CN106104024B - 轴承和涡旋式流体机器 - Google Patents

Abstract

轴承(11)具有基材(110)和涂覆层(111)。曲柄轴(13)被容纳在基材(110)的内周面侧上。基材(110)的内周面涂覆有涂覆层(111)。涂覆层(111)通过进行表面处理而形成，其中，在将厚度为t的树脂施加到基材(110)的内周面侧并且被干燥之后，多个凹槽(C)被设置到树脂的表面上以与曲柄轴(13)方向相交。形成在相邻凹槽(C)之间的峰部(B)与曲柄轴(13)的外周面接触而支撑曲柄轴(13)。相对于曲柄轴(13)方向来说位于轴承(11)的中央处的峰部(B)的宽度与位于端部处的峰部(B)的宽度不同。

Description

轴承和涡旋式流体机器

技术领域

本发明涉及一种用于抑制涡旋式流体机器等中使用的轴承的磨损和咬死的技术。

背景技术

已经考虑了一种用于抑制涡旋式机器等中使用的轴承的磨损和咬死的技术。专利文献1公开了一种具有轴承的涡旋压缩机，该轴承涂覆有其中沉积有碳颗粒的树脂层。专利文献2公开了一种滑动轴承，该滑动轴承具有轴承合金层、涂覆轴承合金层的表面的中间层和涂覆中间层的表面的覆盖层，并且允许保留在设置于轴承合金层中的环状凹槽的凹部中的覆盖层和中间层以及轴承合金层的峰部在从覆盖层的表面侧磨损时暴露出，该峰部的高度和覆盖层的厚度被设置在预定范围内。

引用列表

专利文献

专利文献1：美国专利No.6099278

专利文献2：日本专利No.2974044

发明内容

技术问题

顺便提及，由于偏压接触，在相对于轴的载荷点仅在一侧支撑轴的轴承中，换言之，在使轴悬置的轴承中，可能发生磨损和咬死。在其中涡旋构件利用轴旋转的涡旋式流体机器中轴承的磨损和咬死尤其成问题。此外，即使在轴的载荷点的两侧支撑轴的轴承的情况下，与用于发动机等的轴承一样，也有在载荷较高时轴变形或扭曲的情况，从而导致偏压接触，并且在轴承中有时发生磨损和咬死。

对于专利文献1中公开的技术，已经存在的问题在于，沉积有碳颗粒的树脂层与轴的整个外周面接触，因此轴和轴承之间的接触面积与在树脂层中设置凹槽的情况相比更大，因此轴旋转时的阻力也更大。此外，对于在专利文献2中描述的技术，已经存在的问题在于，如果假定覆盖层磨损而使轴从早期阶段就倾斜，则难以获得油膜并抑制磨损。

本发明的目的是抑制轴承的磨损和咬死，而不管轴是否在初始状态中就倾斜。

解决问题的方案

为了解决上述问题，根据本发明的轴承包括：用于在内周面侧上容纳轴的管状构件；以及涂覆所述内周面的涂覆层，多个凹槽在该涂覆层中设置成与所述轴的方向相交，并且形成在相邻凹槽之间的峰部与所述轴的外周面接触而支撑所述轴，其中在所述方向上位于中央处的峰部的厚度和在所述方向上位于端部处的峰部的厚度不同。

在所述方向上位于中央处的峰部的厚度可以比在所述方向上位于端部处的峰部的厚度厚。此外，在所述方向上位于中央处的峰部的厚度可以比在所述方向上位于端部处的峰部的厚度薄。

此外，与所述峰部的厚度之间的差的最大值相比，所述凹槽的最薄部分的厚度之间的差的最大值可以较小。

此外，在所述方向上位于中央处和位于端部处的凹槽的间隔可以彼此不同。

此外，优选的是，所述凹槽的最薄部分的厚度之间的差的最大值小于所述轴的直径公差。

此外，优选的是，在所述涂覆层中存在这样一个区域，在该区域中，随着接近所述方向上的端部，所述凹槽的间隔变窄，并且所述峰部变浅。

此外，根据本发明的涡旋式流体机器包括：以上描述的轴承；由所述轴承支撑的轴；用于使所述轴旋转的马达；固定的涡旋构件，该固定的涡旋构件设置有螺旋形叶片并且被固定至壳体；以及可动的涡旋构件，该可动的涡旋构件设置有螺旋方向与所述固定的涡旋构件的所述叶片的螺旋方向相反的螺旋形叶片，所述可动的涡旋构件与所述固定的涡旋构件一起形成压缩腔室，并且通过所述轴而旋转。

