CN100414100C - 活塞式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有活塞(3)的活塞式压缩机(1)，其通过一个带有纵向通道(7)的连杆(5)与驱动轴(14)的曲柄销(18)连接在一起，本发明的目的是通过经济而高效的方式制造活塞式压缩机，为了达到这个目的，必须使用薄壁金属管材来制造连杆(5)的轴(6)。

Description

活塞式压缩机

技术领域

本发明涉及一种带有活塞的活塞式压缩机，该活塞通过一个带有纵向通道的连杆与驱动轴的曲柄销连接。

背景技术

德国专利DE 100 53 575 C1公开了这种用于压缩制冷气体的活塞式压缩机。油定期通过曲柄销从驱动轴穿过纵向通道流到第一轴承，然后再流到第二轴承，连杆通过该第一轴承支撑在曲柄销上，通过该第二轴承支撑在活塞上。

美国专利US 5,671,655公开了又一活塞式压缩机。该活塞式压缩机其连杆一端与第一连杆眼固定连接，该第一连杆眼又与一活塞销结合，另一端，该连杆轴通过一个关节接头与第二连杆眼铰接，该第二连杆眼可安装在曲柄销上。这种结构允许第二连杆眼与连杆轴之间有一定的活动度，因此，活塞的运动方向与驱动轴的纵轴方向之间的角度就不再需要精确到90度。

发明内容

本发明是基于这样的目的：即用一种廉价的方式制造活塞式压缩机。

由薄壁金属管材制造介绍中所述的活塞式压缩机就可以实现该目的。

具体而言，本发明提供一种带有活塞的活塞式压缩机，其通过一个带有纵向通道的连杆与驱动轴的曲柄销连接，其特征在于：连杆的轴由薄壁金属管材制造；和曲柄销制造为倒杯状的薄壁金属型部件，并与驱动轴连接在一起。

在该实施例中，连杆的制造相对便宜。首先，制造材料使用相对便宜薄壁金属管材；第二，采用经济高效的制造方法。这种方法不需要制造铸件，因为制造铸件或多或少需要复杂的铸造模型，相反，连杆轴可以通过拉伸或在很多技术领域公知的其它薄壁金属材成型方法得到。因此，可以通过一种相对便宜的方式制造连杆轴。而且，该实施例还有一个优点，即制造的连杆重量可以相对较低，这样，在活塞冲程中只有小的质量被加速，因而可以保证传递到外面的震动危险减小。而且，可以选择较小的质量来平衡重量，因而可以降低活塞式压缩机运转中的能量消耗。由于可以使用不同长度的金属管材制造连杆轴，因而可以相对容易地使连杆轴适应不同尺寸的压缩机。

由薄壁金属材料制造连杆的技术众所周知，德国专利DE 38 01 802公开了一种由薄壁金属型产品制造的连杆，其两端都有深拉的气缸附件，由轴承金属挤压成型的衬套位于该气缸附件中。然而，这种连杆油不能从曲柄销传递到活塞。

优选地，曲柄销包括一轴承套，该轴承套至少部分具有球形外表面。这样轴承套就不再是圆柱形，因而连杆相对于轴承套可以有一小角度的偏移，这样活塞的运动方向和驱动轴的轴向方向不再需要精确到90度，从而减少了制造过程中的精度要求，降低了成本。

优选地，轴与至少部分是球形的轴承壳体相连，该轴承壳体环绕在轴承套外面，从而与球形轴承套相配合。但是这并不意味着轴承壳体与轴承套必须具有相同的半径，轴承壳体的半径可以比轴承套的半径稍微大一点，这样虽然也有一小角度的偏移，也可以达到相同或近似相同的轴承性质，即在连杆和曲柄销之间可以获得足够大的支撑面。

优选地，轴焊接到轴承壳体上，这样轴承壳体和连杆轴可以分别制造，这进一步简化了制造。轴可以简单地由管状材料的半成品切割形成，轴承壳体可以由金属板材制造，例如通过深冲压制造。只需在制造的后续程序中将制造的轴承壳体通过焊接的方法和轴连接在一起。

优选地，在焊接区轴承壳体与轴承套之间有一间距。焊接是热连接，存在小变形的危险，特别是在焊接薄壁金属性部件时。然而，如果能确保轴承壳体的焊接部分及其相邻周边部分与轴承套没有直接的接触，这种危险还是容易接受的。这样，轴承壳体与轴承套仍然可以保持球形形状并彼此配合。

