多缸旋转式压缩机的制作方法

本发明涉及制冷技术领域，具体而言，涉及一种多缸旋转式压缩机。

背景技术：

相关技术中，多缸旋转式压缩机通常采用其中一个偏心部的下端面作为曲轴止推部，曲轴止推部与副轴承的上端面配合以形成滑动止推摩擦副，从而适时限制曲轴的轴向运动。上述结构相对于传统的采用曲轴的副轴部的下端面作为止推部而言，不需要止推片等零件，结构更简单、紧凑，具有更低的成本并得到广泛应用。

但是实际使用过程中发现，上述结构的止推摩擦副的磨损非常严重，严重影响压缩机的性能，尤其是在恶劣运行工况下这一缺点尤为突出。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种能够降低止推摩擦损耗的多缸旋转式压缩机。

根据本发明实施例的多缸旋转式压缩机包括电机部件以及压缩部件，所述压缩部件包括：曲轴，所述曲轴包括轴部和多个偏心部，所述轴部与所述电机部件连接，所述至少一个偏心部的远离所述电机部件的一端形成为曲轴止推部，所述曲轴止推部所在的偏心部设有用于降低所述曲轴止推部的轴向刚性的沿径向设置的柔性槽；以及气缸，距离所述曲轴止推部最远的气缸内限定出吸气腔和滑片槽，所述柔性槽至少位于当距离所述曲轴止推部最远的偏心部转动至最远离所述滑片槽的位置时参照平面上与所述吸气腔对应的一侧；其中，距离所述曲轴止推部最远的偏心部的中心轴线与所述副轴部的中心轴线所在的平面为参照平面。

根据本发明实施例的多缸旋转式压缩机，通过将柔性槽设置在参考平面的左侧，以使柔性槽分布在偏心部在排气阀打开时与吸气腔相对的一侧上，由于曲轴止推部在该侧受到的接触应力较大，因此采用上述结构能够降低曲轴止推部局部或整体在轴向方向上的刚度，以使曲轴在外载荷(气体力fg为主)作用下，曲轴止推部局部或整体能够在轴向上产生较大变形，从而使作用在止推摩擦副(或曲轴止推部)上的接触应力分布更均匀，进而有效降低了止推摩擦副的磨损，同时由于减少了粗糙接触的面积，因此还有效降低了摩擦损失，延长了压缩机的使用寿命，提高了压缩机的压缩效率。

在一些实施例中，所述压缩部件还包括副轴承，所述副轴承具有与所述曲轴止推部相配合的副轴承止推部。

在一些实施例中，所述压缩部件还包括中隔板，所述中隔板位于相邻的两个偏心部之间，所述中隔板具有与所述曲轴止推部相配合的中隔板止推部。

在一些实施例中，沿所述电机部件向所述压缩部件方向观察，曲轴顺时针转动时，且曲轴止推部所在的偏心部的中心轴线位于所述轴部的中心轴线与所述观察者之间时，定义所述曲轴止推部所在的偏心部的中心轴线、所述轴部的中心轴线所在的平面为初始平面，预设分布范围为与所述初始平面在顺时针方向上的夹角落入(20°，120°)范围内的区域；沿所述电机部件向所述压缩部件方向观察，曲轴逆时针时针转动时，且曲轴止推部所在的偏心部的中心轴线位于所述轴部的中心轴线与所述观察者之间时，定义所述曲轴止推部所在的偏心部的中心轴线、所述轴部的中心轴线所在的平面为初始平面，预设分布范围为与所述初始平面在逆时针方向上的夹角落入(20°，120°)范围内的区域。

在一些实施例中，所述柔性槽的顶部沿所述径向贯穿所述偏心部的外侧壁。

在一些实施例中，所述柔性槽沿轴向的投影位于所述轴部沿轴向的投影外侧。

在一些实施例中，所述柔性槽的底壁为圆弧形，所述底壁的曲率中心与所述曲轴的轴部的中心轴线共线，所述底壁的两端延伸至与所述偏心部的外周面相交。

在一些实施例中，所述柔性槽的内壁与所述曲轴止推部之间的厚度为所述柔性槽的壁厚，所述柔性槽的壁厚在径向上朝远离所述轴部的中心轴线的方向上逐渐减小或者所述柔性槽的壁厚为恒定值。

