CN114753989A - 一种活塞式压缩机及应用其的制冷设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压缩机技术领域，公开了一种活塞式压缩机，包括气缸座和曲轴，气缸座上开设有轴承孔，曲轴设置在轴承孔内；轴承孔的上端面开设有第一柔性槽，和/或轴承孔的下端面开设有第二柔性槽。本发明通在轴承孔的上端面开设第一柔性槽，和/或在轴承孔的下端面开设第二柔性槽，第一柔性槽和第二柔性槽均为环绕轴承孔的环形槽，在力的作用下，第一柔性槽和第二柔性槽可以在不影响结构本身的前提下，产生变形，即柔性变形，在这个过程中，轴承孔即为承载第一柔性槽和第二柔性槽的支撑体，随着支撑体的弯曲弧度的变化，第一柔性槽和第二柔性槽可以进行任意形状的改变，增大了轴承的支撑面积，通过这种方式可以避免压缩机曲轴和轴承的磨损或者损坏。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，特别是涉及一种活塞式压缩机及应用其的制冷设备。
背景技术
活塞式压缩机是一种依靠活塞往复运动使气体增压，并输送气体的压缩机，属于容积型压缩机，又称为往复活塞式压缩机或往复式压缩机；其采用了曲轴连杆结构，电机带动曲轴旋转，通过连杆将曲轴的旋转运动转化为活塞的往复运动，进而实现吸气、压缩以及排气的过程。在这个过程中，气缸座为整个压缩机提供支撑，对于变频压缩机而言，在负载较大的情况下(如环境温度不小于35℃时)，压缩机会以75HZ或更高的频率运行，较高的负载和转速容易造成轴承面的磨损，进而造成压缩机性能下降；并且，磨损下来的铁屑会随着润滑油在压缩机内部循环，严重时会造成活塞卡缸、连杆断裂等质量问题，使得压缩机可靠性存在巨大隐患。
为了解决上述问题，相关技术在传统活塞压缩机曲轴结构的基础上，在曲柄顶端增加轴承板，通过在曲柄上增加轴承，将连杆力分解，减小轴承部分受力，从而降低轴承负载，提高零件的可靠性；这种方式虽然能够解决变频活塞压缩机高频运行时轴承磨损的问题，但是曲轴结构复杂，增加的轴承段需要和原曲轴同轴，而同轴度在工艺实施上难度非常大；同时增加支撑板后压缩机的零部件增多，导致压缩机材料成本和管理成本都大幅增加。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种活塞式压缩机及应用其的制冷设备，通过柔性槽的设置解决了变频活塞压缩机高频运行时轴承磨损的问题，同时该活塞式压缩机还具有结构简单、成本低的优势。
为了解决上述问题，根据本申请的一个方面，本发明的实施例提供了一种活塞式压缩机，活塞式压缩机包括气缸座和曲轴，气缸座上开设有轴承孔，曲轴设置在轴承孔内；
轴承孔的上端面开设有与轴承孔同心的第一柔性槽，和/或轴承孔的下端面开设有与轴承孔同心的第二柔性槽；其中，第一柔性槽和第二柔性槽均为环绕轴承孔的环形槽。
在一些实施例中，第一柔性槽在轴承孔轴向上的深度为8-12mm。
在一些实施例中，第一柔性槽在轴承孔径向上的宽度为2-5mm。
在一些实施例中，第一柔性槽的内侧壁与轴承孔的侧壁之间的距离为2-3mm，其中，内侧壁为第一柔性槽靠近轴承孔一侧的侧壁。
在一些实施例中，第二柔性槽在轴承孔轴向上的深度为6-10mm。
在一些实施例中，第二柔性槽在轴承孔径向上的宽度为2-5mm。
在一些实施例中，第二柔性槽的内侧壁与轴承孔的侧壁之间的距离为2-3mm，其中，内侧壁为第二柔性槽靠近轴承孔一侧的侧壁。
在一些实施例中，曲轴包括依次连接的偏心轴、主轴和副轴，偏心轴上套设偏心轴轴承，主轴上套设主轴承，副轴上套设副轴承；且主轴承与第一柔性槽对应，副轴承与第二柔性槽对应。
在一些实施例中，主轴承在轴承孔轴向上的长度为6-10mm，且满足：h1＜H1；其中，h1为主轴承在轴承孔轴向上的长度，H1为第一柔性槽在轴承孔轴向上的深度。
在一些实施例中，副轴承在轴承孔轴向上的长度为4-8mm，并且满足：h2＜H2；其中，h2为副轴承在轴承孔轴向上的长度，H2为第二柔性槽在轴承孔轴向上的深度。
在一些实施例中，偏心轴轴承在轴承孔轴向上的长度h3满足：h3小于活塞式压缩机中连杆大孔的深度。
在一些实施例中，副轴具有轴承段和转子配合段，副轴承套设在轴承段上，转子配合段用于与电机的转子配合。
在一些实施例中，转子配合段沿着轴向上长度不小于6mm，且其与转子过盈配合。