优选地，在轴承壳体和轴承套之间形成一个环形腔，连杆轴上的纵向通道终止于该环形腔。该环形腔有两个用途，第一，该环形腔为所述焊接提供了相对于轴承套必需的间距。

第二，该环形腔优选与至少一个形成在轴承套上的通道相连通，所述通道在每一个旋转周期至少一次与形成在曲柄销中的供油通道相连通。在这种情况下，该环形腔可用作储油室，该储油室在曲柄销的每一个旋转周期间歇供油一次或几次。从这个环形腔，油可以流过连杆的纵向通道到达活塞。

优选地，轴承套和轴承壳体包括一个变形保护，该变形保护确保轴承套上的通道与曲柄销壁上的一个或多个孔对准并总是能保持在正确的位置上，这样在需要时环形腔能准时间歇供油，例如当单个球铰瞬时承受最大负荷的时候。该变形保护可以通过相对简单的方式制造，例如，在轴承壳体中形成一凸起，相应地在轴承套表面形成一个凹槽。这时，轴承套在曲柄销上旋转，在连杆和轴承套之间允许轴承壳体有一个摆动。

还有一个优点就是在曲柄销的前端面有一个油路出口，该出口连接于供油通道，轴承壳体在连杆区有一个保护屏，油可以从该油路出口溢出并对曲柄销与轴承套的接触面进行润滑。油从油路出口溢出的同时以喷雾形式向铸件内喷油，活塞式压缩机就位于该铸件内。在这里，由于油沿着铸件内壁流动，向外界传递热量，因而油可以得到冷却。然而，在油冷却时有一个危险，即油可能会进入活塞式压缩机的吸气区，而保护屏有效地防止了这一点。

在一个优选的实施例中，要确保轴承壳体要一体形成，并安装在曲柄销的上面，这样可确保装配成本降低。当使用球形轴承套时，轴承壳体可以向里弯曲或形成一边界以提供一个安全保护。

在另一个替代实施例中，轴承壳体由两部分组成，每一个部分都有一个连接法兰，这两个连接法兰在其径向外缘连接在一起，此处也可以通过焊接的方式连接。当径向外缘连接在一起时，由热张力引起的变形保持较小，即轴承壳体能确保其形状与轴承套相匹配。

优选地，两个连接法兰都向平行于曲柄销的轴向的同一方向弯曲，并在弯曲区焊接在一起。弯曲区不必与曲柄销的轴向方向精确平行，但是，必须确保相应的焊接设备在外面能够焊接。这又是一个相对简单的实施例，可降低制造成本。

优选地，曲柄销可做成杯状的薄壁金属型部件，连接于驱动轴上，可减小曲柄轴的制造成本。而且，因为由薄壁金属型部件形成的曲柄销通常比与驱动轴一起铸模形成的曲柄销质量小，所以还可以节省一定程度的重量。特别地，可以用相对低廉的成本制造相对小的油路出口，同时在曲柄销内部可以提供相对大的供油空间。

优选地，曲柄销包括一个环形固定法兰，这样曲柄销在其开口端部径向向外弯曲，这样形成的法兰主要是为了将曲柄销固定在驱动轴上。

优选地，轴承套轴向支撑在固定法兰上，这样固定法兰就不仅仅是为了连接曲柄销与驱动轴，而且它还可以支撑轴承套，这样轴承套就只需与一个部件连接，从而可以有效地避免由于对接头在轴承套上造成的较大磨损。

另一个替代实施例中，确保轴承套与固定法兰之间有一定间距，这样摩擦只限定在曲柄销的圆周表面，从而减小了轴承套和固定法兰之间的摩擦。

优选地，轴承壳体相对于轴承套有一个摆动极限，这在轴承套与固定法兰之间存在间距的情况下有着显著的优点，因为在这种情况下，轴承套存在移位太大的危险，而该摆动可防止这一移位，这样轴承套就可保持在曲柄销上。

还有一个优点，定位环位于轴承套的前端面与轴承壳体之间，在运转中断期间，该定位环可以以这样一种方式使轴承套相对于曲柄销复位，即当启动时，可以实现连接于曲柄销上的曲轴与连接于活塞的连杆的准确定位。

