CN112343819B - 一种压缩机泵体组件、压缩机及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压缩机泵体组件、压缩机及空调器。压缩机泵体组件，包括：气缸，内部形成压缩腔；曲轴，包括长轴、短轴和偏心轴，长轴、短轴的轴线共线，偏心轴设置在长轴与短轴之间，偏心轴的轴线与长轴和短轴的轴线错开设置，偏心轴可转动地设置在压缩腔内；上法兰，封盖在气缸的第一端，长轴可转动地穿设在上法兰上；下法兰，封盖在气缸的第二端，短轴可转动地穿设在下法兰上；上法兰由轻质合金制成，至少在上法兰与长轴接触部分设置耐磨涂层，和/或,下法兰由轻质合金制成，至少在下法兰与短轴接触部分设置耐磨涂层。本发明可以减小压缩机泵体组件重量，进而减小转动惯性。

Description

一种压缩机泵体组件、压缩机及空调器

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种压缩机泵体组件、压缩机及空调器。

背景技术

全球范围节能环保呼声日益高涨，节能环保政策频出，汽车领域正在积极向清洁能源方向发展，电动汽车成为各厂商角逐的重点方向。燃油车空调系统直接采用发动机驱动压缩机工作，而纯电动车因不具备发动机只能采用电能驱动电动压缩机工作(类似家用空调)。汽车动力源的改变，催生了汽车空调压缩机的更新换代，全封闭电动压缩机是将来的主导产品。现有滚动转子式压缩机因各方面性能的全面提升，具备了重新进军汽车空调领域的资本。为适应车载特性，传统铁基泵体材料显然无法满足要求，现有铁基材质存在重量大、转动惯力大的缺点，因此泵体组件需进行轻量化设计和提高抗振性设计，改善NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)。

若转子式压缩机中部分泵体采用低密度的材质将会大大减小整机的重量和转动惯力，进而减小整机的振动、噪声及提升压缩机的性能。但是低密度材质往往不能满足强度要求，或者，耐磨性不能满足压缩机使用需求。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种压缩机泵体组件、压缩机及空调器，至少用于解决现有技术中存在的压缩机重量大、转动惯性大的技术问题，具体地：

第一方面，本发明提供一种压缩机泵体组件，包括：

气缸，内部形成压缩腔；

曲轴，包括长轴、短轴和偏心轴，所述长轴、短轴的轴线共线，所述偏心轴设置在所述长轴与所述短轴之间，所述偏心轴的轴线与所述长轴和所述短轴的轴线错开设置，

所述偏心轴可转动地设置在所述压缩腔内；

上法兰，封盖在所述气缸的第一端，所述长轴可转动地穿设在所述上法兰上；

下法兰，封盖在所述气缸的第二端，所述短轴可转动地穿设在所述下法兰上；

所述上法兰由轻质合金制成，至少在所述上法兰与所述长轴接触部分设置耐磨涂层，和/或，所述下法兰由轻质合金制成，至少在所述下法兰与所述短轴接触部分设置耐磨涂层。

进一步可选地，所述轻质合金为铝硅合金，其中硅含量7％-30％。

进一步可选地，所述上法兰和/或下法兰采用粉末冶金、半固态成型或铸造工艺成型。

进一步可选地，

所述耐磨涂层包括二氧化钛涂层，所述二氧化钛涂层的厚度T₁为5μm-50μm，并且，所述二氧化钛涂层的厚度偏差小于或等于0.1T₁。

进一步可选地，所述二氧化钛涂层的粗糙度Ra小于0.8。

进一步可选地，所述二氧化钛涂层采用化学氧化工艺制备。

进一步可选地，所述曲轴的表面硬度为H2，所述二氧化钛涂层的截面显微硬度为H1，其中，H1≤H2。

进一步可选地，H1和H2还存在如下关系：h＝H2/H1∈[1，4]，H1≥300HV，其中，H1和H2还存在如下关系：h＝H2/H1∈[1，4]，其中H1≥300HV，其中，当电机运行频率≥120HZ时；h取1～2，当电机运行频率≤50HZ时，h取3～4。

