CN103370550B - 用于往复式制冷压缩机的轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明的装置应用于一种压缩机，该压缩机包括轴承毂（30），该轴承毂容纳曲轴（40）并且至少具有第一和第二轴承部分（31,32），该第一和第二轴承部分被周向凹槽（33）间隔开。所述曲轴（40）具有由从所述轴承毂（30）的周向凹槽（33）偏置的周向凹槽（43）间隔开的至少第一和第二支撑部分（41,42）。所述轴承部分（31,32）和支撑部分（41,42）的至少一个的轴向延伸超过径向支承所述曲轴（40）所需的轴向延伸，所述第一和第二轴承部分（31,32）与所述第一和第二支撑部分（41,42）一起相应地限定第一和第二径向轴承区域（M1,M2），所述第一和第二径向轴承区域具有曲轴（40）的径向轴承所需的轴向延伸，提供由粘性摩擦引起的较低损失。

Description

用于往复式制冷压缩机的轴承装置

技术领域

本发明涉及一种构造装置，该构造装置用来为封闭式或非封闭式的往复式制冷压缩机的曲轴提供径向支承，相对于已知的轴承装置具有较小的粘性摩擦损失。

背景技术

往复式的制冷压缩机通常具有由曲轴箱、曲轴、至少一个连接杆和至少一个活塞组成的机械组件，这些元件布置成使得由压缩机的电动马达提供的曲轴的旋转运动被转化为活塞的往复直线运动。

图1中示出的类型的往复压缩机的常规构造在壳体（未示出）的内部中具有曲轴箱B，该曲轴箱限定气缸10，活塞20在该气缸内往复运动。

曲轴箱B还设置有轴承毂30，该轴承毂的内表面径向地支撑曲轴40，该曲轴包括：偏心的端部部分45，该偏心的端部部分从轴承毂30的第一端部30a向外突出，并且通过连接杆50操作性地连接到活塞20；和自由端部部分46，该自由端部部分从轴承毂30的第二端部30b向外突出。

在本公开中，曲轴40的轴线被认为与轴承毂30的轴线重合，而与压缩机的操作条件无关。

在曲轴40的偏心端部部分45周围，安装连接杆50的较大孔眼51，该连接杆的较小孔眼52通过肘销53联接到活塞20。从轴承毂30向外突出的曲轴40的自由端部部分46连接到电动马达的转子（未示出），并且该转子使曲轴40旋转，推进活塞20。在这种压缩机构造中，曲轴40的所述自由端部部分46通常也承载油泵（未示出），并且该油泵将油从壳体的下部部分中限定的油贮器引导到要被润滑的压缩机部件。曲轴箱B通常通过端部部分70支撑电动马达的定子（未示出）。

在这种已知构造中，在气缸10中的气体的压缩期间，致动在曲轴40的偏心端部部分45上的压缩力F通过曲轴40在轴承毂30的第一和第二端部部分30a、30b中传递到曲轴箱B，并且在该曲轴箱上施加来自于压缩力F的第一和第二反作用力F1、F2。

在曲轴40和轴承毂30之间存在径向间隙（滑动轴承所固有的）的情况下，上述力产生所谓的曲轴40的错位，由此轴承毂30的两个端部部分30a、30b是支撑强加到轴承毂30的载荷的那些端部（考虑机构部件的高刚性的理想情况）。

考虑到可变形的部件和滑动（流体力学的）轴承的存在，反作用力F1、F2分布在轴承毂30的端部部分30a、30b的区域中，该区域有效地具有径向地支承曲轴40的功能。正在不断寻找允许增加这些往复式制冷压缩机的能量效率的构造方案，所述方案的一个提供可移动部件的机械损失的减小，例如，在曲轴40在轴承毂30的内部中旋转时，曲轴40和轴承毂30之间的相对运动产生的机械损失（通常作为所述被润滑的部件产生的粘性摩擦的函数）。

耗散的功率（作为所述粘性摩擦的函数）与支撑曲轴40的径向轴承的轴向延伸成比例。因此，已知在较大轴向延伸的径向轴承中设置径向凹槽，其目标是减小由粘性摩擦引起的机械损失。

