曲轴组件及具有其的压缩机的制作方法

本发明涉及压缩机设备技术领域，具体而言，涉及一种曲轴组件及具有其的压缩机。

背景技术：

旋转式压缩机的结构主要是由壳体组件、电机组件、泵体组件，分液器等组成，其中电机由定子、转子组成，泵体组件由曲轴、气缸、滚动活塞等组成。其中，曲轴长轴端与电机转子进行配合，通过定子与转子间产生的电磁力，使转子带动曲轴进行旋转，曲轴偏心部与滚动活塞配合在气缸内腔进行旋转达到压缩及排出气体的目的。随着压缩机行业的不断进步，小型化成为重要发展方向。小型化意味着相同排量下缸径受到限制，相应地缸高随之增加，泵体转子组件整体高度增加，泵体转子组件高度增加则会出现的曲轴挠度增大的问题。

随着压缩机泵体转子组件高度的增加，若按照传统压缩机曲轴平衡方式，就必须增加转子主、副平衡块的质量，根据离心力公式f＝mω²r可推测，容易导致压缩机在高频状态中转子主、副平衡块的离心力成线性增长，导致曲轴在高频状态下挠度增加、振动加剧，进而出现摩擦损失及功耗增加等问题，使压缩机性能下降，还会导致可靠性和噪声等诸多问题。

现有技术cn203560100u、cn105673492a，公开了一种曲轴平衡块结构，与电机转子副平衡块共同来平衡曲轴在旋转过程中偏心部产生的离心力，曲轴平衡块主要设置在靠近偏心部的部位，在偏心部上方或者下方设置一个供平衡块旋转的平衡腔，来保证平衡块旋转的空间。但在该专利技术方案中，曲轴平衡块与曲轴采用一体式设计，曲轴平衡块位置靠近偏心部，无论加工工艺还是整机装配工艺难度都会大大提升，而且因平衡腔的设计还会占用压缩机内部一定的空间，导致泵体转子组件高度进一步增加，不利于降低成本及小型化目标。

现有技术cn103486036a，公开了一种曲轴轴端平衡块结构，轴端平衡块与与曲轴为一体化设计，该技术方案是将平衡块设置在曲轴短轴端位置，在压缩机泵体组件装配工艺上较cn203560100u、cn105673492a公开的技术方案会简化很多，轴端平衡块的做用与cn203560100u、cn105673492a公开的技术内容基本相同。但根据cn103486036a的技术方案，轴端平衡块与曲轴之间采用一体化设计，始终是在原有整机装配工艺上做出较大改变，而且对于曲轴的加工工艺也提出一定的难度，该技术方案同时对曲轴短轴端的长度加长，用以放置轴端平衡块，这对压缩机成本不利。

现有技术cn208831239u公开了一种旋转式压缩机结构，电机部安装有电机转子上方的第一转子平衡块和电机转子下方的第二转子平衡块，曲轴尾端安装有底端平衡块。由于曲轴挠度是沿着远离曲轴偏心部位置而不断增大的，该技术方案由于第一转子平衡块的存在，使得曲轴挠度降低不明显。

现有技术jp02019667a公开了一种旋转式压缩机，压缩机的曲轴由上下两部分通过联轴器连接而成，在下轴端部安装有平衡块，以平衡曲轴偏心部及滚动活塞的离心力，但该技术方案只能用于单缸旋转式压缩机，无法用于双缸及多缸压缩机。

上述现有技术的方案中明显存在工艺性差、成本增加、平衡效果未达最优效果及只适用于单缸压缩机等问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种曲轴组件及具有其的压缩机，以解决现有技术中曲轴在高速运转中因转子平衡块离心力过大导致曲轴弯曲的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种曲轴组件，包括：曲轴；平衡块，平衡块包括：第一组成段，第一组成段的第一端与曲轴相连接；第二组成段，第二组成段的第一端与第一组成段的第二端相连接；第三组成段，第三组成段与第二组成段的第二端相连接，第二组成段的沿曲轴的轴线方向的厚度小于第三组成段的沿曲轴的轴线方向的厚度。