进一步可选地，所述曲轴采用渗碳钢，所述渗碳钢的有效渗碳深度为0.45mm-0.55mm，表面硬度为H2：HRC40-70。

进一步可选地，所述法兰内径D1与所述曲轴外径D2之间的间隙为δ₁，其中，δ₁＝D1-D2，0.020mm≤δ₁≤0.035mm。

第二方面，本发明提供一种压缩机，包括：

上述压缩机泵体组件；

壳体，所述压缩机泵体组件设置在所述壳体内。

进一步可选地，所述压缩机包括单缸转子压缩机、双缸转子压缩机、三缸转子压缩机、定容量转子压缩机和变容量转子压缩机。

第三方面，本发明提供一种空调器，包括上述压缩机。

进一步可选地，所述空调器为车载空调器。

本发明通过采用轻质、高耐磨的铝合金材质制作上法兰和/或下法兰，并在表面覆盖一层二氧化钛涂层，减轻整体质量的同时还能够保证具有足够的强度，以达到降低压缩机的转动惯性的问题。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明实施例压缩机泵体组件的截面示意图；

图2示出本发明实施例曲轴的结构示意图；

图3示出本发明实施例上法兰的结构示意图；

图4示出本发明实施例下法兰的结构示意图；

图5示出本发明实施例耐磨涂层的结构示意图；

图6示出本发明实施例二氧化钛涂层截面形貌图(200×)；

图7示出本发明实施例硬质阳极氧化截面形貌图；

图8示出本发明实施例二氧化钛涂层表面三维形貌图及表面粗糙度；

图9示出本发明实施例硬质阳极氧化涂层表面三维形貌图及表面粗糙度。

图中：

1、曲轴；11、长轴；111、长轴摩擦面；12、短轴；121、短轴摩擦面；13、偏心轴；2、上法兰；21、上法兰摩擦面；22、耐磨涂层；3、气缸；4、下法兰；41、下法兰摩擦面；5、滚子；6、滑片；7、弹簧。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

本发明通过采用轻质、高耐磨的铝合金材质制作上法兰和/或下法兰，并在表面覆盖一层二氧化钛涂层，减轻整体质量的同时还能够保证具有足够的强度，以达到降低压缩机的转动惯性的问题。以下结合具体实施例对本发明进行详细介绍：

如图1、图2、图3、图4所示，本发明提供一种压缩机泵体组件，包括：

气缸3，内部形成压缩腔；

曲轴1，包括长轴11、短轴12和偏心轴13，长轴11、短轴12的轴线共线，偏心轴13设置在长轴11与短轴12之间，偏心轴13的轴线与长轴11和短轴12的轴线错开设置，偏心轴13可转动地设置在压缩腔内，长轴11上形成有与上法兰2转动配合的长轴摩擦面111，短轴12上形成有与下法兰4转动配合的短轴摩擦面121；

上法兰2，封盖在气缸3的第一端，内壁面形成上法兰摩擦面21，长轴11可转动地穿设在上法兰2上，长轴摩擦面111与上法兰摩擦面21滑动配合；下法兰4，封盖在气缸3的第二端，内壁面形成下法兰摩擦面41，短轴12可转动地穿设在下法兰4上，短轴摩擦面121与下法兰摩擦面41滑动配合。上法兰2和下法兰4对曲轴1进行支撑，偏心轴13上套设有滚子5，滚子5和偏心轴13转动设置在压缩腔内，滚子5的内面与曲轴1偏心轴13外周面接触，滚子5的外周面接触于气缸33的内面，通过曲轴1偏心轴13的旋转做公转和自转运动。气缸33的径向槽内设置有弹簧7，弹簧7通过弹簧力的作用使得滑片6端部紧紧贴在滚子5外表面上。在曲轴1旋转驱动作用下，使压缩机吸排气腔容积不断变化，从而实现压缩机周期性吸气、压缩和排气的过程。

如图5所示，上法兰2由轻质合金制成，至少在上法兰2与长轴11接触部分设置耐磨涂层22，和/或，下法兰4由轻质合金制成，至少在下法兰4与短轴12接触部分设置耐磨涂层。其中，轻质合金为铝硅合金，硅含量为7％-30％。

