CN107709847B - 活塞组件 - Google Patents

Abstract

活塞组件可包括活塞杆和布置在活塞杆上的活塞。活塞可包括限定用于接纳活塞杆的通孔的框架端盖，并且框架端盖可形成活塞的第一端部。活塞可包括限定用于接纳活塞杆的通孔的外端盖，并且外端盖可形成活塞的第二端部。活塞还可包括限定用于接纳活塞杆的通孔的中心支撑件。中心支撑件可布置在框架端盖和外端盖之间，并且活塞杆的外表面和中心支撑件的内周向表面可限定径向间隙。

Description

活塞组件

相关申请的交叉引用

本申请要求在2014年12月23日提交的具有序列号62/096,068的美国临时专利申请和在2015年12月7日提交的具有序列号14/960,816的美国实用专利申请的优先权。上述专利申请在与本申请一致的程度上通过引用整体并入本申请中。

背景技术

常规的活塞组件通常可用于各种应用和工业工艺（例如，往复式压缩机，发动机，泵等），其可将活塞组件及其部件暴露于极端的操作条件（例如，高温，高摩擦，高机械应力等）。活塞组件及其部件暴露于极端操作条件常常可能会损害活塞组件的一个或多个原始设备制造商（OEM）部件的结构完整性。例如，往复式压缩机的常规活塞组件可包括三件式活塞，其与杆联接并且构造成在往复式压缩机的活塞室内被致动。三件式活塞在活塞室内的致动可能导致三件式活塞的一个或多个工件（例如，承载环或套筒）的擦伤或磨损。

鉴于上述情况，常规活塞组件的OEM部件通常可被改进的售后部件替代以延长活塞组件的使用寿命。然而，常规活塞组件的设计和/或构造可能会限制用改进的售后部件代替OEM部件的能力。例如，常规活塞组件中的杆可能需要至少三个平台（land）以充分对齐和支撑三件式活塞的相应工件。

那么，需要一种改进的活塞组件和用于替换其部件的方法。

发明内容

在一个实施例中，活塞组件可包括活塞杆和布置在活塞杆上的活塞。活塞可包括限定用于接纳活塞杆的通孔的框架端盖，并且框架端盖可形成活塞的第一端部。活塞可包括限定用于接纳活塞杆的通孔的外端盖，并且外端盖可形成活塞的第二端部。活塞还可包括限定用于接纳活塞杆的通孔的中心支撑件。中心支撑件可布置在框架端盖和外端盖之间，并且活塞杆的外表面和中心支撑件的内周向表面可在它们之间限定径向间隙。

在一个实施例中，活塞组件可包括活塞杆和定位在活塞杆上的活塞。活塞杆可包括布置在其相对的轴向端部之间的第一平台和第二平台。活塞可包括分别形成活塞的第一端部和第二端部的第一端盖和第二端盖。第一端盖可由第一平台支撑，并且第二端盖可由第二平台支撑。活塞还可包括布置在第一端盖和第二端盖之间的中心支撑件。第一平台或第二平台可能不支撑中心支撑件。

在一个实施例中，活塞组件可包括活塞杆和活塞。活塞杆可包括布置在其相对的轴向端部之间的第一平台和第二平台。活塞可包括限定用于接纳活塞杆的通孔的框架端盖。框架端盖可包括具有定位在其上的周向凹部的内圆筒表面，并且框架端盖可形成活塞的第一端部，其可由活塞杆的第一平台支撑。活塞可包括限定用于接纳活塞杆的通孔的外端盖，并且外端盖可形成活塞的第二端部。外端盖可由活塞杆的第二平台支撑。活塞还可包括限定用于接纳活塞杆的通孔的中心支撑件。中心支撑件可包括构造成布置在框架端盖的周向凹部中的套筒，其中，中心支撑件的内周向表面和活塞杆的外表面可在它们之间限定径向间隙。

附图说明

当与附图一起阅读时，从以下详细描述中可最好地理解本公开。要强调的是，按照行业中的标准做法，未按比例绘制各种特征。事实上，为了清楚的讨论，各种特征的尺寸可任意增加或减少。