发明的有益效果

根据本发明，可以抑制轴承的磨损和咬死，而不管轴在初始状态下是否倾斜。

附图说明

图1是示出了根据一个实施方式的涡旋式压缩机的概要的部分剖视图；

图2是用于图示曲柄轴相对于轴承的取向的图；

图3是用于图示在图2所示的区域R中的涂覆层的概念图；

图4是示出了在从轴承的一端到另一端以相同间隔形成凹槽的情况下的涂覆层的图；

图5是用于图示在曲柄轴相对于图4所示的轴承倾斜并且与该轴承接触的情况下的涂覆层的图；

图6是用于图示根据修改示例的形成凹槽的方法的图；

图7是用于图示根据修改示例的涂覆层的内周面的图。

附图标记列表

1 涡旋式压缩机

11 轴承

110 基材

111 涂覆层

13 曲柄轴

13A 曲柄销

2 壳体

3 马达

4 抽吸管

5 腔室

6 排放管

7 固定的涡旋构件

8 可动的涡旋构件

8A 销支撑件

91 轴承

910 基材

911 涂覆层

B 峰部

B1至B5 接触表面

C 凹槽

F0至F4 表面

h0至h5 深度

O11 中心线

O13 中心线

R0至R3 区域

T 厚度

具体实施方式

1.实施方式(涡旋式压缩机的结构)

下面，将描述根据本发明的一个实施方式的涡旋式压缩机1的结构。在图中，布置涡旋式压缩机1的部件的空间被表示xyz右手坐标空间。在附图中所示的坐标符号中，通过在白色圆圈的中间绘制黑色圆圈获得的符号是从附图的远侧面向前的箭头。在该空间中沿着x轴的方向被称为x轴方向。另外，在x轴方向上，x分量增加的方向被称为+x方向，而x分量减小的方向被称为-x方向。对于y和z分量来说，也根据以上定义来限定y轴方向、+y方向、-y方向、z轴方向、+z方向和-z方向。

图1是示出了涡旋式压缩机1的概要的部分剖视图。涡旋式压缩机1是一种根据本发明的涡旋式流体机器，并且例如用于压缩车用、家用、铁路用或商用的空调器中的诸如冷却剂气体之类的气体。

涡旋式压缩机1包括具有两个封闭端的筒状壳体2。在附图中，壳体2的中心沿着z轴布置。+z方向为向下方向，而-z方向为向上方向。

抽吸空气的抽吸管4设置在壳体2上方(-z方向)，并且排出存储在壳体2内的腔室5中的压缩气体的出口管6设置在壳体2的侧表面上。此外，固定至壳体2的轴承11和被支撑成由于轴承11而能够旋转的曲柄轴13在近似沿着z轴的方向上布置在壳体2内。

设置有螺旋形叶片的固定的涡旋构件7固定在涡旋式压缩机1的壳体2内的上部中。设置有螺旋形叶片(其螺旋方向与固定的涡旋构件7的叶片的螺旋方向相反)的可动的涡旋构件8布置在固定的涡旋构件7的下方，从而与固定的涡旋构件7对置。可动的涡旋构件8与固定的涡旋构件7一起形成压缩腔室。

偏心的曲柄销13A被包括在曲柄轴13的上部中。当曲柄轴13被设置在壳体2中的马达3驱动而旋转时，曲柄销13A转动。曲柄销13A被容纳在设置在可动的涡旋构件8的下侧上的销支撑件8A中，并且可动的涡旋构件8由于曲柄销13A转动而转动。

当可动的涡旋构件8转动时，通过抽吸管4吸入的空气流入由可动的涡旋构件8和固定的涡旋构件7形成的压缩腔室，被压缩，并且被存储在腔室5中。之后，涡旋式压缩机1将存储在腔室5中的压缩空气从排放管6排出到外部。