优选地，上法兰2和/或下法兰4采用粉末冶金、半固态成型或铸造工艺成型，即铝硅合金采用粉末冶金、半固态成型、铸造等工艺成型。

优选地，耐磨涂层包括二氧化钛涂层，二氧化钛涂层的厚度T1为5μm-50μm，并且，二氧化钛涂层的厚度偏差小于或等于0.1T1。

二氧化钛涂层的粗糙度Ra小于0.8。

优选地，二氧化钛涂层采用化学氧化工艺制备，具体包括：使用含钛的处理液，待涂覆的泵体工件(例如上法兰2)作为阳极，不参与反应的惰性金属板作为阴极，在通电的条件下完成对高硅铝泵体基材的涂覆。通电后溶液中的氧被高压等离子化，产生的等离子体与溶液中的钛结合，等离子体的微观温度高达上万度，在钛与铝之间能形成Ti-O-Al，可赋予二氧化钛极好的基材结合力，形成二氧化钛沉积在泵体表面。二氧化钛涂层的膜厚T1：5μm-40μm，优选10μm-25μm；并且膜厚偏差不大于0.1×T1。

二氧化钛涂层在成膜过程中可以覆盖高硅铝合金中的呈多边形的初晶硅，因此膜层均匀性极好，膜厚误差仅为膜厚的0.1倍。如图6、图7所示，可最大程度还原泵体机加工精度。与其余泵体组成运动配副时，其一是可保证设计间隙与实际运行间隙的一致性，其二是了保证运动配副不同位置间隙的均匀性。解决了高硅铝合金硬质阳极氧化和微弧氧化膜厚不均匀的问题；涂层的表面粗糙度小，涂层的三维形貌如图8所示，粗糙度仅为0.424μm，而同等厚度的硬质阳极氧化粗糙度高达1.314μm，如图9所示。二氧化钛低的表面粗糙度可保证运动副初始接触时，微凸体点接触数量少，且其接触瞬时温度低，不会超过冷冻油化学稳定性的安全温度和冷冻油的闪点，冷冻油不会因为配副的粗糙度差而发黑失效。解决了铝合金硬质阳极氧化和微弧氧化粗糙度差与匹配的摩擦副润滑油变黑失效的问题；

涂层为基体向外生长，泵体新规格为泵体规格+涂层厚度即可，计量方式简单。而硬质阳极氧化和微弧氧化为在铝合金溶解与生长同时进行，即涂层的生长过程是铝基体边溶解涂层同时在生长，因此涂层的厚度包括向基体内生长部分和向基体外生成部分。但泵体实际增加厚度为泵体规格+涂层向外生长的部分。目前紧靠经验公式计算向外生长部分，但不同基材涂层生长规则不一致，经验公式适用性差。解决了铝合金表面硬质阳极氧化和微弧氧化后，涂层增长部分计算难的问题。

采用该种涂层处理方式表面粗糙度优异、膜层均匀性极好。既可满足压缩机减重需求也可以满足转子压缩机泵体匹配间隙的要求，在降低压缩机重量的同时不降低压缩机的性能及可靠性。

优选地，曲轴1采用渗碳钢或调质钢，例如采用渗碳钢，优选为，40Cr、20Cr、20CrMnTi，渗碳钢的有效渗碳深度为0.45mm-0.55mm，表面硬度为H2：HRC40-70。曲轴1的表面硬度为H2，二氧化钛涂层的截面显微硬度为H1，其中，H1≤H2，H1和H2还存在如下关系：h＝H2/H1∈[1，4]，其中H1≥300HV，h的取值与电机运行频率相关，其中，当电机运行频率≥120HZ时；h取1～2，当电机运行频率≤50HZ时，h取3～4。

曲轴1采用渗碳钢或调质钢可以解决传统球墨铸铁曲轴1强度水平偏低、耐磨性差、曲轴1刚度差挠度变形大的问题。

但钢曲轴1经整体调质或表面渗碳淬火后表面硬度较高(大于50HRC/600HV)，与此同时带来一个较为严重的问题，高硬度钢制曲轴1与硬度值偏低(＜200HV)的灰铸铁硬度差较大，上法兰2、下法兰4与曲轴1形成摩擦副时，硬质的曲轴1会对软质的上法兰2/下法兰4与曲轴1接触摩擦面加剧磨损，随着压缩机的运行，磨损量继续增加，会大大降低腔体密封效果、进而降低压缩机的效率、缩短压缩机的使用寿命。