在一些实施例中，当副轴承套设在轴承段上，转子与转子配合段配合后，副轴承与转子之间存在轴向间隙δ，且轴向间隙δ的取值范围为0.2-0.5mm。
根据本申请的另一个方面，本发明的实施例提供一种制冷设备，制冷设备包括上述的活塞式压缩机。
与现有技术相比，本发明的活塞式压缩机至少具有下列有益效果：
本发明通在轴承孔的上端面开设第一柔性槽，和/或在轴承孔的下端面开设第二柔性槽，第一柔性槽和第二柔性槽均为环绕轴承孔的环形槽，在力的作用下，第一柔性槽和第二柔性槽可以在不影响结构本身的前提下，产生变形，即柔性变形，在这个过程中，轴承孔即为承载第一柔性槽和第二柔性槽的支撑体，随着支撑体的弯曲弧度的变化，第一柔性槽和第二柔性槽可以进行任意形状的改变，比如弧面、曲面等，通过这种方式可以避免压缩机曲轴和轴承的磨损或者损坏。
另一方面，本发明提供的制冷设备是基于上述活塞式压缩机而设计的，其有益效果参见上述活塞式压缩机的有益效果，在此，不一一赘述。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的实施例提供的一种活塞式压缩机中气缸座的结构示意图；
图2是本发明的实施例提供的一种活塞式压缩机中，仅轴承孔的下端开设有第二柔性槽时的结构示意图；
图3是本发明的实施例提供的一种活塞式压缩机中气缸座与曲轴配合后的结构示意图；
图4是本发明的实施例提供的一种活塞式压缩机中气缸座与曲轴配合后的另一结构示意图；
图5是本发明的实施例提供的一种活塞式压缩机中曲轴的结构示意图；
图6是本发明的实施例提供的一种活塞式压缩机中气缸座与曲轴配合后的另一结构示意图；
图7相关技术中曲轴和气缸座配合的结构示意图。
其中：
1、气缸座；2、曲轴；11、轴承孔；12、第一柔性槽；13、第二柔性槽；21、偏心轴；22、主轴；23、副轴；211、偏心轴轴承；221、主轴承；231、副轴承；232、轴承段；233、转子配合段。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
在本发明的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例提供一种活塞式压缩机，如图1-图4所示活塞式压缩机包括气缸座1和曲轴2，气缸座1上开设有轴承孔11，曲轴2设置在轴承孔11内；
轴承孔11的上端面开设有与轴承孔11同心的第一柔性槽12，和/或轴承孔11的下端面开设有与轴承孔11同心的第二柔性槽13；其中，第一柔性槽12和第二柔性槽13均为环绕轴承孔11的环形槽。
具体地，活塞式压缩机在工作过程中，电机带动曲轴旋转，通过连杆将电机的旋转运动转换为活塞的往复运动；活塞在压缩冷媒的过程中会受到冷媒的反作用力，该力F通过连杆传递至曲轴，进而导致曲轴上方的曲柄角度为α的变形，同时导致曲轴下方的主轴产生角度为β的变形，如图7所示，曲轴上方的曲柄变形会导致气缸座轴承孔上端侧壁形成第一高负载区，曲轴下方的主轴变形会导致气缸座轴承孔下端侧边形成第二高负载区；当外界环境温度较高时，如40℃的环境温度，此时气缸内的压力大幅上升，连杆力F增大，相应的第一高负载区和第二高负载区的应力增大，由于轴承长度受到限制，压缩机长期运行极易导致轴承承载力不足，造成压缩机曲轴和轴承的磨损或者损坏。
为了避免压缩机曲轴和轴承的磨损或者损坏，本实施通在轴承孔11的上端面开设有第一柔性槽12，和/或轴承孔11的下端面开设有第二柔性槽13；具体地，第一柔性槽12和第二柔性槽13均为环绕轴承孔11的环形槽；之所以称之为柔性槽，是因为在力的作用下，该槽可以在不影响结构本身的前提下，产生变形，即柔性变形。
另外，第一柔性槽12开设在轴承孔11的上端面，第二柔性槽13开设在轴承孔11的下端面，轴承孔11即为承载第一柔性槽12和第二柔性槽13的支撑体，随着支撑体的弯曲弧度的变化，第一柔性槽12和第二柔性槽13可以进行任意形状的改变，比如弧面、曲面等。
本实施例有以下三种具体结构：
第一种，如图2所示，在轴承孔11的上端面开设有第一柔性槽12，轴承孔11的下端面不做处理；具体地，第一柔性槽12为环绕轴承孔11的环形槽，该环形槽未贯穿轴承孔11的径向，即该环形槽与轴承孔11之间存在壁厚；采用这种结构后，当在力F的作用下曲轴2产生变形时，由于第一柔性槽12的设置，因此增加了第一柔性槽12对应的轴承段的配合长度，使得轴承的支撑面积增大，因此提高了轴承的承载力；并且，如图6所示，在压缩机工作的过程中，润滑油还会通过漏油孔存储在第一柔性槽12中，润滑油在第一柔性槽12中的循环流动还可以对轴承起到冷却降温的效果；高频运行时油循环量增大，甩油半径增大，对气缸孔表面起到散热作用，减少了轴承孔11的变形，有利于提升压缩机性能和可靠性。
