CN110296076B - 滚子组件、泵体组件、压缩机、气体压缩系统和热泵系统 - Google Patents

滚子组件、泵体组件、压缩机、气体压缩系统和热泵系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种滚子组件、泵体组件、压缩机、气体压缩系统和热泵系统。该滚子组件包括外滚子(1)和内滚子(2)，外滚子(1)设置有安装孔(3)，内滚子(2)能够转动地设置在安装孔(3)内，内滚子(2)相对于外滚子(1)偏心设置，内滚子(2)形状与安装孔(3)形状相适配，外滚子(1)的外周壁上设置有嵌入槽(4)，嵌入槽(4)设置在外滚子(1)厚度大于(D1‑D2)/2的位置处，其中D1为外滚子(1)直径，D2为内滚子(2)直径。根据本申请的滚子组件、泵体组件、压缩机、气体压缩系统和热泵系统，能够保证滚子嵌入槽薄弱位置的强度，同时避免滚子厚度较大，有效控制滚子端面的摩擦面积。

Description

滚子组件、泵体组件、压缩机、气体压缩系统和热泵系统
技术领域
本申请涉及空气调节技术领域，具体涉及一种滚子组件、泵体组件、压缩机、气体压缩系统和热泵系统。
背景技术
现有滚动转子压缩机的滑片和滚子都是通过弹簧力压着滑片顶住滚子，这种结构在遇到压缩机吸气带液时，容易导致液击，液击时会导致滑片和滚子脱离，一方面导致高低压串气，压缩机制冷量会大幅下降；另一方面在滑片与滚子脱离后又在弹簧力作用下重新顶住滚子，在滑片头部接触到滚子的瞬间会和滚子撞击产生噪音。此问题已经成为困扰空调行业及压缩机行业的瓶颈问题。现有技术中提出了滑片嵌入式结构，以解决滑片滚子脱离的问题。滑片嵌入式结构是在滚子上开一个大于半圆的孔，同时在滑片头部加工一个与之配合的圆柱头，将滑片圆柱头插入滚子的圆孔中，使滑片嵌入进滚子中。
但是此结构需要在滚子上开一个让滑片嵌入的槽，这样就会导致有两个问题，1、滚子厚度必须加厚才能产生开嵌入槽的空间，相对常规结构滚子厚度需要加厚很多，会带来偏心部重量大、滚子端面摩擦面积增加的问题；2、由于滚子厚度限制此嵌入槽不能开太大，所以滚子高度与嵌入槽的直径比值(高径比)较大，此嵌入槽必须磨削加工才能满足此摩擦副的精度要求，但是此高径比往往大于磨削设备的加工范围，难以实现批量生产。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种滚子组件、泵体组件、压缩机、气体压缩系统和热泵系统，能够保证滚子嵌入槽薄弱位置的强度，同时避免滚子厚度较大，有效控制滚子端面的摩擦面积。
为了解决上述问题，本申请提供一种滚子组件，包括外滚子和内滚子，外滚子设置有安装孔，内滚子能够转动地设置在安装孔内，内滚子相对于外滚子偏心设置，内滚子形状与安装孔形状相适配，外滚子的外周壁上设置有嵌入槽，嵌入槽设置在外滚子厚度大于(D1-D2)/2的位置处，其中D1为外滚子直径，D2为内滚子直径。
优选地，在嵌入槽的横截面上，嵌入槽包括优弧段，优弧段用于与滑片摆动配合。
优选地，优弧段的开口处为圆弧过渡。
优选地，嵌入槽的内壁涂覆有第一防护层，第一防护层的材料与外滚子的材料不同。
优选地，第一防护层为工程塑料、复合材料或者金属材料。
优选地，第一防护层为聚苯硫醚或聚四氟乙烯。
优选地，滚子组件还包括曲轴，曲轴固定连接至内滚子；和/或，嵌入槽位于外滚子的最大厚度处。