铝硅合金表面二氧化钛涂层硬度较传统灰铸铁硬度高，与钢制曲轴1的硬度匹配处于合理的区间，可保证二氧化钛涂层的磨损量在可控的范围内，既保证上/下法兰4与曲轴1的合理间隙，又保证了合理的润滑状态，可以保证钢制曲轴1的最大效用。

法兰内径D1与曲轴1外径D2之间的间隙为δ₁，其中，δ₁＝D1-D2，0.020mm≤δ₁≤0.035mm。

在装配上，上法兰2主要同曲轴1的长轴11、上消音器、气缸3相配合，长轴11与上法兰2内径之间的滑动摩擦影响压缩机的机械效率，当上法兰2或下法兰4更换为铝合金时，由于不同材质之间的平均热膨胀系数、导热系数、比热容不同，不同摩擦副在温升阶段温度不一致可能会出现卡死的现象，如果设计不当或者恶劣条件下工作，它们会发生金属接触，其磨损将严重影响到整机的性能及可靠性。将上法兰2更换为铝合金之后，经理论分析及大量表明当上法兰2内径D1与曲轴1外径D2之间间隙δ1，0.020mm≤δ1≤0.035mm范围内，上法兰2与长轴11不会卡死且保持良好的润滑条件。

具体地，

实施例1：

上法兰2与曲轴1间隙设计为20μm时，上法兰2采用硅含量为11-13％的铝合金，在上法兰2表面制备一层膜厚为25μm的二氧化钛涂层，二氧化钛涂层硬度为405HV，曲轴1采用渗碳淬火处理后的20Cr，表面硬度为600HV。按照JB/T 12845-2016《汽车空调用电动压缩机》中对电动压缩机的名义工况进行测试。

电动压缩机的名义工况

测试结果如表1所示：

表1

从表1中可知，在各工况下实施例1样机较批量样机的COP浮动在：-3.11-4.52％。说明将上法兰2更换为铝合金+二氧化钛涂层时，说明该涂层对配合间隙和摩擦功耗的正向作用。

实施例2：

上法兰2和下法兰4与曲轴1间隙设计为30μm时，上法兰2和下法兰4采用硅含量20-25％的高硅铝合金，在上法兰2内孔和下法兰4内孔制备一层膜厚为40μm的二氧化钛涂层，二氧化钛涂层硬度为385HV，曲轴1采用渗碳淬火处理后的20CrMnTi，表面硬度为700HV。测试结果如表2所示：

表2

从表2中可知，在各工况下实施例2样机较批量样机的COP偏低浮动在：-3.4--0.83％。说明将上法兰2和下法兰4同时更换为铝合金+二氧化钛涂层时，样机性能衰减幅度小，说明该方案可行性很高，后续再加优化，性能可进一步提升。

本发明还提供一种压缩机，包括：上述压缩机泵体组件；壳体，压缩机泵体组件设置在壳体内。压缩机包括单缸转子压缩机、双缸转子压缩机、三缸转子压缩机、定容量转子压缩机和变容量转子压缩机。压缩机驱动的工作冷媒为低压冷媒，如R134a，R22、R410A，R32，R407C，无机物制冷剂R744(CO2)等。

本法发明还提供一种空调器，包括上述压缩机，本发明提供的空调器为车载空调器。

综上，本发明提供的轻质化汽车空调用滚动转子压缩机，设计了合理的轻质化上法兰2和下法兰4与钢制曲轴1的间隙以及上法兰2和下法兰4与曲轴1的硬度关系，可用于指导结构设计。

上/下法兰4采用轻质高强耐磨的铝合金，在铝合金泵体上制备一层二氧化钛涂层，该种膜层均匀性极好，可最大程度还原泵体机加工精度。与其余泵体组成运动配副时，其一是可保证设计间隙与实际运行间隙的一致性，其二是了保证运动配副不同位置间隙的均匀性。

涂层的表面粗糙度小、可保证运动副初始接触时，微凸体点接触数量少，且其接触瞬时温度低，不会超过冷冻油化学稳定性的安全温度和冷冻油的闪点，冷冻油不会因为配副的粗糙度差而发黑失效。

