CN113202765B - 摩擦副组件、曲轴组件和压缩机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种摩擦副组件、曲轴组件和压缩机。该摩擦副组件包括第一摩擦件和第二摩擦件，所述第一摩擦件包括第一摩擦面，所述第二摩擦件包括第二摩擦面，所述第一摩擦面与所述第二摩擦面为相对滑动设置；所述第一摩擦面和/或所述第二摩擦面上设有凹槽；当所述第一摩擦面与所述第二摩擦面相对滑动时，使得所述凹槽内气体压力升高，在所述第一摩擦面与所述第二摩擦面之间产生气膜。本申请在相互接触的摩擦面上设置凹槽，间隙内的气体会进入凹槽内，使得凹槽内的气体压力得到升高，进而使得凹槽内气体被压缩而形成高压气，致使第一摩擦面与第二摩擦面之间产生气膜，因此摩擦副之间得到相互分离，从而降低摩擦副之间的摩擦做功，可有效降低功耗。

Description

摩擦副组件、曲轴组件和压缩机
技术领域
本申请属于压缩机技术领域，具体涉及一种摩擦副组件、曲轴组件和压缩机。
背景技术
在转子式压缩机中，泵体各零部件装配必然会存在相对运动的摩擦副，针对单缸转子压缩机相对运动的摩擦副主要为上法兰轴承、下法兰轴承、滚子下端面与下法兰端面、曲轴止推面与下法兰端面、滚子外圆面与气缸内圆面、滚子内圆面与偏心外圆面、滑片与滑片槽、滑片头部与滚子外圆等，其各摩擦副之间具有很高的摩擦功耗，摩擦功耗是压缩机重要的性能参数，高摩擦功耗则意味着低机械效率及高耗能；由于各摩擦副之间存在间隙并且润滑油分布不均，导致压缩机泵体组件各摩擦副之间存在很大的摩擦磨损与泄漏问题，这在不同程度上影响着压缩机的使用寿命与工作效率。因此针对压缩机性能研究的重要性日益突出，减少摩擦副之间的泄漏和增大润滑性能问题尤为重要。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种摩擦副组件、曲轴组件和压缩机，能够降低磨损。
为了解决上述问题，本申请提供一种摩擦副组件，包括：
第一摩擦件和第二摩擦件，所述第一摩擦件包括第一摩擦面，所述第二摩擦件包括第二摩擦面，所述第一摩擦面与所述第二摩擦面为相对滑动设置；
所述第一摩擦面和/或所述第二摩擦面上设有凹槽；当所述第一摩擦面与所述第二摩擦面相对滑动时，使得所述凹槽内气体压力升高，在所述第一摩擦面与所述第二摩擦面之间产生气膜。
可选地，所述凹槽内气体压力升高，包括由所述气体沿所述凹槽的延伸方向移动形成堆积压缩而成。
可选地，所述气体的移动方向与所述第一摩擦面和所述第二摩擦面相对滑动的方向之间的夹角设为预设角度。
可选地，所述凹槽设有多个，且为螺旋槽、直槽、燕尾槽、T型槽和弧形槽中的一种或组合。
根据本申请的另一方面，提供了一种泵体组件，包括如上所述的摩擦副组件。
可选地，所述第一摩擦件包括曲轴，所述凹槽设在所述曲轴外周面上；所述第二摩擦件包括法兰。
可选地，所述法兰包括上法兰，所述曲轴套装所述上法兰的对应位置处设有沿所述曲轴的轴向布置上至少两层的所述凹槽。
可选地，所述凹槽为螺旋槽，所述曲轴旋转时，所述气体由所述螺旋槽的一端进入所述螺旋槽内；所述气体在所述螺旋槽内的流动方向在所述曲轴轴向上的投影，与所述曲轴的旋转方向相反。
可选地，所述螺旋槽设有多个，沿所述曲轴外周环向均匀分布设置。
可选地，在所述曲轴横截面的最大圆周上，一个所述螺旋槽开口处的弧长b1与两个相邻所述螺旋槽间的弧长b2之比为0.8～1.4。
可选地，所述螺旋槽沿所述曲轴轴向上的长度为5～15mm，螺旋角为30°～60°，每个所述螺旋槽在所述曲轴轴向上投影的圆心角为15°～35°。
可选地，所述螺旋槽的深度为5～20μm。