虽然轴承毂30的中间部分不太有助于曲轴40的流体力学支撑，但它导致粘性摩擦损失的重要部分。由于这个事实，在现有技术中已知在曲轴40的中间区域中设置周向凹槽43，该周向凹槽布置在轴承毂30的端部部分30a、30b之间，如附图的图1中所示。在设置周向凹槽43的情况下，曲轴40具有：第一支撑部分41，该第一支撑部分通常靠近偏心端部部分45；和第二支撑部分42，该第二支撑部分与第一支撑部分轴向间隔开并且邻近曲轴40的自由端部部分46。

曲轴40的第一和第二支撑部分41、42的轴向延伸的尺寸被设计成提供相对于轴承毂30的相应端部部分的所述轴的必要的且适当的流体力学径向轴承，这分别限定第一和第二轴承部分31、32，在所述现有技术构造中，该第一和第二轴承部分沿轴承毂30的整个轴向延伸具有不变的直径。因此，在所述构造中，轴承毂30不设置有任何周向凹槽。

借助图1中示出的方案，通过周向凹槽43的轴向尺寸可以减小曲轴40的第一和第二支撑部分41、42的轴向延伸，即，曲轴40和轴承毂30之间的径向轴承区域的轴向延伸，并且因此减小由粘性摩擦引起的机械损失水平。然而，曲轴40的中间区域中包括的曲轴40的第一支撑部分41的轴向延伸的减小以及偏心端部部分45和铸造平衡物44产生的不平衡损害轴的研磨处理（主要当由无中心处理产生时），倾向于增加曲轴40的形状误差（圆度和圆柱度）。在使用除了无中心研磨处理外的研磨处理的情况下，有用的轴承区域的减小和曲轴40的自然不平衡使得曲轴40的研磨处理不合需要地复杂且昂贵。应当注意，曲轴40的第二支撑部分42邻近自由端部部分46，该自由端部部分在曲轴40的无中心研磨处理中保证第二支撑部分42的轴向延伸和适当支撑表面。

在附图的图2中，示出文献WO03/098044中描述的构造，根据该构造，不仅在曲轴40的中间区域中设置一个周向凹槽43，而且在曲轴40的轴承区域和偏心端部部分45（它们在压缩机的操作期间受到较低的载荷）中，即在油膜中产生低压的区域中，设置第一、第二、和可选的第三部分周向凹槽43a、43b和43c。在与偏心端部部分45有角度地对齐的区域中，第一部分周向凹槽43a布置在邻近偏心端部部分45的轴部分中。在与第一部分周向凹槽43a有角度地且直径地相对的区域中，第二部分周向凹槽43b布置在偏心端部部分45中。可选的第三部分周向凹槽43c布置在邻近曲轴的自由端部部分的曲轴40的区域中，并且与布置在曲轴40的偏心端部部分45中的第二部分周向凹槽43b轴向对齐。

所述第二现有技术方案具有与所述部分周向凹槽43a、43b和43c的生产关联的一些不方便。

该不方便的一个起因于以下事实：所述部分周向凹槽的形成需要更复杂的操作，包括铣削或圆柱形研磨器的使用。

所述第二前述方案的其它消极方面起因于以下事实：粘性摩擦的另外减小被限制到具有小的周向延伸和减小的轴向宽度的部分周向凹槽43a、43b和43c的区域。

图3示出专利文献JP62-118074（公开号）中描述的装置。在这个第三现有技术方案中，通过轴承毂30的内表面中的周向凹槽33获得粘性摩擦的减小，该周向凹槽在所述轴承毂30的相应的第一和第二端部30a、30b中限定第一和第二轴承部分31、32。在这种构造中，仅仅轴承毂30被构造用来通过其周向凹槽33提供减小的径向载荷的中间区域的减小，减小曲轴40和轴承毂30之间的粘性摩擦，减小的幅度类似于图1中给出的第一方案的幅度。

这个第三已知构造具有的麻烦是，在使用第一和第二轴承部分31、32的很小的轴向延伸时具有圆柱度偏差。此外，第二轴承部分32通常具有作为它所受到的低载荷的函数的最小轴向延伸。

这个第三构造不允许获得径向轴承区域的轴向延伸以及粘性摩擦的最大减小。因此，更有利的且有用的是使用图1中给出的第一方案，曲轴40的第一和第二支撑部分41、42的轴向延伸足以保证曲轴40的简单且可靠的研磨操作。