优选地，曲轴的旋转中心相对于内滚子的圆心偏心。
优选地，外滚子的轴向高度为H，嵌入槽的直径为D，H/D≤15。
根据本申请的另一方面，提供了一种泵体组件，包括气缸和滚子组件，气缸包括气缸内圆，滚子组件能够转动地设置在气缸内圆内，滚子组件为上述的滚子组件，气缸的缸壁上设置有滑槽，滑片的一端能够摆动地设置在嵌入槽内，滑片的另一端滑动设置在滑槽内。
优选地，气缸内圆为椭圆形。
优选地，气缸内圆的长轴与外滚子的最厚外圆点与最薄外圆点的连线重合，气缸内圆的短轴垂直于外滚子的最厚外圆点与最薄外圆点的连线。
优选地，滚子组件包括曲轴时，曲轴的偏心部圆心与气缸内圆的中心错位设置。
优选地，滑片包括摆动部和滑动部，摆动部能够转动地设置在嵌入槽内，滑动部能够滑动地设置在滑槽内。
优选地，摆动部为圆柱形，摆动部的直径小于或等于滑动部的厚度。
优选地，在垂直于气缸的中心轴线的截面内，摆动部与滑动部之间通过直线段和/或弧线段连接。
优选地，摆动部和滑动部的一侧通过一个直线段和一个弧线段连接，其中直线段连接在摆动部上，弧线段连接在滑动部上，直线段与弧线段在相交处相切。
优选地，摆动部外覆有第二防护层，第二防护层的材料与外滚子的材料不同。
优选地，第二防护层为工程塑料、复合材料或者金属材料。
优选地，第二防护层为聚苯硫醚或聚四氟乙烯。
优选地，气缸的第一端面处设置有第一法兰，气缸的第二端面处设置有第二法兰，滑片尾部的滑槽与第一法兰和第二法兰配合形成封闭空间。
根据本申请的再一方面，提供了一种压缩机，包括上述的滚子组件或上述的泵体组件。
根据本申请的再一方面，提供了一种气体压缩系统，包括上述的压缩机。
根据本申请的再一方面，提供了一种热泵系统，包括上述的压缩机。
本申请提供的滚子组件，包括外滚子和内滚子，外滚子设置有安装孔，内滚子能够转动地设置在安装孔内，内滚子相对于外滚子偏心设置，内滚子形状与安装孔形状相适配，外滚子的外周壁上设置有嵌入槽，嵌入槽设置在外滚子厚度大于(D1-D2)/2的位置处，其中D1为外滚子直径，D2为内滚子直径。该滚子组件的内滚子和外滚子偏心设置，可以使得外滚子形成厚度不一的环形结构，可以优选地地将嵌入槽设置在环形结构上厚度较大的位置处，而不用增加外滚子的整体厚度，从而有效保证了设置嵌入槽位置处的结构强度，减小了外滚子的摩擦面积，降低了摩擦力。
附图说明
图1为现有技术的滚子组件的结构示意图；
图2为本申请实施例的滚子组件的结构示意图；
图3为本申请实施例的滚子组件与现有技术的滚子组件的对比结构图；
图4为本申请实施例的滚子组件的尺寸结构图；
图5为本申请实施例的滚子组件的A-A向剖视图；
图6为本申请另一实施例的滚子组件的结构示意图；
图7为本申请实施例的滑片的尺寸结构图；
图8为本申请另一实施例的滑片的结构示意图；
图9为本申请另一实施例的滑片的结构示意图；
图10为本申请另一实施例的滑片的结构示意图；
图11为本申请另一实施例的滑片的结构示意图；
图12为本申请实施例的泵体组件的结构示意图；
图13为本申请实施例的泵体组件的尺寸结构图；
图14为本申请实施例的泵体组件的滚子组件旋转至0度时的结构示意图；
图15为本申请实施例的泵体组件的滚子组件旋转至90度时的结构示意图；
图16为本申请实施例的泵体组件的滚子组件旋转至180度时的结构示意图；
