CN1626855A

CN1626855A - 活塞装置

Info

Publication number: CN1626855A
Application number: CNA2004100471699A
Authority: CN
Inventors: C·彼得森; H·O·莱森; M·诺门森; F·H·伊韦尔森
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Danforth Home Compressors Ltd; Danfoss Deutschland GmbH
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2024-12-02
Also published as: US20050155489A1; DE10356396A1; DE10356396B4; US7134383B2; CN100380022C; ITTO20040850A1

Abstract

本发明涉及的活塞装置(1)具有活塞(2)和连杆(3)，活塞由活塞头(7)和具有圆周表面(29)的活塞裙(8)构成，连杆通过由球体(6)构成的球节(4)与活塞(2)相连，并被供油通道(5)从中穿透，该供油通道与球节(4)的支承表面相连。本发明试图确保良好的润滑。基于这种目的，可以确保的是，通过油路(12，11，14，32，33)，供油通道(5)与形成于圆周表面(29)上的润滑槽(30)相连通。

Description

活塞装置

技术领域

本发明涉及一种具有活塞和连杆的活塞装置，活塞由活塞头和具有圆周表面的活塞裙构成，连杆通过由球体构成的球节与活塞相连，供油通道穿过连杆并与球节的支承表面相连。

背景技术

所述活塞装置被专利文献US4070122公开。连杆在与活塞相邻的一端具有一个球杯，球体位于其中，该球杯通过铆钉固定在活塞头上。这样，流经供油通道的油可以润滑球杯和球体之间的接触面。同本发明所述的活塞装置一样，该活塞装置用于制冷压缩机。

JP55-148985A公开了另一种活塞装置，其中球体位于连杆的一端并与连杆制成一体。供油通道不仅穿过连杆，而且穿过球体，并与位于球体表面的槽相连。经过这些槽，润滑油可以均匀分布在球体和球杯之间的支撑面上。

JP56-012073公开了一种活塞装置，其中球体也是与连杆制成一体。连杆具有一个阶梯状供油通道，该通道沿活塞的方向扩大。这些阶梯旨在阻止油在一个压缩冲程中回流。

US6006652公开了一种制冷压缩机用活塞装置中的球节，其中球体保持在球杯中，球杯面对连杆的一端与球体毗连。分别穿过活塞头或活塞裙的开口可实现从压缩腔向支撑面供油。

US4913001公开了一种具有球节结构的活塞装置，其中球体也被保持在与活塞头的一部分毗连的球杯中。在毗连区域，球杯具有一些侧面开口。喷入活塞内部的油可以通过这些开口分别流向球节或从球节处流出。

US5137431公开了另一种具有活塞装置的制冷压缩机，该活塞装置中的球节通过从活塞裙和汽缸内壁之间的间隙叉出来的槽供油，活塞在汽缸中移动。

发明内容

本发明基于提供良好润滑的目的。

对于介绍中提到的活塞装置，该目的通过以下设计来实现，供油通道通过油路与容器表面的润滑槽相连。

实施例中，不仅球节的支承表面被通过供油通道供给的油进行润滑。另一方面，油通过油路到达形成在活塞裙的圆周表面上的润滑槽。这时油可实现两个目的。首先，降低活塞在汽缸中运动时活塞和汽缸之间的摩擦，第二，润滑槽中的油为被活塞界定的压缩腔提供更良好的密封效果，这样通过活塞装置进行工作的压缩机的效率就可以得到提高。

一种活塞装置被DE10053575C1公开，其中经连杆供应的油也可以到达活塞周围的润滑槽。然而，在此活塞不是通过一个球节而只是通过一个连接销与连杆相连接。采用连接销，将油直接引向润滑槽相对容易。然而在这种方式连接，油不会流经活塞。另外，它将润滑槽的位置固定。当采用球节时，润滑槽的位置是任意的。例如，它可以分布在活塞后部方向，这样可延长密封长度。

球体最好通过固定部件保持在活塞内，该固定部件将界定油路的至少一部分。这样，活塞内部结构的设计相对简单。生成油路不再需要复杂的材料成形或加工。油路只是由固定部件和活塞之间的相互配合产生，这里活塞指活塞裙和/或活塞头。

固定部件最好具有一个圆周壁，该壁至少在靠近活塞头的一段与活塞裙间形成一个间隙，该活塞裙通过至少一个开口与润滑槽相连。这样，不仅油可以完全到达润滑槽，而且油也一定流经固定部件和活塞裙之间的间隙。这使得油吸收活塞裙部产生的热量。例如，产生的摩擦热。因为间隙的设计源于活塞热，油也可以将热量从活塞头带走。该热量在气体，特别是制冷气体，压缩时产生。