可选地，所述气体在所述螺旋槽内的流动方向上，所述气体的流通面积为渐缩的。
可选地，所述螺旋槽在气体进入端的第一侧边与所述曲轴轴向夹角为0°～15°。
可选地，所述凹槽与所述第一摩擦面边缘的最小距离为0～5mm。
根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括如上所述的摩擦副组件或如上所述的泵体组件。
本申请提供的一种摩擦副组件，包括：第一摩擦件和第二摩擦件，所述第一摩擦件包括第一摩擦面，所述第二摩擦件包括第二摩擦面，所述第一摩擦面与所述第二摩擦面为相对滑动设置；所述第一摩擦面和/或所述第二摩擦面上设有凹槽；当所述第一摩擦面与所述第二摩擦面相对滑动时，使得所述凹槽内气体压力升高，在所述第一摩擦面与所述第二摩擦面之间产生气膜。
两个摩擦件构成的摩擦副，由于两个摩擦件能在接触的摩擦面进行相对滑动，尤其能高速相对滑动，两个摩擦面之间必然存在微小间隙，这是摩擦副的正常配合间隙，此间隙内会存在气体。
本申请在相互接触的摩擦面上设置凹槽，间隙内的气体会进入凹槽内，使得凹槽内的气体压力得到升高，进而使得凹槽内气体被压缩而形成高压气，致使第一摩擦面与第二摩擦面之间产生高压气膜，因此摩擦副之间得到相互分离，从而降低摩擦副之间的摩擦做功，可以有效降低功耗。
附图说明
图1为本申请实施例的转子压缩机的结构示意图；
图2为本申请实施例的摩擦副上设置凹槽的位置示意图；
图3为本申请实施例的螺旋槽曲轴结构示意图；
图4为本申请实施例的一字直槽曲轴结构的示意图；
图5为本申请实施例的弧形槽曲轴结构的示意图；
图6为本申请实施例的燕尾槽曲轴结构的示意图；
图7为本申请实施例的T型槽曲轴结构的示意图；
图8为本申请实施例的双端面螺旋槽曲轴结构示意图；
图9为本申请实施例的螺旋槽和一字直槽混合搭配曲轴结构示意图；
图10为本申请实施例的螺旋槽和弧形槽混合搭配曲轴结构示意图；
图11为本申请实施例的螺旋槽和燕尾槽混合搭配曲轴结构示意图；
图12为本申请实施例的螺旋槽结构放大(500倍)示意图；
图13为本申请实施例的螺旋槽曲轴平面展开结构示意图；
图14为本申请实施例的螺旋槽曲轴横截面展开结构示意图。
附图标记表示为：
A、凹槽安装位置；B、第一侧边；1、电机组件；2、泵体组件；21、上法兰；22、气缸；23、曲轴；231、凹槽；24、下法兰；3、储液器组件。
具体实施方式
结合参见图1至图14所示，根据本申请的实施例，一种摩擦副组件，包括：
第一摩擦件和第二摩擦件，所述第一摩擦件包括第一摩擦面，所述第二摩擦件包括第二摩擦面，所述第一摩擦面与所述第二摩擦面为相对滑动设置；
所述第一摩擦面和/或所述第二摩擦面上设有凹槽231；当所述第一摩擦面与所述第二摩擦面相对滑动时，使得所述凹槽231内气体压力升高，在所述第一摩擦面与所述第二摩擦面之间产生气膜。
两个摩擦件构成的摩擦副，包括平动或转动，由于两个摩擦件能就接触的摩擦面进行相对滑动，尤其是高速相对滑动，因此两个摩擦面之间必然存在微小间隙，这是摩擦副的正常配合间隙，此间隙内会存在气体。
本申请在相互接触的摩擦面上设置凹槽231，基于两个摩擦面在做相对运动，尤其是高速运动，间隙内的气体会进入凹槽231内，使得凹槽231内的气体压力得到升高，进而使得凹槽231内气体被压缩而形成高压气，致使第一摩擦面与第二摩擦面之间产生气膜，因此摩擦副之间得到相互分离，从而降低摩擦副之间的摩擦做功，可以有效降低功耗。
另外，由于气体在凹槽231内形成高压气膜，也能起到有效地阻隔作用，形成密封环的作用。
