”限定的起始位置随着偏心率“A”变化。图8显示了不同偏心率(偏心率6、8、10和12毫米)的情况。

图6显示了本发明的可选实施例，其中，孔24不是完全通过曲轴1的主轴21的孔。在这种意义上讲，图6图示了对应于图4给出的实施例中所示剖面B-B的曲轴剖面图。

此时，使用辅助孔25，该辅助孔借助于主轴21表面上的螺旋状通道与孔24互连。

所述辅助孔25可以垂直于主轴21的表面，如图6所示，或可以具有适当方向的另一类型。

另外，在另一可选实施例中，如图7和8所示，孔24可以全部地或部分地与图3所示的润滑孔的终止端相似地终止在周向凸缘3的轴向表面3a上。因为最小半径“R1”大于主轴21本体的半径“Rc”，最大深度“E”变为0，从而，不再需要确保最小厚度“esp.2”。

对于孔24部分达到主轴本体的这种特定结构，所述孔24不再完全地形成在该区域内，然后，其在主轴21的本体的圆柱形表面21a上通过以形成(半圆柱形)通道，其可以与通常布置在所述轴上的螺旋状润滑通道直接连接。

另外，本发明不仅仅适用于带有在主体的边缘之一处沿轴向布置的轴向偏心销的曲轴，其还可以用于偏心销布置在双轴承曲轴的两个轴承之间的曲轴。

本发明可以实现在压缩机曲轴的孔的设计方面的高度适应性，本发明允许：

-增大轴壁的厚度(“esp.1”和“esp.2”)，因此确保适于油泵送加工的最大径向深度“E”；和

-在轴承负荷外部的区域(该区域在流体动力机制期间在润滑油膜上产生的压力更高)中布置孔的起始端和末端；

-简化加工工艺(减少加工准备或装备的时间)，以此，对于预定范围的偏心率”A”，本体孔24相对于轴21的固定位置得以保持。

事实上，本发明提供用于具有非常小的直径(从而，具有低的粘度损失)甚至具有高偏心率(12.0毫米或更大)的曲轴，由此，保持良好的油泵送能力、机械强度并便于制造。

应该理解，基于上述附图提供的说明仅仅涉及本发明的曲轴的可能的实施例，其中，本发明目的的实际范围由附加权利要求限定。

Claims

1.一种用于交替型压缩机的曲轴(1)，所述曲轴包括主轴(21)和润滑孔(24)，所述主轴与偏心销(2)连接，所述润滑孔延伸通过所述偏心销(2)并延伸通过主轴(21)的本体的至少一部分，其特征在于，所述孔(24)的边缘中的一个边缘在所述偏心销(2)的圆柱形表面(2b)上，其中，所述孔(24)被包含在平面B-B中，所述平面不包含经过主轴(21)的中心线的几何轴，并相对于由主轴(21)的中心线和偏心销(2)的中心线限定的平面P转动角度“B”，确保孔(24)的内表面相对于主体(21)的圆柱形表面(21a)的最大径向深度“E”为4.0毫米。

2.如权利要求1所述的曲轴(1)，其特征在于，所述曲轴使用最小壁厚(“esp.1”和“esp.2”)为1.00毫米的孔。

3.如权利要求1或2所述的曲轴(1)，其特征在于，所述主轴(21)与偏心销(2)直接连接。

4.如权利要求1或2所述的曲轴(1)，其特征在于，所述主轴(21)通过周向凸缘(3)与偏心销(2)连接。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的曲轴(1)，其特征在于，孔(24)的另一边缘在主轴(21)的本体的圆柱形表面(21a)上。

6.如权利要求1至4中的任一项所述的曲轴(1)，其特征在于，孔(24)的另一边缘在主轴(21)的本体内，并且，辅助孔(25)使所述另一边缘连接至主轴(21)的本体的圆柱形表面(21a)。

7.如权利要求4所述的曲轴(1)，其特征在于，孔(24)的另一边缘全部或部分地终止在周向凸缘(3)的轴向表面(3a)上。

8.一种具有曲轴的交替型压缩机，所述曲轴包括主轴(21)和润滑孔(24)，所述主轴与偏心销(2)连接，所述润滑孔延伸通过所述偏心销(2)并延伸通过主轴(21)的本体的至少一部分，其特征在于，所述孔(24)的边缘中的一个边缘在偏心销(2)的圆柱形表面(2b)上，其中，所述孔(24)被包含在平面B-B中，该平面不包含经过主轴(21)的中心线的几何轴，并相对于由主轴(21)的中心线和偏心销(2)的中心线限定的平面P转动角度“B”，确保孔(24)的内表面相对于主体(21)的圆柱形表面(21a)的最大径向深度“E”为4.0毫米。

9.如权利要求8所述的交替型压缩机，其特征在于，其使用最小壁厚(“esp.1”和“esp.2”)为1.00毫米的孔。

10.如权利要求8或9所述的交替型压缩机，其特征在于，所述主轴(21)与偏心销(2)直接连接。

11.如权利要求8或9所述的交替型压缩机，其特征在于，所述主轴(21)通过周向凸缘(3)与偏心销(2)连接。

12.如权利要求8至11中的任一项所述的交替型压缩机，其特征在于，孔(24)的另一边缘在主轴(21)的本体的圆柱形表面(21a)上。

13.如权利要求9至11中的任一项所述的交替型压缩机，其特征在于，孔(24)的另一边缘在主轴(21)的本体内，并且，辅助孔(25)使所述另一边缘连接至主轴(21)的本体的圆柱形表面(21a)。

14.如权利要求11所述的交替型压缩机，其特征在于，孔(24)的另一边缘全部或部分地终止在周向凸缘(3)的轴向表面(3a)上。