图2是用于图示曲柄轴13相对于销支撑件11的取向的图。如图2中所示，轴承11包括基材110和涂覆层111。基材110具有管状部分，该管状部分具有位于其顶部和底部处的开口，并且在该管状部分的开口部分中，曲柄室的壁与位于上侧的开口部分一体地形成。基材110可以由铸铁形成，或者可以通过在各种类型的材料诸如铝和不锈钢上执行各种类型的机加工诸如烧结、锻造、切割、挤压和焊接而形成。此外，基材110可以由陶瓷构成。基材110在内周面侧容纳曲柄轴13。

以上描述的基材110的管状部分的内周面被涂覆层111涂覆。例如，涂覆层111含有作为粘合剂树脂的聚酰胺-酰亚胺基树脂、聚酰亚胺基树脂、通过这些树脂的二异氰酸酯改性、BPDA改性和砜改性获得的树脂、环氧树脂、聚醚醚酮树脂、苯酚树脂、聚酰胺和弹性体中的一种或多种。此外，例如，涂覆层111可以含有作为固体润滑剂的石墨、碳、二硫化钼、聚四氟乙烯、氮化硼、二硫化钨、氟基树脂和软金属(例如，Sn、Bi等)中的一种或多种。

轴承11是这样的以致于曲柄室的壁被固定至壳体2，并且壳体2的中心和轴承11的中心在公差内彼此重合。另一方面，为了转动曲柄销13A，曲柄轴13的中心相对于轴承11的中心倾斜。例如，如图2所示，曲柄轴13的中心线O13相对于轴承11的中心线O11倾斜角度θ。注意，在图2所示的示例中，为了便于描述，将角度θ示出为比其实际更大。因为曲柄轴13相对于轴承11倾斜，所以曲柄轴13与轴承11的内周面接触的强度在z轴方向上被略微偏置。

图3是用于图示在图2中所示的区域R中的涂覆层111的概念图。图3所示的横截面图示出了在使用垂直于x轴方向并且穿过图2中所示的中心线O11的平面在区域R处切割轴承11的情况下的剖视图。在图3中，+z方向是图1和图2的向下方向，而-y方向是远离轴承11的中心线O11移动的方向。基材110的内周面侧(图3中的+y方向侧)涂覆有厚度为t的树脂，该树脂是干燥的，并且之后执行表面处理而在树脂的表面上设置多个凹槽C，从而与曲柄轴13的方向相交，由此形成涂覆层111。凹槽C具有类似于U形或半圆形横截面形状，该横截面形状的宽度在较深位置处较小，并且该横截面形状的宽度越接近底部越迅速地变化。注意，为了简化描述，图3中所示的涂覆层111的剖视图被示出为使得附图中的垂直方向(y轴方向)与实际涂覆层111相比延长了。

通过在经受表面处理之前沿着涂覆层111的表面移动切割工具的刀片顶端而形成凹槽C。注意，轴承11可以一体地形成，但是其也可以通过将由穿过中心线O11的若干平面等划分成两个或更多个部分的材料组合而获得。此外，轴承11可以在表面处理之前形成为筒状形状，但是其还可以在表面处理之后形成为筒状形状。

凹槽C的宽度w是凹槽C的深度h处的宽度。在图3所示的区域R0中，两个相邻凹槽C之间的间隔p0相同，并且例如为0.1至0.15mm。凹槽C之间的间隔是连接凹槽C的中心的线段的长度。深度h例如是1到20μm。这里，凹槽C的中心是凹槽C的最薄部分，并且在区域R0中，其厚度是(t-h)。形成在相邻的凹槽C之间的峰部B与曲柄轴13的外周面接触以支撑曲柄轴13。

在图3所示的区域R0中，凹槽C的宽度w与凹槽C的间隔p0相同。在这种情况下，涂覆层111的初始表面由于在形成凹槽C的步骤中被切掉而不再留下，或者仅仅在形成于相邻凹槽C之间的峰部B的远端处留下。因为所述远端尖锐并且与曲柄轴13的外周面的接触面积较小，因此减少了曲柄轴13在涂覆层111上的摩擦阻力。此外，因为与曲柄轴13的外周面接触的峰部B的远端尖锐，容易导致弹性变形并且容易在曲柄轴13和弹性变形的峰部B之间形成润滑油的油膜，因此提高了接触部分的气密性。

