CN108730188A - 用于压缩机的驱动轴和压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于压缩机的驱动轴(100)，所述驱动轴(100)包括第一端(110)和第二端(120)，所述第二端(120)设置有用于与止推垫片(201)接触的轴止推面(105)，所述驱动轴(100)的第二端(120)设置有顺应部(130，230)，并且所述顺应部与所述轴止推面(105)间隔开预定距离，使得所述驱动轴(100)在所述轴止推面(105)附近的局部刚度降低。本发明还提供了一种压缩机。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于压缩机的驱动轴，以及包括该驱动轴的压缩机。
背景技术
本节旨在提供与本发明相关的背景技术，其未必构成现有技术。
目前压缩机中通常设置用于驱动轴的止推垫片，通过止推垫片去承受轴系的重力和可能的来自马达线圈的电磁偏置力。尽管止推垫片会浸在润滑油中以保证对止推垫片与驱动轴的轴止推面之间摩擦的润滑，但现有的压缩机中仍然较多的出现了止推垫片严重磨损的情况，特别地，在止推垫片的大半周区域出现严重磨损的痕迹，并且外圈比内圈更严重。
申请人经过大量故障测试发现，在压缩机实际运行中，旋转的驱动轴与保持静止的止推垫片之间不停的相对摩擦，同时驱动轴由于受到驱动力、主轴承和下轴承的支承力、上下配重的离心力的作用，轴止推面会有微微倾斜，该轴止推面的倾斜会造成轴止推面和止推垫圈在外圈很小的区域接触，局部接触应力很大，这是造成止推垫片严重磨损的一个重要原因。
申请人进一步地考虑轴止推面与止推垫片之间的接触刚度，当轴止推面微微倾斜后，更大的接触刚度就意味着更小的接触面积和更大的接触应力，就越可能产生严重的磨损问题。
发明内容
本发明的一个或多个实施方式的发明目的是提供一种在压缩机运行过程中轴止推面处的局部刚度减小的驱动轴。
根据本发明实施方式的一个方面，提供一种用于压缩机的驱动轴，所述驱动轴包括第一端和第二端，所述第二端设置有用于与止推垫片接触的轴止推面，所述驱动轴的第二端设置有顺应部，并且所述顺应部与所述轴止推面间隔开预定距离，使得所述驱动轴在所述轴止推面附近的局部刚度降低。
优选地，所述顺应部为环形凹槽。
优选地，所述驱动轴的直径D与所述环形凹槽的深度h1之间的比值为3～15，或者所述驱动轴的油孔的直径d与所述环形凹槽的深度h1之间的比值为2～5，或者所述环形凹槽的深度h1为所述轴止推面与所述止推垫片之间的理论接触环面的宽度WR的50％～200％。
优选地，所述环形凹槽与所述轴止推面之间形成环形凸缘，所述驱动轴的直径D与所述环形凸缘的厚度T1之间的比值为10～25，或者所述止推垫片的厚度T2与所述环形凸缘的厚度T1之间的比值为0.4～2。
优选地，所述环形凹槽的宽度为0.5mm～10mm。
优选地，所述环形凹槽的截面呈方形、抛物线、圆形或梯形。
优选地，所述顺应部包括至少一个凹部，所述凹部在所述驱动轴上的位置设置在所述轴止推面与所述止推垫片在实际工作中发生接触的一侧。
优选地，所述驱动轴的半径R与所述凹部的底面和所述驱动轴的中心轴线之间的距离h2的比值为2～6。
优选地，所述顺应部包括多个凹部，所述多个凹部绕所述驱动轴的中心轴线在周向上对称地布置。
优选地，所述凹部的截面呈方形、抛物线、圆形或梯形。
根据本发明实施方式的另一个方面，还提供一种包括上述驱动轴的压缩机。
根据本发明的一种或几种实施方式的用于压缩机的驱动轴的优点在于：
在所述驱动轴的在所述轴止推面的与所述止推垫片相反一侧的邻近位置处设置有顺应部，能够大大减小轴止推面处的局部刚度，从而使轴的止推面与止推垫片之间有很好的接触变形协调，大大的增大接触面积，从而减小接触应力，以有利于减轻止推垫片的磨损。
顺应部的尺寸相对于驱动轴以及驱动轴中的油孔的尺寸可以设定为预定值，使得能够在保证驱动轴正常旋转运行和油孔供油的情况下减小轴止推面处的局部刚度以最优化轴止推面与止推垫片之间的接触变形协调。
所述顺应部的截面可以呈方形、抛物线、圆形、梯形等，使得顺应部的变形斜率大致趋向止推垫片的变形斜率，实现轴止推面与止推垫片之间更好的接触变形协调。并且这些顺应部的具体形式可以通过机加工形成在驱动轴上，也可以在驱动轴的铸造过程中一体形成在驱动轴上。因此，驱动轴的制造相对简单，节省了制造成本。
附图说明
通过以下参照附图的描述，本发明的特征和优点将变得更加容易理解。附图未必按比例绘制，并且为了清晰起见，可能省略了某些零件。