进一步地，曲轴具有长轴段和短轴段，短轴段的端面上开设有平衡槽，第一组成段的第一端沿曲轴的轴线方向延伸至平衡槽内。

进一步地，曲轴上设置有偏心部，偏心部位于长轴段和短轴段之间，平衡槽的横截面的几何中心与偏心部的质心关于曲轴的轴线对称地设置。

进一步地，偏心部为多个，平衡槽的横截面的几何中心与多个偏心部中的至少一个的质心关于曲轴的轴线对称地设置。

进一步地，第三组成段的沿曲轴的轴线方向的厚度为h，平衡块的质心与曲轴的轴心的偏移距离为r5，其中，0.05≤h/r5≤0.65。

进一步地，第二组成段的沿曲轴的轴线方向的厚度为h0，其中，0.1≤h0/r5≤0.5。

进一步地，第一组成段的沿曲轴的径向方向的厚度为h1，其中，0.05≤h1/r5≤0.1。

进一步地，平衡块的密度大于曲轴的密度。

进一步地，第三组成段为圆柱结构，第三组成段的外周面与第二组成段相连接。

进一步地，第一组成段的远离曲轴的长轴段一侧的表面、第二组成段的远离曲轴的长轴段一侧的表面、第三组成段的远离曲轴的长轴段一侧的表面相平齐的设置。

进一步地，第一组成段、第二组成段和第三组成段一体成型。

根据本发明的另一方面，提供了一种压缩机，包括曲轴组件，曲轴组件为上述的曲轴组件。

进一步地，压缩机包括：转子，转子的朝向转子的一侧设置有转子平衡块，平衡块的重心与转子平衡块的重心偏心地设置。

应用本发明的技术方案，通过在曲轴上设置平衡块，并且该平衡块由三个组成段组成设置成型，其中，将第二组成段的沿曲轴的轴线方向的厚度设置成小于第三组成段的沿曲轴的轴线方向的厚度。这样设置能够有效地解决了由于泵体组件的高度增加造成曲轴的挠度增大的问题，有效地减小了曲轴与其他部件之间的摩擦损伤，有效地提高了该曲轴组件的可靠性和使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的曲轴组件的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的平衡块的第一实施例的第一视角的结构示意图；

图3示出了根据本发明的平衡块的第一实施例的第二视角的结构示意图；

图4示出了根据本发明的压缩机的第一实施例的结构示意图；

图5示出了根据本发明的压缩机的第二实施例的结构示意图；

图6示出了根据本发明的压缩机的h0/r5与疲劳寿命关系曲线的结构示意图；

图7示出了根据本发明的压缩机的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、曲轴；11、长轴段；12、短轴段；121、平衡槽；13、偏心部；

20、平衡块；21、第一组成段；22、第二组成段；23、第三组成段；

30、转子；31、转子平衡块；

40、泵体组件；41、活塞；

50、冷冻油。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图7所示，根据本发明的具体地实施例，提供了一种曲轴组件。

具体地，如图1所示，该曲轴组件包括曲轴10和平衡块20。平衡块20包括第一组成段21、第二组成段22和第三组成段23。第一组成段21的第一端与曲轴10相连接。第二组成段22的第一端与第一组成段21的第二端相连接。第三组成段23与第二组成段22的第二端相连接。第二组成段22的沿曲轴10的轴线方向的厚度小于第三组成段23的沿曲轴10的轴线方向的厚度。

在本实施例中，通过在曲轴上设置平衡块，并且该平衡块由三个组成段组成设置成型，其中，将第二组成段的沿曲轴的轴线方向的厚度设置成小于第三组成段的沿曲轴的轴线方向的厚度。这样设置能够有效地解决了由于泵体组件的高度增加造成曲轴的挠度增大的问题，有效地减小了曲轴与其他部件之间的摩擦损伤，有效地提高了该曲轴组件的可靠性和使用寿命。

其中，曲轴10具有长轴段11和短轴段12。短轴段12的端面上开设有平衡槽121，第一组成段21的第一端沿曲轴10的轴线方向延伸至平衡槽121内。这样设置能够提高平衡块与曲轴的连接稳定性。

进一步地，曲轴10上设置有偏心部13。偏心部13位于长轴段11和短轴段12之间，平衡槽121的横截面的几何中心与偏心部13的质心关于曲轴10的轴线对称地设置。这样设置能够提高曲轴组件的稳定性。

偏心部13可以设置为多个，平衡槽121的横截面的几何中心与多个偏心部13中的至少一个的质心关于曲轴10的轴线对称地设置。如图1所示，偏心部13为两个，平衡槽121的横截面的几何中心与靠近平衡块设置的偏心部13的质心关于曲轴10的轴线对称地设置。这样设置能够使得曲轴在转动的过程中能够具有很好的稳定性。