在区域R0中，峰部B的远端处的涂覆层111的厚度相同，这是因为该厚度是形成凹槽C之前涂覆层111的厚度t。因而，在区域R0中，通过连接峰部B的远端获得的表面F0形成了以图2中所示的中心线O11为中心的周面。如果曲柄轴13的中心线O13和轴承11的中心线O11彼此重合，则曲柄轴13的外周面和表面F0不偏压接触，并且曲柄轴13与涂覆层111接触的强度不大可能在z轴方向上被偏置。

另一方面，在图3所示的区域R1中，凹槽C的间隔不是恒定的。在区域R1中，凹槽C形成为使得该间隔随着在+z方向上行进而减小。例如，在区域R1中，凹槽C的间隔是间隔p1、p2、p3、p4、p5、p6，…，这些间隔在+z方向上以所述顺序排列，并且这些间隔和区域R0的间隔p0之间的大小关系使得满足p0>p1>p2>p3>p4>p5>p6。由于该原因，区域R1中的凹槽C使得相邻凹槽C之间的距离较小，形成在凹槽C之间的峰部B被较大程度地切割，并且峰部B的厚度随着它们在+z方向上越远而越小。因而，在区域R1中，通过连接峰部B的远端获得的表面F1形成了以图2中所示的中心线O13为中心的周面。换言之，在区域R1中，形成了表面F1，该表面F1与曲柄轴13的外周面相符并且相对于轴承11的基材110倾斜。在这种情况下，区域R1是这样的区域，在该区域中，随着接近轴承11在沿着曲柄轴13的方向上的端部，凹槽C之间的间隔越小而峰部B越薄。

注意，凹槽C的中心和基材110的中心之间的距离保持恒定，即使凹槽C的间隔在图3所示的区域R1中在+z方向上减小也是如此，并且因此，通过连接凹槽C的最薄部分获得表面F2使得轴承11的中心线O11和表面F2之间的距离在区域R0和R1中都相同。换言之，凹槽C的最薄部分的厚度在区域R0和区域R1中均是(t-h)。

这里，因为在形成凹槽C的同时产生误差，严格地说，凹槽C的最薄部分的厚度与(t-h)并非总是一致。然而，在该实施方式中，形成了相对于表面F0倾斜的表面F1，且因此凹槽C的最薄部分的厚度之间的差的最大值与在整个区域R0和区域R1上峰部的厚度之间的差的最大值相比至少较小。

此外，可以使凹槽C的最薄部分的厚度之间的差的最大值比曲柄轴13的直径公差小。通过将凹槽C的最薄部分的厚度构造成在整个z轴方向上近似相同，在z轴方向上涂覆层111的强度不太可能出现差异。

图4是示出了在从轴承的一端到另一端凹槽C以相同间隔p0和相同深度h形成的情况下的涂覆层的图。图4中所示的轴承91包括与上述基材110对应的基材910以及与涂覆层111对应的涂覆层911，并且具有与上述轴承11相同的构造，不过凹槽C之间的间隔p0和深度h在z轴方向上的任何位置都相同。对于轴承91来说，凹槽C之间的间隔p0和凹槽C的深度h都相同，且因此峰部B的厚度也相同。

图5是用于图示在曲柄轴相对于图4中所示的轴承91倾斜的情况下的涂覆层911的图。曲柄轴在表面F3处与涂覆层911接触，该表面F3相对于连接峰部B的远端的表面F0倾斜角度θ。因而，因为曲柄轴与轴承91偏压接触，因此在涂覆层911中产生了与曲柄轴剧烈接触的区域R2以及进行接触的力与区域R2中相比较弱的区域R0。在区域R2中，曲柄轴进行强烈的接触，因此峰部B被切掉，从而出现了接触表面B1、B2、B3、B4和B5。其表面面积在+z方向上增加，因此摩擦损失增加，并且与图3中的涂覆层111(其中峰部B的远端与曲柄轴接触)相比更容易变热。另外，由于润滑油难以保持在接触表面B1至B5处，较不可能在曲柄轴和涂覆层911之间获得油膜，并且更容易发生咬死。

另一方面，如果曲柄轴13不倾斜，在图3中所示的涂覆层111使得峰部B的远端与曲柄轴13在区域R0中接触，并且如果曲柄轴13倾斜，则峰部B的远端与曲柄轴13在区域R1中接触，因此，与图5中所示的涂覆层911相比摩擦损失较小，容易保持润滑油，并且抑制了发热和咬合。