润滑槽最好与环形腔相连，该环形腔形成于活塞裙和固定部件之间，相对于所述间隙闭合，所述环形腔通过固定部件上的排出开口与活塞内部连接。在这种连接状态下，这些排出开口为油流形成油门调节点。这意味着流经的油的油压和油量可以通过开口的大小来设置。同时，环形腔中的油可以将热量从活塞裙部带走，即从活塞的圆周表面带走。

油路最好具有一个冷却部，其在活塞头面对球节的侧面上延伸。这样，油可以将热量从其主要产生区域即活塞头部带走。活塞头是压缩腔的一个分离面，在压缩冲程中压缩腔中会产生高温。当油流经油路时会带走这里的热量，活塞的热载就可以保持较小。这种结构优点在于：在操作过程中活塞热胀较少，即活塞可以相对于汽缸以更小的公差制成，而无须担心摩擦过大增加的危险。具有这种活塞装置的压缩机的效率用这一简单方法可得到提高。另外，吸气冲程中吸入的气体也将发热较少，这也可有利于效率的提高。

活塞最好由再成形金属板材制成，球体被加强部件的支承区域支承，该部件支承在活塞头部，油路被引领穿过该加强部件。使用再成形金属板材制作活塞可大大降低活塞的重量。然而，使用再成形金属制成的零件，在由厚度为0.6mm至1mm，特别是0.7mm至0.8mm的薄板区域，无法适应制冷气体在压缩过程中产生的局部压力。因此，采用加强部件来支承活塞头。在其支承区域，加强部件同时形成球节的一部分支承表面。当油路穿过加强部件时，用这种相对简单的方法也可以使油到达活塞头。

特别优选的是，冷却部在加强部件和活塞头之间延伸。采用加强部件可以使油的冷却部以特别简单的方式直接作用在活塞头上。冷却部可做成半开槽，它只能被覆盖以形成油路的一段。

特别优选的是，冷却部由位于加强部件前端的槽形成，该加强部件支承在活塞头上。只要加强部件尚未进入活塞，加强部件的前部的加工可以相对容易地实现。采用加强部件来界定并形成冷却部使得活塞头无需加工。这对于活塞头由相对较薄的金属板材制成的情况特别有好处，开槽会使板料的强度进一步变弱。

固定部件最好只是在活塞裙和球体之间起作用。优点是加强部件在装配时相对自由的自定位。在一定的限度内，它可相对活塞头径向布置。当固定部件将球体压入加强部件时，加强部件自动地相对球体自定中心。另外，只有加强部件的中心通过球体起作用。因此，不必考虑固定部件是否均匀支承在加强部件上。加强部件和固定部件之间的接触不被考虑。

固定部件最好与加强部件之间至少在球节径向外侧的一段内形成表面间隙。这样，固定部件和加强部件一起形成穿过活塞的油路的另一部分。依靠现有的压力条件，油也可以沿着通向球节的油路从其径向外部流入径向内部。这种情况会经常发生。油也可以从球节流向径向外部，并从这里到达容器表面的润滑槽。很重要的一点是要在球体和支承表面之间保持支承平衡。例如，在一个吸气冲程，球体在固定部件中被压在支承表面上。这将导致球体和加强部件之间的间隙快速充满油液。在接下来的压缩冲程，油膜为球体的运动充当阻尼元件。如果没有油，支承表面会在此处磨损，使用寿命会随之减少。

表面间隙最好具有截锥体形状，锥顶一端远离活塞头。实施例中，加强部件的形状固定。加强部件在活塞头中心的厚度最大。为球体提供的支承区域也位于这里。在一个压缩冲程，最大载荷也将出现在活塞头的中心。随着径向向外移动，更多的载荷被活塞裙分担。从而，此处需要加强部件提供的支承稍弱。这样的加强部件外形在可适应预计载荷时，所用材料比较节省，且可因此获得低重量的加强部件。这种低重量对压缩机中活塞装置的操作状况具有积极的影响。特别是可以使反作用物或平衡重量更小。

表面间隙最好通向一个厚度大于表面间隙的环形间隙，该环形间隙环绕球体并与球体和固定部件之间的支承表面连接。油可以储备在该环形间隙中，球体和固定部件之间的支承表面也借此得到润滑。