在一些实施例中，所述柔性槽在轴向上的宽度为恒定值。

在一些实施例中，所述柔性槽在所述径向上的最大深度h与所述柔性槽的平均壁厚t的比值满足如下条件：1≤h/t≤10。

在一些实施例中，所述柔性槽在所述径向上的最大深度h≥2mm。

在一些实施例中，所述柔性槽的平均壁厚t≥1mm。

在一些实施例中，所述柔性槽在所述轴向上的最小宽度w≥1mm。

在一些实施例中，所述多缸旋转式压缩机为立式压缩机或卧式压缩机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是传统的多缸旋转式压缩机的示意图，

图2是传统的多缸旋转式压缩机的止推摩擦副的受力示意图。

图3是根据本发明一个实施例的多缸旋转式压缩机的示意图。

图4是根据本发明一个实施例的多缸旋转式压缩机的止推摩擦副的受力示意图。

图5是根据本发明一个实施例的多缸旋转式压缩机的曲轴的仰视示意图。

图6是根据本发明另一个实施例的多缸旋转式压缩机的曲轴的仰视示意图。

图7是根据本发明一个实施例的多缸旋转式压缩机的曲轴的剖视示意图。

图8是根据本发明一个实施例的多缸旋转式压缩机的曲轴的剖视示意图(柔性槽的宽度为恒定值)。

图9是根据本发明一个实施例的多缸旋转式压缩机的曲轴的剖视示意图(柔性槽的壁厚为恒定值)。

图10是根据本发明一个实施例的多缸旋转式压缩机的最大接触应力与h/t的曲线关系示意图。

图11是根据本发明再一个实施例的多缸旋转式压缩机的示意图。

附图标记：

传统结构：

曲轴10’，主轴部11’，副轴部12’，上偏心部131’，下偏心部132’，曲轴止推部14’，主轴承30’，副轴承40’，上活塞51’，下活塞51’，上气缸61’，下气缸62’，中隔板70’，

本申请：

多缸旋转式压缩机100，曲轴10，主轴部11，副轴部12，偏心部13，上偏心部131，下偏心部132，曲轴止推部14，

柔性槽20，柔性槽的底壁21，

主轴承30，

副轴承40，

活塞50，上活塞51，下活塞52，

气缸60，上气缸61，下气缸62，

中隔板70。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本申请是申请人基于以下认识作出的：

对传统的多缸旋转式压缩机的结构简述如下：参照图1所示，传统的多缸旋转式压缩机包括电机部件和压缩部件，压缩部件包括：气缸、活塞、滑片(图中未示出)、主轴承30’、副轴承40’和曲轴10’等。气缸内被分隔为吸气腔和排气腔，电机部件通过曲轴10’的轴部带动压缩部件运动，以实现吸气腔和排气腔的容积变化，以完成不断吸入、压缩和排出冷媒的工作过程。

曲轴10’包括轴部和多个偏心部，轴部包括主轴部11’和副轴部12’，主轴部11’与主轴承30’配合并与电机部件连接，副轴部12’与副轴承40’配合。曲轴10’通过至少其中一个偏心部13’远离电机部件的一侧的表面为曲轴止推部14’，副轴承40’靠近电机部件的一侧的表面为副轴承止推部，副轴承止推部与曲轴止推部14’配合，进而限制曲轴10’的轴向运动。曲轴止推部14’与副轴承止推部共同构成滑动止推摩擦副。压缩机的油池通过曲轴10’供油油路(图中未示出)对止推摩擦副供油和润滑。

具体地址，图1为双缸压缩机，压缩部件包括上偏心部131’、下偏心部132’、上气缸61’、下气缸62’、上活塞51’、下活塞52’等。

对于已有的多缸旋转式压缩机而言，止推摩擦副处的磨损严重，尤其是在恶劣运行工况下这一现象尤为突出。这样，不仅压缩机运行的可靠性较差，而且需要经常更换零部件，同时造成较大的摩擦损失，严重影响压缩机的性能。