图1是现有的压缩机的示意性剖面图。
图2A是驱动轴在立体空间中的受力示意图。
图2B是现有的设置有止推垫片的驱动轴的装配立体图。
图2C是图2B的驱动轴的局部立体图。
图2D和图2E分别是图2B的止推垫片的俯视图和主视图。
图3是根据本发明的第一实施方式的驱动轴的立体图。
图4是图3的驱动轴的顺应部的局部放大剖面图。
图5是图3的驱动轴的顺应部的局部放大立体剖面图。
图6是图3的设置有止推垫片的驱动轴的局部放大立体图。
图7A至图7C是根据本发明的驱动轴的各种变型的顺应部的局部剖面图。
图8A-8D是根据本发明的第二实施方式的驱动轴的立体图，其中图8A是立体图，图8B是主视图，图8C是侧视图，图8D是局部放大图。
图9是在不同温度、转速下的本发明与现有技术的在驱动轴的轴止推面与止推垫片之间的最大接触应力的对比示意图。
具体实施方式
下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
下面将参照图对本发明的具体实施方式进行详细说明。尽管下文以涡旋压缩机为了对本发明的各个实施方式进行了阐述，但本领域技术人员应该理解，根据本发明的实施方式的驱动轴不限于应用于涡旋压缩机，而且也可以应用于其他类型的压缩机，比如转子压缩机、离心压缩机等。
图1是涡旋压缩机的示意性剖面图。如图1所示，涡旋压缩机(下文中简称为“压缩机”)10包括壳体12、基座14、顶盖16和设置在壳体12和顶盖16之间的隔板18。在壳体12上设置有用于吸入制冷剂(工作流体)的吸气接头20，在顶盖16上设置有用于排出制冷剂(工作流体)的排气接头22。
通过隔板18将压缩机10的内部空间分隔成高压侧和低压侧。具体地，由壳体12、基座14和隔板18围起的空间构成低压侧用于吸入低压的制冷剂(工作流体)。由隔板18和顶盖16围起的空间构成高压侧用于排出压缩后的高压制冷剂(工作流体)。
壳体12内容置有作为压缩机构的动涡旋30和定涡旋40以及作为驱动机构的马达50和驱动轴100。压缩机构可由驱动机构驱动并由主轴承座60支撑。主轴承座60可以任何期望的方式固定到壳体12。
动涡旋30包括端板32，在端板32的一个表面(图1中为上表面)设置有涡旋卷34，在其另一个表面(图1中为下表面)设置有圆柱形毂部36。定涡旋40包括端板42和涡旋卷44。动涡旋30的涡旋卷34和定涡旋40的涡旋卷44啮合并且当动涡旋30和定涡旋40相对运动时在其间形成从外部向中心体积逐渐减小的流体腔从而对流体腔中的制冷剂(工作流体)进行压缩。
马达50包括定子52和转子54。定子52与壳体12固定连接。转子54与驱动轴100固定连接并且在定子52中旋转。转子54可以例如通过压配合而固定在驱动轴100上。
驱动轴100的第一端(图1中为上端)设置有偏心曲柄销102。偏心曲柄销102包括一个基本上为平面的平面部103(见图2A)。偏心曲柄销102经由驱动轴承64插入到动涡旋30的毂部36中以旋转驱动动涡旋30。
驱动轴100的第二端(图1中为下端)可包括油孔104。优选地，油孔104与驱动轴100的纵向轴线同心，因此有时也将该油孔称为同心孔104。驱动轴100中进一步包括相对于同心孔104偏心的偏心孔106。偏心孔106沿着大致与驱动轴100的纵向轴线平行的方向从同心孔104延伸至偏心曲柄销102的端面。从而，在压缩机运行过程中，壳体12底部的润滑油能够通过驱动轴100中的同心孔104和偏心孔106供给到驱动轴承64以及其他运动部件。
驱动轴100的一部分(例如上侧的部分)经由主轴承62由主轴承座60支承，驱动轴100的另一部分(例如下侧的部分)经由底轴承66支承。
第一配重72和第二配重74可以分别固定到转子54的两端以提供合适的动平衡。可替代地，第一配重72和第二配重74也可以固定在驱动轴100的合适部分。
下面将参照图2A-2E描述驱动轴100的受力情况下的轴止推面105与止推垫片201之间的相互摩擦。
如图2A所示，驱动轴100在旋转过程中将承受来自动涡旋30对偏心曲柄销102的平面部103的作用力FS、来自主轴承62的支撑力FM、来自底轴承66的支撑力FL、第一配重72的离心力FUcwt、第二配重74的离心力FLcwt、马达50产生的转矩Mmo等。