支承区域最好做成球状，支承区域的半径大于球体半径。这样，球体不会整个面都支承在加强部件上，而总是存在一些小间隙，通过这些间隙油可以渗透进入球体和加强部件之间。这样可以改善润滑状态。

固定部件最好在活塞裙一端避开活塞头与活塞相连接。这种端部的连接使得受连接影响的张力不会在活塞头区域产生。从而，活塞可以高精度保持圆柱形状。

活塞裙的一端具有一个减小的直径的优点是当活塞裙因连接而发生形变，也不会损坏整体的圆柱形状。

附图说明

接下来，结合附图，基于优选实施例详细解释本发明。附图中：

图1为活塞装置的剖视图；

图2为具有油路的活塞装置的活塞剖视图。

具体实施方式

活塞装置1具有活塞2和通过球节4与活塞2相连的连杆3。

连杆3具有供油通道5，它可以是诸如轴心孔等形式。连杆3旋入(或固定在)球体6中，该球体是球节4的一部分。

活塞2具有活塞头7和活塞裙8。活塞2做成金属板材零件，即由厚度为0.7mm至0.8mm的金属板材深拉得到。这样，活塞本身相对较轻。这样的优点在于操作时活塞的往复运动相对较快。活塞质量越小，加速所需驱动力越小，平衡重量也越小。

活塞2相对较薄的金属板材不能承受制冷压缩时产生的相对较高的压力。因此，将加强部件9置于活塞头7的内部，该加强部件具有球状支承区域10，将球体6支承其中。支承区域10的半径稍大于球体半径。

加强部件9具有中心镗孔11，该孔通过自由空间12与供油通道5相连通，所谓自由空间是在支承区域未被球体6填满的区域。通过自由空间12，油可以到达球体6和加强部件9之间的接触区域13。

另外，孔11也与形成于加强部件9和活塞头7之间的送油通道14相连通。送油通道14由一个或多个位于加强部件9前端的槽构成。该加强部件从内部支承活塞头7，所述槽最好在孔11的区域相互交叉。

加强部件9的直径小于活塞裙8的内径。因此，在加强部件9和活塞裙8之间的圆周方向存在一个环形腔15，所述腔室15界定了加强部件9和活塞裙8之间的距离。

球体6通过固定部件16保持在加强部件9中。固定部件16只作用于球体上，不与加强部件9连接。

固定部件16是具有圆周壁17和底部18的杯状体，底部具有开口19使连杆3可从中穿过。除了后面将提到的开口35，圆周壁17在圆周方向上完全封闭。除了开口19，底部也是完全封闭的。

加强部件9在其中心部位具有圆柱部分20，它容纳了支承区域10。锥形部分21与圆柱部分20邻接，即加强部件9的厚度径向向外递减。因此，一般认为活塞头的中心区域需要比径向周边区域更为良好的支承，因为周围的载荷已经被活塞裙8分担。降低的厚度使得加强部件9具有相对较轻的重量，而且当所需零件都装配进活塞后，活塞可以保持较轻的重量。

从圆周侧壁17开始，固定部件16的底部18首先具有一个锥形部分22，其锥度适合于加强部件9的锥形部分21的锥度。因此，表面间隙23形成于加强部件9和底部18之间，所述间隙的形状为锥形的一部分，其锥顶远离活塞头7。因而，固定部件16适合于加强部件9的外形，以保持油量尽可能小。

与锥形部分22邻接的是圆柱部分24，它以很小的距离环绕着加强部件9的圆柱部分20，这样这里也产生了一个间隙。与圆柱部分24邻接的是支承部分25，它适合于球体6的外形，并由保持力作用于球体6。

固定部件16固定于活塞裙8的内侧，即固定于与活塞头7相对的活塞裙8的末端。这里，活塞裙8具有直径减小的固定区域27。直径减小的优势在于固定部件16可以通过焊接或其他热加工工艺与活塞2相连接，而无需担心活塞失去其与汽缸相作用的圆柱外形。固定区域27的少许变形影响不大。

活塞裙具有第二个缩径部28，具有圆周壁17的固定部件16在此处与活塞裙8相连接。在活塞2的容器表面29，直径缩小形成了润滑槽30。环状通道31形成于固定区域27和缩径部28之间以及活塞裙8和固定部件16之间。

活塞裙8与固定部件16的圆周壁17一起形成环状间隙32，该间隙自活塞头开始。通过开口33，该环状间隙32与润滑槽30相连通。润滑槽30通过另一个开口34又与环形通道31相连通。开口33和34位置在活塞裙8的圆周方向相互大致相差180度。这样润滑油可以顺利流经整个活塞圆周。