发明内容

面对已知构造方案的不方便，本发明的目标是，为上述类型的往复式制冷压缩机提供轴承装置，该轴承装置允许最小化曲轴和轴承毂之间的粘性摩擦耗散的功率，维持曲轴和轴承毂的表面可靠且适合于更简单的表面精加工操作，例如，研磨、超精加工和抛光处理。

本轴承装置适用于上述类型的压缩机，并且该压缩机包括限定轴承毂的曲轴箱，在该曲轴箱中容纳曲轴，该曲轴包括从轴承毂的第一端部向外突出的端部部分和从轴承毂的第二端部向外突出的自由端部部分。

根据本发明，轴承毂包括通过周向凹槽彼此间隔开的第一和第二轴承部分，所述曲轴包括通过周向凹槽彼此间隔开的第一和第二支撑部分，所述曲轴的周向凹槽相对于所述轴承毂的周向凹槽沿轴向偏置。

轴承和支撑部分的轴向延伸超过轴向支承所述曲轴所需的轴向延伸，第一支撑部分和第二轴承部分的轴向延伸的一部分与第一轴承部分和第二支撑部分的面对的轴向延伸一起相应地限定曲轴的第一和第二径向轴承区域。

认为本轴承装置适用于曲轴具有小于21.0毫米的直径的用于小的家用的和商业的制冷***的往复压缩机，所述径向轴承区域的尺寸被设计成具有大约5.0-15.0微米的径向间隙。

本发明提出的构造允许同时地获得轴向尺寸相对于已知构造相对减小的径向轴承区域，实现最小值的粘性耗散（机械损失），并且支撑部分和轴承部分的轴向延伸足以进行轴和轴承毂的表面精加工操作。

附图说明

下面将参考附图描述本发明，该附图以例子的方式被提供并且其中：

图1示意性地示出根据第一现有技术构造装置的曲轴箱的纵向剖视图，该曲轴箱的轴承毂容纳曲轴，该曲轴设置有周向凹槽，该周向凹槽布置在两个支撑端部部分之间；

图2示出类似于图1的视图，但示出根据第二现有技术构造装置的设置有三个部分周向凹槽的曲轴，该三个部分周向凹槽被设置在曲轴中并且在其偏心端部部分中，但仅仅在不太需要径向支承的区域中；

图3示出类似于图1的视图，但示出根据第三现有技术构造装置的曲轴箱，该曲轴箱的轴承毂容纳曲轴并且设置有周向凹槽，该周向凹槽被限定在第一和第二轴承部分之间；

图4示出类似于图1和3的视图，但示出根据本发明的第一实施例形成的相同的压缩机曲轴箱，该曲轴箱被部分地切开并且其轴承毂和相应的曲轴设置有相应的周向凹槽；

图5示出类似于图4的视图，但示出根据本发明的第二实施例形成的设置有相应的周向凹槽的曲轴和轴承毂；并且

图6示出类似于图5的视图，但示出根据本发明的第三实施例的曲轴和轴承毂，该曲轴和轴承毂设置有相应的周向凹槽并且除了第一和第二径向轴承区域外还限定第三径向轴承区域，该第三径向轴承区域在第一和第二径向轴承区域中间。

具体实施方式

如前面已经描述的，本发明的轴承装置应用于在附图中部分地示出的类型的制冷压缩机，并且该制冷压缩机在壳体（未示出）的内部包括曲轴箱B，该曲轴箱至少包括气缸10和一个轴承毂30，该轴承毂具有第一端部30a和第二端部30b。

轴承毂30容纳曲轴40，该曲轴包括：偏心端部部分45，该偏心端部部分从轴承毂30的第一端部30a沿轴向向外突出；和自由端部部分46，该自由端部部分从轴承毂30的第二端部30b沿轴向向外突出。虽然图4和5没有示出气缸、活塞和连接杆，但应当理解，仅仅为了所述图的简化而省去这些部件，这是由于它们已经是应用本轴承装置的这种类型的压缩机的一部分。