对于现有设计止推摩擦副磨损原因，本领域技术人员一直不能从根本上认识到造成磨损的关键因素。鉴于此，本申请人经大量、反复、深入地研究才发现并明确了导致止推摩擦副磨损这一问题的关键因素。图2为本申请人研究发现的止推摩擦副磨损原理的说明图。为方便观察，图中对曲轴10’的变形进行了放大。

本申请人发现，曲轴10’受到轴向力fm的作用，轴向力fm主要包括转动部件自身所受重力及电机轴向磁拉力。而曲轴10’的偏心部在由吸气腔和压缩腔压差所导致的气体力fg的作用下，使曲轴10’产生了较大变形，如图2所示。

曲轴10’变形后曲轴止推部14’将发生倾斜，曲轴止推部14’的外侧与副轴承40’的端面形成线接触，进而导致了局部接触应力集中，图中对止推摩擦副接触应力p分布进行了示意。这样，过大的局部接触应力将造成剧烈的磨损，甚至导致止推部刮伤或粘着，严重时会造成止推摩擦副的失效。

由此可见，气体力fg导致的曲轴10’变形才是造成止推摩擦副磨损的关键因素。

本申请人进一步研究发现，由于气体力主要由运行工况及气缸直径、高度等主要结构参数确定，而曲轴10’的轴径出于提升压缩机性能的考虑，通常采用小径化设计，导致曲轴10’刚性较差，最终使得止推摩擦副磨损成为业内较为普遍的问题。也正因为气体力fg及曲轴10’刚性受其他因素制约、难以改变，所以使止推摩擦副磨损的改善受到很大的制约，具有较大的难度。

本发明基于上述研究发现，创造性地提出了在止推部附近设置柔性结构的解决方案，不仅结构简单、方便实施，而且改善效果极其显著。

下面参考图3至图11详细描述根据本发明实施例的多缸旋转式压缩机100。

如图3-图5所示，根据本发明实施例的多缸旋转式压缩机100包括电机部件以及压缩部件，压缩部件包括：曲轴10以及气缸60，曲轴10包括轴部和多个偏心部13，轴部与电机部件连接，偏心部13的远离电机部件的一端形成为曲轴止推部14，曲轴10的偏心部设有用于降低所述曲轴止推部14的轴向刚性的沿径向设置的柔性槽。距离所述曲轴止推部14最远的气缸60内限定出吸气腔和滑片槽，所述柔性槽至少位于当距离所述曲轴止推部14最远的偏心部13转动至最远离所述滑片槽的位置时参照平面上与所述吸气腔对应的一侧，

其中，距离所述曲轴止推部14最远的偏心部13的中心轴线与所述副轴部12的中心轴线所在的平面为参照平面。

具体而言，当曲轴10顺时针转动时，参照平面上与吸气腔对应的一侧是参照平面的右侧；当曲轴10逆时针转动时，参照平面上与吸气腔对应的一侧是参照平面的左侧。

其中左右方向采用以下方式进行定义：当沿电机部件向压缩部件方向观察(俯视时)，距离所述曲轴止推部14最远的偏心部13的偏心部13的中心轴线位于轴部的中心轴线与所述观察者之间时，以此时观察者认定的左右方向为基准。

通常空调的压缩机俯视时逆时针转动，俯视时柔性槽20应该设在参照平面的左侧，图5为仰视视角，因此看到的柔性槽20应该是位于图中参照平面的右侧。

实际上，以上述方式定义的参照平面的左侧是在排气阀打开时曲轴的距离曲轴止推部14最远的偏心部13上与吸气腔相对的一侧。对于图3所示的双缸压缩机而言，平面的左侧是上偏心部131上与上气缸61的排气腔相对的一侧，也就是柔性槽20位于下偏心部132上且与上偏心部131上对应吸气腔的一侧相对。

本申请人发现，柔性槽20的尺寸设计受到限制时，只能在局部设置柔性槽20。本申请人经深入研究发现，在压缩机运转过程中，曲轴10所受气体力fg不断发生变化，在排气角处(即压缩机排气阀刚好开启时曲轴10所在位置)曲轴受到的气体力最大，此时分布在曲轴止推部14上的接触应力最大，柔性槽20设计的位置在轴向上应与止推摩擦副的最大接触应力分布的一侧相对应。