涂层为基体向外生长，泵体新规格为泵体规格+涂层厚度即可，计量方式简单。而硬质阳极氧化和微弧氧化为在铝合金溶解与生长同时进行，即涂层的生长过程是铝基体边溶解涂层同时在生长，因此涂层的厚度包括向基体内生长部分和向基体外生成部分。但泵体实际增加厚度为泵体规格+涂层向外生长的部分。目前紧靠经验公式计算向外生长部分，但不同基材涂层生长规则不一致，经验公式适用性差。

为解决传统球墨铸铁曲轴强度水平偏低、耐磨性差、曲轴刚度差挠度变形大的问题，解决方案通常为选用刚度、耐磨性、耐磨性更优的钢制曲轴，如渗碳钢和调质钢。但钢曲轴经整体调质或表面渗碳淬火后表面硬度较高(大于50HRC/600HV)，与此同时带来一个较为严重的问题，高硬度钢制曲轴与硬度值偏低(＜200HV)的灰铸铁硬度差较大，上法兰2和下法兰4与曲轴形成摩擦副时，上法兰2和下法兰4与曲轴接触摩擦面将会加剧磨损，导致间隙变大，引起泄露。

铝合金表面二氧化钛涂层硬度较传统灰铸铁硬度高，与钢制曲轴的硬度匹配处于合理的区间，可以保证钢制曲轴的最大效用。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (12)

1.一种压缩机泵体组件，其特征在于：包括：

气缸，内部形成压缩腔；

曲轴，包括长轴、短轴和偏心轴，所述长轴、短轴的轴线共线，所述偏心轴设置在所述长轴与所述短轴之间，所述偏心轴的轴线与所述长轴和所述短轴的轴线错开设置，

所述偏心轴可转动地设置在所述压缩腔内；

上法兰，封盖在所述气缸的第一端，所述长轴可转动地穿设在所述上法兰上；

下法兰，封盖在所述气缸的第二端，所述短轴可转动地穿设在所述下法兰上；

所述上法兰由轻质合金制成，至少在所述上法兰与所述长轴接触部分设置耐磨涂层，和/或,所述下法兰由轻质合金制成，至少在所述下法兰与所述短轴接触部分设置耐磨涂层；

所述曲轴的表面硬度为H2，所述耐磨涂层包括二氧化钛涂层，所述二氧化钛涂层的截面显微硬度为H1，H1和H2存在如下关系：h＝H2/H1∈[1，4]，H1≥300HV，其中，当电机运行频率≥120HZ时；h取1～2，当电机运行频率≤50HZ时，h取3～4。

2.根据权利要求1所述的压缩机泵体组件，其特征在于：所述轻质合金为铝硅合金，其中硅含量为7％-30％。

3.根据权利要求2所述的压缩机泵体组件，其特征在于：所述上法兰和/或下法兰采用粉末冶金、半固态成型或铸造工艺成型。

4.根据权利要求2所述的压缩机泵体组件，其特征在于：

所述二氧化钛涂层的厚度T1为5μm-50μm，并且，所述二氧化钛涂层的厚度偏差小于或等于0.1T1。

5.根据权利要求4所述的压缩机泵体组件，其特征在于：所述二氧化钛涂层的粗糙度Ra小于0.8。

6.根据权利要求4所述的压缩机泵体组件，其特征在于：所述二氧化钛涂层采用化学氧化工艺制备。

7.根据权利要求1所述的压缩机泵体组件，其特征在于：所述曲轴采用渗碳钢，所述渗碳钢的有效渗碳深度为0.45mm-0.55mm，表面硬度为H2：HRC40-70。

8.根据权利要求1-7任一项所述的压缩机泵体组件，其特征在于：所述上法兰内径D1与所述曲轴外径D2之间的间隙为δ₁，其中，δ₁＝D1-D2，0.020mm≤δ₁≤0.035mm。

9.一种压缩机，其特征在于：包括：

权利要求1-8任一项所述的压缩机泵体组件；

壳体，所述压缩机泵体组件设置在所述壳体内。

10.根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于：所述压缩机为单缸转子压缩机或双缸转子压缩机或三缸转子压缩机或定容量转子压缩机或变容量转子压缩机。

11.一种空调器，其特征在于：包括权利要求9或10所述的压缩机。

12.根据权利要求11所述的空调器，其特征在于：所述空调器为车载空调器。

Images