CN102691643A - 用于制冷压缩机的悬挂弹簧 - Google Patents

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Abstract

一种用于制冷压缩机的悬挂弹簧，所述制冷压缩机包括外壳(10)和块(21)，所述块与电动马达的定子(22)一起形成借助于螺旋弹簧(30)的组件安装在外壳(10)内部的固定组件(20)。对于由弹簧平均直径(D)、弹簧线圈的节距(p)、弹簧丝直径(d)和有效高度(h)限定的弹簧参数中的一个参数的预定尺寸范围，螺旋弹簧(30)的另外三个参数的各对参数中的至少两对参数之间的比率被限定为用于：对所述螺旋式悬挂弹簧(30)在所需频带提供最小与悬挂系统的结构可靠性的刚度相应的刚度；以及其相对于只根据所需频带的弹簧悬挂结构要求而设计尺寸的弹簧的声音传递率的衰减。

Description

用于制冷压缩机的悬挂弹簧
技术领域
本发明涉及一种悬挂弹簧，用于具有立式曲轴并借助于在压缩状态下操作的螺旋弹簧而被保持悬挂在压缩机外壳内部的马达-压缩机组件的制冷压缩机中。
背景技术
通常具有立轴的制冷压缩机均设置有弹簧悬挂系统，用于使马达-压缩机组件在压缩机操作的频率下操作(尤其是由活塞的往复运动)时产生的振动能量衰减，并被传输到压缩机外壳；用于限制马达-压缩机组件在压缩机的启动和停止时的运动；且用于在运输期间支撑马达-压缩机组件。
在压缩机的正常操作期间产生的振动由马达-压缩机机械组件的可移动质量的振动产生，所述可移动质量通常包括活塞、连接杆和承载压缩机的电动马达的转子的曲轴。
马达-压缩机组件的悬挂系统可分为两类：使用在扩张状态下工作的弹簧的阻尼和使用在压缩状态下工作的弹簧的阻尼。
在采用压缩状态下工作的悬挂弹簧(通常为螺旋弹簧)的结构配置中，如附图中的图1所示，每个螺旋弹簧30的下端31坐靠在下部支撑部件MSI，该下部支撑部件MSI在压缩机的内部固附到压缩机外壳10，每个螺旋弹簧30的上端32坐靠在上部支撑部件MSS上，该上部支撑部件MSS固附到由压缩机的常用块21和相应电动马达的定子22形成的固定组件20。
可以采用已知的不同现有技术的方式构建下部支撑部件MSI和上部支撑部件MSS，只要他们允许马达-压缩机组件被保持悬挂在外壳10的内部，该马达-压缩机组件包括坐靠在四个螺旋弹簧30上的块21上，每个弹簧在下部支撑部件MSI和上部支撑部件MSS之间工作在压缩状态下。
根据现有的技术，将螺旋弹簧30锚固于压缩机的外壳10以及固定组件20，下部支撑部件MSI和上部支撑部件MSS分别承载相应的销40。每个销40可以是机加工的或者是被冲压的，通过焊接或其他适当的方式分别固附到相应的支撑部件上。
每个销40接纳并保持在罩50自身上，罩50通常由例如塑料或橡胶的合成材料制成，该罩覆盖销40并构造成紧密地装配在相应螺旋弹簧30的相邻端部的内部中(图1)。所述罩50限定止挡件，该止挡件限制每个相应螺旋弹簧30的压缩程度，当螺旋弹簧30的压缩程度达到设定值时，所述罩被彼此坐靠。
如图2所示，这些已知的螺旋弹簧30的有效高度h(忽略与相应罩发生干扰的无效线圈)、丝线直径d、弹簧平均直径D和节距P(线圈之间)的尺寸被设计成使弹簧的几何尺寸与压缩机外壳的内部中可用的安装空间和弹簧的足够的静态刚度相适应。目的在于确定弹簧的静态刚度的所述尺寸考虑应该关注的两个限制。弹簧刚度不应过高，否则不能使从压缩机到相关联的制冷系统(例如冰箱)的、主要是在压缩机的工作频率下和在其一次谐波下的振动传递的衰减。另外，弹簧的刚度也不应过低，否则将具有在压缩机的开始或停止时使包括块21的马达-压缩机组件击打外壳10的风险，或者甚至存在在运输操作期间突发移动的风险。