图17为本申请实施例的泵体组件的滚子组件旋转至270度时的结构示意图。
附图标记表示为：
1、外滚子；2、内滚子；3、安装孔；4、嵌入槽；5、第一防护层；6、曲轴；7、气缸；8、气缸内圆；9、滑片；10、滑槽；11、摆动部；12、滑动部；13、第二防护层。
具体实施方式
结合参见图1至图17所示，根据本申请的实施例，滚子组件包括外滚子1和内滚子2，外滚子1设置有安装孔3，内滚子2能够转动地设置在安装孔3内，内滚子2相对于外滚子1偏心设置，内滚子2形状与安装孔3形状相适配，外滚子1的外周壁上设置有嵌入槽4，嵌入槽4设置在外滚子1厚度大于(D1-D2)/2的位置处，其中D1为外滚子1直径，D2为内滚子2直径。
该滚子组件的内滚子2和外滚子1偏心设置，可以使得外滚子1形成厚度不一的环形结构，可以优选地地将嵌入槽4设置在环形结构上厚度较大的位置处，而不用增加外滚子的整体厚度，从而有效保证了设置嵌入槽4设置位置处的外滚子1的厚度和结构强度，减小了外滚子1的摩擦面积，降低了摩擦力，解决了困扰行业多年的滑片滚子脱离问题。
由于外滚子1的厚度不一致，因此在厚度较大位置处设置嵌入槽4，能够加大嵌入槽4的直径而不用增大外滚子1的外径和轴向高度，可以有效降低外滚子1与嵌入槽4之间的高径比，使得滚子组件中外滚子1与嵌入槽4的高径比能够位于磨削设备的加工范围内，从而便于实现滚子组件的批量生产，使得滚子组件的批量化成为现实。
如图1至图3所示，其中图3中的阴影面积为本申请相对于现有技术中的外滚子1减少的厚度以及端面面积，从图3中可以看出，虽然內滚子2的面积增加了，但是由于內滚子2不是摩擦端面，因此整体上滚子组件的摩擦面积得到了有效减小，摩擦阻力得到有效降低。
优选地，在嵌入槽4的横截面上，嵌入槽4包括优弧段，优弧段用于与滑片9摆动配合。通过设置优弧段，能够方便地将滑片9限位在优弧段内，防止滑片9从嵌入槽4内脱出，同时可以方便地实现滑片9与嵌入槽4之间的摆动配合。
优选地，优弧段的开口处为圆弧过渡，能够进一步降低滑片9与嵌入槽4在配合位置处摆动时所受的阻力，更加方便地实现两者之间的摆动配合。
嵌入槽4的内壁涂覆有第一防护层5，第一防护层5的材料与外滚子1的材料不同。第一防护层5可以为镶层或镀层，此表层厚度小于0.05mm时称为镀层，此表层厚度大于等于0.05mm时称为镶层。通过在嵌入层4的优弧段内壁增加镶层或者镀层，可以有效减小此摩擦副之间的摩擦力，也可以起到滑片和滚子之间的防撞击作用，可以起到缓冲作用。
第一防护层5为工程塑料、复合材料或者金属材料。其中采用工程塑料则主要偏重于缓冲撞击及减小摩擦系数，进而降低功耗；采用复合材料则是在缓冲和减磨之间选取平衡，均有兼顾；采用金属材料则主要提供零件的耐磨性及减小摩擦系数，主要起到减小摩擦功耗和提高耐磨可靠性。上述的金属材料例如为金属钢。
优选地，第一防护层5为聚苯硫醚或聚四氟乙烯。这两种材料都有不错的机械性能，都可以起到减小摩擦系数和缓冲作用。
滚子组件还包括曲轴6，曲轴6固定连接至内滚子2。该曲轴6与内滚子2固定连接，能够带动內滚子2转动，进而带动外滚子1运动，实现吸气和排气操作。
优选地，嵌入槽4设置在外滚子1的最大厚度处。
优选地，曲轴6的旋转中心相对于内滚子2的圆心偏心。