具体地，对于多缸旋转式压缩机而言，多个偏心部所受的最大气体力相同，但是距离曲轴止推部14最远的偏心部的止推距离最大，因此最上方的气缸排气时曲轴止推部14具有最大接触应力，此时最易发生磨损。

根据本发明实施例的多缸旋转式压缩机100，通过将柔性槽20设置在参考平面的左侧，以使柔性槽20分布在偏心部在排气阀打开时与吸气腔相对的一侧上，由于曲轴止推部14在该侧受到的接触应力较大，因此采用上述结构能够降低曲轴止推部14局部或整体在轴向方向上的刚度，以使曲轴10在外载荷(气体力fg为主)作用下，曲轴止推部14局部或整体能够在轴向上产生较大变形，从而使作用在止推摩擦副(或曲轴止推部14)上的接触应力分布更均匀，进而有效降低了止推摩擦副的磨损，同时由于减少了粗糙接触的面积，因此还有效降低了摩擦损失，延长了压缩机的使用寿命，提高了压缩机的压缩效率。

需要说明的是，在前述和后述实施例中，径向是指垂直于轴向的方向，轴向为曲轴10的轴部的中心轴线方向，曲轴10的轴部的中心轴线与曲轴10的主轴部11的中心轴线、曲轴10的副轴部12的中心轴线共线。

在一些具体实施例中，压缩部件还包括副轴承40，副轴承40具有与曲轴止推部相配合的副轴承止推部。如图3所示，在该实施例中，曲轴止推部14形成在下偏心部132上，此时距离曲轴止推部14最远的偏心部为上偏心部131，参考平面为上偏心部131的中心轴线与轴部的中心轴线所在的平面，柔性槽位于下偏心部132上且与下偏心部132上对应吸气腔的一侧相对。

当然，本发明并不限于此，止推摩擦副不限于由曲轴止推部14与副轴承止推部组成，止推摩擦副还可以由曲轴止推部14与中隔板止推部或止推板止推部组成。例如，在另一些实施例中，压缩部件还包括中隔板70，中隔板70位于相邻的两个偏心部之间，中隔板70具有与曲轴止推部14相配合的中隔板止推部。如图11所示，在该实施例中，曲轴止推部14形成在下偏心部132上，此时距离曲轴止推部14最远的偏心部为下偏心部132，参考平面为下偏心部132的中心轴线与轴部的中心轴线所在的平面，柔性槽位于上偏心部131上且与上偏心部131上对应吸气腔的一侧相对。

作为优选实施方式，定义曲轴止推部14所在的偏心部的中心轴线、轴部的中心轴线所在的平面为初始平面，预设分布范围为与初始平面在顺时针方向上的夹角落入(20°，120°)范围内的区域，柔性槽20至少位于预设分布范围内。换言之，如图6所示，沿机械部件相电机部件方向观察(仰视时)，预设分布范围为与初始平面在逆时针方向上的夹角落入(20°，120°)范围内的区域。

由此，不仅不会破坏曲轴止推部14，而且使曲轴止推部14与相应的止推部充分接触，这样在止推摩擦副处形成较好的流体动压润滑，降低了磨损，增强了压缩机运行的稳定性和可靠性。

可以理解，压缩部件包括：气缸60、活塞50、滑片(图中未示出)、主轴承30、副轴承40和曲轴10等。气缸60内被分隔为吸气腔和排气腔，电机部件通过曲轴10的轴部带动压缩部件运动，以实现吸气腔和排气腔的容积变化，以完成不断吸入、压缩和排出冷媒的工作过程。

曲轴10的轴部包括主轴部11和副轴部12，主轴部11与主轴承30配合并与电机部件连接，副轴部12与副轴承40配合。当曲轴止推部14与副轴承40配合时，曲轴10的偏心部的曲轴止推部14与副轴承40的副轴承止推部形成为止推摩擦副，当曲轴10与止推板止推配合时，是曲轴10的偏心部的曲轴止推部14与止推板的止推板止推部形成为止推摩擦副。