第二种，在轴承孔11的下端面开设第二柔性槽13，轴承孔11的上端面不做处理；具体地，第二柔性槽13为环绕轴承孔11的环形槽，该环形槽未贯穿轴承孔11的径向，即该环形槽与轴承孔11之间存在壁厚；采用这种结构后，当在力F的作用下曲轴2产生变形时，由于第二柔性槽13的设置，因此增加了第二柔性槽13对应的轴承段的配合长度，使得轴承的支撑面积增大，因此提高了轴承的承载力。
第三种，如图1所示，轴承孔11的上端面开设有第一柔性槽12，以及轴承孔11的下端面开设有第二柔性槽13，相较于上述第一种以及第二种方式，该方式具有更好的效果，可同时对第一高负载区和第二高负载区进行改善。
在具体实施例中：第一柔性槽12在轴承孔11轴向上的深度为8-12mm，如图1中的H1。
具体地，在不影响轴承孔11本身结构的前提下，需要合理选择第一柔性槽12在轴承孔11轴向上的深度，避免深度不足起不到增大支撑的作用，也避免深度过大而影响气缸座1本身的机械强度。
在具体实施例中：第一柔性槽12在轴承孔11径向上的宽度为2-5mm，如图1中的W1。。
具体地，第一柔性槽12在轴承孔11径向上的宽度主要是为变形提供空间，空间较小则不能应对较大的变形，而空间过大则会影响气缸座1本身的机械强度。
在具体实施例中：第一柔性槽12的内侧壁与轴承孔11的侧壁之间的距离为2-3mm，如图1中的W3，其中，内侧壁为第一柔性槽12靠近轴承孔11一侧的侧壁。
具体地，第一柔性槽12的内侧壁与轴承孔11的侧壁之间的距离即为在第一柔性槽12处，轴承孔11的壁厚；壁厚太大无法产生柔性变形，起不到增大支撑的作用，壁厚太薄，强度不够，容易出现磨损或断裂的风险。
在其中一个实施例中，第一柔性槽12在轴承孔11轴向上的深度为8-12mm，第一柔性槽12在轴承孔11径向上的宽度为2-5mm，以及第一柔性槽12的内侧壁与轴承孔11的侧壁之间的距离为2-3mm；这三个参数同时满足上述条件，无论是在轴承孔11的机械强度上、还是缓冲变形的空间、或者支撑的力度上，都有较好的效果；并且，三个参数同时满足上述条件后还可以将润滑油充分存储的第一柔性槽12中。
在具体实施例中：
第二柔性槽13在轴承孔11轴向上的深度为6-10mm，如图1中的H2。
具体地，在不影响轴承孔11本身结构的前提下，需要合理选择第二柔性槽13在轴承孔11轴向上的深度，避免深度不足起不到增大支撑的作用，也避免深度过大而影响气缸座1本身的机械强度。
在具体实施例中：
第二柔性槽13在轴承孔11径向上的宽度为2-5mm，如图1中的W2。
具体地，第二柔性槽13在轴承孔11径向上的宽度主要是为变形提供空间，空间较小则不能应对较大的变形，而空间过大则会影响气缸座1本身的机械强度。
在具体实施例中：第二柔性槽13的内侧壁与轴承孔11的侧壁之间的距离为2-3mm，如图1中的W4，其中，内侧壁为第二柔性槽13靠近轴承孔11一侧的侧壁。
具体地，第二柔性槽13的内侧壁与轴承孔11的侧壁之间的距离即为在第二柔性槽13处，轴承孔11的壁厚；壁厚太大无法产生柔性变形，起不到增大支撑的作用，壁厚太薄，强度不够，容易出现磨损或断裂的风险。
在其中一个实施例中，第二柔性槽13在轴承孔11轴向上的深度为6-10mm，第二柔性槽13在轴承孔11径向上的宽度为2-5mm，以及第二柔性槽13的内侧壁与轴承孔11的侧壁之间的距离为2-3mm；这三个参数同时满足上述条件，无论是在轴承孔11的机械强度上、还是缓冲变形的空间、或者支撑的力度上，都有较好的效果。
在另外一个实施例中：第一柔性槽12在轴承孔11轴向上的深度为8-12mm、第一柔性槽12在轴承孔11径向上的宽度为2-5mm、第一柔性槽12的内侧壁与轴承孔11的侧壁之间的距离为2-3mm、第二柔性槽13在轴承孔11轴向上的深度为6-10mm、第二柔性槽13在轴承孔11径向上的宽度为2-5mm、以及第二柔性槽13的内侧壁与轴承孔11的侧壁之间的距离为2-3mm同时满足。
