CN112360742A - 曲轴、泵体结构及压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种曲轴、泵体结构及压缩机，曲轴包括依次连接的短轴、偏心部以及长轴，短轴与长轴同轴设置，偏心部的中心轴线与长轴和短轴的中心轴线平行且间隔设置；其中，偏心部包括靠近短轴的第一端面、靠近长轴的第二端面、以及连接第一端面和第二端面的外圆面，外圆面形成有多个导油槽，每个导油槽连通第一端面和/或第二端面。上述曲轴，由于偏心部上开设有导油槽，因此当设有该曲轴的压缩机启动时，随着曲轴的高速转动，偏心部的外圆面与滚动转子的内圆面之间自动产生一层具有刚度的油膜。滚动转子在油膜的推动下朝偏心侧移动，滚动转子的外圆面与气缸的内壁之间的径向间隙逐渐减小，从而减小了径向间隙处的制冷剂的泄漏。

Description

曲轴、泵体结构及压缩机
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，特别是涉及一种曲轴、泵体结构及压缩机。
背景技术
滚动转子式压缩机由于其具有的体积小、重量轻、运行可靠、输气系数较高等特点，广泛应用于家电冰箱和空调器等家用电器中，使这些电器设备最重要的组成部分之一，压缩机的性能直接关系到电器设备的整机性能。
目前的滚动转子式压缩机主要包括气缸、曲轴、滚动转子以及滑片。其中，气缸与套装在偏心轴上的滚动转子形成月牙形空间，紧顶在滚动转子上的滑片将这一月牙形空间分为两个腔体，与吸气口相通的腔体称为吸气腔，与排气口相通的腔体称为压缩腔。滚动转子式压缩机的结构特点决定了滚动转子与气缸之间存在配合间隙，在压差的作用下，制冷剂会由此配合间隙从压缩腔泄漏到吸气腔，造成滚动转子式压缩机的容积效率下降，进而影响了压缩机的制冷能力。
因此，如何在保证良好的可靠性的前提下，如何减小滚动转子与气缸的配合间隙，降低制冷剂泄漏，一直是压缩机性能提升研究的重点方向。
发明内容
本发明针对滚动转子与气缸的配合间隙较大的问题，提出了一种曲轴、泵体结构及压缩机，该曲轴、泵体结构及压缩机可以达到减小滚动转子与气缸的配合间隙的技术效果。
一种曲轴，所述曲轴包括依次连接的短轴、偏心部以及长轴，所述短轴与所述长轴同轴设置，所述偏心部的中心轴线与所述长轴和所述短轴的中心轴线平行且间隔设置；
其中，所述偏心部包括靠近所述短轴的第一端面、靠近所述长轴的第二端面、以及连接所述第一端面和所述第二端面的外圆面，所述外圆面形成有多个导油槽，每个所述导油槽连通所述第一端面和/或所述第二端面。
在其中一个实施例中，多个所述导油槽沿所述偏心部的周向间隔排布。
在其中一个实施例中，所述导油槽包括第一导油槽与第二导油槽，所述第一导油槽位于所述偏心部设有所述第一端面的一端并连通所述第一端面，所述第二导油槽位于所述偏心部设有所述第二端面的一端并连通所述第二端面。
在其中一个实施例中，每个所述第一导油槽远离所述第一端面一端位于第一虚拟圆面上，每个所述第二导油槽远离所述第二端面的一端位于第二虚拟圆面上，所述第一虚拟圆面与所述第二虚拟圆面在所述偏心部的轴线方向上平行且间隔设置。
在其中一个实施例中，所述第一虚拟圆面相对所述第一端面的距离大于所述第一虚拟圆面相对所述第二虚拟圆面的距离，所述第二虚拟圆面相对所述第二端面的距离大于所述第一虚拟圆面相对所述第二虚拟圆面的距离。
在其中一个实施例中，所述第一虚拟圆面相对所述第一端面的距离和所述第二虚拟圆面相对所述第二端面的距离相等。
在其中一个实施例中，每个所述导油槽的延伸方向与所述偏心部的中心轴线方向相交，且所述导油槽自所述第一端面或第二端面两者中的一者朝所述第一端面或第二端面两者中的另一者的延伸方向背离所述曲轴的转动方向。