优选地，外滚子1的轴向高度为H，嵌入槽4的直径为D，H/D≤15。采用本申请的上述滚子组件，能够将嵌入槽4设置在外滚子1的较大厚度处，使得嵌入槽4的直径不受限制，可以与外滚子1的轴向高度形成良好的高径比范围，易于实现加工和批量化生产，有效解决嵌入槽4直径过小不易磨削的问题。
结合参见图1至图17所示，根据本申请的实施例，泵体组件包括气缸7和滚子组件，气缸7包括气缸内圆8，滚子组件能够转动地设置在气缸内圆8内，滚子组件为上述的滚子组件，气缸7的缸壁上设置有滑槽10，滑片9的一端能够摆动地设置在嵌入槽4内，滑片9的另一端滑动设置在滑槽10内。
滚子组件与气缸内圆8相配合，实现气缸的吸气和排气功能。在滚子组件动作的过程中，滑片9的滑动端始终保持在滑槽10内，并沿滑槽10滑动。
优选地，气缸内圆8为椭圆形，其中椭圆形的长轴长度为A，短轴长度为B，曲轴6的偏心部中心距离气缸内圆8的中心距离为G，曲轴6的旋转中心到气缸内圆8的中心的距离为K。
优选地，气缸内圆8的长轴与外滚子1的最厚外圆点与最薄外圆点的连线重合，气缸内圆8的短轴垂直于外滚子1的最厚外圆点与最薄外圆点的连线，从而保证外滚子1与气缸内圆8之间的良好配合关系。
优选地，滚子组件包括曲轴6时，曲轴6的偏心部圆心与气缸内圆8的中心错位设置。
滑片9包括摆动部11和滑动部12，摆动部11能够转动地设置在嵌入槽4内，滑动部12能够滑动地设置在滑槽10内。
摆动部11为圆柱形，摆动部11的直径小于或等于滑动部12的厚度。圆柱形摆动部的直径为C，滑动部12的厚度为M，圆柱形摆动部的直径C小于或等于滑动部12的厚度M。在摆动部11和滑动部12的连接位置处形成收缩的颈部，在与嵌入槽4配合时，摆动部11设置在嵌入槽4的优弧段内，颈部设置在嵌入槽4的开口处，并与嵌入槽4的弧形开口形成活动配合。
如图7至图10所示，在垂直于气缸7的中心轴线的截面内，摆动部11与滑动部12的一侧可以通过一个直线段连接，也可以通过一个弧线段连接，还可以通过两个以上的直线段连接，或者是两个以上的弧线段连接。此处主要限定滑片9的摆动部与滑动部之间的连接颈部的形状，此形状关系设计余隙容积的大小，此过渡形状需与外滚子1的嵌入槽4到外滚子1的外圆周的过渡形状一致，以确保最小的设计余隙容积，余隙容积越小对压缩机制冷量的发挥越有利。
在本实施例中，摆动部11和滑动部12的一侧通过一个直线段和一个弧线段连接，其中直线段连接在摆动部11上，弧线段连接在滑动部12上，直线段与弧线段在相交处相切。由于不同的形状对加工形式、加工精度、设计余隙容积、加工难度等都有较大影响，因此针对此形状设计不同的形线设计。比如此形状为一个圆形倒角，则此倒角尺寸必然较大，且需要复杂的加工，余隙容积也会较大；如此形状为一段直线加直线倒角，则需拉刀加工两次即可，但精度不会太高，余隙容积一般；如此形状设计为一段直线加一个较小的圆角，则只需拉刀加工一次直线，圆角在去毛刺中刷出来即可，这样加工较简单，余隙容积也较小。
优选地，摆动部11外覆有第二防护层13，第二防护层13的材料与外滚子1的材料不同。第二防护层13可以为镶层或镀层，此表层厚度小于0.05mm时称为镀层，此表层厚度大于等于0.05mm时称为镶层。通过在摆动部11的圆柱形外壁增加镶层或者镀层，可以有效减小此摩擦副之间的摩擦力，也可以起到滑片和滚子之间的防撞击作用，可以起到缓冲作用。