优选地，驱动轴的前端面包括一个带有凹槽的固定面，区柄销安装在该凹槽中。例如，该凹槽的深度大于固定法兰的厚度，并且其大小也大于曲柄销的固定法兰。这样曲柄销可以安置于驱动轴的不同位置，从而就可以为不同压缩机的活塞冲程长度设置不同的值。

优选地，连杆轴活塞一端的端部***于一个球中，该球构成了连接连杆与活塞的球铰的一部分。用这种方式支撑连杆，其两端都可以摆动，因而活塞的位置与曲柄销的位置不再需要保持精确的一致。

附图说明

下面根据这些优选实施例并结合附图介绍本发明。

图1为一活塞式压缩机的部分剖视图

图2为一种改进型连杆的示意图

图3为一种改进型活塞式压缩机的示意图

图4为曲柄销与曲柄轴连接的另一种改进示意图

图5为曲柄销与曲柄轴连接的又一种改进示意图

具体实施方式

图1是活塞式压缩机1的剖视图。活塞式压缩机1包括一个气缸2，一个活塞3位于该气缸中并作往复运动。在吸气冲程通过气缸头4(仅显示在示意图中)活塞3将冷气吸入压缩腔，在压缩冲程再将气体加压。该过程属于公知常识，这里将不再详细介绍。

活塞3的运动由连杆5控制，连杆5包括一个由薄壁金属管材形成的轴6，这种薄壁金属管，例如可以通过冲压成型，也可以通过切割半成品得到。该薄壁金属管环绕在纵向通道7的外周，该纵向通道的直径基本上大于形成轴6的薄壁金属管的壁厚。因此，轴不仅可通过经济而高效的方法制造，而且其重量低。

在活塞一端，轴包括一段直径减小的部分8，其***球10的直径孔9中并且固定于此，例如，可以通过压配合固定在一起。当然，轴6还可以通过其他方式与球10连接，例如通过焊接、胶结或者通过将该轴的突出部分压入球10中。

活塞3也可做成成型的薄壁金属部件。球10支撑于形成轴承表面12的加强部件11上，并通过固定部件13固定于活塞3中。

驱动轴14位于连杆5的另一端，该驱动轴14包括一个基本上轴向延伸的油槽15，该油槽以一种未显示在图中但公知的方式与一个油泵连接，例如离心泵。

驱动轴14的前端面包括一个固定板16，其中央有一个凹槽17，油槽15终止于此。

曲柄销18位于该凹槽17中。曲柄销18也由薄壁金属制成，其形状为倒杯状，其底面19有一个出油口20，在底面19的相对一端曲柄销18还包括一个带有外边的固定法兰21，通过该固定法兰曲柄销18固定于凹槽17中的固定板16上。在这种连接关系中，凹槽17有一深度与固定法兰21的厚度相适应或稍大于固定法兰21的厚度，因而，固定法兰21的端面与固定板16的表面齐平，或稍微埋入固定板16中。油槽15这样定位以便使它的末端位于曲柄销18中。根据活塞3希望的冲程长度，曲柄销18可以安置于凹槽17中的不同位置，例如可以通过固定法兰21与固定板16焊接或胶结。

轴承套22与曲柄销配合，该轴承套例如可以由烧结金属制造。轴承套有一个与曲柄销18的外圆直径同样大的内孔23，该轴承套被设置成相对于曲柄销18可转动。

轴承套22通过其底部支撑在直径比它大的固定法兰21上，因此，轴承套22在旋转运动时不再需要克服任何的分界线、降低了磨损。

轴承套22至少包括一个通道，该通道在旋转运动的某个阶段可以与曲柄销18外圆周壁上的上开口24重叠。当然也可以提供多于一个的通道或开口24。

在对着曲柄销18一端，连杆5包括一轴承壳体26，该轴承壳体根据附图1所示是一体成型的。轴承壳体26包括一球形部分27，其半径与轴承套22的半径相适应，该轴承套的两环形区域也作成球形。轴承壳体26在轴承套的下部向内弯曲或形成一边界部，所述向内弯曲的形状也基本与轴承套的球形形状相适应。因此，轴承壳体26相对于轴承套可以在一个有限的角度范围内有一个小的摆动。这是非常有益的，因为连杆5的轴6相对于驱动轴14的旋转轴不再必须精确到90度。

