CN104227334A - 用于制造涡旋式压缩机的防旋转环的方法和防旋转机构 - Google Patents

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Abstract

在用于制造涡旋式压缩机的防旋转环的方法中，其中，该防旋转环设置在防旋转机构中以防止动涡旋件绕其自身的轴线旋转并且该防旋转环由金属制成，该方法的步骤包括：将钢板拉深成呈有底筒状的第一中间本体，对第一中间本体的底部进行冲压从而制成第二中间本体，以及对第二中间本体进行环成型。

Description

用于制造涡旋式压缩机的防旋转环的方法和防旋转机构
技术领域
本发明涉及用于制造涡旋式压缩机的防旋转环的方法以及涡旋式压缩机的防旋转机构。
背景技术
通常，涡旋式压缩机在其外壳中具有包括基板以及形成在该基板上的涡旋壁的定涡旋件。旋转轴通过轴承由外壳以可旋转的方式支承。旋转轴在其与定涡旋件相邻的一端处具有相对于旋转轴的轴线偏移的偏心轴。偏心轴通过衬套和轴承以可旋转的方式连接至动涡旋件。动涡旋件包括具有凸台的基板以及与定涡旋件的涡旋壁接合的涡旋壁，偏心轴连接至该凸台。防旋转机构设置在动涡旋件的基板的后侧与外壳之间。防旋转机构在允许动涡旋件的绕动运动的同时防止了动涡旋件绕其自身的轴线旋转。压缩室气密性地形成在定涡旋件的涡旋壁与动涡旋件的涡旋壁之间，并且流体在压缩室中的压缩通过动涡旋件相对于定涡旋件的绕动运动来实现。
日本专利申请公布No.7-151071公开了一种涡旋式压缩机的防旋转机构。该公布的防旋转机构包括插入到压缩机的外壳的孔中的套筒以及压配合在动涡旋件的基板中并与该套筒的内周表面滑动接触的防旋转销。该涡旋式压缩机包括多个防旋转机构。以与相应套筒的内周表面滑动接触的方式移动的防旋转销在允许动涡旋件的绕动运动的同时防止了动涡旋件绕其轴线旋转。
日本专利申请公布No.62-199983公开了一种涡旋式压缩机的防旋转机构，该防旋转机构包括板销、可动销以及环形环，其中，该板销压配合在板构件中，该可动销压配合在动涡旋板的基板中并围绕板销进行绕动运动，该环形环分别包围板销的一端和可动销的一端。板销和可动销与环形环的内周表面进行线接触并且由该环形环调节。因此，防旋转机构在抑制动涡旋件绕其轴线旋转的同时允许动涡旋件进行绕动运动。
日本专利申请公布No.7-151071中公开的套筒以及日本专利申请公布No.62-199983中公开的环形环(该套筒和环形环在下文中被称作防旋转环)与具有高刚性的销滑动接触。因此，防旋转环需要以高精度机械加工并且具有高耐磨性。通常，防旋转环通过将金属棒机械加工成环、通过淬火和回火对该环进行热处理、以及随后通过研磨对环进行精加工而制成。然而，用于制造防旋转环的常规方法存在的问题在于制造成本高且制造时间长。具体地，将金属棒切割成具有特定长度的部段并且随后将切割部段机械加工成环形耗费了大量时间并影响了材料利用率。
本发明旨在提供一种降低了制造成本并缩短了制造时间的用于制造涡旋式压缩机的防旋转环的方法以及一种涡旋式压缩机的防旋转机构。
发明内容
根据本发明的方面，在用于制造涡旋式压缩机的防旋转环的方法中，其中，该防旋转环设置在防旋转机构中以防止动涡旋件绕其自身轴线旋转并且该防旋转环由金属制成，该方法的步骤包括：将钢板拉深成呈有底筒状的第一中间本体，对第一中间本体的底部进行冲压从而制成第二中间本体，以及对第二中间本体进行环成型。
从结合附图通过示例的方式示出本发明原理的以下描述中，本发明的其他方面和优势将变得明显。
附图说明