图1A示出根据本文公开的一个或多个实施例的示例性活塞组件的横截面示意图。

图1B是根据本文公开的一个或多个实施例的图1A中所示的活塞组件的一部分的特写视图。

图2是根据本文公开的一个或多个实施例的图1A-1B中所示的活塞组件的分解视图。

具体实施方式

应当理解，以下公开描述了用于实现本发明的不同特征、结构或功能的若干示例性实施例。在下面描述部件、布置和构造的示例性实施例以简化本公开；然而，这些示例性实施例仅作为示例提供，并且不旨在限制本发明的范围。另外，本公开可在各种示例性实施例中和本文提供的附图中重复附图标记和/或字母。这种重复是出于简单和清楚的目的，并且本身并不表示各种附图中讨论的各种示例性实施例和/或构造之间的关系。此外，在下面的描述中在第二特征之上或上方形成第一特征可包括其中第一和第二特征形成为直接接触的实施例，并且还可包括其中额外特征可形成为介于第一和第二特征之间，使得第一和第二特征可能不直接接触的实施例。最后，下面呈现的示例性实施例可以以任何方式的组合来组合，即来自一个示例性实施例的任何元件可在任何其它示例性实施例中使用，而不脱离本公开的范围。

另外，贯穿以下描述和权利要求书使用某些术语以指代特定的部件。如本领域技术人员将理解的，各种实体可通过不同的名称指代相同的部件，并且因此，本文所述的元件的命名约定不旨在限制本发明的范围，除非本文另有具体限定。此外，本文使用的命名约定不旨在区分在名称上而不是功能上不同的部件。此外，在下面的讨论和权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放的方式使用，且因此应被解释为意味着“包括但不限于”。本公开中的所有数值可以是精确值或近似值，除非另有具体说明。因此，在不脱离预期范围的情况下，本公开的各种实施例可能偏离本文所公开的数字、值和范围。还应当理解，本文所用的术语“约”与数字一起指代该数值的+/- 5％（含）的值、该数值的+/- 10％（含）的值，或该数值的+/- 15％（含）的值。还应当理解，当本文公开数值范围时，还具体公开了落入该范围内的任何数值。此外，如在权利要求或说明书中使用的，术语“或”旨在包括排他性和包容性两种情况，即“A或B”旨在与“A和B中的至少一个”同义，除非另有明确说明。

图1A示出根据一个或多个实施例的示例性活塞组件110的横截面示意图。图1B示出根据一个或多个实施例的图1A的活塞组件10的放大视图。活塞组件10可包括与活塞杆20联接的一个或多个活塞50（示出一个）。活塞50可以是多件式活塞。例如，如图1A所示，活塞50可以是包括框架端盖52、中心支撑件70和外端盖90的三件式活塞。

具有纵向轴线的活塞杆20可包括具有第一轴向端部22和第二轴向端部24的大致圆筒形的主体25。活塞杆20可与靠近其第一轴向端部22的发动机、泵或压缩机联接。如图1A中所示的，活塞50可定位成靠近活塞杆20的第二轴向端部24并连接到活塞杆20。活塞杆20的主体25可包括布置在其第一轴向端部22和第二轴向端部24之间的第一部分21。主体25还可包括邻近主体25的第一部分21布置的肩部27。肩部27可构造成将活塞50轴向地定位成靠近活塞杆20的第二轴向端部24。在一个实施例中，第一部分21的直径23和肩部27的直径28可以是大致相等的。在另一个实施例中，肩部27的直径28可相对地大于第一部分21的直径23。

在图1B的特写剖视图中更清楚地示出，活塞杆20的主体25可包括邻近肩部27并且靠近活塞杆20的第二轴向端部24的周向凹槽34。周向凹槽34可具有相对地小于肩部27的直径28的直径35。周向凹槽34的直径35也可相对地小于活塞杆20的第一部分21的直径23。周向凹槽34可构造成接纳套环42。

如图1B中所示的，活塞杆20的主体25可包括靠近活塞杆20的第二轴向端部24的第一平台36。第一平台36可邻近周向凹槽34布置。第一平台36可具有相对地大于周向凹槽34的直径35的直径37。第一平台36的直径37也可相对地小于肩部27的直径28。第一平台36可构造成至少部分地支撑活塞50的框架端盖52。第一平台36还可构造成至少部分地支撑套环42。

活塞杆20的主体25可包括靠近活塞杆20的第二轴向端部24的第二平台40。如图1A中所示的，第二平台40可邻近活塞杆20的第二轴向端部24。第二平台40的直径41可大致等于第一平台36的直径37。第二平台40可被构造成至少部分地支撑活塞50的外端盖90。活塞杆20的主体25还可包括轴向地布置在第一平台36和第二平台40之间的第二部分38。第二部分38可具有相对地小于第一平台36的直径37和第二平台40的直径41的直径39。