具体地，如图5所示，第三组成段23的沿曲轴10的轴线方向的厚度为h，平衡块20的质心与曲轴10的轴心的偏移距离为r5，其中，0.05≤h/r5≤0.65。第二组成段22的沿曲轴10的轴线方向的厚度为h0，其中，0.1≤h0/r5≤0.5。第一组成段21的沿曲轴10的径向方向的厚度为h1，其中，0.05≤h1/r5≤0.1。其中，a为曲轴10的轴心。这样设置能够进一步地提高曲轴在转动的过程中能够具有很好的稳定性。

进一步地，平衡块20的密度大于曲轴10的密度。这样设置使得曲轴在转动过程中，平衡块20在跟着曲轴转动的过程中能够很好的平衡作用。

优选地，第三组成段23为圆柱结构，第三组成段23的外周面与第二组成段22相连接。这样设置能够提高平衡块20的稳定性和可靠性。

如图1至图3所示，第一组成段21的远离曲轴10的长轴段11一侧的表面、第二组成段22的远离曲轴10的长轴段11一侧的表面、第三组成段23的远离曲轴10的长轴段11一侧的表面相平齐的设置。而且，第一组成段21、第二组成段22和第三组成段23一体成型。这样设置能够提高平衡块的稳定性和可靠性。

上述实施例中的曲轴组件还可以用于压缩机设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种压缩机，包括曲轴组件，曲轴组件为上述实施例中的曲轴组件。具体地，如图7所示，压缩机包括转子30。转子30的朝向转子30的一侧设置有转子平衡块31，平衡块20的重心与转子平衡块31的重心偏心地设置。其中，平衡块31完全浸没在油池50中。

具体地，采用本申请的压缩机结构，在压缩机小型化设计中，解决因泵体转子组件高度增加出现的曲轴挠度增大的问题，还解决了泵体转子组件高度增加后，平衡块质量减小的问题。

通过在曲轴下端配置平衡块的方法，代替电机转子上远离偏心部一端的副平衡块，从而可以使平衡块与偏心部间距离减小，平衡块质量减小，解决曲轴在高速运转中因转子平衡块离心力过大导致曲轴弯曲问题，平衡曲轴的动态挠度，减少曲轴磨损及振动噪声问题。

通过曲轴平衡块与曲轴短轴段进行过盈配合，在传统泵体组件装配工艺完成后采用冷压的方式将曲轴平衡块压入曲轴短轴端面的平衡槽中，无需对传统整机装配工艺做出改变，节约压缩机装配工艺成本。

平衡块设计分为端部即第三组成段、柄部即第一组成段。端部与柄部垂直，在轴向方向上柄部与短轴端面的平衡槽过盈配合(参照图1)，工作中不会因离心力而产生松动、脱落，可靠性高。

其中，该压缩机为旋转式压缩机，密封壳体内设置有电机和压缩机构，电机包括定子和转子，压缩机构包括带有压缩腔的气缸，活塞和滑片设置在压缩腔中，曲轴包括长轴段、偏心部和短轴段，长轴段与转子相接，偏心部驱动活塞做偏心转动，用于支撑长轴段的上轴承与用于支撑短轴端的下轴承分别置于气缸上下两侧，电机部仅安装有位于转子下方的转子平衡块，曲轴包括曲轴平衡块，长轴段、偏心部、短轴段、曲轴平衡块依次设置，曲轴平衡块的重心相对于转子平衡块重心而偏心设置。

图7示出了本申请的旋转式压缩机结构示意图，主要由壳体、电机、泵体组件40构成，其中泵体组件40主要由曲轴、活塞41、气缸、滑片、弹簧及上下轴承构成，电机主要由定子、转子、转子主平衡块(靠近偏心部)构成。曲轴依次贯穿上轴承、气缸内腔的滚动的活塞、下轴承等。转子与曲轴长轴段进行配合，从而带动曲轴稳定运转，进而通过偏心部在气缸内腔与滑片等的配合完成吸气、压缩、排气的过程。