不过，目前开发的弹簧还不能有效地减小以在压缩机的操作频率范围内的频率传递到制冷系统的振动能量，该致冷系统与压缩机物理上相关联。换句话说，现有的弹簧设计不能满足使传向压缩机外部的噪声减小，在设定的频谱区域具有高结构传递率(弹簧的力的大小从一端到另一端以整体位移传递)，在压缩机应用在制冷装置中时会产生不希望的噪声。
因此，需要寻找一种在此考虑的类型的弹簧，而且该弹簧还具有应在所需频带(例如，在1600Hz下1/3倍频带)下显著减小通过其结构的声音传递率。
发明内容
由于上述的局限性并结合用于悬挂压缩机的螺旋弹簧的特点，本发明的目的是提供一种用于制冷压缩机的悬挂弹簧，该悬挂弹簧以适当的方式作为马达-压缩机组件的悬挂元件操作，并作为一种用于减小从压缩机到与其物理相关联的结构的振动的传递。
这些和其它目的都是通过应用于制冷压缩机的悬挂弹簧来实现的，压缩机包括外壳和块，该块与电动马达的定子一起形成借助于包括螺旋弹簧的组件的悬挂系统而安装在外壳内部的固定组件，每个弹簧具有下端和上端，每一端分别联接到外壳的相邻部分和固定组件的相邻部分。
根据本发明，对于由弹簧平均直径、线圈节距、弹簧丝直径和弹簧的有效高度限定的弹簧参数中的一个弹簧参数的预定尺寸范围，悬挂弹簧的另外三个参数的各对参数中的至少两对参数之间的比率被限定为用于：对所述悬挂弹簧提供最小与悬挂系统的结构可靠性的刚度相应的刚度，以及提供其相对于只根据对所需频带的悬挂结构需求而设计尺寸的弹簧的声音传递率的衰减。
通常，具有预定尺寸范围的弹簧参数是弹簧丝直径，其他参数之间的比率由弹簧直径与弹簧线圈的节距之间的比率和弹簧直径与其有效高度之间的比率限定。
更具体地说，对于被限定在1.3mm至1.7mm之间的预定范围的弹簧丝的直径，本发明的悬挂弹簧具有的弹簧直径与其线圈节距之间的关系在4.9至7.85之间变化，弹簧直径与其有效高度之间的关系在0.81至0.90之间变化，以便使弹簧声音传递率衰减至多为大约30dB。
通过使为弹簧选择的参数(即弹簧直径D、弹簧丝直径d、节距p和有效高度h)最佳化，弹簧的声音传递率的减小可达到30dB。相对于最差的弹簧，最好的弹簧在1600Hz频带下使声音传递率减小30dB(压缩机的参考弹簧属于此频带的最差弹簧；最佳化弹簧属于最好的弹簧)。
本发明提出的以及以上限定的构造允许减小弹簧的动态刚度并且使声音传递率衰减，在1600Hz下1/3倍频带时，可减小由压缩机产生的声音功率水平大约6dB。
将具有最佳化弹簧的特定压缩机与具有参考弹簧的压缩机(对于1600Hz区域的差弹簧)相比较，观察到对于1600Hz频带，压缩机的噪声降低6dB(A)。
附图说明
下面将参考附图描述本发明，其中：
图1表示制冷压缩机的一部分的示意性竖向剖视图，显示了固定组件的一部分，包括块、定子并且具有根据现有技术安装的螺旋悬挂弹簧；
图2表示根据本发明设计尺寸的螺旋弹簧的沿直径的纵向剖视图；
图3示出了一图表，其中，x轴表示有效弹簧高度(mm)，y轴表示弹簧的平均直径(mm)，圆周半径表示在1.3mm至1.7mm之间变化的弹簧丝直径，圆周数值表示弹簧传递率的大小(数值小表示传递率低)，如图例所示；
图4示出了一图表，其中，x轴表示弹簧直径(mm)，y轴表示弹簧线圈节距(mm)，圆周半径表示在1.3mm至1.7mm之间变化的弹簧丝直径，圆周数值表示弹簧传递率的大小(数值小表示传递率低)，如图例所示；以及
图5示针对使用传统弹簧的压缩机(左边灰色圆柱)和使用本发明获得的弹簧的压缩机(右边白色圆柱)示出了一图表，其中，x轴表示频率(Hz)，y轴表示声音功率水平(dB)，圆柱表明压缩机的噪声频谱。
具体实施方式