活塞50可包括彼此联接的一个或多个单独的工件或部件。返回参考图1A，活塞50可包括框架端盖52、中心支撑件70和外端盖90。如图1A中进一步所示的，框架端盖52可布置成靠近活塞杆20的肩部27。外端盖90可邻近活塞杆20的第二轴向端部24布置，并且中心支撑件70可布置在活塞50的框架端盖52和外端盖90之间。在一个实施例中，如图2中所示的，活塞50可以是大体中空的。在另一实施例中，活塞50可以是实心的。活塞50可由铝制成，并且可以是大体中空的，以减小活塞50的重量。然而，构思活塞50可由其他材料制成，诸如铝合金、钢或各种金属的组合。在一个实施例中，框架端盖52、中心支撑件70和外端盖90可由彼此不同的材料制成。例如，框架端盖52和外端盖90可由铝制成，并且中心支撑件70可由钢制成。

返回参考图1A，活塞50的框架端盖52可包括第一端部53和第二端部55。框架端盖52可关于活塞杆20的纵向轴线居中。框架端盖52可包括具有内周向表面58的内圆筒形部分54。如图1B中所示的，框架端盖52的内圆筒形部分54可限定凹部68，该凹部68靠近第二端部55并且构造成接纳中心支撑件70的套筒78。内周向表面58可限定框架端通孔，其被构造为接纳活塞杆20。例如，如图1A中所示的，活塞杆20可定位在框架端通孔内。框架端盖52还可包括具有外周向表面57的外圆筒形部分56。外周向表面57可包括靠近框架端盖52的第二端部55定位的周向壁架（ledge）62。周向壁架62可被构造为接纳游码带（rider band）120a，如图2中所示的。框架端52还可包括定位于内圆筒形部分54和外圆筒形部分56之间的一个或多个加强肋60。返回参考图1A，框架端盖52可包括形成第一端部53的至少一部分的框架端板66。框架端板66可与内圆筒形部分54和外圆筒形部分56一体化。框架端板66也可与加强肋60一体化。

框架端盖52还可包括定位成靠近第一端部53的周向嵌入件64。周向嵌入件64可限定在框架端盖52的内周表面58上，并且可被构造成接纳套环42。套环42可构造成将活塞50部分地固定到活塞杆20上，并且吸收活塞组件10的振动。在一个实施例中，套环42可由相对柔软的材料（诸如铸铁）制成，使得套环42可在框架端盖52的周向嵌入件64和活塞杆20的周向缺口34内膨胀。如图1A中所示的，在一个实施例中，因为套环42可轴向地定位在肩部27和框架端盖52之间，故框架端盖52可能不与活塞杆20的肩部27接触。

活塞50的中心支撑件70包括第一端部71和第二端部73，并且布置在框架端盖52和外端盖90之间。中心支撑件70构造成关于活塞杆20的纵向轴线居中。中心支撑件70的第一端部71可邻近框架端盖52的第二端部55布置。中心支撑件70可包括具有内周向表面76的内圆筒形部分74（参见图1B）。内周向表面76限定构造成接纳活塞杆20的中心支撑件通孔，如图1A中所示的。活塞杆20的外表面和内周向表面76可限定其间的径向间隙。在一个实施例中，径向间隙可从中心支撑件70的第一端部71延伸到中心支撑件70的第二端部73。在一个实施例中，活塞杆20可不支撑中心支撑件70，并且通常可不与中心支撑件70直接接触。

中心支撑件70的内圆筒形部分74还可包括在第一端部71处的套筒78。套筒78可被构造成配合在框架端盖52的凹部68上。更具体地，中心支撑件70的套筒78可被构造成支撑活塞50的框架端盖52。在另一个实施例中，活塞50的框架端盖52可被构造成支撑中心支撑件70。套筒78也可被构造成将中心支撑件70与框架端盖52对齐。套筒78可与中心支撑件70的内圆筒形部分74一体化。

中心支撑件70可包括具有外周向表面75的外圆筒形部分72。外周向表面75可限定一个或多个周向沟槽82。周向沟槽82可构造成接纳一个或多个活塞环122a、122b和122c，如图2中所示的。中心支撑件70还可包括从内圆筒形部分74延伸到外圆筒形部分72的盘80。盘80可限定轴向延伸穿过其中的一个或多个孔。盘80可与内圆筒形部分74和外圆筒形部分72一体地形成。

参考图1A，活塞50的外端盖90包括第一端部91和第二端部93，并且可定位成靠近活塞杆20的第二轴向端部24。外端盖90可被构造成关于活塞杆20的纵向轴线居中。外端盖90的第一端部91可邻近中心支撑件70的第二端部73布置。外端盖90可包括具有第一内周向表面94的第一内圆筒形部分92。第一内周向表面94可限定第一外端通孔，其可构造成接纳活塞杆20，如图1A中所示的。

