CN112833095B - 轴承减振结构、压缩机、空调***、热泵***和除湿机 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种轴承减振结构、压缩机、空调***、热泵***和除湿机，轴承减振结构，其包括：轴承(1)和金属环(2)，所述金属环(2)套设在所述轴承(1)的外周侧，其中所述金属环(2)为由金属丝缠绕而成的多孔状的环状结构。根据本公开减少振动与冲击对***点焊结构的破坏。同时金属丝橡胶圈具有良好的阻尼耗能作用，随着压力变化自我调节，能有效地缓冲冲击，吸收振动产生的能量，使得曲轴平稳运行，达到减振、降噪的目的；解决了压缩机高速化时的振动幅度较大的问题。

Description

轴承减振结构、压缩机、空调***、热泵***和除湿机

技术领域

本公开涉及压缩机技术领域，具体涉及一种轴承减振结构、压缩机、空调***、热泵***和除湿机。

背景技术

在小型家用空调、大型商用空调、一些供气***等领域中，压缩机作为一种新型、节能、省材和低噪的容积式压缩机应用的非常广泛，其具有的容积效率高，运转可靠性高的等优点比较适用于变转速运动和变频调速技术，因此成为空调市场主流使用的压缩机。

压缩机在运行时，曲轴通过滚动轴承的固定做一定规则的运动，由于压缩机的曲轴在工作时承受机械应力、热应力、离心力等强度载荷的作用造成轴系不平而在设备运行时常会发生曲轴振动，振幅会随压缩机的转速和负荷升高而呈线性增大，振动的害处是产生噪声，降低压缩机的工作效率，甚至会直接影响压缩机正常运行。

随着压缩机往高速化方向发展，当压缩机在高速运转时，曲轴转速在越过临界转速的时候，振动非常剧烈，甚至有可能破坏曲轴转子***，导致压缩机无法正常工作。当前采用的滚动轴承自身阻尼很小，纯滚动轴承支撑的的曲轴很难越过临界转速区域，这就限制了涡旋压缩机往更高转速方向发展。为了进一步提高压缩机转速并使其能顺利越过临界转速区域，需要引入阻尼结构或元件，改善支撑曲轴的滚动轴承的阻尼特性，减少曲轴的振动。同时能有效降低因曲轴振动导致的压缩机的振动，降低磨损，提高压缩机的效率。

中国专利公告号CN209637993U公开了《涡旋压缩机动涡旋盘》，该实用新型公开了一种涡旋压缩机动涡旋盘，其中在动涡旋盘的背面设置有轴承安装沉孔和支撑盘连接沉孔，滚动轴承安装在轴承安装沉孔内，该实用新型通过减少汽车空调转动部件的质量，降低了旋转部件的转动惯性。但由于纯滚动轴承自身阻尼很小，纯滚动轴承支承的转子很难越过临界转速区域，因而限制了滚动轴承类动涡旋盘往更高转速方向的发展。

中国专利公告号CN102168673A公开了《一种卧式涡旋压缩机主轴后端的密封方法和密封结构》，该公开公开了一种卧式涡旋压缩机主轴后端的密封方法和密封结构，其中所述的主轴后轴承为滚动轴承，该公开旋转阻力小，故障率低，较适合于卧式高速涡旋压缩机，然而，随着高速化方向的发展，由于纯滚动支承刚度较大，高速转子在越过临界转速时，具有较大的振动，对体系有较大的破坏。

中国专利公告号CN211116579U公开了《一种具有防自转组件的涡旋压缩机及车辆》，该公开在驱动涡旋盘的驱动轴，吸气口和排气口，支架和动涡旋盘之间形成有防自转组件，防自转组件包括驱动板、防自转轴和放自转轴承。该实用新型防自转组件具有结构简单的优点。然而，纯滚动轴承自身阻尼很小，限制了其高速化方向发展，需引入阻尼结构或元件，改善支承的阻尼特性。

中国专利公告号CN211144797U公开了《压缩机》，该实用新型涉及压缩机领域，包括压缩结构，驱动支撑组件，马达组件和轴承组件，：壳体与上轴承座过盈配合，底盖与马达定子和下轴承座中的一者过盈配合；或者壳体与马达定子过盈配合，并且底盖与下轴承座过盈配合。易于组装的同时使得压缩机整体刚性和强度。然而，由于具有较大的刚度，这就限制了涡旋压缩机向高速方向发展，需要引入阻尼结构或元件，改善支承的阻尼特性，抑制振动，减弱振动对***内部产生的破坏。

由于现有技术中的压缩机高速化时的振动幅度较大，容易导致噪音较大，泵体间磨损较大，还容易导致整机结构稳定性被破坏等技术问题，因此本公开研究设计出一种轴承减振结构、压缩机、空调***、热泵***和除湿机。