正如前面所描述和说明的，根据本发明获得的螺旋弹簧应用于立轴型的制冷压缩机，如图1所示，其包括由块21形成的固定组件20，压缩机的电动马达的定子22固附到块21。固定组件20借助于包括在压缩状态下工作的螺旋弹簧30的悬挂系统而被安装在外壳10的内部，每个弹簧都具有下端31和上端32，图1中仅示出了所述弹簧中的一个弹簧。螺旋弹簧的下端31和上端32分别联接到外壳10的相邻部分和固定组件20的相邻部分。
根据本发明，对于由弹簧平均直径D、线圈节距p、弹簧丝直径和弹簧有效高度h限定的弹簧参数之一的预定尺寸范围，螺旋式悬挂弹簧30的其它三个参数的各对参数中的至少两对参数之间的比率被限定为：对所述螺旋式悬挂弹簧30提供最小与悬挂系统的结构可靠性相对应的刚度；以及其相对于仅根据所需频带的悬挂结构需求而设计尺寸的弹簧的声音传递率的衰减。
在本发明的结构中，表示预定尺寸范围的弹簧参数是弹簧丝直径，其他参数之间的比率由弹簧直径D与其线圈节距p之间的比率和弹簧直径D与其有效高度h之间的比率限定。
更具体地说，对于被限定在1.3mm至1.7mm之间的预定范围的弹簧丝直径，本发明的悬挂弹簧具有的弹簧直径D与其线圈间距p之间的关系在4.9至7.85之间变化，弹簧直经D与其有效高度h之间的关系在0.81至0.90之间变化，以使由压缩机产生的声音功率水平在1600Hz下1/3倍频带中的声音传递率衰减6dB。
为了定义本发明的螺旋弹簧30，所述螺旋弹簧30的最佳化尺寸参数的最大和最小限制如下：
有效高度的上限由压缩机组件相对于外壳1应该具有的最小距离限定，以避免在压缩机工作时压缩机组件和外壳11之间的撞击。限定有效高度的下限，以避免在压缩机工作期间在止挡件之间的撞击，在图1的示例中，该止挡件由罩50限定。
螺旋弹簧30构造有圆形截面弹簧丝，通常为弹簧钢丝，弹簧丝直径d的上限和下限被限定为使得弹簧既不具有太高的刚度也不具有低的疲劳强度。
弹簧平均直径D的上限和下限通常由止挡件(图1中的罩50)的直径和弹簧丝直径d限定。
在确定的情况下，可以自由重新设计止挡件，通常将弹簧平均直径D的上限被限定为提供弹簧相对于定子22的线圈头部的最小距离的直径。
在由线圈间的节距p限定的参数的情况下，所述节距的上限和下限被限定为使得弹簧的刚度既不会太高或太低，也不会对于弹簧阻挡来说很便利(当有效线圈相互接触并线圈的压缩过程开始时)。
在本发明的示例性结构中，如图3和4的图表所示，对于由在1.3mm和1.7mm的最大和最小值限定的预定范围的弹簧丝(或线)直径d，螺旋弹簧30所具有的弹簧平均直径D与其线圈的节距p之间的关系在4.9至7.85之间变化，弹簧平均直径D与弹簧有效高度h之间的关系在0.81和0.90之间变化。
图3和4的图表表明，在示例性的弹簧结构中考虑到的并且具有较低程度的传递率的螺旋弹簧30是那些具有上述尺寸关系的螺旋弹簧。
在本发明的实施例中，通过图3和4的展示以及上述评论可以得出，作为弹簧参数的正确选择的结果，对于在所述图中分别以数字6和1表示的弹簧，传递率的值从63dB减小到33dB左右，考虑1N/mm作为以分贝计算的基准，对于在同样的图3和4中分别以5至2表示的弹簧，数值以53dB、43dB到50dB、40dB和37dB通过。
因此，本发明提出的弹簧结构允许获得至多大约30dB的弹簧声音传递率的衰减。如已经在前面提到的，该程度的弹簧的传递率的衰减允许获得由压缩机发出的声音功率水平在1600Hz下1/3倍频带中衰减大约6dB。
参数之间的这些关系表明，本发明的螺旋弹簧30可通过考虑到有效高度h、弹簧丝直径d、弹簧平均直径D和弹簧线圈之间的节距p的参数的任何适当的方法而具有在几何上被优化的其最大尺寸。
为了更好的限定螺旋弹簧30，还要考虑以下参数：无限疲劳寿命；轴向刚度和横向刚度作为限制；在确定频谱区域中的传递率；采用刚度体仿真来确定压缩机组件的振动以及在实际工作状态下弹簧承受的张力(在存在止挡件的情况下)；实验验证通过弹簧传递率的测试、压缩机组件的实验性振动测量以及噪声测试(混响室中的压缩机发出的声音功率水平的测量)。