在一些实施例中，凹槽231内气体压力升高，包括由所述气体沿所述凹槽231的延伸方向移动形成堆积压缩而成。
对凹槽231内的气体压力升高方式进行具体限定，如图12所示，是采用气体在凹槽231中移动而形成堆积，形成压缩气及高压气膜，无需额外增设供气增压结构。
在一些实施例中，气体的移动方向与所述第一摩擦面和所述第二摩擦面相对滑动的方向之间的夹角设为预设角度。
为提高凹槽231的进气形成高压，气体的移动方向即凹槽231的延伸方向与相对滑动方向成预设角度，此预设角度为大于0度而不大于90度；由于凹槽231的延伸方向与相对滑动方向存在夹角，气体由凹槽231一端进入其内，向另一端移动形成挤压而成为高压气。
在一些实施例中，凹槽231设有多个，且为螺旋槽、直槽、燕尾槽、T型槽和弧形槽中的一种或组合。
在具体设计中，多个凹槽231的构型可为螺旋槽、直槽、燕尾槽、T型槽和弧形槽中的一种或组合；还可为多排凹槽231的结构，都能形成相应的气膜结构。优选的，凹槽为螺旋槽。
根据本申请的另一方面，提供了一种泵体组件，包括如上所述的摩擦副组件。
泵体组件中存在转动摩擦副，如曲轴23与上法兰21、曲轴23和下法兰24，在转动摩擦副的摩擦面上设置凹槽231，因此采用上述的摩擦副组件，能减小相应的摩擦损耗，可以有效降低功耗。
在一些实施例中，第一摩擦件包括曲轴23，所述凹槽231设在所述曲轴23外周面上；所述第二摩擦件包括法兰。
曲轴23和法兰相互配合的转动摩擦副，法兰为固定件，曲轴23为转动件；将凹槽231设在曲轴23的外周面上，利用曲轴23高速转动，更容易产生气体在凹槽231内形成高压气膜；在实际应用中，凹槽231也可设在法兰的内侧面上或两个摩擦面上均设。
在一些实施例中，法兰包括上法兰21，所述曲轴23套装所述上法兰21的对应位置处设有沿所述曲轴23的轴向布置上至少两层的所述凹槽231。
上法兰21套装在曲轴23上，在曲轴23的轴向长度较长，为确保上法兰21和曲轴23之间的高压气膜作用，采用轴向上多层凹槽231，优选为均匀分布。
在一些实施例中，凹槽231为螺旋槽，所述曲轴23旋转时，所述气体由所述螺旋槽的一端进入所述螺旋槽内；所述气体在所述螺旋槽内的流动方向在所述曲轴23轴向上的投影，与所述曲轴23的旋转方向相反。
如图12所示，气体进入螺旋槽后，在螺旋槽内的流动方向在曲轴23轴向上的投影，与曲轴23的旋转方向相反，在曲轴23高速转动情况下，气体更容易在螺旋槽内形成高压气膜，达到减少磨损的功效。
在一些实施例中，螺旋槽设有多个，沿所述曲轴23外周环向均匀分布设置。
曲轴23外周环向上均匀分布多个螺旋槽，使得曲轴23和法兰在周向上存在均匀的高压气膜。优选地，螺旋槽为12～24个。
在一些实施例中，在所述曲轴23横截面的最大圆周上，一个所述螺旋槽开口处的弧长b1与两个相邻所述螺旋槽间的弧长b2之比为0.8～1.4。
由于多个螺旋槽的均匀设置，选择两个相邻螺旋槽的间距与螺旋槽自身的宽度的对应关系，能确保两个摩擦面之间气膜均匀存在最优效果。
在一些实施例中，螺旋槽沿所述曲轴轴向上的长度为5mm～15mm，螺旋角为30°～60°。还有，螺旋槽的深度为5～20μm。对螺旋槽的结构进行限定，能起到最好的降低磨损效果；此深度范围的螺旋槽，不影响摩擦件的原有功能和功效，能确保气体进入，形成微小厚度的气膜结构。
螺旋槽在曲轴23外周面上为弧段结构，气体在螺旋槽内进行拐角突变压缩；虽然螺旋槽采用大长度的弧段也能产生动压气膜，但高压气膜刚度较差，容易产生泄漏，气膜稳定性较差。
在一些实施例中，气体在所述螺旋槽内的流动方向上，所述气体的流通面积为渐缩的。
通过改变螺旋槽的内部形状，若流通面积为渐缩的，使得气体能迅速增压。