在其中一个实施例中，每个所述导油槽呈弧形、菱形、直线形或人字形。
在其中一个实施例中，所述导油槽在所述偏心部的径向方向上的深度大于或等于5μm且小于或等于40μm。
在其中一个实施例中，所有所述导油槽在所述外圆面上的开口总面积与所述外圆面未开设所述导油槽的区域的面积的比值大于或等于0.1且小于或等于0.75。
一种泵体组件，包括上述的曲轴，所述泵体结构还包括滚动转子、气缸以及滑片，所述曲轴插设于所述气缸内，所述滚动转子套设于所述曲轴的所述偏心部外，所述滑片的一端抵持于所述滚动转子，所述滑片的另一端限位于所述气缸。
一种压缩机，包括上述的曲轴。
上述曲轴，由于偏心部上开设有导油槽，因此当设有该曲轴的压缩机启动时，随着曲轴的高速转动，润滑油顺着导油槽被泵入导油槽中，并在导油槽的底部不断堆积。随着润滑油的不断聚集，偏心部的外圆面与滚动转子的内圆面之间自动产生一层具有刚度的油膜。滚动转子在油膜的推动下朝偏心侧移动，进而导致滚动转子的内圆面和偏心部的外圆面之间的间隙大小发生变化，随着滚动转子向远离滑片方向移动，滚动转子的外圆面与气缸的内壁之间的径向间隙逐渐减小，从而减小了径向间隙处的制冷剂的泄漏。
附图说明
图1为本发明一实施例的泵体结构的剖视图；
图2为本发明一实施例的曲轴的结构示意图；
图3为本发明一实施例的泵体结构的滚子、曲轴的偏心部以及气缸的配合间隙示意图；
图4为本发明一实施例的形成于偏心部的外圆面的油膜的示意图；
图5为本发明一实施例的泵体结构的滚子、曲轴的偏心部以及气缸的配合间隙示意图；
图6为本发明一实施例的曲轴的偏心部的外圆面展开示意图；
图7为本发明一实施例的导油槽形状示意图；
图8为本发明另一实施例的导油槽形状示意图；
图9为本发明又一实施例的导油槽形状示意图。
附图标记说明：
100、泵体结构；10、气缸；20、曲轴；21、短轴；23、偏心部；232、第一导油槽；234、第二导油槽；25、长轴；30、滚动转子；40、滑片；50、油膜。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
如图1及图2所示，本发明一实施例的压缩机，包括实现制冷剂压缩的泵体结构100，泵体结构100包括气缸10、曲轴20、滚动转子30、以及滑片40。气缸10开设有排气口与吸气口。具体在本申请中，泵体结构100应用于单级压缩机结构，在其它实施例中，泵体结构100也可应用于双级压缩机或三级压缩机结构，在此不做限定。
具体地，曲轴20插设于气缸10内，曲轴20包括依次连接短轴21、偏心部23以及长轴25，短轴21与长轴25的同轴设置，且长轴25的长度大于短轴21的长度。偏心部23的中心轴线与长轴25的中心轴线和短轴21的中心轴线平行且间隔设置，偏心部23包括靠近短轴21的第一端面、靠近长轴25的第二端面、以及连接第一端面和第二端面的外圆面。滚动转子30套设于曲轴20的偏心部23外，滑片40的一端抵持于滚动转子30的外圆面，滑片40的另一端限位于气缸10。
如此，滚动转子30与气缸10的缸壁之间形成一个月牙形的空间，抵持于滚动转子30上的滑片40将上述月牙形的空间分隔为两个腔体，其中一个腔体与气缸10的吸气口连通而形成吸气腔，另一个腔体与气缸10的排气口连通而形成压缩腔。
如图3所示，基于泵体结构100的结构特点，滚动转子30与气缸10之间总是存在配合间隙，在压差的作用下，制冷剂会通过前述配合间隙从压缩腔泄漏至吸气腔，从而造成压缩机的容积效率下降。其中，滚动转子30与气缸10的最小配合间隙称为径向间隙，径向间隙的缝隙宽度为δ，径向间隙处的制冷剂泄漏量m满足公式：