现有处理还考虑针对弹簧的悬挂功能进行了传递率计算的谐波分析以及安全系数计算的疲劳分析，无限寿命的安全系数通过弹簧承受的至少两个张力来计算。
在压缩机产生的所希望的噪声频率中，衰减处理的目的在于使相对于螺旋弹簧的纵向轴线的轴向和横向传递率的和最小化。
本发明所获得的螺旋弹簧应具有确定的刚度，该刚度应保持在一定范围内，确保弹簧既不过于刚硬，又不过于柔软以至于造成压缩机组件击打外壳10，承受的张力只要能达到确保弹簧的无限寿命的水平。
根据本发明，确定螺旋弹簧30所具有的刚度和噪声阻尼状态由弹簧丝直径d和节距p之间的比率以及有效高度h和弹簧平均直径D之间的比率限定，就像前面提到的一样，其能够产生传递率衰减的效果。
在本发明的特定结构示例中，用于上述类型的制冷压缩机的悬挂的螺旋弹簧在1600Hz下1/3倍频带时使相对于螺旋弹簧的纵向轴线的轴向和横向传递率的和最小化，其平均直径D应为14.7mm至15.7mm，弹簧丝直径d在1.3mm至1.7mm之间，线圈节距p大约在2mm至3mm之间。对于所述频带，该螺旋弹簧的可用高度或有效高度h应为17.5mm至18.0mm。
图5表示对于上述提到的特定结构示例的螺旋弹簧而言，特定压缩机在1600Hz频带时提供的噪声减小。根据图5，在大多数从100Hz到10000Hz的估算频率(其产生压缩机的噪声)中，声音功率水平衰减会增大，在1600Hz时衰减更明显(6dB)。

Claims (4)

1.一种用于制冷压缩机的悬挂弹簧，所述制冷压缩机包括外壳(10)和块(21)，所述块与电动马达的定子(22)一起形成固定组件(20)，所述固定组件借助于悬挂系统而被安装在所述外壳(10)的内部，所述悬挂系统包括螺旋弹簧(30)的组件，每个螺旋弹簧具有下端(31)和上端(32)，每个所述下端(31)和上端(32)分别与外壳(10)的相邻部分和固定组件(20)的相邻部分联接，所述螺旋弹簧的特征在于，对于由弹簧平均直径(D)、弹簧线圈节距(p)、弹簧丝直径(d)和有效高度(h)限定的弹簧参数中的一个弹簧参数的预定尺寸范围，所述螺旋弹簧的另外三个参数的各对参数中的至少两对参数之间的比率被限定为用于：对所述螺旋弹簧(30)在所需频带提供最小与所述悬挂系统的结构可靠性的刚度相应的刚度；以及提供所述螺旋弹簧相对于只根据所需频带的弹簧的悬挂结构需求来设计尺寸的弹簧的声音传递率的衰减。
2.如权利要求1所述的悬挂弹簧，其特征在于，对于预定范围的弹簧丝直径(d)，所述螺旋弹簧的弹簧平均直径(D)和弹簧线圈节距(p)之间的比率以及弹簧平均直径(D)和其有效高度(h)之间的比率被限定为用于：对所述螺旋弹簧(30)提供最小与所述悬挂系统的结构可靠性的刚度相应的刚度；以及相对于只根据弹簧的悬挂结构需求来设计尺寸的弹簧提供声音传递率的衰减。
3.如权利要求2所述的悬挂弹簧，其特征在于，对于被限定在1.3mm至1.7mm之间的预定范围的弹簧丝直径(d)，弹簧直径(D)和弹簧线圈节距(p)之间的关系在4.9至7.85之间变化，弹簧直径(D)和弹簧有效高度(h)之间的关系在0.81至0.90之间变化，以便使弹簧的声音传递率的衰减至多为大约30dB。
4.如权利要求3所述的悬挂弹簧，其特征在于，弹簧丝直径(d)为从1.3mm至1.7mm，节距(p)为从2mm至3mm，弹簧平均直径(D)为从14.7mm至15.7mm，弹簧有效高度(h)为从17.5mm至18.0mm，在1600Hz下1/3倍频带时，由压缩机产生的声音功率水平衰减6dB。
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