2.修改示例

尽管以上描述了一个实施方式，但是可以对该实施方式的内容进行如下修改。另外，如下修改示例可以进行组合。

2-1.将适用的设备

在以上描述的实施方式中，作为应用涡旋式压缩机1的设备给出了车用、家用或商用的空调器，但是涡旋式压缩机1可以应用于冷冻机器、制冷设备等，并且还可以应用于各种类型的设备，诸如水温调节器、恒温器、恒湿器、涂装设备、粉末输送设备、食品处理设备和空气分离设备。

此外，在以上描述的实施方式中，轴承11被应用于涡旋式压缩机1，但是该轴承还可以应用于各种类型的涡旋式流体机器，例如风扇、膨胀器、增压器和发电机。例如，如果应用于膨胀器，则使可动的涡旋构件8相对于固定的涡旋构件7在与上述旋转方向相反的方向上旋转就足够了。因而，由涡旋式流体机器处理的气体流入由涡旋构件包围的空间中，被膨胀，并且在与上述输入方向相反的方向上排出。

此外，上述轴承11可以应用于涡旋式流体机器以外的机器，诸如例如内燃发动机。由轴承11支撑的轴不限于曲柄轴并且不限于悬置的轴。

2-2.凹槽形成装置

在以上描述的实施方式中，凹槽C是通过沿着树脂层的表面移动切割工具的刀片顶端并将树脂层切断而形成的，但是用于形成凹槽C的装置不限于此。例如，凹槽C可以使用蚀刻、辊等形成。此外，插置在相邻峰部B之间的凹槽C可以通过使用三维打印等在涂覆基材110的内周面的树脂中形成多个峰部B来形成。

2-3.凹槽间隔

在以上描述的实施方式中，存在区域R1，在该区域R1中，随着接近沿着曲柄轴13的方向上的端部，凹槽C的间隔减小，并且插置在相邻凹槽C之间的峰部的远端变薄，但是在沿着曲柄轴13的方向上的中央和端部处的凹槽C的间隔彼此不同就足够了。例如，涂覆层111可以被构造成使得位于端部的两个相邻凹槽C之间的间隔与其它凹槽C之间的间隔不同。因而，因为具有不同厚度的峰部B在沿着曲柄轴13的方向上的中央和端部处形成在相邻凹槽C之间，所以由于曲柄轴13与轴承11偏压接触而发生磨损和咬死的可能性降低。

此外，凹槽C可以被构造成使得凹槽C的间隔在端部附近不减小。图6是根据修改示例的用于图示形成凹槽C的方法的图。图6所示的区域R3是位于轴承11中在沿着曲柄轴13的方向上的端部附近的区域，所述端部在+z方向上。凹槽C之间的间隔p0对于区域R0和区域R3来说都相同。

另一方面，对于图6中所示的轴承11，凹槽C的深度在区域R3中在+z方向上增加(变深)。例如，在区域R3中，凹槽C的深度是h1、h2、h3、h4、h5，…，这些深度以所述顺序在+z方向上排列，并且这些深度和区域R0中的深度h0之间的大小关系使得满足h0≤h1<h2<h3<h4<h5。由于该原因，在区域R1中，形成在凹槽C之间的峰部B的位置在+z方向上变深(即，更接近基材110)。因而，在区域R3中，形成了相对于轴承11的基材110倾斜的沿着曲柄轴13的外周面的表面F1。因而，减小了由于曲柄轴13与轴承11偏压接触而发生磨损和咬死的可能性。

注意，因为图6中所示的区域R3中的凹槽C的深度在+z方向上增加，因此凹槽C和基材110的中心之间的距离减小。换言之，在区域R3中，通过连接凹槽C的最薄部分获得的表面F4相对于区域R0中的表面F2倾斜。

2-4.连接峰部的表面

在以上描述的实施方式中，通过连接峰部B的远端获得的表面被形成为使得轴承11只有一端诸如例如在+z方向上的一端相对于轴承11的中心线O11倾斜，但是该表面可以形成为使得两端相对于轴承11的中心线O11均倾斜。此外，当利用穿过中心线O11的平面切割时该表面F1是线性的，但是表面F1可以是弯曲的。简言之，位于曲柄轴13的方向上的中央处的峰部B的厚度与位于端部处的峰部B的厚度不同就足够了。