Figure BDA0002739761130000061
(其中，m的单位为kg/s，H泄漏间隙截面宽度(H的单位为m)、δ为泄漏间隙宽度(δ的单位为m)、P为出口压力(P的单位为Pa)、v为制冷剂在泄漏通道截面处的速度(v的单位为m/s)、R为制冷剂气体常数(R的单位为kJ/(kg·K))、T为泄漏间隙出口的温度(T的单位为℃))。发明人由此发现，为了达到减小径向间隙处制冷剂的泄漏量m的目的，可通过减小径向间隙处缝隙的宽度δ的大小实现。
为了减小径向间隙处缝隙的宽度δ的大小，本申请的曲轴20的偏心部23的外圆面形成有多个导油槽，每个导油槽连通第一端面和/或第二端面。
请继续参阅图3，在压缩机实际装配过程中，曲轴20的偏心部23与滚动转子30存在一定的偏心，即偏心部23的外圆面与滚动转子30的内圆面之间的间隙沿偏心部23的周向并不均等，偏心部23靠近滑片40的滑片侧的外圆面与滚动转子30的内圆面之间的间隙的宽度δF’始终大于偏心部23远离滑片40的偏心侧与滚动转子30的内圆面之间的间隙的宽度δF。
如图4所示，而由于本申请的曲轴20的偏心部23上开设有导油槽，因此当压缩机启动时，随着曲轴20的高速转动，润滑油顺着导油槽被泵入导油槽中，并在导油槽的底部不断堆积。随着润滑油的不断聚集，偏心部23的外圆面与滚动转子30的内圆面之间自动产生一层具有刚度的油膜50。
如图3及图5所示，根据油膜50的刚度公式
Figure BDA0002739761130000071
(其中F为油膜力，δ为摩擦副配合间隙)可知，由于偏心部23的滑片侧的外圆面与滚动转子30的内圆面之间间隙的宽度δF’大于偏心部23的偏心侧的外圆面与滚动转子30的内圆面之间间隙的宽度δF，因此偏心部23的滑片侧的外圆面与滚动转子30的内圆面之间的间隙宽度为δF’处的油膜50的刚度小于偏心部23的偏心侧的外圆面与滚动转子30的内圆面之间的间隙的宽度为δF处的油膜50的刚度，所以，滚动转子30远离滑片40的一侧所受的油膜力大于转动滚子靠近滑片40一侧所受的油膜力。
如此，滚动转子30在油膜50的推动下朝远离滑片40的偏心侧移动，进而导致滚动转子30的内圆面和偏心部23的外圆面之间的间隙大小发生变化，偏心部23的偏心侧的外圆面与滚动转子30的内圆面之间的间隙的宽度由δF增大为δF1，偏心部23的滑片侧的外圆面与滚动转子30的内圆面之间的间隙的宽度由δF’则减小为δF1’，随着滚动转子30向远离滑片40的方向移动，滚动转子30的外圆面与气缸10的内壁之间的径向间隙由δ减小至δ1，从而减小了径向间隙处的制冷剂的泄漏。而且，油膜50的产生增大了偏心侧滚动转子30的内圆面与偏心部23的外圆面的配合间隙，从而降低滚动转子30与曲轴20的摩擦损耗，延长了滚动转子30与曲轴20的使用寿命。
请继续参阅图2及图4，多个导油槽沿偏心部23的周向间隔排布，从而使偏心部23的外圆面各处均形成油膜50。可以理解，在偏心部23的周向上相邻两个导油槽之间的距离不限，可根据需要设置以满足不同要求。
具体在一些实施例中，导油槽包括第一导油槽232与第二导油槽234，第一导油槽232位于偏心部23设有第一端面的一端并连通第一端面，第二导油槽234位于偏心部23设有第二端面的一端并连通第二端面。每个第一导油槽232远离第一端面一端位于第一虚拟圆面上，每个第二导油槽234远离第二端面的一端位于第二虚拟圆面上，第一虚拟圆面与第二虚拟圆面在偏心部23的轴线方向上平行且间隔设置。
如此，第一导油槽232与第二导油槽234在偏心部23的轴向上间隔设置而并未相互贯通，从而防止滚动转子30的内圆面与偏心部23的外圆面之间的间隙过大。