通过参照对当前优选实施方式的以下描述以及附图可以最佳地理解本发明及其目的和优势，在附图中：
图1为根据本发明的第一实施方式的涡旋式压缩机的纵向剖视图；
图2为沿着图1的线A-A截取的横向剖视图；
图3为图1的涡旋式压缩机的防旋转机构的放大纵向剖视图；
图4为示出了图1的涡旋式压缩机的防旋转环的制造过程的说明性示意图；
图5为示出了通过图4中的制造过程中的按压进行拉深步骤的说明性示意图；
图6A为进行环成型之前的第二中间本体的局部纵向剖视图，并且图6B为进行环成型之后的第三中间本体的局部纵向剖视图；以及
图7为根据本发明的第二实施方式的涡旋式压缩机的防旋转机构的局部纵向剖视图。
具体实施方式
第一实施方式
以下将在参照附图的同时对用于制造根据本发明的第一实施方式的涡旋式压缩机的防旋转环的方法以及涡旋式压缩机的防旋转机构进行描述。根据本实施方式的涡旋式压缩机为安装在具有作为驱动源的内燃发动机和电动马达的混合动力车辆上的马达驱动涡旋式压缩机。涡旋式压缩机构成了车辆空调中的制冷剂回路的一部分。尽管图中未示出，但是车辆空调还包括冷却单元，该冷却单元具有冷凝器、贮液器、膨胀阀、蒸发器以及将这些装置相互连接的管。
参照图1，由附图标记10表示的涡旋式压缩机一体地包括将制冷剂压缩为流体的压缩机构11以及用于驱动该压缩机构11的电动马达12。涡旋式压缩机10具有由金属制成的外壳13。在本实施方式中，外壳13由铝合金制成。外壳13包括第一外壳构件14和第二外壳构件15。第一外壳构件14和第二外壳构件15在其端部处通过螺栓16固定地连接。附带地，根据本实施方式的涡旋式压缩机10安装在发动机舱中的水平位置。
涡旋式压缩机10的第一外壳构件14中具有压缩机构11和电动马达12。压缩机构11包括定涡旋件17和动涡旋件18。通过压缩机构11中的定涡旋件17和动涡旋件18形成多个压缩室19并且所述多个压缩室19形成在压缩机构11中的定涡旋件17与动涡旋件18之间。稍后将对定涡旋件17和动涡旋件18进行详细地描述。第一外壳构件14在其上部部分中具有从中穿过的入口20。入口20连接至外部制冷回路(图中未示出)以与第一外壳构件14的内部连通。在涡旋式压缩机10的操作期间，低压制冷剂通过入口20从外部制冷回路流到第一外壳构件14中。
第二外壳构件15中具有能够与压缩室19中的一个压缩室连通的排出室21。第二外壳构件15在其上部部分中具有出口22以使排出室21与外部制冷回路之间连通。第二外壳构件15中具有在排出室21与出口22之间提供流体连通的通道23。
轴支承构件24在第一外壳构件14中设置在定涡旋件17与电动马达12之间。轴支承构件24构成压缩机构11的一部分并且在其中具有对电动马达12的旋转轴25的一端进行支承的轴承26。旋转轴25的另一端通过轴承27由第一外壳构件14支承。轴支承构件24具有穿过其的与压缩室19中的两个压缩室连通的吸入口28。通过入口20吸入到第一外壳构件14中的制冷剂通过吸入口28引入到压缩室19中。轴支承构件24具有压配合在轴支承构件24中并朝向动涡旋件18突出的固定销29。
偏心销30设置成从旋转轴25的与定涡旋件17相邻的端部朝向定涡旋件17突出。偏心销30的轴线Q相对于旋转轴25的轴线P偏心地定位，使得偏心销30在旋转轴25旋转时相对于旋转轴25的轴线P偏心地旋转。传动衬套31能够相对旋转地安装在偏心销30上。传动衬套31具有使偏心销30和传动衬套31的由旋转轴25的旋转产生的偏心载荷平衡的配重部。