作为优选实施方式，如图5和图6所示，柔性槽20的顶部沿径向贯穿偏心部的外侧壁。换言之，柔性槽20的槽口形成在偏心部的外侧壁上。这样，不仅降低了柔性槽20对偏心部强度的影响，而且更方便加工。

可以理解，柔性槽20的顶部也可以不贯穿偏心部的外侧壁或者柔性槽20的顶部的一部分贯穿偏心部的外侧壁。

在一些实施例中，柔性槽20沿轴向的投影位于轴部沿轴向的投影外侧。可选地，柔性槽20的底壁21可以为圆弧形，底壁的曲率中心与曲轴10的轴部的中心轴线共线，底壁的两端延伸至与偏心部的外周面相交。这样，在改善止推摩擦副的磨损的同时，减少了柔性槽20对曲轴10自身刚度的削弱，同时减小了曲轴10上的应力集中。

进一步研究发现，柔性槽20的尺寸设计对于改善效果影响很大。如图7所示，柔性槽20径向最大深度h与平均壁厚t的比值影响最为关键，随着h/t的增大，曲轴止推部14的刚性逐渐减小，最大接触应力pmax迅速减小；但随着h/t的进一步增大，曲轴止推部14的刚性过小时，又会导致接触应力的集中分布，使最大接触应力pmax增大。

根据上述理论及相关试验研究发现，柔性槽20在所述径向上的最大深度h与所述柔性槽20的平均壁厚t的比值满足如下条件：1≤h/t≤10时改善效果较好。其中，柔性槽20的内壁与所述曲轴止推部14之间的厚度为所述柔性槽20的壁厚，平均壁厚t＝柔性槽20的的内壁与曲轴止推部14之间的内壁的体积v/柔性槽20沿轴向的投影面积s。在图6所示的具体实施例中，柔性槽20的壁厚在径向上朝远离轴部的中心轴线的方向上逐渐减小，平均壁厚＝(最小壁厚t1+最大壁厚t2)/2。

有利地，柔性槽20在径向上的最大深度h≥2mm。也就是说，柔性槽20沿以轴部的中心轴线为中心的径向的最大深度h≥2mm。

柔性槽20尺寸设计过小时不利于加工制造，为了提高加工工艺性，可采用如下设计：柔性槽20的平均壁厚t≥1mm，柔性槽20在所述轴向上的最小宽度w≥1mm。在图6所示的具体实施例中，沿径向朝远离所述曲轴10轴部轴线的方向逐渐减小，此时w为最小宽度值。

在图8所示的实施例中，柔性槽20在轴向上的宽度可以是恒定值，此时最小宽度w就是柔性槽20的固定槽宽。这样，可以采用等宽度车刀加工，且柔性槽20对偏心部的外周面积影响较小，不影响曲轴10的偏心部与活塞50之间的润滑。

在图7所示的具体实施例中，柔性槽20的内壁与曲轴止推部14之间的厚度为柔性槽20的壁厚，柔性槽20的壁厚在径向上朝远离轴部的中心轴线的方向上逐渐减小。

当然，本发明并不限于此，柔性槽20的壁厚可以有多种选择，在图9所示的具体实施例中，柔性槽20的壁厚为恒定值。采用等壁厚柔性槽20设计，最大限度地减小了增加柔性槽20对曲轴10加工的影响，加工工艺性更好，同时对曲轴10偏心部与活塞50之间的接触面积影响也较小。

此外，柔性槽20的个数可以是一个或多个，形状也有多种选择，上述对于柔性槽20的尺寸(如h、t、w)等的限定对于图8至图9所示的具体实施例也适用，在此不赘述。在图9所示的具体实施例中，柔性槽20的壁厚为恒定值，因此平均壁厚t＝柔性槽20的内壁与曲轴止推部14之间的厚度为柔性槽20的壁厚。

此外，上述曲轴止推部14、止推板止推部、中隔板止推部、副轴承止推部等都可以是形成在各自所在零件上的止推面。

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结构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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。