如图2D所示，当驱动轴100与止推垫片201装配在一起时会在轴止推面105与止推垫片201之间形成理论接触环面202。假设该理论接触环面202的宽度为WR。但是在上述负荷的共同作用下，驱动轴100的轴止推面105会稍微倾斜，使得实际上轴止推面105与止推垫片201仅在上述理论接触环面202的外圈202a的部分区域(见图2D中的阴影线部分)处接触，而基本上不与理论接触环面202的内圈202b接触，由此可能在该区域处产生严重磨损。
下面参照图3至图6描述根据本发明的具有顺应部的驱动轴100，该顺应部能够减小轴止推面处的局部刚度从而有利于减轻止推垫片的磨损。其中，图3是根据本发明的第一实施方式的驱动轴的立体图；图4是图3的驱动轴的顺应部的局部放大剖面图；图5是图3的驱动轴的顺应部的局部放大立体剖面图；图6是图3的设置有止推垫片的驱动轴的局部放大立体图。
如上所述，驱动轴100包括第一端(图3中为上端)110和第二端(图3中为下端)120，其中第二端120包括用于与止推垫片201抵接的轴止推面105。在轴止推面105的上侧处(即，与止推垫片相反的一侧处)设置有顺应部130，在该实施方式中，顺应部示出为环形凹槽130，并且环形凹槽130的截面为方形。换言之，顺应部设置在驱动轴100的第二端120处并且与轴止推面105隔开预定距离，例如下面介绍的厚度T1。
在一种示例中，环形凹槽130的尺寸可以与上述理论接触环面202的宽度WR形成预定关系。例如，环形凹槽130的深度h1(见图4，环形凹槽130的底面与驱动轴的表面之间的径向距离)可以为理论接触环面202的宽度WR的50％～200％。优选地，环形凹槽130的深度h1可以等于理论接触环面202的宽度WR。若该值小于50％，则减小轴止推面处局部刚度的效果会大大减低；若该值大于200％，则驱动轴100旋转运行时受力所需要的刚度可能会不足。
在另一种示例中，环形凹槽130的尺寸可以相对于驱动轴100的尺寸设定为预定值。例如，驱动轴100在第二端120处的直径D与所述环形凹槽130的深度h1之间的比值可以为大约3～15，优选为10。若该比值小于3，则驱动轴100旋转运行时受力所需要的刚度可能会不足，若该比值大于15，则减小轴止推面处局部刚度的效果会大大降低。
在进一步的示例中，环形凹槽130的尺寸可以相对于驱动轴100内的油孔104的尺寸设定为预定值。例如，油孔的直径d与所述环形凹槽130的深度h1之间的比值可以为大约2～5，由此确保驱动轴100具有足够大的整体刚度和足够小的局部刚度。
由于所形成的环形凹槽130，驱动轴100在环形凹槽130与轴止推面105之间形成相应的环形凸缘131。驱动轴100的直径D与环形凸缘131的厚度T1(从轴止推面105到环形凹槽130的轴向长度)之间的比值可以为大约10～25。止推垫片201的厚度T2(见图2E)与环形凸缘131的厚度T1之间的比值可以为大约0.4～2。当环形凸缘131的厚度T1太小时，环形凸缘131的刚度太小从而难以确保驱动轴100具有足够的整体刚度；而环形凸缘131的厚度T1太大时，环形凸缘131的刚度太大从而难以确保驱动轴100具有足够小的整体刚度。
在另一个实施方式中，环形凹槽130的宽度W可以为大约0.5mm～10mm，在减小局部刚度的同时实现便于加工的目的。
图7A至图7C示出了驱动轴的顺应部的各种变型实施方式。环形凹槽130’、130”、130”’(其形成有相应的环形凸缘131’、131”、131”’)的截面(特别是其根部或底表面)还可以是圆形、抛物线、梯形，使得凹槽的斜率大致趋向止推垫片的变形斜率，实现轴止推面与止推垫片之间更好的接触变形协调。
图8A-8D是根据本发明的第二实施方式的驱动轴的立体图，其中图8A是立体图，图8B是主视图，图8C是侧视图，图8D是局部放大图，其中顺应部被示出为一个凹部230，该凹部可以通过机加工比如磨削形成，也可以在驱动轴的铸造过程中一体地形成在驱动轴100上。当设置一个凹部230时，凹部230在驱动轴100上的位置优选地设置在轴止推面与止推垫片在实际工作中发生接触的一侧。还可以根据需要在驱动轴100上邻近轴止推面的位置处设置多个凹部140，优先地为绕驱动轴100的轴线对称布置的多个凹部，其中凹部的尺寸和位置可以类似于环形凹槽设置，例如，期望驱动轴100的半径R与凹部的底面与驱动轴100的轴表面之间的径向距离h2之间的比值为大约2～6。并且，凹部230的截面也可以为方形、圆形、抛物线、梯形或者其他能够使得凹部的斜率大致趋向止推垫片的变形斜率的各种形状，在此不再赘述。