图7是根据修改示例的用于图示涂覆层的内周面的图。在图7中的(a)中，轴承11a与轴承11相同，不过涂覆层111a设置在以上描述的实施方式的基材110的内周面侧上。涂覆层111a与上述涂覆层111的不同之处在于其在轴承11a的+z方向和-z方向上的两个端部处都包括上述表面F1。此外，涂覆层111a的表面F1具有在被穿过中心线O11的平面切割时在+y方向上凸出的弯曲形状。也就是说，在图7中的(a)所示的示例中，位于曲柄轴13的方向上的中央处的峰部B的厚度比位于端部处的峰部B的厚度大。这是其中位于曲柄轴13的方向上的中央处的峰部B的厚度与位于曲柄轴13的方向上的端部处的峰部B的厚度不同的模式的示例。

通过该构造，即使曲柄轴13相对于轴承11a的中心线顺时针或逆时针倾斜，曲柄轴13也被支撑在表面F1上的位置处，因此与不具有该构造的情况相比，抑制了轴承11a的发热和咬死。

此外，在图7中的(b)中，轴承11b与轴承11相同，不过涂覆层111b设置在以上描述的实施方式中的基材110的内周面侧上。涂覆层111b与上述涂覆层111a的相同之处在于，在轴承11b的+z方向和-z方向上的两端上都包含上述表面F1，但是涂覆层111b的表面F1具有当被穿过中心线O11的平面切割时在+y方向上凸出的弯曲形状。也就是说，在图7中的(b)所示的该示例中，位于曲柄轴13的方向上的中央处的峰部B的厚度小于位于端部处的峰部B的厚度。这是其中位于曲柄轴13的方向上的中央处的峰部B的厚度与位于曲柄轴13的方向上的端部处的峰部B的厚度不同的模式的示例。

对于该构造，有可能因为曲柄轴13与涂覆层111b的端部强烈接触而发生磨损，但是由于润滑油不太可能从两端泄漏并且润滑油容易保持在轴承11b和曲柄轴13之间，所以与不包括该构造的情况相比抑制了轴承11b的发热和咬死。

Claims (5)

1.一种轴承，该轴承包括：

用于在内周面侧上容纳轴的管状构件；以及

涂覆所述内周面的涂覆层，多个凹槽在该涂覆层中设置成与所述轴的轴向方向相交，并且形成在相邻凹槽之间的峰部与所述轴的外周面接触而支撑所述轴，

其中从所述内周面到在所述轴向方向上位于中央处的峰部的顶部的厚度大于从所述内周面到在所述轴向方向上位于端部处的峰部的顶部的厚度，

其中在平行于所述轴的轴向方向的横截面中，所述轴承具有第一区域和第二区域，在所述第一区域中，连接所述峰部的顶部的线平行于所述内周面，在所述第二区域中，连接所述峰部的顶部的线朝向边缘渐缩，

其中在所述第一区域中，所述多个凹槽的间隔是恒定的；并且

其中在所述第二区域中，所述多个凹槽的间隔随着接近所述轴向方向上的端部而逐渐变窄。

2.根据权利要求1所述的轴承，其中与所述峰部的厚度之间的差的最大值相比，所述凹槽的最薄部分的厚度之间的差的最大值较小。

3.根据权利要求1或2所述的轴承，其中在所述轴向方向上位于中央处和位于端部处的凹槽的间隔彼此不同。

4.根据权利要求1或2所述的轴承，其中所述凹槽的最薄部分的厚度之间的差的最大值小于所述轴的直径公差。

5.一种涡旋式流体机器，该涡旋式流体机器包括：

根据权利要求1至4中任一项所述的轴承；

由所述轴承支撑的轴；

用于使所述轴旋转的马达；

固定的涡旋构件，该固定的涡旋构件设置有螺旋形叶片并且被固定至壳体；以及

可动的涡旋构件，该可动的涡旋构件设置有螺旋方向与所述固定的涡旋构件的所述叶片的螺旋方向相反的螺旋形叶片，所述可动的涡旋构件与所述固定的涡旋构件一起形成压缩腔室，并且通过所述轴而旋转。