曲轴箱B和曲轴40的部件可以由任何适当的熟知的现有技术材料构造，例如，铝或铸铁合金用于曲轴箱B，并且钢或铸铁合金用于曲轴40。

如附图的图4中所示，本轴承装置包括轴承毂30，该轴承毂包括第一轴承部分31和第二轴承部分32，该第一轴承部分和第二轴承部分被周向凹槽33彼此沿轴向间隔开，该周向凹槽布置在轴承毂30的中间区域周围。

周向凹槽33的径向深度应当仅仅足以防止其底部圆柱形面33a具有任何支承功能，即，防止其底部圆柱形面33a与曲轴40的面对的表面联合地通过粘性摩擦产生损失。然而，所述径向深度的值不应当达到可能会损害如前所述的发生曲轴40的有效支承的轴承毂30的任何区域的适当润滑。

以相似的方式，曲轴40包括第一支撑部分41和第二支撑部分42，该第一支撑部分和第二支撑部分被周向凹槽43彼此间隔开，该周向凹槽布置在曲轴40的中间区域周围并且其径向深度以一方式被限定成仅足以防止其底部圆柱形面43a具有任何支承功能，即，防止其底部圆柱形面43a与轴承毂30的面对的表面联合地通过粘性摩擦产生损失。然而，如上面已经提及的，所述径向深度的值必须不达到可能会损害发生曲轴40的有效支承的任何区域的适当润滑。

在本发明中被考虑的制冷压缩机中，周向凹槽33、43的径向深度优选地被限定在大约0.03和0.10毫米之间。

根据本发明，轴承毂30的第一和第二轴承部分31、32以及曲轴40的第一和第二支撑部分41、42具有相应的轴向延伸，该轴向延伸被预先确定以保证在轴承毂30上且在曲轴40中形成支撑表面，该支撑表面用来实现曲轴40的支撑部分41、42和轴承毂30的轴承部分31、32所需的表面精加工操作。

如关于现有技术已经评论的，在轴承毂30的轴承部分31、32或曲轴40的支撑部分41、42的轴向延伸单独地减小到最小值，但仍然能够保证曲轴40的适当径向支承的情况下，所述减小的轴承部分31、32和支撑部分41、42将不能提供允许轴承毂30和曲轴40的简单的、可靠的且相对廉价的表面精加工操作的表面延伸。

本发明的特别方面涉及所述轴承部分31、32和支撑部分41、42的轴向延伸的确定，这是由于独立于曲轴40的径向轴承区域所需的轴向延伸进行这个尺寸设计，该径向轴承区域由曲轴40的所述支撑部分41、42和轴承毂30的轴承部分31、32的径向面对的轴向延伸形成。

此外，根据本发明并且如图4中所示，轴承毂30和曲轴40的周向凹槽33、43彼此轴向地且部分地偏置并且轴向尺寸还被设计成使得轴承毂30的第一和第二轴承部分31、32与曲轴40的第一和第二支撑部分41、42一起相应地限定：

第一径向轴承区域M1，该第一径向轴承区域的轴向延伸等于第一轴承部分31的轴向延伸并且小于第一支撑部分41的轴向延伸；和

第二径向轴承区域M2，该第二径向轴承区域的轴向延伸小于第二轴承部分32的轴向延伸并且小于第二支撑部分42（该第二支撑部分限定自由端部部分46）的轴向延伸。

如可以注意到的，本发明提出的轴承装置允许第一和第二径向轴承区域M1、M2在轴向上被设计尺寸，仅考虑曲轴40的轴承要求，而不考虑所述轴向尺寸，所述轴向尺寸在径向轴承区域M1、M2中减小并且能够最小化曲轴40的操作中的粘性摩擦引起的损失，不合需要地减小轴承部分31、32和支撑部分41、42的轴向延伸，并且因此，损害轴承毂30和曲轴40的表面精加工操作。

根据提出的装置，第一和第二径向轴承区域M1、M2的轴向尺寸形成为不干涉（至少以相关的方式）轴承部分31、32和支撑部分41、42的轴向尺寸。因此，通过本发明可以提供第一和第二径向轴承区域M1、M2，该第一和第二径向轴承区域的尺寸相对于现有技术方案中所需的那些尺寸相对减小。