公开内容

因此，本公开要解决的技术问题在于克服现有技术中的压缩机高速化时的振动幅度较大的问题的缺陷，从而提供一种轴承减振结构、压缩机、空调***、热泵***和除湿机。

为了解决上述问题，本公开提供一种轴承减振结构，其包括：

轴承和金属环，所述金属环套设在所述轴承的外周侧，其中所述金属环为由金属丝缠绕而成的多孔状的环状结构。

在一些实施方式中，所述的金属环的厚度为h，高度为k，所述金属环的内环的直径为d，其中直径d>(h+k)，并且h＜k。

在一些实施方式中，所述金属环的厚度h为20～40mm，高度k为20～50mm，内环直径d为70～100mm。

在一些实施方式中，所述的金属环的高度k大于等于所述轴承的高度p，且高度差不超过所述轴承高度p的20％，即k≥p，|k-p|≤0.2p。

在一些实施方式中，所述金属丝的材质包括Cu、Fe、Al中的至少一种；和/或，

所述金属丝的直径D为0.5～1.5mm。

在一些实施方式中，所述多孔状的环状结构是由所述金属丝缠绕而成的螺旋卷的结构；和/或，

所述多孔状的环状结构中，相邻所述金属丝之间的间隙为孔隙率δ，其中孔隙率δ不小于30％，即δ≥30％。

在一些实施方式中，所述金属环的孔隙率δ为60％。

在一些实施方式中，所述轴承为滚动轴承。

本公开还提供一种压缩机，其包括前任一项所述的轴承减振结构。

在一些实施方式中，所述压缩机包括上支架和下支架，所述上支架和/或所述下支架的径向内周侧设置有轴承安装孔，所述轴承设置于所述轴承安装孔中，所述金属环套设于所述轴承的外周、且也位于所述轴承安装孔中。

在一些实施方式中，在所述轴承安装孔的轴向一端设置有轴承挡板；和/或，所述压缩机为涡旋压缩机。

本公开还提供一种空调***，其包括前任一项所述的压缩机。

在一些实施方式中，所述空调***为家用空调***或商用空调***。

本公开还提供一种热泵***，其包括前任一项所述的压缩机。

本公开还提供一种除湿机，其包括前任一项所述的轴承减振结构。

本公开提供的一种轴承减振结构、压缩机、空调***、热泵***和除湿机具有如下有益效果：

1.本公开通过在上下支架放置主副滚动轴承的位置开设凹槽，将金属丝橡胶环嵌套在主副滚动轴承的外环，采用金属丝橡胶滚动轴承组合支承，可以有效减少支承刚度，减小体系的临界转速，使得涡旋压缩机正常工作转速远离临界转速区域，减少并抑制振动的产生，减少振动与冲击对***点焊结构的破坏。同时金属丝橡胶圈具有良好的阻尼耗能作用，随着压力变化自我调节，能有效地缓冲冲击，吸收振动产生的能量，使得曲轴平稳运行，达到减振、降噪的目的；解决了压缩机高速化时的振动幅度较大的问题；解决了压缩机高速化时因振动幅度较大时噪音较大的问题；解决了压缩机在高速化时因振动导致泵体间摩擦磨损问题；解决了压缩机因高频高速下运行过程中振动过大而导致对整机结构稳定性被破坏的问题；

2.本公开采用这种金属橡胶滚动轴承，使得轴承体系具有更好的刚度特性，增强了转子***承载不平衡量的能力，从而保证***高转速下平稳运行。

附图说明

图1是本公开的包含轴承减振结构的涡旋压缩机的内部剖面结构图；

图2是本公开的包含轴承减振结构的涡旋压缩机的减振部分的内部剖面结构图；

图3是本公开的轴承减振结构中的金属环的剖面图；

图4是(a)量产样机(现有机型)与验证机型(本公开机型)下焊点和电机的振动加速度之间的对比曲线图；

图5是量产样机(现有机型)与验证机型(本公开机型)上焊点和上盖的振动加速度之间的对比曲线图；

图6是量产样机(现有机型)与验证机型(本公开机型)噪声总值随频率的变化曲线图。

附图标记表示为：

100、静涡旋盘；200、动涡旋盘；300、上支架主滚动轴承组件；400、主平衡块；500、壳体；600、电机定子；700、电机转子；800、副平衡块；900、下支架副滚动轴承组件；110、输油孔；120、曲轴；130、油泵；140、减振垫；