通过一个径向的扩张部28，轴承壳体26与轴承套22之间形成了一个环形腔29，所述的环形腔29通过通道和开口24与曲柄销18的内部连通。在运转期间，该环形腔29形成了可储存一定压力油的储油器。环形腔29与连杆5的轴6上的纵向通道7相连通。

轴6与轴承壳体26在连接点30处焊接在一起，该连接点30位于径向扩张部28的区域上，因此在焊接中可能发生的轴承壳体的变形不会影响到轴承套22。焊接可采用电阻焊接。一种可替代的实施例就是形成轴6的管被简单切割然后再通过摩擦焊的方式与轴承壳体26的前端面相连。

轴承壳体26包括一个凸起31，其伸进位于轴承套22表面上的凹槽32中，凸起31与凹槽32一起形成轴承壳体26与轴承套22之间的变形保护，该结构允许小的摆动(在如图所示的水平位置)，但防止了变形。

轴承壳体26还包括一个保护屏33，该保护屏防止位于曲柄销18上的出油口20喷出的油直接侵入气缸头部区域，这样可以防止油到达压缩机的吸入区与吸入的气体混合。

在运转期间，驱动轴14旋转，油经油槽15泵出进入曲柄销18中，一部分油通过出油口20喷向上面到达铸件的内壁(未详细示出)。在这里，油可以流动同时向铸件和及其周围环境释放热量。

还有一部分油通过位于曲柄销18内壁上的开口24和定期与开口24重叠的通道进入环形腔29，从这里油持续间歇进入轴6的纵向通道7中。这些压力油用于润滑活塞3的球铰。而且，这些油流过活塞3有利于冷却。

图2显示了一个改进的实施例，其中相同或类似的部件采用相同的附图标记。

根据图1所示的实施例，轴承壳体26一体成型并安装在轴承套22的上面，通过一边界部固定于轴承套22上。相反，根据图2所示的实施例，轴承壳体由两部分26a和26b组成，它们环绕在轴承套22的外周与轴承套装配在一起。部件26a和26b都有一个固定法兰34a和34b，法兰34a和34b在它们的径向外区向外弯曲，在区域35a和35b处这两个固定法兰焊接在一起。

对着曲柄销18的一端，轴6还包括一个直径减小的部分36，其通过一镦粗区域37伸入轴6中，该镦粗区域37与轴承壳体连接在一起，例如通过电阻焊接的方式。

该实施例具有如下显著的优点：

第一，由于使用薄壁金属管材制造轴6，所以制造比较便宜。轴6可由半成品的管材简单切割成需要的长度，然后分别与轴承壳体26或球10连接。当轴6选择不同长度时，可以很容易与不同的压缩机配合。

由于连杆的重量轻，所以具有这种连杆的压缩机的运行性能也基本更加良好。由于运动的质量较小，因而震动也较小，从而通过连杆传递到活塞的供油可保持连续不断。由于连杆5两端使用的都是球铰支撑，所以也避免了活塞与曲柄销支撑面之间的倾斜。

图3显示了活塞式压缩机的一个改进实施例，其中同样的部件使用和图1相同的附图标记，但该图只显示了活塞式压缩机的较少部件。

在该实施例中，轴承壳体26仍然是一体成型，但在其下部区域，轴承壳体26包括一个边界部38，以便通过固定该边界部形成与轴承套22的配合。

与图1所示的实施例相反，在轴承套22与曲柄销18的法兰21之间有一间距39，这样当曲柄轴14旋转时轴承套22不再与曲柄销18的前端面摩擦，而只与其外圆表面摩擦。

在该实施例中，为了避免曲柄销18上的轴承套过于下沉，在轴承套22的前端面上轴承壳体26与轴承套22之间有一个间隙40，所述间隙40可允许轴承套22与轴承壳体26只有一定程度的摆动，摆动不能超过这个极限，这样轴承壳体26与轴承套22相配合，在摆动中轴承壳体26支撑在轴承套22上。