动涡旋件18通过轴承32以可旋转的方式安装在传动衬套31的外周表面上，使得动涡旋件18可以进行绕动运动。动涡旋件18包括圆形动基板33和动涡旋壁34。动涡旋件18设置成使得动基板33的表面相对于轴线P定位成直角。动涡旋壁34形成为在其与定涡旋件17相邻的侧部上从动基板33的表面突出。动涡旋壁34具有与轴线P平行的壁表面。
如图1和图2中所示，在与动基板33的外周缘相邻的位置处形成有多个有底圆筒形孔35。如图3中所示，在相应的有底圆筒形孔35(仅示出了一个)中插入有多个防旋转环36(仅示出一个)。每个防旋转环36均呈圆筒状并且能够在有底圆筒形孔35中旋转。在动基板33中设置有保持件(图中未示出)以将防旋转环36保持在有底圆筒形孔35中。在轴支承构件24中与相应的有底圆筒形孔35对应的位置处定位有固定销29。每个固定销29均从轴支承构件24朝向有底圆筒形孔35突出并插入到防旋转环36中。固定销29设置成使得其轴线平行于旋转轴25的轴线P延伸。在本实施方式中，防旋转环36和固定销29形成防旋转机构以防止动涡旋件18绕其轴线旋转。因此，动涡旋件18在旋转轴25旋转时绕轴线P绕动而不绕其轴线旋转。也就是说，动涡旋件18设置成执行围绕轴线P的绕动运动而不进行旋转。
定涡旋件17与动涡旋件18以面向彼此的关系接合并且固定至第一外壳构件14。定涡旋件17具有圆形定基板37以及一体地形成的定涡旋壁38。定基板37设置在第一外壳构件14中从而封闭第一外壳构件14的端部开口。定涡旋壁38形成为从定基板37的与动涡旋件18相邻的表面突出。
在根据本实施方式的涡旋式压缩机10中，压缩室19通过定涡旋件17的定涡旋壁38与动涡旋件18的动涡旋壁34的接触接合而形成在定涡旋壁38与动涡旋壁34之间。制冷剂通过吸入口28吸入到压缩室19中并且通过压缩室19的体积减小而被压缩。定涡旋件17在其中央处具有排出口39，该排出口39能够与排出室21连通并且设置有用于打开及关闭排出口39的排出阀40。经压缩的制冷剂通过排出口39排出到排出室21中。
电动马达12为三相AC马达。电动马达12包括定子41以及插入该定子41中并固定在旋转轴25上的转子42。转子42具有转子芯43和永磁体(图中未示出)，其中，该转子芯43中具有在旋转轴25的轴向方向上的多个插槽(图中未示出)，该永磁体(图中未示出)插入在相应的插槽(图中未示出)中。定子41具有固定在第一外壳构件14的内壁上的定子芯44以及缠绕在相应的定子芯44上的用于U相、V相以及W相的定子线圈45。绕组线的形成了用于每一相的定子线圈45的一端用作接收电力供应的引线46。
电动马达12由设置在第一外壳构件14外部的驱动电路47的电力供应控制来驱动。驱动电路47具有逆变器单元、各种电气部件以及在其上安装有上述逆变器单元和上述部件的电路板。逆变器单元具有变换装置，该变换装置从涡旋式压缩机10外部接收电力供应并将DC电力转换成AC电力以驱动涡旋式压缩机10。
涡旋式压缩机10包括固定地连接至第一外壳构件14以保护驱动电路47的壳体48。在本实施方式中，驱动电路47和壳体48通过螺栓49固定至第一外壳构件14。第一外壳构件14和壳体48配合以形成密封空间，在该密封空间中布置有驱动电路47以及电连接至该驱动电路47的气密端子50。
在第一外壳构件14中设置有集束块51。气密端子50通过集束块51电连接至来自每一相的定子线圈45的引线46。由此，电动马达12和驱动电路47电连接。当电动马达12的定子线圈45通过气密端子50从驱动电路47供给有AC电力时，转子42旋转并且连接至旋转轴25的压缩机构11被操作。