在具体实施例中：如图5所示，曲轴2包括依次连接的偏心轴21、主轴22和副轴23，偏心轴21上套设偏心轴轴承211，主轴22上套设主轴承221，副轴23上套设副轴承231；且主轴承221与第一柔性槽12对应，副轴承231与第二柔性槽13对应。
具体地，曲轴2置于轴承孔11中后，其与第一柔性槽12对应的位置处套设有主轴承221，其与第二柔性槽13对应的位置处套设有副轴承231，曲轴2的偏心轴21上套设有偏心轴轴承211；轴承是机械设备中一种重要的零部件，它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其在运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度，同时在机械传动过程中起到固定和减小载荷摩擦系数；具体在本实施例中，为了保证曲轴2旋转的平稳性，在曲轴2的上(偏心轴21)、中(主轴22)以及下(副轴23)部均套设对应的轴承。
在具体实施例中：主轴承221在轴承孔11轴向上的长度为6-10mm，且满足：h1＜H1；其中，h1为主轴承221在轴承孔11轴向上的长度，H1为第一柔性槽12在轴承孔11轴向上的深度。
也就是说，在轴承孔11的轴向上，主轴承221的长度应该小于第一柔性槽12的深度，避免主轴承221在轴向上将第一柔性槽12完全覆盖，增加第一柔性槽12产生变形的难度。
在具体实施例中：副轴承231在轴承孔11轴向上的长度为4-8mm，且满足：h2＜H2；其中，h2为副轴承231在轴承孔11轴向上的长度，H2为第二柔性槽13在轴承孔11轴向上的深度。
也就是说，在轴承孔11的轴向上，副轴承231的长度应该小于第二柔性槽13的深度，避免副轴承231在轴向上将第二柔性槽13完全覆盖，增加第二柔性槽13产生变形的难度。
在具体实施例中：偏心轴轴承211在轴承孔11轴向上的长度h3满足：h3小于活塞式压缩机中连杆大孔的深度。
具体地，连杆用于连接活塞和曲轴，并将活塞所受作用力传给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动；连杆包括连杆体，连杆体的两端分别为连杆大头和连杆小头，连杆大头与曲轴连接，连杆小头与活塞销连接；此处连杆大孔的深度为连杆大头对应的孔的深度。
在具体实施例中：副轴23具有轴承段232和转子配合段233，副轴承231套设在轴承段232上，转子配合段233用于与电机的转子配合。
具体地，副轴23较长，上段为轴承段232，用于起支撑作用，下段为转子配合段233，转子配合段233沿着轴向上长度不小于6mm，且其与转子过盈配合；当转子与转子配合段233采用过盈配合时，使得转子具有较大的承载力，对转子配合段233的强度削弱小、耐冲击性好。
在具体实施例中：当副轴承231套设在轴承段232上，转子与转子配合段233配合后，副轴承231与转子之间存在轴向间隙δ，且轴向间隙δ的取值范围为0.2-0.5mm。
具体地，副轴承231与转子之间存在轴向间隙δ，相当于轴承段232与转子配合段233之间的轴向间隙，但前提是副轴承231完全套设在轴承段232上，转子完全套在转子配合段233上。
根据力的平衡法则，连杆力F、主轴承221上的力F1和副轴承231上的力F2之间应满足F1＝F+F2，当压缩机在重载工况运行时，随着连杆力F的增加，作用在轴承孔11内壁上的F1和F2会同时增大，此时由于轴承孔11外侧设计了第一柔性槽12和第二柔性槽13，因此，主轴承221和副轴承231会在相应的第一柔性槽12或第二柔性槽13内产生柔性变形而发生微小倾斜，因此增大了曲轴与轴承的接触面积，提高了轴承的承载能力，改善了曲轴和轴承被磨损的状况，提高了零件的可靠性；此外，第一柔性槽12作为润滑油流动路径的一部分，气缸座1位置流出的润滑油会大量填充到第一柔性槽12内，带走由于机械磨损产生的热量，提升了轴承的可靠性和压缩机的性能。
实施例2
本实施例提供一种制冷设备，制冷设备包括实施例1的活塞式压缩机。
具体地，该制冷设备可以为冰箱。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (15)
1.一种活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞式压缩机包括气缸座(1)和曲轴(2)，所述气缸座(1)上开设有轴承孔(11)，所述曲轴(2)设置在所述轴承孔(11)内；