在附图中示出的轴构造中，曲轴40的第二支撑部分42延伸通过曲轴40的自由端部部分46，允许第二径向轴承区域M2的轴向延伸仅通过确定曲轴40的周向凹槽43的相邻端部的定位被限定。应当注意，曲轴40的自由端部部分46保证曲轴40的第二支撑部分42的适当轴向延伸，即使所述部分仅仅在轴承毂30内部略微突出，以便在其中限定第二径向轴承区域M2，该第二径向轴承区域的轴向延伸由于在压缩机操作时这个第二径向轴承区域经受的较小载荷而适当减小。

此外，根据附图，第一和第二轴承部分31、32分别布置成邻近轴承毂30的第一和第二端部30a、30b。因此，第一和第二径向轴承区域M1、M2的轴向延伸由分别布置在轴承毂30和曲轴40中的周向凹槽33、43的端部限制。

在图4中示出的构造中，曲轴40的周向凹槽43被制造以便为第一支撑部分41提供轴向延伸，该轴向延伸超过相应的径向轴承区域M1所需的轴向延伸。这个径向轴承区域M1由对轴承毂30的适当且可靠的表面精加工操作来说必要的第一轴承部分31所需的最小轴向延伸限定。在这种情况中，第一径向轴承区域M1的轴向延伸相对于曲轴40的适当轴承所需的值可以是过大尺寸的，所述尺寸的优先级根据轴承毂30的表面精加工处理的要求由第一轴承部分31所需的最小延伸确定。

然而，如图5的实施例中示出的，曲轴40的第一支撑部分41可以设置有至少一个退刀周向凹槽47，该退刀周向凹槽至少部分地与第一轴承部分31的相应的轴向延伸面对。因此，面对第一轴承部分31的延伸的这个退刀周向凹槽47减小第一径向轴承区域M1的轴向延伸，将它减小到为曲轴设置适当的径向轴承区域所需的最小值，减小到由粘性摩擦引起的最小能量损失，维持第一支撑部分41（该第一支撑部分因此由第一轴向延伸41a和第二轴向延伸41b组成）的整个轴向延伸具有适当的尺寸以便曲轴40的正确且可靠的研磨操作。

如图5中所示，退刀周向凹槽47设置在曲轴40的第一支撑部分41的中间区域中，并且面对邻近轴承毂30的周向凹槽33的第一轴承部分31的相应轴向延伸。

在第一支撑部分41的中间区域中并且面对第一轴承部分31的退刀周向凹槽47的布置允许第一径向轴承区域M1的延伸通过减去面对第一轴承部分31的所述退刀周向凹槽47的轴向延伸部分被限定，而不引起第一支撑部分41的整个轴向延伸的减小。

应当注意，根据关于轴承毂30和曲轴40的其它周向凹槽33、43的径向深度的尺寸已经提及的相同标准，设计退刀周向凹槽47的径向深度的尺寸。

如附图的图6中所示，轴承毂30可以具有由至少两个凹槽部分33b、33c限定的周向凹槽33，该至少两个凹槽部分被第三轴承部分35分开，该第三轴承部分径向地面对第一支撑部分41（根据图4的实施例）或第一支撑部分41的第二轴向延伸41b（根据图5的实施例），以便与所述第一支撑部分41或第二轴向延伸41b一起限定第三径向轴承区域M3，该第三径向轴承区域被设置在第一和第二径向轴承区域M1、M2之间。

第三径向轴承区域M3占据第一和第二径向轴承区域M1、M2的中间的位置，允许改善曲轴40在其下端部（转子的区域）中的对齐，以便提供相对于定子的孔更加居中的转子操作。

因此，即使第三径向轴承区域M3的设置引起相对于仅仅两个径向轴承区域的轴向延伸的总和的多个径向轴承区域的轴向延伸的总和的增加，所述设置也将根据压缩机的方案特征（主要为轴的变形水平和/或该方案中使用的直径间隙值）被确定。

如果有必要或方便为曲轴40提供较高的支承程度，附图的图6中提出的构造方案允许符合径向轴承的较大延伸的要求，将多个轴承区域的轴向延伸的总和维持在相对于现有技术提出的方案减小的值。