以下将对用于制造防旋转机构的防旋转环36的方法进行描述。根据本实施方式的防旋转环36根据图4中示出的制造过程制成。在第一步骤中，钢板36A通过按压成型被拉深成第一中间本体36B。铬钼钢(SCM415)用作根据本实施方式的钢板36A的材料。
这种拉深通过图5中示出的按压机52来执行。在设置于按压机52的基部53上的冲头保持件55上安装有圆柱形冲头54。在冲头保持件55的上方设置有用于抑制在钢板36A上形成褶皱的压料圈56。压料圈56的上表面用作在其上放置有坯料或钢板36A的安装表面。压料圈56中具有孔57，冲头54可以穿过该孔57插入，并且压料圈56设置有用于引导压料圈56相对于基部53适当地滑动的引导构件58。引导构件58连接至设置在基部53的下部部分中的减振机构59。压料圈56在没有向下的力施加至压料圈56时放置在最上位置。减振机构59用以抑制压料圈56的迅速下降。在压料圈56提升至最上位置的情况下，压料圈56的上表面定位成略微高于冲头54的上表面。按压机52具有设置在压料圈56的上方并配备有阴模61的竖向可动压头60。该阴模61中具有模腔，该模腔的直径大于冲头54的直径，使得冲头54可以插入阴模61中。
如图5中所示，在拉深步骤中，在将钢板36A安装在压料圈56的上表面上之后，下降压头60，使得阴模61与钢板36A接触并且进一步下降压头60从而将压料圈56和阴模61一起向下推动成使得冲头54被迫穿过下降的阴模61的模腔。结果，钢板36A被冲头54塑性变形成呈有底筒状的前述第一中间本体36B。应当指出的是，在以上拉深步骤中，压头60多次反复致动以用于进行通过推动冲头54而将钢板36A塑性变形成第一中间本体36B的下降操作。
在图4中示出的冲压步骤中，第一中间本体36B的底部通过冲压来移除，以制成呈无底筒状的第二中间本体36C。冲压步骤是通过利用安装在图5的按压机52的压头60上的冲头(图中未示出)来执行的。冲头的外径设定得略微小于第一中间本体36B的孔的内径。在按压机52的基部53上安装有用于支承第一中间本体36B的保持件(图中未示出)。在冲压步骤中，第一中间本体36B的底部是通过如同在拉深过程的情况中下降压头60而由冲头移除的，以制成第二中间本体36C。冲压以移除第一中间本体36B的底部可以通过致动按压机52而仅下降压头60一次来实现。如图6A中所示，通过在与第二中间本体36C的被冲压端部相邻的内周表面中进行冲压而形成毛刺B。
在图4中示出的环成型步骤中，第二中间本体36C形成为完成了的环形。在环成型步骤中，通过冲压形成在第二中间本体36C中的毛刺B被移除以对表面精加工。毛刺B的移除是通过利用环成型模(图中未示出)来实现的。具体地，毛刺B是通过多次穿过第二中间本体36C插入环成型模而逐渐塑性变形的。由于这种环成型操作，第二中间本体36C的从中已经移除毛刺B的部分形成为与第二中间本体36C的内周表面具有相同的直径，由此制成第三中间本体36D。
如图6B中所示，在通过环成型步骤制成的第三中间本体36D的内周表面中沿周向方向形成有小凹槽或模口挤痕(shock line)L。模口挤痕L为未被环成型步骤移除的凹槽，模口挤痕形成在与第三中间本体36D的被冲压端部间隔开与钢板36A的厚度对应的距离的位置处。当环成型步骤完成时，第三中间本体36D的形状完全形成。附带地，第三中间本体36D的尺寸精度与通过机械加工形成的常规防旋转环的尺寸精度基本相同。