在一些实施例中，螺旋槽在气体进入端的第一侧边B与所述曲轴23轴向夹角为0°～15°。
采用螺旋槽的进气侧边与轴向形成特定的夹角，便于气体进入，能尽快形成气膜。
在一些实施例中，凹槽231与所述第一摩擦面边缘的最小距离为0～5mm。
采用在曲轴上摩擦面边缘附近设置凹槽231，形成高压气膜，还能起到密封环作用，避免泵体组件泵送材料如制冷剂由摩擦副之间泄漏，提高制冷量，进而提升能效COP。
根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括如上所述的摩擦副组件或如上所述的泵体组件。
压缩机内相对运动的部件，均可采用上述的摩擦副组件或泵体组件，均能减少磨损和功耗。
下面以转子压缩机的结构对本申请技术方案进行详细描述，如图1所示转子压缩机主要包括电机组件1、泵体组件2和储液器组件3，泵体组件2包括上法兰21、气缸22、曲轴23、滚子、下法兰24等主要零部件。
将曲轴23的上部长轴与上法兰21配合相应部位，以及曲轴23的下部短轴与下法兰24配合相应部分，都设计有螺旋槽结构，在保证正常配合间隙的情况下，当压缩机高速运行时，曲轴23长短轴上的螺旋槽结构产生高压气膜，高压气膜使长短轴与上下法兰之间产生刚度较大的气膜密封环，使压缩机上下轴承摩擦副之间相互分离，从而降低压缩机上下轴承摩擦副之间的摩擦做功；又因为上下法兰摩擦副之间产生了刚度较大的气膜密封环，从而有效的防止制冷剂从上下法兰摩擦副之间泄漏，综上所述，本申请可以有效的降低功耗，提高制冷量，进而提升能效COP。
本申请在曲轴23的长轴两处位置上处分别设计螺旋槽结构，以及短轴一处位置处设计螺旋槽结构，螺旋槽可以采用直槽、燕尾槽、弧形槽或T型槽来替代，本申请的最优结构为双端螺旋槽结构，由槽区和非槽区依次周向上循环分布组成，且螺旋槽结构参数主要包括槽深h、槽数n、槽宽比β、槽长L、螺旋角α等参数，进行如下限定：
(1)槽深h优选深度为5～20μm；
(2)槽数n优选数量为12～24；
(3)槽宽比β即槽区b1与非槽区宽度b2的比值(b1/b2)，优选值为0.8～1.4；
(4)槽长L优选长度为5～15mm；
(5)螺旋角α优选值为30～60°；
(6)凹槽231结构设置位置：0≤d1、d2或d3≤5mm。
本申请针对现有转子压缩机高速运行存在的问题：
一：当转子压缩机高速运行时，由于上下法兰和曲轴23配合会存在间隙约为12～13μm(以1.5HP单缸转子压缩机为例)，气缸22中的少量高压冷媒会从此间隙泄漏，从而降低压缩机制冷量。
二：当转子压缩机高速运行时，由于压缩机泵油能力不足，往往在上下法兰和曲轴23长短轴配合位置处是缺油状态(贫油润滑状态)，甚至干摩擦，从而导致压缩机摩擦功耗增加，降低压缩机运行的可靠性。
本申请中制冷剂通过泵吸效应，把上下法兰和曲轴23配合间隙中的制冷剂由凹槽231的一端吸入凹槽231内，同时凹槽231内制冷剂不断的压缩，从而在凹槽231的另一端处出现气膜压力最大值，又由于曲轴23在实际高速运转时，会呈现轻微扰动(轴心轨迹偏移)，存在微小的偏心结构，进而产生楔形分布收敛空间，当曲轴23高速旋转时，利用凹槽、微间隙以及楔形效应，进而在曲轴23凹槽位置间隙处产生刚度极大的密封气膜，从而降低了制冷剂的泄漏，降低摩擦功耗，能耗大概能下降5～7％之间，提高了压缩机运行的可靠性。
本申请曲轴23上凹槽231结构不仅可以应用于单缸还可以应用于双缸、三缸以及双级增焓旋转式压缩机，凡是遇到旋转曲轴23和法兰配合的问题都可应用本申请结构设计点，从而提高压缩机制冷量，保证压缩机运行的可靠性。
