CN113931822A - 气缸座、泵体组件、压缩机和冰箱 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种气缸座、泵体组件、压缩机和冰箱。该气缸座包括座体(1)，座体(1)包括气缸孔，气缸孔内设置有第一材料层(2)，第一材料层(2)和气缸孔的内壁之间通过弹性层(3)连接，第一材料层(2)的膨胀系数与座体(1)的膨胀系数不同。根据本申请的气缸座，能够有效解决活塞连杆采用轻量化材料所带来的热膨胀问题。

Description

气缸座、泵体组件、压缩机和冰箱

技术领域

本申请涉及压缩机技术领域，具体涉及一种气缸座、泵体组件、压缩机和冰箱。

背景技术

目前，随着活塞压缩机运行频率越来越高，压缩机的噪声和可靠性问题成为压缩机发展的绊脚石。随着压缩机转速的提升，压缩机噪声急剧增加，压缩机可靠性也将面临挑战。

压缩机噪声主要由机械噪声、气流噪声和电磁噪声组成。随着活塞压缩机运行频率的提升，压缩机不平衡往复惯性力呈指数增长，导致压缩机机械噪声急剧上升。

理论研究表明使用质量更轻的活塞连杆可以有效降低压缩机机械噪声。常见轻量化活塞连杆多采用铝合金材料，但是铝合金活塞方案存在随压缩机转速提升引起热膨胀的问题，轻则导致压缩机短暂停机，重则导致压缩机缸孔与活塞产生磨损、胶合等问题，进而导致压缩机报废。因此轻量化活塞连杆技术虽然能解决压缩机高频噪声问题，但是轻量化技术带来的热膨胀问题不解决，轻量化技术也是无法实施的。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种气缸座、泵体组件、压缩机和冰箱，能够有效解决活塞连杆采用轻量化材料所带来的热膨胀问题。

为了解决上述问题，本申请提供一种气缸座，其特征在于，包括座体，座体包括气缸孔，气缸孔内设置有第一材料层，第一材料层和气缸孔的内壁之间通过弹性层连接，第一材料层的膨胀系数与座体的膨胀系数不同。

优选地，第一材料层的膨胀系数大于座体的膨胀系数。

优选地，座体采用粉末冶金材料制成。

优选地，气缸孔内壁靠近活塞的一端设置有止挡台阶，第一材料层和弹性层嵌设在气缸孔内，且端部止挡在止挡台阶上。

优选地，弹性层为弹性塑料层或弹性金属薄片。

根据本申请的另一方面，提供了一种泵体组件，包括活塞、连杆和气缸座，该气缸座为上述的气缸座，活塞滑动设置在气缸座的气缸孔内，连杆与活塞连接，活塞与气缸孔配合部分的材料与第一材料层的材料相同。

优选地，连杆的材料与活塞的材料相同。

优选地，第一材料层为工程塑料或铝合金。

优选地，连杆包括第一连接端和第二连接端，第一连接端设置有与活塞连接的销孔，第二连接端设置有连接孔，连杆内部还设置有通油孔，通油孔连通销孔和连接孔。

优选地，活塞的外周壁上设置有储油槽，储油槽位于活塞的密封段靠近连杆的一侧。

优选地，泵体组件还包括曲轴，曲轴与连杆转动配合。

优选地，第一材料层的布置面积占气缸孔的内壁面积的至少50％。

优选地，第一材料层为圆筒形。

根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括泵体组件，该泵体组件为上述的泵体组件。

根据本申请的另一方面，提供了一种冰箱，包括泵体组件，该泵体组件为上述的泵体组件。

本申请提供的气缸座，包括座体，座体包括气缸孔，气缸孔内设置有第一材料层，第一材料层和气缸孔的内壁之间通过弹性层连接，第一材料层的膨胀系数与座体的膨胀系数不同。该气缸座在气缸孔内设置与活塞的材料相同的第一材料层，通过第一材料层与活塞进行配合，并且使得第一材料层和气缸孔内壁之间通过弹性层连接，在活塞安装在气缸座内工作时，即使活塞采用轻质化材料，使得活塞具有较大的膨胀系数，会发生较大的膨胀变形，由于第一材料层与活塞的材料相同，因此可以使得第一材料层的膨胀系数与活塞的膨胀系数一致，且弹性层的存在也有效保证了第一材料层的热变形，并且能够同时缓解和吸收第一材料层的热变形和热应力，从而使得与活塞配合的第一材料层的变形与活塞的热膨胀变形相当，保证活塞与气缸孔的间隙仍在配合范围内，从而有效解决活塞连杆采用轻量化材料所带来的热膨胀问题。