由旋转压缩机曲轴结构的工作过程可知，转子与曲轴的长轴段进行配合，转子带动曲轴进行稳定运转是保证压缩机正常工作的必要条件。但随着压缩机小型化的发展趋势，气缸内径受到限制，在保证排量的前提下就必然会对缸高进行增加，使得泵体转子组件整体高度增加，进而导致曲轴在高频状态下挠度增加、振动加剧，不仅增加摩擦损失及功耗等，使压缩机性能下降，还会导致可靠性和噪声等诸多问题，极大地影响了用户体验。

在曲轴的短轴段的端部增设曲轴平衡块，在短轴端面开槽，使曲轴平衡块与短轴进行过盈配合，平衡块的柄部与短轴槽进行过盈配合，柄部长度大于平衡槽长度，平衡块端部位于压缩机下部的冷冻油液面以下，其中曲轴平衡块质心相对于旋转中心偏移距离为r5，平衡块厚度为h，为保证在旋转切向方向上平衡块与油池接触面积应尽可能减小，即区域扁平化设计，但若过于扁平化也会导致液面震荡，严重影响压缩机运行可靠性及噪声影响，所以为设计合理平衡块结构参数，其厚度h、质心偏心距r5满足条件：0.05≤h/r5≤0.65。本申请的技术方案中无需单独为上述平衡块提供工作空间，也无需加长曲轴，节约曲轴成本。通过曲轴平衡块保证曲轴在高速运转中的力矩平衡，保证压缩机的噪声及可靠性。

在压缩机高速运转过程中，由于流体动力学原理，油面会存在导致平衡块端部上、下两面出现压力差，压缩机运转频率越高，压差越大，由此造成的不平衡力也随之增加，且油面存在不稳定性，此不平衡力整体呈现幅值变化的波动趋势，交变应力在平衡块上的作用极易引发材料的疲劳断裂。从理论可知，循环交变应力中最大应力幅值一般远低于材料的强度极限和屈服极限，如以传统力学的安全系数考量标准，在无法保证平衡块主要受力部在交变应力作用下的可靠性的情况下，通过理论分析和疲劳特性研究，认为曲轴平衡块的主要受力部位应保证大于交变应力的最大幅值，如图6所示，给出曲轴平衡块中间颈部的厚度为h0与其质心偏心距r5的比值对应的疲劳寿命，本申请提供了一种最优方式：0.1≤h0/r5≤0.5，同时柄部厚度h1与其质心偏心距r5应满足条件：0.05≤h1/r5≤0.1。尤选地，0.073≤h1/r5≤0.09，当同时满足上述关系可充分发挥材料自身性能，保证压缩机可靠性。

随着压缩机高度增加，转子上移，为保证曲轴高速运转的稳定性，转子上端的转子副平衡块质量必须加大，但随着转子平衡块质量的加大，曲轴长轴段因所受离心力加大而容易导致变形，造成曲轴磨损及振动噪声等问题，不利于曲轴平衡系统的实施。图4示出了单缸压缩机的实施例，图5示出了的实施例。通过取消传统压缩机转子组件上方的转子副平衡块，在曲轴下方的短轴端面设置曲轴平衡块的方法，在压缩机高度增加的情况下，可做到在满足平衡系统稳定性及可靠性的前提下，实现平衡块质量的减小，减少压缩机投入成本、实现轻量化，同时曲轴平衡块通过与曲轴端面的平衡槽进行过盈配合的装配方式，具有简单、易实施等特点，可保证其工艺性在现有压缩机装配技术上无需做出较大的变动，减少工艺投入成本。

在本申请中，采用本申请的压缩机结构，使得曲轴平衡块代替了传统旋转式压缩机的转子副平衡块，减小了平衡块与曲轴偏心部间的距离，从而可以减小平衡块配重的质量，从而减小平衡块质量的情况下还可以解决曲轴平衡的问题。可以在保证压缩机不增加重量的前提下，降低噪声及振动，减少功耗，保证压缩机工作可靠性。本申请提供的曲轴压缩机组件的技术方案不但适用于旋转式压缩机，也适用于具有类似结构的旋转式流体机械，如旋转式膨胀机、滑片式压缩机、滑片式膨胀机等。

本提案技术与现有技术区别在于平衡块的装配方式及平衡块结构，平衡块通过在曲轴短轴端部进行过盈配合的方式，装配方式简单，工艺简化，无需为平衡块提供单独工作空间，不占用气缸上部空间，尽最大可能减小压缩机的高度，通过替代转子副平衡块使得在转子主平衡块、曲轴平衡块质量都减小的情况下，保证曲轴的静、动平衡方程成立。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。