固定部件16的圆周壁17上具有一个排出开口35通向活塞内腔36。

在固定部件16的圆柱部分24和球体6之间具有环形间隙37，其厚度大于表面间隙23。

下面将依照图2解释通过供油通道5和连杆3的油是如何在活塞中分布的。油流用箭头象征性表示。箭头涉及的零件编号与图1中所指相同。

供应向活塞2的润滑油从制冷压缩机的油箱流出，经过驱动轴、曲柄销并流经连杆3中的供油通道5。油的供给是脉动的，由连杆大端眼孔内的径向孔和曲柄销上的孔之间重叠的间隔时间进行控制，这两个结构未在图中标示。

油穿过自由空间12进入接触区域13。大量的油穿过孔11进入活塞头7和加强部件9之间的送油通道14，然后径向流出进入环形间隙32。大量的油从环形间隙32穿过开口33进入润滑槽30，然后从这里流经开口34进入环形通道31。油从环形通道31流经排出开口35进入活塞内腔36，并分布在固定部件16的内侧。排出开口35形成油流的控制点。这样，输送的油的油压和油量可以通过排出开口35的大小进行控制。

另外大量的油流经表面间隙23到达环状腔37，并从这里进入球体6和固定部件16上的支承段25之间的接触区域38。

可以看到，油流不但可以润滑所有相互运动的零部件，降低摩擦；也可以带走热量，特别是活塞头7处的热量。

Claims

1、活塞装置，具有由活塞头和具有圆周表面的活塞裙组成的活塞，和通过由球构成的球节与活塞相连接的连杆，连杆被供油通道穿过其中，该供油通道与球节的支承表面相连接，其特征在于，通过油路(12，11，14，32，33)，供油通道(5)与形成在圆周表面(29)上的润滑槽(30)相连接。

2、根据权利要求1所述的活塞装置，其特征在于，球体(6)通过固定部件(16)保持在活塞(2)中，该固定部件界定至少一部分油路(32)。

3、根据权利要求2所述的活塞装置，其特征在于，固定部件(16)具有圆周壁(17)，该壁至少在自活塞头(7)起的一段内与活塞裙(8)之间形成间隙(32)，该间隙通过至少一个开口(33)与润滑槽(30)相连通。

4、根据权利要求3所述的活塞装置，其特征在于，润滑槽(30)与环形腔(31)连通，该环形腔形成于活塞裙(8)和固定部件(16)之间，相对于间隙(32)闭合，所述环形腔(31)通过形成于固定部件(16)上的排出开口(35)与活塞(2)的内部(36)相连通。

5、根据权利要求1至4中任一项所述的活塞装置，其特征在于，油路具有冷却部(14)，延伸在活塞头(7)面向球节(4)的侧面上。

6、根据权利要求1至5中任一项所述的活塞装置，其特征在于，活塞(2)采用再成形金属板材制造，球体(6)支承在加强部件(9)的支承区域(10)内，该加强部件支承在活塞头(7)上，油路引领穿过加强部件(9)。

7、根据权利要求6所述的活塞装置，其特征在于，冷却部(14)延伸在加强部件(9)和活塞头(7)之间。

8、根据权利要求7所述的活塞装置，其特征在于，冷却部(14)由加强部件(9)前部的槽形成，该加强部件支承在活塞头(7)上。

9、根据权利要求5至8中任一项所述的活塞装置，其特征在于，固定部件(16)只作用在活塞裙(8)和球体(6)之间。

10、根据权利要求5至9中任一项所述的活塞装置，其特征在于，固定部件(16)与加强部件(9)至少在球节(4)径向外侧一段内形成表面间隙(23)。

11、根据权利要求10所述的活塞装置，其特征在于，表面间隙(23)具有锥体形状，锥顶点远离活塞头(7)。

12、根据权利要求10或11所述的活塞装置，其特征在于，表面间隙(23)通向厚度大于表面间隙(23)的环形间隙(37)，该环形间隙环绕球体(6)并与球体(6)和固定部件(16)之间的支承表面相连通。

13、根据权利要求5至11中任一项所述的活塞装置，其特征在于，支承区域(10)制成球形结构，支承区域(10)的半径大于球体(6)的半径。

14、根据权利要求2至13中任一项所述的活塞装置，其特征在于，固定装置(16)与活塞(2)在远离活塞头(7)的活塞裙(8)的终端(26)处相连接。

15、根据权利要求14所述的活塞装置，其特征在于，活塞裙(8)的终端具有减小的直径。