在本实施方式中，通过环成型步骤制成的第三中间本体36D通过软氮化来进行热处理。如图4中所示，软氮化为利用氨气和渗碳气体来改善防旋转环36的抗疲劳强度的热处理。软氮化处理通常以相比淬火更低的温度执行。因此，处理对象的由于通过软氮化进行热处理而引起的变形相对较小。应用了软氮化处理的第三中间本体36D完成为最终的防旋转环36。防旋转环36在其内周表面中形成有模口挤痕L。
以下将对具有根据图4中示出的制造过程制成的防旋转环36以及固定销29的防旋转机构进行描述。作为设计条件，在利用了防旋转环36的防旋转机构中，防旋转环36与固定销29之间的相对位置设定成使得模口挤痕L不影响防旋转功能。为了实现该条件，固定销29插入到防旋转环36中达到固定销29的外周表面跨越模口挤痕L的程度。也就是说，固定销29相对于防旋转环36设定成使得固定销29的端部表面与模口挤痕L之间不发生干扰。
具体地，在固定销29定位成使得固定销29的外周表面如图3中所示跨越模口挤痕L的情况下，固定销29的外周表面在动涡旋件18的绕动运动期间保持与防旋转环36的内周表面相对于彼此平行地适当的滑动接触。因此，在图3中示出的情况下，防旋转环36的模口挤痕L不会影响防旋转机构的防止动涡旋件18旋转的防旋转功能。
上述实施方式提供了以下有利效果。
(1)呈有底筒状的第一中间本体36B是通过按压机对钢板36A进行拉深来制成的。圆筒状的第二中间本体36C是通过对第一中间本体36B的底部进行冲压来制成的。第三中间本体36D是通过对第二中间本体36C进行环成型来制成的。防旋转环36是通过对第三中间本体36D进行软氮化来完成的。相比用于通过对金属棒进行机械加工来制造防旋转环的方法，用于从钢板36A制造防旋转环36的方法可以降低制造成本和减少时间。
(2)在固定销29于防旋转环36中插入在固定销29的外周表面跨越防旋转环36的内周表面中的模口挤痕L的位置处的情况下，固定销29的外周表面与防旋转环36的除模口挤痕L以外的内周表面滑动接触。因此，尽管在防旋转环36的内周表面中存在模口挤痕L，但是防旋转环36的内周表面也可以保持与固定销29的外周表面平行。此外，制造过程中形成的模口挤痕L不会影响防旋转机构的功能。由此，可以使用根据包括拉深过程的制造方法制成的防旋转环36。
(3)通过将软氮化作为热处理而完成的防旋转环36可以提高与固定销29滑动接触所需的表面硬度和磨损特性。由于第三中间本体36D的热处理以低温度执行，因此可以抑制第三中间本体36D的由于热处理而引起的变形，并且从而省去了用于通过抛光等来移除该变形的额外过程，因此可以减少用于制造防旋转环36的时间。
(4)由于防旋转环36根据包括拉深过程的制造方法制成，因此相比用于通过机械加工制造防旋转环的方法，可以提高材料利用率。
第二实施方式
以下将对根据本发明的第二实施方式的涡旋式压缩机的防旋转机构进行描述。根据本发明的第二实施方式的防旋转机构与第一实施方式的不同之处在于：根据第二实施方式的防旋转机构包括压配合在动涡旋件18的动基板33中并朝向轴支承构件24突出的多个可动销72、以及固定销29和防旋转环36。在描述第一实施方式中使用的附图标记将用以表示第二实施方式的类似元件或部件，并且省去对其的描述。
参照图7，在动基板33中在与动基板33的周缘相邻的位置处形成有多个孔71(图7中仅示出了一个孔)。可动销72通过压配合而固定在相应的孔71中并朝向轴支承构件24突出。可动销72和固定销29设置成使得其轴线彼此平行地延伸。防旋转环36设置成分别覆盖可动销72和固定销29的突出端部的外周。可动销72和固定销29中的每一者对应于与相应的防旋转环36的内周表面滑动接触的根据本发明的销。