应当理解，轴承毂30的周向凹槽33可以由多于两个凹槽部分限定，该多于两个凹槽部分被轴承部分分开。设置在曲轴40和轴承毂30中的周向凹槽的数量可以根据压缩机的方案特征，并且更特别地，根据曲轴的支承要求而变化。

应当注意，根据关于轴承毂30和曲轴40的其它周向凹槽33、43和47的径向深度的尺寸已经提及的相同标准，设计凹槽部分33b、33c的径向深度的尺寸。

虽然已经在这里参考附图的实施例描述了本发明的仅仅一些实施例，但应当理解，可以提供其它可能构造，而不偏离伴随本说明书的权利要求中限定的发明构思。

Claims (9)

1.一种用于往复式制冷压缩机的轴承装置，所述往复式制冷压缩机包括限定轴承毂(30)的曲轴箱(B)，在所述轴承毂中容纳曲轴(40)，所述曲轴包括从所述轴承毂(30)的第一端部(30a)向外突出的偏心端部部分(45)和从所述轴承毂(30)的第二端部(30b)向外突出的自由端部部分(46)，所述轴承装置的特征在于，所述轴承毂(30)包括由周向凹槽(33)间隔开的第一轴承部分和第二轴承部分(31,32)，所述曲轴(40)包括由相对于所述轴承毂(30)的周向凹槽(33)沿轴向偏置的周向凹槽(43)间隔开的第一支撑部分和第二支撑部分(41,42)，所述第一轴承部分和第二轴承部分(31,32)以及所述第一支撑部分和第二支撑部分(41,42)中的至少一个的轴向延伸超过径向地支承所述曲轴(40)所需的轴向延伸，所述第一支撑部分(41)和所述第二轴承部分(32)的轴向延伸的一部分与所述第一轴承部分(31)和所述第二支撑部分(42)的面对的轴向延伸一起相应地限定所述曲轴(40)的第一径向轴承区域和第二径向轴承区域(M1,M2)。

2.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述第一径向轴承区域(M1)的轴向延伸等于所述第一轴承部分(31)的轴向延伸并且小于所述第一支撑部分(41)的轴向延伸，所述第二径向轴承区域(M2)的轴向延伸小于所述第二轴承部分(32)的轴向延伸并且小于所述第二支撑部分(42)的轴向延伸。

3.如权利要求2所述的轴承装置，其特征在于，所述曲轴(40)的第二支撑部分(42)包括所述曲轴的自由端部部分(46)。

4.如权利要求3所述的轴承装置，其特征在于，所述第一轴承部分和第二轴承部分(31,32)分别邻近所述轴承毂(30)的第一端部和第二端部(30a,30b)。

5.如权利要求1到4中的任一项权利要求所述的轴承装置，其特征在于，所述第一支撑部分(41)设置有至少部分地面对所述第一轴承部分(31)的相应轴向延伸的至少一个退刀周向凹槽(47)，并限定第二轴向延伸(41b)。

6.如权利要求5所述的轴承装置，其特征在于，所述退刀周向凹槽(47)设置在所述曲轴(40)的第一支撑部分(41)的中间区域中，并且面对邻近所述轴承毂(30)的周向凹槽(33)的所述第一轴承部分(31)的相应轴向延伸。

7.如权利要求5所述的轴承装置，其特征在于，所述第一径向轴承区域和第二径向轴承区域(M1,M2)具有被限制到所述曲轴(40)的径向支承所需的最小值的轴向延伸，提供由粘性摩擦引起的较低损失。

8.如权利要求1到4中的任一项权利要求所述的轴承装置，其特征在于，所述轴承毂(30)的周向凹槽(33)由至少两个凹槽部分(33b,33c)限定，所述至少两个凹槽部分被第三轴承部分(35)分开，所述第三轴承部分径向地面对所述第一支撑部分(41)，并且与所述第一支撑部分一起限定第三径向轴承区域(M3)，所述第三径向轴承区域布置在所述第一径向轴承区域和所述第二径向轴承区域(M1,M2)之间。

9.如权利要求8中所述的轴承装置，其特征在于，所述第一径向轴承区域、第二径向轴承区域和第三径向轴承区域(M1,M2,M3)具有被限制到所述曲轴(40)的径向支承所需的最小值的轴向延伸，提供由粘性摩擦引起的较低损失。