所述轴承孔(11)的上端面开设有与轴承孔(11)同心的第一柔性槽(12)，和/或所述轴承孔(11)的下端面开设有与轴承孔(11)同心的第二柔性槽(13)；其中，所述第一柔性槽(12)和所述第二柔性槽(13)均为环绕所述轴承孔(11)的环形槽。
2.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述第一柔性槽(12)在所述轴承孔(11)轴向上的深度为8-12mm。
3.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述第一柔性槽(12)在所述轴承孔(11)径向上的宽度为2-5mm。
4.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述第一柔性槽(12)的内侧壁与所述轴承孔(11)的侧壁之间的距离为2-3mm，其中，所述内侧壁为所述第一柔性槽(12)靠近所述轴承孔(11)一侧的侧壁。
5.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述第二柔性槽(13)在所述轴承孔(11)轴向上的深度为6-10mm。
6.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述第二柔性槽(13)在所述轴承孔(11)径向上的宽度为2-5mm。
7.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述第二柔性槽(13)的内侧壁与所述轴承孔(11)的侧壁之间的距离为2-3mm，其中，所述内侧壁为所述第二柔性槽(13)靠近所述轴承孔(11)一侧的侧壁。
8.根据权利要求1-7任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述曲轴(2)包括依次连接的偏心轴(21)、主轴(22)和副轴(23)，所述偏心轴(21)上套设偏心轴轴承(211)，所述主轴(22)上套设主轴承(221)，所述副轴(23)上套设副轴承(231)；且所述主轴承(221)与所述第一柔性槽(12)对应，所述副轴承(231)与所述第二柔性槽(13)对应。
9.根据权利要求8所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述主轴承(221)在所述轴承孔(11)轴向上的长度为6-10mm，且满足：h1＜H1；其中，h1为所述主轴承(221)在所述轴承孔(11)轴向上的长度，H1为所述第一柔性槽(12)在所述轴承孔(11)轴向上的深度。
10.根据权利要求8所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述副轴承(231)在所述轴承孔(11)轴向上的长度为4-8mm，且满足：h2＜H2；其中，h2为所述副轴承(231)在所述轴承孔(11)轴向上的长度，H2为所述第二柔性槽(13)在所述轴承孔(11)轴向上的深度。
11.根据权利要求8所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述偏心轴轴承(211)在所述轴承孔(11)轴向上的长度h3满足：h3小于活塞式压缩机中连杆大孔的深度。
12.根据权利要求8所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述副轴(23)具有轴承段(232)和转子配合段(233)，所述副轴承(231)套设在轴承段(232)上，所述转子配合段(233)用于与电机的转子配合。
13.根据权利要求12所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述转子配合段(233)沿着轴向上长度不小于6mm，且其与所述转子过盈配合。
14.根据权利要求12所述的活塞式压缩机，其特征在于，当所述副轴承(231)套设在所述轴承段(232)上，所述转子与所述转子配合段(233)配合后，所述副轴承(231)与所述转子之间存在轴向间隙δ，且所述轴向间隙δ的取值范围为0.2-0.5mm。
15.一种制冷设备，其特征在于，所述制冷设备包括权利要求1-14任一项所述的活塞式压缩机。
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