根据本发明的第二实施方式的防旋转机构包括防旋转环36、固定销29以及可动销72，并且防止了动涡旋件18的旋转。因此，动涡旋件18绕轴线P绕动而不绕其轴线旋转。
如图7中所示，在本发明的第二实施方式中，可动销72插入到防旋转环36中且其外周表面跨越防旋转环36中的模块挤痕L。也就是说，可动销72在防旋转环36的内周表面中的位置设定成使得在可动销72的端部与模块挤痕L之间不发生干扰。因此，可动销72和固定销29沿其轴向方向插入且可动销72的外周表面和固定销29的外周表面跨越防旋转环36中的模块挤痕L。
在本发明的第二实施方式中，固定销29和可动销72插入至防旋转环36中的如下位置，固定销29的外周表面和可动销72的外周表面在该位置跨越防旋转环36中的模块挤痕L。在固定销29和可动销72的这种布置中，固定销29的外周表面和可动销72的外周表面与防旋转环36的除模块挤痕L以外的内周表面滑动接触。因此，尽管在防旋转环36的内周表面中存在模口挤痕L，但是防旋转环36的内周表面也可以保持与固定销29的外周表面和可动销72的外周表面平行。此外，模口挤痕L不会影响防旋转机构的功能。由此，可以使用第二实施方式的根据包括拉深过程的制造过程制成的防旋转环36。
本发明不限于上述实施方式，而是可以在本发明的范围内作出如以下例示的不同的修改或实施。
尽管用于上述实施方式的防旋转环36的钢板由铬钼钢(SCM415)制成，但是用于防旋转环36的钢板也可以由诸如SCM435或SCM414之类的任何其他铬钼钢制成。此外，用于防旋转环36的钢板可以由诸如不同于铬钼钢的冷轧钢(SPCC)、碳素钢(SC)或高碳铬轴承钢(SUJ2)之类的能够用于拉深的钢板制成。尽管上述实施方式的防旋转环36将软氮化处理应用为热处理，但是热处理不限于软氮化处理。例如，渗氮化处理也可以应用为热处理。热处理的目的在于改善防旋转环36的表面硬度和耐磨性。在环成型步骤之后形成的第三中间本体36D应当优选地应用尽可能少地引起热应力的热处理。尽管上述实施方式的涡旋式压缩机具有六个防旋转机构，但是设置在涡旋式压缩中的防旋转机构的数目应当优选地为四个或更多个。

Claims (3)

1.一种用于制造涡旋式压缩机(10)的防旋转环(36)的方法，其中，所述防旋转环(36)由金属制成并且设置在防旋转机构中，以防止动涡旋件(18)绕其自身的轴线旋转，
其特征在于包括以下步骤：
通过按压对钢板(36A)进行拉深，从而制成呈有底筒状的第一中间本体(36B)；
对所述第一中间本体(36B)的底部进行冲压，从而制成第二中间本体(36C)；以及
对所述第二中间本体(36C)进行环成型。
2.根据权利要求1所述的用于制造所述防旋转环(36)的方法，还包括以下步骤：
对在环成型之后形成的第三中间本体(36D)进行热处理。
3.一种涡旋式压缩机(10)的防旋转机构，所述防旋转机构包括：
防旋转环(36)，所述防旋转环(36)通过根据权利要求1或权利要求2所述的用于制造所述涡旋式压缩机(10)的所述防旋转环(36)的方法制成；以及
销(29、72)，所述销(29、72)插入到所述防旋转环(36)中并且与所述防旋转环(36)的内周表面滑动接触，其中，在制造过程中沿周向方向在所述防旋转环(36)的所述内周表面中形成有模口挤痕(L)，其中，所述销(29、72)的外周表面沿所述销(29、72)的轴向方向插入在所述销(29、72)的所述外周表面跨越所述防旋转环(36)中的所述模口挤痕(L)的位置处。
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