图9是在不同温度、转速下的本发明与现有技术在驱动轴的轴止推面与止推垫片之间的最大接触应力的对比示意图。与现有技术相比，根据本发明的驱动轴的能够显著增大驱动轴的轴止推面与轴止推垫片之间的接触面积，从而减小接触压力以减轻止推垫片的磨损。
本领域技术人员应该可以理解本发明的一个或多个实施方式可以适用于各种类型的采用类似止推设计的压缩机(变频或定速)，包括立式压缩机和卧式压缩机；开放式压缩机、封闭式压缩机以及半封式压缩机；以及高压侧压缩机和低压侧压缩机。此外，本发明的一个或多个实施方式还可以适用于采用类似止推设计的各种类型的旋转机械。
尽管在此已详细描述本发明的各种实施方式，但是应该理解本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。事实上，关于顺应部的形状、尺寸和位置不限于本发明中的实施方式，只要能减小轴止推面处的局部刚度，从而减小轴止推面与止推垫片之间的接触刚度，有利于增大接触面积和减小接触应力的特征均落在本发明的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。
Claims (11)
1.一种用于压缩机的驱动轴(100)，所述驱动轴(100)包括第一端(110)和第二端(120)，所述第二端(120)设置有用于与止推垫片(201)接触的轴止推面(105)，
其特征在于，所述驱动轴(100)的所述第二端(120)设置有顺应部(130，230)，并且所述顺应部与所述轴止推面(105)间隔开预定距离，使得所述驱动轴(100)在所述轴止推面(105)附近的局部刚度降低。
2.根据权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中，所述顺应部为环形凹槽(130)。
3.根据权利要求2所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中：
所述驱动轴(100)的直径D与所述环形凹槽(130)的深度h1之间的比值为3～15，或者
所述驱动轴的油孔(104)的直径d与所述环形凹槽(130)的深度h1之间的比值为2～5，或者
所述环形凹槽(130)的深度h1为所述轴止推面(105)与所述止推垫片(201)之间的理论接触环面(202)的宽度WR的50％～200％。
4.根据权利要求2所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中：
所述环形凹槽(130)与所述轴止推面(105)之间形成环形凸缘(131)，所述驱动轴(100)的直径D与所述环形凸缘(131)的厚度T1之间的比值为10～25，或者
所述止推垫片(201)的厚度T2与所述环形凸缘(131)的厚度T1之间的比值为0.4～2。
5.根据权利要求2所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中，所述环形凹槽(130)的宽度为0.5mm～10mm。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中，所述环形凹槽(130)的截面呈方形、抛物线、圆形或梯形。
7.根据权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中，所述顺应部包括至少一个凹部(230)，所述凹部(230)在所述驱动轴(100)上的位置设置在所述轴止推面(105)与所述止推垫片(201)在实际工作中发生接触的一侧。
8.根据权利要求7所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中，所述驱动轴(100)的半径R与所述凹部(230)的底面和所述驱动轴(100)的中心轴线之间的距离h2的比值为2～6。
9.根据权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中，所述顺应部包括多个凹部(230)，所述多个凹部绕所述驱动轴(100)的中心轴线在周向上对称地布置。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中，所述凹部的截面呈方形、抛物线、圆形或梯形。
11.一种压缩机(10)，其特征在于，包括根据权利要求1-10中任一项所述的用于压缩机的驱动轴(100)。
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