图3也显示了通道25与曲柄销18外圆周壁上的开口24到达重叠的位置。

图4显示了又一个改进实施例，其中相同的部件使用和图3相同的附图标记。在轴承套22的前端面上有一个弹簧垫圈41，例如做成定位环的形状，轴承壳体26支撑在弹簧垫圈41上。弹簧垫圈41也形成了连杆5相对于曲柄销18的摆动极限，而且由于弹簧垫圈可以复位，因此，不用再增加外力弹簧垫圈41就可以以一种方式和曲柄销18上的轴承套22对齐，即弹簧垫圈总是能处于曲柄销18上的合适位置。在一定极限范围内可以允许摆动，该极限范围可以选择以便能确保气缸2中的活塞3能稳定运动。

图5显示了又一个改进实施例，其中相同部件使用和图3、图4中相同的附图标记。该实施例中仍然存在摆动极限，其原因是轴承套22延曲柄销18的轴向方向包括一个延伸部42，所述延伸部42与轴承壳体26之间形成了一个间隙43，该间隙43的作用与图3所示实施例中的间隙40的作用类似，即允许轴承壳体26与轴承套22之间有一个摆动，直至轴承壳体26碰到延伸部42。

Claims (19)

1. 一种带有活塞的活塞式压缩机，其通过一个带有纵向通道的连杆与驱动轴的曲柄销连接，其特征在于：连杆(5)的轴(6)由薄壁金属管材制造；和曲柄销(18)制造为倒杯状的薄壁金属型部件，并与驱动轴(14)连接在一起。

2. 根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于：曲柄销(18)包括一个轴承套(22)，该轴承套至少部分为球形外表面。

3. 根据权利要求2所述的活塞式压缩机，其特征在于：轴(6)与至少部分为球形的轴承壳体(26)相连，该轴承壳体环绕在轴承套(22)的外周。

4. 根据权利要求3所述的活塞式压缩机，其特征在于：轴(6)与轴承壳体(26)焊接在一起。

5. 根据权利要求4所述的活塞式压缩机，其特征在于：在焊接区(30)轴承壳体(26)与轴承套(22)之间有一间距。

6. 根据权利要求3-5中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于：轴承壳体(26)与轴承套(22)之间形成了一个环形腔(29)，其中纵向通道(7)终止于该环形腔(29)。

7. 根据权利要求6所述的活塞式压缩机，其特征在于：环形腔(29)与形成在轴承套上的至少一个通道(24)相连通，在驱动轴(14)的每一个旋转周期，所述通道(24)至少一次与形成在曲柄销(18)中的供油通道相连通。

8. 根据权利要求7所述的活塞式压缩机，其特征在于：轴承套(22)与轴承壳体(26)之间具有一变形保护(31，32)。

9. 根据权利要求7或8所述的活塞式压缩机，其特征在于：在曲柄销(18)的前端面(19)上包括一个与供油通道相连通的油路出口(20)，轴承壳体(26)在连杆区包括一个保护屏(33)。

10. 根据权利要求3-5中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于：轴承壳体(26)一体形成，并从上安装于曲柄销(18)的上面。

11. 根据权利要求3-5中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于：轴承壳体(26)由两部分(26a，26b)组成，该两部分(26a，26b)中的任何一个都包括一个连接法兰(34a，34b)，该连接法兰(34a，34b)沿径向外缘彼此连接在一起。

12. 根据权利要求11所述的活塞式压缩机，其特征在于：连接法兰(34a，34b)都沿与曲柄销(18)的轴向平行的同一方向弯曲，并在弯曲区(35a，35b)彼此焊接在一起。

13. 根据权利要求12所述的活塞式压缩机，其特征在于：曲柄销(18)包括一环状的固定法兰(21)。

14. 根据权利要求13所述的活塞式压缩机，其特征在于：轴承套(22)轴向支撑于固定法兰(21)上。

15. 根据权利要求13所述的活塞式压缩机，其特征在于：轴承套(22)与固定法兰(21)之间有一间距。

16. 根据权利要求15所述的活塞式压缩机，其特征在于：轴承壳体(26)相对于轴承套(22)有一个摆动限定部件(40；41；42；43)。

17. 根据权利要求15或16所述的活塞式压缩机，其特征在于：定位环(41)位于轴承套(22)的前端面与轴承壳体(26)之间。

18. 根据权利要求1-5中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于：驱动轴(14)的前端面上包括一个带有凹槽(17)的固定面(16)，曲柄销(18)固定于该固定表面上。

19. 根据权利要求1-5中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于：轴(6)的活塞一端的端部***球(10)中，该球形成球铰的一部分，通过该球铰连杆(5)与活塞(2)相连。

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