附图说明

图1为本申请一个实施例的泵体组件的分解结构示意图；

图2为本申请一个实施例的泵体组件的剖视结构示意图；

图3为相关技术的活塞与本申请实施例的活塞的往复惯性力对比曲线图；

图4为相关技术的活塞与本申请实施例的活塞的热膨胀变形对比曲线图；

图5为本申请一个实施例的连杆的结构示意图；

图6为本申请一个实施例的活塞的结构示意图；

图7为本申请一个实施例的气缸座的立体结构示意图；

图8为本申请一个实施例的气缸座的结构示意图；

图9为本申请一个实施例的气缸座的剖视结构示意图；

图10为本申请一个实施例的气缸座的结构示意图。

附图标记表示为：

1、座体；2、第一材料层；3、弹性层；4、曲轴；5、连杆；51、通油孔；6、活塞；61、储油槽；7、活塞销；8、弹性定位销；9、缸头组件；10、销孔；11、连接孔；12、轴承孔；13、止挡台阶。

具体实施方式

结合参见图1至图10所示，根据本申请的实施例，气缸座包括座体1，座体1包括气缸孔，气缸孔内设置有第一材料层2，第一材料层2和气缸孔的内壁之间通过弹性层3连接，第一材料层2的膨胀系数与座体1的膨胀系数不同。

该气缸座在气缸孔内设置与活塞的材料相同的第一材料层2，通过第一材料层2与活塞进行配合，并且使得第一材料层2和气缸孔内壁之间通过弹性层3连接，在活塞安装在气缸座内工作时，即使活塞采用轻质化材料，使得活塞具有较大的膨胀系数，会发生较大的膨胀变形，由于第一材料层2与活塞的材料相同，因此可以使得第一材料层2的膨胀系数与活塞的膨胀系数一致，且弹性层3的存在也有效保证了第一材料层2的热变形，并且能够同时缓解和吸收第一材料层2的热变形和热应力，从而使得与活塞配合的第一材料层2的变形与活塞的热膨胀变形相当，保证活塞与气缸孔的间隙仍在配合范围内，从而有效解决活塞连杆采用轻量化材料所带来的热膨胀问题。

在一个实施例中，第一材料层2的布置面积占气缸孔的内壁面积的至少50％。当第一材料层2的布置面积占气缸孔的内壁面积的至少50％时，能够保证气缸孔的内壁至少一半的面积具有与活塞相同或相近的膨胀率，能够从一定程度上解决活塞与气缸座膨胀率不一致带来的磨损、胶合问题，提高压缩机运行的可靠性。

优选地，第一材料层2为圆筒形，可以保证活塞完全通过第一材料层2与气缸座配合，通过第一材料层2彻底消除活塞和气缸座膨胀率不一致带来的热膨胀问题。

在一个实施例中，第一材料层2的膨胀系数大于座体1的膨胀系数，能够保证第一材料层2在受热之后的膨胀幅度大于座体1的膨胀幅度，从而保证第一材料层2能够贴紧座体1的气缸孔，不会由于活塞的运动发热导致座体1与第一材料层2之间发生剥离，使得第一材料层2不会在与活塞配合过程中发生变形，提高活塞与气缸座的配合结构的稳定性和可靠性。

在一个实施例中，座体1采用粉末冶金材料制成。座体1采用粉末冶金材料支撑，由于第一材料层2的膨胀系数大于座体1的膨胀系数，第一材料层2的变形大，座体1的变形小，限制了第一材料层2的变形，通过设置弹性层3，可以保证气缸座的活塞孔与活塞的变形能够一致，有效解决活塞连杆采用轻量化材料所带来的热膨胀问题。

在一个实施例中，气缸孔内壁靠近活塞6的一端设置有止挡台阶13，第一材料层2和弹性层3嵌设在气缸孔内，且端部止挡在止挡台阶13上。在本实施例中，通过在气缸孔内壁的一端设置止挡台阶13，能够利用该止挡台阶13对第一材料层2和弹性层3进行轴向限位，从而保证气缸座整体结构的稳定性。

在一个实施例中，弹性层3为弹性塑料层或弹性金属薄片。

根据本申请的实施例，泵体组件包括活塞6、连杆5和气缸座，该气缸座为上述的气缸座，活塞6滑动设置在气缸座的气缸孔内，连杆5与活塞6连接，活塞6与气缸孔配合部分的材料与第一材料层2的材料相同。