如图2所示，优选地，第一虚拟圆面相对第一端面的距离L1和第二虚拟圆面相对第二端面的距离L2相等，且第一虚拟圆面相对第二虚拟圆面的距离L3分别小于第一虚拟圆面相对第一端面的距离L1和第二虚拟圆面相对第二端面的距离L2，从而使滚动转子30受到的油膜力更加稳定。可以理解，第一端面、第一虚拟圆面、第二虚拟圆面以及第二端面之间的距离不限于此，可根据需要设置以满足不同要求。
如图2及图6所示，在一些实施例中，每个导油槽的延伸方向与偏心部23的中心轴线方向相交，且导油槽自第一端面或第二端面两者中的一者朝第一端面或第二端面两者中的另一者的延伸方向背离曲轴20的转动方向，导油槽在外圆面上的开口的切线与外圆面的切线之间形成的夹角θ的角度小于90°。也就是说，如果曲轴20沿顺时针方向转动，那么第一导油槽232自其连接第一端面的一端朝另一端大致沿逆时针方向延伸，第二导流槽232自其连接第二端面的一端朝另一端大致沿逆时针方向延伸。如此，润滑油更容易在导油槽的底部聚集并具有一定的离心力以推动滚动转子30移动。
优选的，第一导油槽232与第二导油槽234以一平行于第一端面和第二端面的圆面为对称面对称设置，从而在偏心部23的轴向上形成均匀的油膜。
请参阅图2、图6至图8，具体在一些实施例中，导油槽呈弧形、菱形、直线形或人字形。优选的，第一导油槽232与第二导油槽234的形状相同并均呈弧形，且第一导油槽232在周向上的宽度自连接第一端面的一端朝第二端面一端逐渐减小，第二导油槽234在周向上的宽度自连接第二端面的一端朝第一端面一端逐渐减小。可以理解，导油槽的形状不限，第一导油槽232与第二导油槽234的形状可相同也可不同，可根据需要设置以满足不同要求。
在一些实施例中，所有导油槽在偏心部23的径向方向上的深度d均相同，且每个导油槽在偏心部23的径向方向上的深度d大于或等于5μm且小于或等于40μm，从而保证导油槽形成的油膜50具有较强的稳定性。优选的，导油槽在偏心部23的径向方向上的深度d大于或等于5μm且小于或等于20μm，从而使形成的油膜50的刚度达到最大值。
可以理解，在其它一些实施例中，不同导油槽在偏心部23的径向方向上的深度d可以不同，第一导油槽232与第二导油槽234在偏心部23的径向方向上的深度d可以相同也可以不同，每个导油槽的深度d的具体数值可根据需要设置以满足不同需要。
在一些实施例中，所有导油槽在外圆面上的开口总面积S与外圆面未开设导油槽的区域的总面积Sp的比值大于或等于0.1且小于或等于0.75，从而使偏心部23的外圆面和滚动转子30的内圆面之间存在较优的摩擦系数。
优选地，所有导油槽在外圆面上的开口总面积S与外圆面未开设导油槽的区域的总面积Sp的比值大于或等于0.25且小于或等于0.55，此时偏心部23的外圆面和滚动转子30的内圆面之间存在最优摩擦系数。
上述曲轴20及设有其的泵体结构100，通过在曲轴20的偏心部23的外圆面上开设导油槽，使偏心部23在转动过程中自动形成一层具有刚度的油膜50，进而依靠油膜50产生的油膜力减小滚动转子30与气缸10的缸壁的径向间隙，从而减小因径向间隙造成的制冷剂泄漏，有效提高了压缩机的制冷量。与此同时，油膜力增大了滚动转子30的内圆面与曲轴20的偏心部23的外圆面之间的间隙，从而减小了滚动转子30与曲轴20之间的摩擦磨损，降低了压缩机的整体功耗。此外，由于仅需在曲轴20的偏心部上开设导油槽即可实现间隙调整，因此无需设置额外的调节机构，从而在实现减小滚动转子30与气缸10的缸壁的径向间隙的同时，避免泵体结构100复杂化，避免了加工方式的大幅度改进与成本的显著增加。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种曲轴，其特征在于，所述曲轴包括依次连接的短轴(21)、偏心部(23)以及长轴(25)，所述短轴(21)与所述长轴(25)同轴设置，所述偏心部(23)的中心轴线与所述长轴(25)和所述短轴(21)的中心轴线平行且间隔设置；