外端盖90还可包括具有第二内周向表面107的第二内圆筒形部分106。第二内周向表面107限定第二外端通孔。第二外端通孔的直径可相对地大于第一外端通孔。活塞杆20可至少部分地布置在第二外端通孔内。第二内周向表面107可限定被构造成接纳套环44的周向凹部108，如图2中所示的。第二内圆筒形部分106还可被构造成接纳机械紧固件46，以固定或促进活塞50与活塞杆20的联接。在一个实施例中，机械紧固件46可以是诸如张紧螺母的螺母。

外端盖90还可包括具有外周向表面98的外圆筒形部分96。外周向表面98可限定靠近外端盖90的第一端部91布置的周向凹部100。周向凹部100可被构造为接纳游码带120b，如图2中所示的。

在一个实施例中，外端盖90可具有与框架端盖52相似的构型。如图1A和1B中所示的，外端盖90可包括径向布置在第一内圆筒形部分92和第二内圆筒形部分106与外圆筒形部分96之间的一个或多个加强肋102。外端盖90可包括端板104，其可形成第二端部93的至少一部分。端板104可与内圆筒形部分92、106和外圆筒形部分96一体地形成。端板104也可与加强肋102一体地形成。

参考图2，活塞组件10的组装包括将活塞50固定到活塞杆20。为了将活塞50固定到活塞杆20，套环42的通孔可从第二轴向端部24接纳活塞杆20直到套环42布置成靠近活塞杆20的肩部27。框架端盖52的通孔可接纳活塞50的第二轴向端部24，直到框架端盖52布置在套环42上。套环42和/或框架端盖52可被加热或冷却以将框架端盖52定位在套环42上。中心支撑件70的通孔可从第二轴向端部24接纳活塞杆20直到中心支撑件70布置成邻近框架端盖52。中心支撑件70的套筒78可布置在框架端盖52的周向凹部68中。在组装过程期间，中心支撑件70的套筒78可对齐和支撑框架端盖52。外端盖90的通孔可从第二轴向端部24接纳活塞杆20直到外端盖90布置成邻近中心支撑件70。套环44的通孔可接纳活塞杆20直到套环44布置在外端盖90的周向凹部108中。螺母46也可定位在活塞杆20上并进入外端盖90的第二内圆筒形部分106。螺母46可紧固到活塞杆20，从而将活塞50固定到活塞杆20。游码带120a和120b以及活塞环122a、122b和122c可定位在周向壁架62、周向凹部100和周向沟槽82上。包括活塞杆20和活塞50的活塞组件10然后可紧固到压缩机或泵。在一个实施例中，活塞组件10可通过垫圈18和扭矩螺母119紧固到压缩机。在一个实施例中，活塞杆20可在活塞50固定到活塞杆20之前紧固到压缩机或泵。

上文已经概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可更好地理解本公开。本领域技术人员应当理解，他们可容易地使用本公开作为设计或修改用于执行本文介绍的实施例的相同目的和/或实现相同优点的其它过程和结构的基础。本领域技术人员还应该意识到，这种等同的结构不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，他们可在本文中做出各种改变、替换和变更。

Claims (18)

1.一种活塞组件，包括：

活塞杆，其包括布置在其相对的轴向端部之间的第一平台和第二平台，所述活塞杆在所述第一平台和所述第二平台之间的直径小于所述活塞杆在所述第一平台处的直径和所述活塞杆在所述第二平台处的直径；和

布置在所述活塞杆上的活塞，所述活塞包括：

框架端盖，其限定用于接纳所述活塞杆的通孔，所述框架端盖形成所述活塞的第一端部并由所述第一平台支撑，

外端盖，其限定用于接纳所述活塞杆的通孔，所述外端盖形成所述活塞的第二端部并由所述第二平台支撑，以及

中心支撑件，其包括套筒并且限定用于接纳所述活塞杆的通孔，所述中心支撑件布置在所述框架端盖和所述外端盖之间，其中所述活塞杆的外表面和所述中心支撑件的所述套筒的内周向表面在其间限定径向间隙，并且其中在所述活塞组件的组装状态下，所述中心支撑件的所述通孔位于所述框架端盖的所述通孔和所述外端盖的所述通孔之间，并且与所述框架端盖的所述通孔和所述外端盖的所述通孔连通，