连杆5的材料与活塞6的材料相同。

在一个实施例中，第一材料层2为工程塑料或铝合金。

作为一种优选的实施例，第一材料层2、活塞6和连杆5均采用铝合金材料，气缸座的座体1采用粉末冶金材料制成。

活塞压缩机产生机械噪声的主要源头包括连杆活塞系统的不平衡力、阀板阀片的冲击、以及机械零件的摩擦，其中连杆活塞系统的不平衡力，即往复惯性力是活塞压缩机机械噪声最主要根源。活塞压缩机往复惯性力随压缩机运行频率升高呈二次曲线方式增长，带来的高频机械噪声非常大。因此，通过降低活塞压缩机不平衡的往复惯性力来降低压缩机高频机械噪声是最有效的降噪方案。

降低往复惯性力最有效的方法是降低往复惯性质量，往复惯性质量主要由压缩机的活塞6和连杆5分质量决定，因此采用轻量化活塞连杆是有效的降噪技术。常见轻量化活塞连杆多使用铝合金材料，铝合金材料的密度只有粉末冶金材料的40％，因此应用铝合金活塞连杆就可以降低60％的往复惯性质量。随着压缩机运行频率的升高，铝合金材料往复惯性行力相对粉末冶金材料明显降低，压缩机高频运行时，往复惯性力甚至降低了将近1倍。因此本申请的轻量化泵体组件结构，采用铝合金材料制成的活塞和连杆，有效降低了活塞压缩机往复惯性质量，进而降低了活塞压缩机的不平衡往复惯性力，最终有效降低了活塞压缩机高频运行的机械噪声。

轻量化的活塞连杆降噪技术已成为一种活塞压缩机降噪新趋势，最常见的轻量化活塞连杆材料使用铝合金。目前铝合金连杆在行业内广泛应用，但铝合金活塞在冰箱压缩机上的应用还未出现，原因就是铝合金活塞高频运行时存在严重的热膨胀变形，影响压缩机的可靠性。根据本申请实施例的气缸座，设计一种上述的气缸座结构，有效解决轻量化的铝合金活塞连杆方案热膨胀带来的可靠性问题。铝合金材料的密度虽然只有粉末冶金材料密度的40％，但是铝合金材料的热膨胀系数将近粉末冶金的1.5倍。随着温度的升高，铝合金材料活塞在直径方向上的变形量超过粉末冶金活塞的2倍。这两种材料在活塞直径方向上热膨胀变形的差异就会导致铝合金活塞的热膨胀变形远高于粉末冶金气缸座缸孔的热膨胀变形。从而导致活塞和气缸座缸孔的间隙值变小，甚至变为负值。进而导致活塞和气缸孔之间产生磨损、胶合、卡死等可靠性问题。

本申请实施例设计一种气缸座，缸孔采用分层式结构，气缸座主体还是采用粉末冶金材料。缸孔内部设计铝合金层，铝合金层的主要作用是产生和铝合金活塞相当的热膨胀变形，保证铝合金活塞和气缸座之间的间隙值在允许范围内。缸孔内部设计弹性层3，弹性层3位于铝合金层和座体1的气缸孔内壁中间，由于铝合金层和气缸座的座体1之间也存在热膨胀变形差异，因此设计弹性层3能有效缓解两种热膨胀变形的差异，同时减小应力集中，保证铝合金层的可靠性和使用寿命。

在一个实施例中，连杆5包括第一连接端和第二连接端，第一连接端设置有与活塞6连接的销孔10，第二连接端设置有连接孔11，连杆5内部还设置有通油孔51，通油孔51连通销孔10和连接孔11。本申请实施例的泵体组件采用轻量化的连杆5，质量相比原粉末冶金的连杆降低了约60％，轻量化连杆的中心设计通油孔51，通油孔51通过设置连接孔11的连杆大头将曲轴4上传递过来的润滑油传送至活塞销7和活塞6，有效润滑了活塞6，减小活塞6与缸孔之间的摩擦，同时通油孔51的设计在一定程度上也减小了连杆5的往复惯性质量。

在一个实施例中，活塞6的外周壁上设置有储油槽61，储油槽61位于活塞6的密封段靠近连杆5的一侧。活塞圆柱面设有储油槽61，储油槽61位于活塞6的密封段之后，既不影响活塞6的密封性能，同时减小了活塞6的往复质量并起到储存润滑油的作用。活塞6的尾部设计延用原粉末冶金方案活塞的设计，满足通用性要求。