优选地，第二防护层13为工程塑料、复合材料或者金属材料。其中采用工程塑料则主要偏重于缓冲撞击及减小摩擦系数，进而降低功耗；采用复合材料则是在缓冲和减磨之间选取平衡，均有兼顾；采用金属材料则主要提供零件的耐磨性及减小摩擦系数，主要起到减小摩擦功耗和提高耐磨可靠性。上述的金属材料例如为金属钢。
优选地，第二防护层13为聚苯硫醚或聚四氟乙烯。这两种材料都有不错的机械性能，都可以起到减小摩擦系数和缓冲作用。
本申请的外滚子1和內滚子2可以采用钢、铸铁、合金、工程塑料、陶瓷、复合材料中的一种材料制成，从而提高滚子耐磨性、降低摩擦系数，进而降低摩擦功耗。
本申请的滑片9可以采用钢、铸铁、合金、工程塑料、陶瓷、复合材料中的一种材料制成，从而提高滑片耐磨性、降低摩擦系数，进而降低摩擦功耗。
优选地，气缸7的第一端面处设置有第一法兰，气缸7的第二端面处设置有第二法兰，滑片9尾部的滑槽10与第一法兰和第二法兰配合形成封闭空间。在滑片尾部设计密闭空间，相比现有结构滑片尾部是高压，则密闭空间的压力为低压，当滑片尾部是低压时，滑片9对滚子的抵触力会减小，则曲轴旋转需克服的压力也变小，滑片头部和滚子接触面的受力也会减小，则摩擦功耗会减小，零件寿命会加长。
结合参见图14至图17所示，在滚子组件的整个运动过程中，滑片9的滑动部12始终在滑槽10内滑动，滑片9的摆动部11始终设置在嵌入槽4内，并与嵌入槽4摆动配合，外滚子1的嵌入槽4始终与滑片9的摆动部11接触，并沿着摆动部的中心线的延伸方向往复运动，曲轴6的偏心部摆动，带动內滚子2转动，內滚子2的转动带动外滚子1绕嵌入槽4的圆心摆动，实现滑片9的往复运动。
根据本申请的实施例，压缩机包括上述的滚子组件或上述的泵体组件。
根据本申请的实施例，气体压缩系统包括上述的压缩机。
根据本申请的实施例，热泵系统包括上述的压缩机。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (24)

1.一种滚子组件，其特征在于，包括外滚子(1)和内滚子(2)，所述外滚子(1)设置有安装孔(3)，所述内滚子(2)能够转动地设置在所述安装孔(3)内，所述内滚子(2)相对于所述外滚子(1)偏心设置，所述内滚子(2)形状与所述安装孔(3)形状相适配，所述外滚子(1)的外周壁上设置有嵌入槽(4)，所述嵌入槽(4)设置在所述外滚子(1)厚度大于(D1-D2)/2的位置处，其中D1为外滚子(1)直径，D2为内滚子(2)直径。
2.根据权利要求1所述的滚子组件，其特征在于，在所述嵌入槽(4)的横截面上，所述嵌入槽(4)包括优弧段，所述优弧段用于与滑片(9)摆动配合。
3.根据权利要求2所述的滚子组件，其特征在于，所述优弧段的开口处为圆弧过渡。
4.根据权利要求1所述的滚子组件，其特征在于，所述嵌入槽(4)的内壁涂覆有第一防护层(5)，所述第一防护层(5)的材料与所述外滚子(1)的材料不同。
5.根据权利要求4所述的滚子组件，其特征在于，所述第一防护层(5)为工程塑料、复合材料或者金属材料。
6.根据权利要求5所述的滚子组件，其特征在于，所述第一防护层(5)为聚苯硫醚或聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的滚子组件，其特征在于，所述滚子组件还包括曲轴(6)，所述曲轴(6)固定连接至所述内滚子(2)；和/或所述嵌入槽(4)位于所述外滚子(1)的最大厚度处。