其中，所述框架端盖的内周向表面限定构造成接纳所述套筒的周向凹部。

2.根据权利要求1所述的活塞组件，其中：

所述活塞杆包括第一端部、第二端部和定位于其间的肩部，并且

所述活塞在所述肩部和所述第二端部之间布置在所述活塞杆上。

3.根据权利要求2所述的活塞组件，其中：

所述框架端盖靠近所述活塞杆的肩部布置，并且

所述外端盖邻近所述活塞杆的第二端部布置。

4.根据权利要求3所述的活塞组件，其中，所述径向间隙从所述中心支撑件的第一端部延伸到所述中心支撑件的第二端部。

5.根据权利要求4所述的活塞组件，其中：

所述中心支撑件使所述框架端盖与所述活塞杆的纵向轴线对齐，并且所述框架端盖由所述中心支撑件支撑。

6.根据权利要求4所述的活塞组件，其中，所述框架端盖由所述套筒支撑。

7.根据权利要求6所述的活塞组件，其中，套环定位于所述框架端盖和所述活塞杆的所述肩部之间。

8.一种活塞组件，包括：

活塞杆，其包括布置在其相对的轴向端部之间的第一平台和第二平台，所述活塞杆在所述第一平台和所述第二平台之间的直径小于所述活塞杆在所述第一平台处的直径和所述活塞杆在所述第二平台处的直径；和

定位于所述活塞杆上的活塞，所述活塞包括：

分别形成所述活塞的第一端部和第二端部的第一端盖和第二端盖，其中所述第一端盖由所述第一平台支撑，并且所述第二端盖由所述第二平台支撑，以及

中心支撑件，其包括套筒并且布置在所述第一端盖和所述第二端盖之间，并且不由所述第一平台或所述第二平台支撑，其中所述第一端盖、所述第二端盖和所述中心支撑件中的每一个均限定用于接收所述活塞杆的通孔，并且其中在所述活塞组件的组装状态下，所述中心支撑件的所述通孔位于所述第一端盖的所述通孔和所述第二端盖的所述通孔之间，并且与所述第一端盖的所述通孔和所述第二端盖的所述通孔连通，

其中，所述活塞杆的外表面和所述中心支撑件的所述套筒的内周向表面在其间限定径向间隙，并且

其中，所述第一端盖的内周向表面限定构造成接纳所述套筒的周向凹部。

9.根据权利要求8所述的活塞组件，其中，所述活塞杆在所述第一平台处的直径大致等于所述活塞杆在所述第二平台处的直径。

10.根据权利要求8所述的活塞组件，其中，所述活塞杆包括直径大于所述活塞杆在所述第一平台处的直径和所述活塞杆在所述第二平台处的直径的肩部，所述活塞定位于所述肩部和所述活塞杆的端部之间。

11.根据权利要求10所述的活塞组件，还包括定位在所述活塞杆的所述肩部和所述活塞的框架端盖之间的套环，所述套环被构造成膨胀到所述活塞杆的周向凹槽和所述活塞的周向嵌入件内。

12.根据权利要求8所述的活塞组件，其中，所述径向间隙延伸所述中心支撑件的轴向长度。

13.一种活塞组件，包括：

活塞杆，其包括布置在其相对的轴向端部之间的第一平台和第二平台，所述活塞杆在所述第一平台和所述第二平台之间的直径小于所述活塞杆在所述第一平台处的直径和所述活塞杆在所述第二平台处的直径；和

活塞，其包括：

框架端盖，其限定用于接纳所述活塞杆的通孔，并且包括具有定位在其上的周向凹部的内圆筒表面，所述框架端盖形成所述活塞的第一端部并由所述活塞杆的第一平台支撑，

限定用于接纳所述活塞杆的通孔的外端盖，所述外端盖形成所述活塞的第二端部并由所述活塞杆的第二平台支撑，以及

中心支撑件，其限定用于接纳所述活塞杆的通孔，所述中心支撑件包括构造成布置在所述框架端盖的所述周向凹部中的套筒，其中所述中心支撑件的所述套筒的内周向表面和所述活塞杆的外表面在其间限定径向间隙，并且其中在所述活塞组件的组装状态下，所述中心支撑件的所述通孔位于所述框架端盖的所述通孔和所述外端盖的所述通孔之间，并且与所述框架端盖的所述通孔和所述外端盖的所述通孔连通。

14.根据权利要求13所述的活塞组件，其中，所述套筒支撑所述框架端盖并将所述中心支撑件与所述框架端盖对齐。

15.根据权利要求14所述的活塞组件，其中，所述套筒与所述中心支撑件一体化。

16.根据权利要求13所述的活塞组件，其中，所述中心支撑件不被所述活塞杆支撑。

17.根据权利要求13所述的活塞组件，其中，所述中心支撑件不由所述第一平台或所述第二平台支撑。

18.根据权利要求13所述的活塞组件，其中，所述径向间隙从所述中心支撑件的第一端部延伸到所述中心支撑件的第二端部。

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