在本实施例中，连杆5选用铝合金材料，设置连接孔11的连杆大头与曲轴4的偏心部配合，设置销孔10的连杆小头通过活塞销7与活塞6连接。座体1、曲轴4、连杆5、活塞6和活塞销7组成一个曲柄滑块机构。曲轴4选用铝合金材料，曲轴4与铝合金层配合，在铝合金层内进行往复运动，实现压缩机的吸气和压缩过程。弹性定位销8用于固定活塞销7和活塞6，防止活塞销7和活塞6之间的上下窜动和转动。铝合金层和弹性层3设置在座体1的缸孔内，通过缸头组件9固定在气缸座的座体1的缸孔内，保证铝合金层不会随着活塞6做往复运动。

在一个实施例中，活塞6的末端端面设有凸台，用于减小压缩机余隙容积，提高压缩机能效。

在一个实施例中，泵体组件还包括曲轴4，曲轴4与连杆5转动配合，气缸座上还设置有轴承孔12。

在本实施例中，气缸座的座体1主体使用粉末冶金材料，缸孔内部设计铝合金层和弹性塑料层。延用粉末冶金材料制作气缸座的座体1，有利于保证气缸座加工工艺和重要尺寸的加工精度。铝合金层和弹性塑料层嵌入气缸座的座体1的缸孔内，缸孔内部的尾端利用止挡台阶13形成阶梯孔，用于铝合金层和弹性塑料层的嵌入，可以利用尾端的阶梯孔对铝合金层和弹性塑料层进行限位，气缸座的座体1的缸孔端面与缸头组件9连接，可以通过缸头组件9起到对铝合金层和弹性塑料层另一端的限位。

根据本申请的实施例，压缩机包括泵体组件，该泵体组件为上述的泵体组件。

根据本申请的实施例，冰箱包括泵体组件，该泵体组件为上述的泵体组件。

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 (15)

1.一种气缸座，其特征在于，包括座体(1)，所述座体(1)包括气缸孔，所述气缸孔内设置有第一材料层(2)，所述第一材料层(2)和所述气缸孔的内壁之间通过弹性层(3)连接，所述第一材料层(2)的膨胀系数与所述座体(1)的膨胀系数不同。

2.根据权利要求1所述的气缸座，其特征在于，所述第一材料层(2)的膨胀系数大于所述座体(1)的膨胀系数。

3.根据权利要求1所述的气缸座，其特征在于，所述座体(1)采用粉末冶金材料制成。

4.根据权利要求1所述的气缸座，其特征在于，所述气缸孔内壁靠近活塞(6)的一端设置有止挡台阶(13)，所述第一材料层(2)和所述弹性层(3)嵌设在所述气缸孔内，且端部止挡在所述止挡台阶(13)上。

5.根据权利要求1所述的气缸座，其特征在于，所述弹性层(3)为弹性塑料层或弹性金属薄片。

6.根据权利要求1所述的气缸座，其特征在于，所述第一材料层(2)的布置面积占所述气缸孔的内壁面积的至少50％。

7.根据权利要求6所述的气缸座，其特征在于，所述第一材料层(2)为圆筒形。

8.一种泵体组件，包括活塞(6)、连杆(5)和气缸座，其特征在于，所述气缸座为权利要求1至7中任一项所述的气缸座，所述活塞(6)滑动设置在所述气缸座的气缸孔内，所述连杆(5)与所述活塞(6)连接，所述活塞(6)与所述气缸孔配合部分的材料与所述第一材料层(2)的材料相同。

9.根据权利要求8所述的泵体组件，其特征在于，所述连杆(5)的材料与所述活塞(6)的材料相同。

10.根据权利要求9所述的泵体组件，其特征在于，所述第一材料层(2)为工程塑料或铝合金。

11.根据权利要求8所述的泵体组件，其特征在于，所述连杆(5)包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端设置有与所述活塞(6)连接的销孔(10)，所述第二连接端设置有连接孔(11)，所述连杆(5)内部还设置有通油孔(51)，所述通油孔(51)连通所述销孔(10)和所述连接孔(11)。

12.根据权利要求8所述的泵体组件，其特征在于，所述活塞(6)的外周壁上设置有储油槽(61)，所述储油槽(61)位于所述活塞(6)的密封段靠近所述连杆(5)的一侧。

13.根据权利要求8所述的泵体组件，其特征在于，所述泵体组件还包括曲轴(4)，所述曲轴(4)与所述连杆(5)转动配合。

14.一种压缩机，包括泵体组件，其特征在于，所述泵体组件为权利要求8至13中任一项所述的泵体组件。

15.一种冰箱，包括泵体组件，其特征在于，所述泵体组件为权利要求8至13中任一项所述的泵体组件。

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