其中，所述偏心部(23)包括靠近所述短轴(21)的第一端面、靠近所述长轴(25)的第二端面、以及连接所述第一端面和所述第二端面的外圆面，所述外圆面形成有多个导油槽，每个所述导油槽连通所述第一端面和/或所述第二端面。
2.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，多个所述导油槽沿所述偏心部(23)的周向间隔排布。
3.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所述导油槽包括第一导油槽(232)与第二导油槽(234)，所述第一导油槽(232)位于所述偏心部(23)设有所述第一端面的一端并连通所述第一端面，所述第二导油槽(234)位于所述偏心部(23)设有所述第二端面的一端并连通所述第二端面。
4.根据权利要求3所述的曲轴，其特征在于，每个所述第一导油槽(232)远离所述第一端面一端位于第一虚拟圆面上，每个所述第二导油槽(234)远离所述第二端面的一端位于第二虚拟圆面上，所述第一虚拟圆面与所述第二虚拟圆面在所述偏心部(23)的轴线方向上平行且间隔设置。
5.根据权利要求4所述的曲轴，其特征在于，所述第一虚拟圆面相对所述第一端面的距离大于所述第一虚拟圆面相对所述第二虚拟圆面的距离，所述第二虚拟圆面相对所述第二端面的距离大于所述第一虚拟圆面相对所述第二虚拟圆面的距离。
6.根据权利要求5所述的曲轴，其特征在于，所述第一虚拟圆面相对所述第一端面的距离和所述第二虚拟圆面相对所述第二端面的距离相等。
7.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，每个所述导油槽的延伸方向与所述偏心部(23)的中心轴线方向相交，且所述导油槽自所述第一端面或第二端面两者中的一者朝所述第一端面或第二端面两者中的另一者的延伸方向背离所述曲轴的转动方向。
8.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，每个所述导油槽呈弧形、菱形、直线形或人字形。
9.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所述导油槽在所述偏心部(23)的径向方向上的深度大于或等于5μm且小于或等于40μm。
10.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所有所述导油槽在所述外圆面上的开口总面积与所述外圆面未开设所述导油槽的区域的面积的比值大于或等于0.1且小于或等于0.75。
11.一种泵体结构，其特征在于，包括如权利要求1至10任意一项所述的曲轴，所述泵体结构还包括滚动转子(30)、气缸(10)以及滑片(40)，所述曲轴插设于所述气缸(10)内，所述滚动转子(30)套设于所述曲轴的所述偏心部(23)外，所述滑片(40)的一端抵持于所述滚动转子(30)，所述滑片(40)的另一端限位于所述气缸(10)。
12.一种压缩机，其特征在于，包括如权利要求1至10任意一项所述的曲轴。
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