本申请在曲轴23短轴位置处只设计一处位置凹槽231结构，当曲轴23短轴与下法兰24配合长度较长时，也可以设计多处位置凹槽231结构。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述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。以上所述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 (15)

1.一种摩擦副组件，其特征在于，包括：
第一摩擦件和第二摩擦件，所述第一摩擦件包括第一摩擦面，所述第二摩擦件包括第二摩擦面，所述第一摩擦面与所述第二摩擦面为相对滑动设置；
所述第一摩擦面和/或所述第二摩擦面上设有凹槽(231)；当所述第一摩擦面与所述第二摩擦面相对滑动时，使得所述凹槽(231)内气体压力升高，在所述第一摩擦面与所述第二摩擦面之间产生气膜；
所述第一摩擦件包括曲轴(23)，所述凹槽(231)设在所述曲轴(23)外周面上；所述第二摩擦件包括法兰。
2.根据权利要求1所述的摩擦副组件，其特征在于，所述凹槽(231)内气体压力升高，包括由所述气体沿所述凹槽(231)的延伸方向移动形成堆积压缩而成。
3.根据权利要求2所述的摩擦副组件，其特征在于，所述气体的移动方向与所述第一摩擦面和所述第二摩擦面相对滑动的方向之间的夹角设为预设角度。
4.根据权利要求1、2或3所述的摩擦副组件，其特征在于，所述凹槽(231)设有多个，且为螺旋槽、直槽、燕尾槽、T型槽和弧形槽中的一种或组合。
5.一种泵体组件，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的摩擦副组件。
6.根据权利要求5所述的泵体组件，其特征在于，所述法兰包括上法兰(21)，所述曲轴(23)套装所述上法兰(21)的对应位置处设有沿所述曲轴(23)的轴向布置上至少两层的所述凹槽(231)。
7.根据权利要求5-6任一项所述的泵体组件，其特征在于，所述凹槽(231)为螺旋槽，所述曲轴(23)旋转时，所述气体由所述螺旋槽的一端进入所述螺旋槽内；所述气体在所述螺旋槽内的流动方向在所述曲轴(23)轴向上的投影，与所述曲轴(23)的旋转方向相反。
8.根据权利要求7所述的泵体组件，其特征在于，所述螺旋槽设有多个，沿所述曲轴(23)外周环向均匀分布设置。
9.根据权利要求8所述的泵体组件，其特征在于，在所述曲轴(23)横截面的最大圆周上，一个所述螺旋槽开口处的弧长b1与两个相邻所述螺旋槽间的弧长b2之比为0.8～1.4。
10.根据权利要求9所述的泵体组件，其特征在于，所述螺旋槽沿所述曲轴(23)轴向上的长度为5～15mm，螺旋角为30°～60°。
11.根据权利要求10所述的泵体组件，其特征在于，所述螺旋槽的深度为5～20μm。
12.根据权利要求8所述的泵体组件，其特征在于，所述气体在所述螺旋槽内的流动方向上，所述气体的流通面积为渐缩的。
13.根据权利要求7所述的泵体组件，其特征在于，所述螺旋槽在气体进入端的第一侧边与所述曲轴(23)轴向夹角为0°～15°。
14.根据权利要求5所述的泵体组件，其特征在于，所述凹槽(231)与所述第一摩擦面边缘的最小距离为0～5mm。
15.一种压缩机，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的摩擦副组件或如权利要求5-14任一项所述的泵体组件。
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