8.根据权利要求7所述的滚子组件，其特征在于，所述曲轴(6)的旋转中心相对于所述内滚子(2)的圆心偏心。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的滚子组件，其特征在于，所述外滚子(1)的轴向高度为H，所述嵌入槽(4)的直径为D，H/D≤15。
10.一种泵体组件，其特征在于，包括气缸(7)和滚子组件，所述气缸(7)包括气缸内圆(8)，所述滚子组件能够转动地设置在所述气缸内圆(8)内，所述滚子组件为权利要求1至9中任一项所述的滚子组件，所述气缸(7)的缸壁上设置有滑槽(10)，滑片(9)的一端能够摆动地设置在所述嵌入槽(4)内，所述滑片(9)的另一端滑动设置在所述滑槽(10)内。
11.根据权利要求10所述的泵体组件，其特征在于，所述气缸内圆(8)为椭圆形。
12.根据权利要求11所述的泵体组件，其特征在于，所述气缸内圆(8)的长轴与所述外滚子(1)的最厚外圆点与最薄外圆点的连线重合，所述气缸内圆(8)的短轴垂直于所述外滚子(1)的最厚外圆点与最薄外圆点的连线。
13.根据权利要求12所述的泵体组件，其特征在于，所述滚子组件包括曲轴(6)时，所述曲轴(6)的偏心部圆心与所述气缸内圆(8)的中心错位设置。
14.根据权利要求10所述的泵体组件，其特征在于，所述滑片(9)包括摆动部(11)和滑动部(12)，所述摆动部(11)能够转动地设置在所述嵌入槽(4)内，所述滑动部(12)能够滑动地设置在所述滑槽(10)内。
15.根据权利要求14所述的泵体组件，其特征在于，所述摆动部(11)为圆柱形，所述摆动部(11)的直径小于或等于所述滑动部(12)的厚度。
16.根据权利要求15所述的泵体组件，其特征在于，在垂直于所述气缸(7)的中心轴线的截面内，所述摆动部(11)与所述滑动部(12)之间通过直线段和/或弧线段连接。
17.根据权利要求16所述的泵体组件，其特征在于，所述摆动部(11)和所述滑动部(12)的一侧通过一个直线段和一个弧线段连接，其中所述直线段连接在所述摆动部(11)上，所述弧线段连接在所述滑动部(12)上，所述直线段与所述弧线段在相交处相切。
18.根据权利要求14所述的泵体组件，其特征在于，所述摆动部(11)外覆有第二防护层(13)，所述第二防护层(13)的材料与所述外滚子(1)的材料不同。
19.根据权利要求18所述的泵体组件，其特征在于，所述第二防护层(13)为工程塑料、复合材料或者金属材料。
20.根据权利要求19所述的泵体组件，其特征在于，所述第二防护层(13)为聚苯硫醚或聚四氟乙烯。
21.根据权利要求10所述的泵体组件，其特征在于，所述气缸(7)的第一端面处设置有第一法兰，所述气缸(7)的第二端面处设置有第二法兰，所述滑片(9)尾部的滑槽(10)与所述第一法兰和所述第二法兰配合形成封闭空间。
22.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的滚子组件或权利要求10至21中任一项所述的泵体组件。
23.一种气体压缩系统，其特征在于，包括权利要求22所述的压缩机。
24.一种热泵系统，其特征在于，包括权利要求22所述的压缩机。
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