301、上支架；1、轴承；302、主滚动轴承；901、副滚动轴承；2、金属环(或称金属橡胶环)；303、主滚动轴承金属橡胶环；903、副滚动轴承金属橡胶环；3、轴承挡板；304、主滚动轴承挡板；904、副滚动轴承挡板；303-1、主滚动轴承金属橡胶环局部放大图；902、下支架；903-1、副滚动轴承金属橡胶环局部放大图；10、轴承安装孔；

p、轴承的高度；h、金属环厚度；k、金属环高度；δ、金属环的孔隙率；d、金属环的内环直径；D、金属丝的直径。

具体实施方式

如图1-6所示，本公开提供一种轴承减振结构，其包括：

轴承1和金属环2，所述金属环2套设在所述轴承1的外周侧，其中所述金属环2为由金属丝缠绕而成的多孔状的环状结构。

本公开通过在上下支架放置主副滚动轴承的位置开设凹槽，将金属丝橡胶环嵌套在主副滚动轴承的外环，采用金属丝橡胶滚动轴承组合支承，可以有效减少支承刚度，减小体系的临界转速，使得涡旋压缩机正常工作转速远离临界转速区域，减少并抑制振动的产生，减少振动与冲击对***点焊结构的破坏。同时金属丝橡胶圈具有良好的阻尼耗能作用，随着压力变化自我调节，能有效地缓冲冲击，吸收振动产生的能量，使得曲轴平稳运行，达到减振、降噪的目的；解决了压缩机高速化时的振动幅度较大的问题；解决了压缩机高速化时因振动幅度较大时噪音较大的问题；解决了压缩机在高速化时因振动导致泵体间摩擦磨损问题；解决了压缩机因高频高速下运行过程中振动过大而导致对整机结构稳定性被破坏的问题；

本公开采用这种金属橡胶滚动轴承，使得轴承体系具有更好的刚度特性，增强了转子***承载不平衡量的能力，从而保证***高转速下平稳运行。

在一些实施方式中，所述的金属环2的厚度为h，高度为k，所述金属环2的内环的直径为d，其中直径d>(h+k)，并且h＜k。d>(h+k)，主要目的在于约束直径与橡胶环高度和厚度的关系，一般情况下内径越大橡胶环的高度和厚度应相应增大，才能保证橡胶环的支撑作用和减震效果，另外与之配合的轴承外环直径远大于轴承高度，因此对于橡胶环的设计也应符合此规律。h<k，能够保证金属橡胶环与轴承外环面的接触面为矩形，且接触面为矩形大面，抗压变形小，保证橡胶环的支撑作用。

在一些实施方式中，所述金属环的厚度h为20～40mm，高度k为20～50mm，内环直径d为70～100mm。

在一些实施方式中，所述的金属环2的高度k大于等于所述滚动轴承1的高度p，且高度差不超过所述滚动轴承1高度p的20％，即k≥p，|k-p|≤0.2p。金属橡胶环的高度与滚动轴承的高度相对应，要保证滚动轴承的外环被金属橡胶环包裹，因此金属橡胶环的高度要大于等于滚动轴承的高度。根据压缩机支架与滚动轴承的装配要求，一般要求橡胶环的高度大于轴承外环高度，保证轴承外环面与橡胶环接触面积最大，接触应力最小，有利于提高橡胶环的支撑强度，但是过大的尺寸会影响橡胶环的余量变形及装配精度，权利要求范围为通过仿真计算获得到的范围。

在一些实施方式中，所述金属丝的材质包括Cu、Fe、Al中的至少一种；金属橡胶环实质是由金属丝相互缠绕成螺旋卷的一种多孔阻尼环，因其具有橡胶的阻尼特性，具有减震、降噪的性能，将其称为“金属橡胶”和/或，

所述金属丝的直径D为0.5～1.5mm。金属橡胶环由金属丝缠绕而成，D为金属丝的直径；d为金属橡胶环内环的直径(可以把金属橡胶环看做两个同心圆，d指内圆的直径)，二者不是一个概念。

在一些实施方式中，所述多孔状的环状结构是由所述金属丝缠绕而成的螺旋卷的结构；和/或，

所述多孔状的环状结构中，相邻所述金属丝之间的间隙为孔隙率δ，其中孔隙率δ不小于30％，即δ≥30％。孔隙率大小是指金属橡胶环中孔隙的体积与金属橡胶环总体积的比值

由于滚动轴承自身阻尼很小，

纯滚动轴承的阻尼除了与自身材料参数有关，还与电机转子的旋转频率有关，随着频率的增加，阻尼将减小，当纯滚动轴承支承的电机转子达到临界转速区域，就会产生共振现象，限制其想高转速方向发展；而金属橡胶环的孔隙率决定了阻尼特性，当曲轴旋转产生振动并挤压金属橡胶环时，一方面金属橡胶发生弹性形变将振动能量转化为弹性势能，减少振动冲击；另一方面，金属橡胶材料具有良好的阻尼特性，变形及恢复过程中吸收消耗部分能量，因此，可降低电机转子的临界转速。

孔隙率越大，金属橡胶环的阻尼特性越好，考虑到金属橡胶环的可靠性，

孔隙率在一定程度上与金属橡胶的刚度有关，为扩大保护范围，权5中要求孔隙率δ≥30％

在一些实施方式中，金属橡胶环的孔隙率δ为60％。

在一些实施方式中，所述轴承1为滚动轴承。

本公开还提供一种压缩机，其包括前任一项所述的轴承减振结构。

在一些实施方式中，所述压缩机包括上支架301和下支架902，所述上支架301和/或所述下支架902的径向内周侧设置有轴承安装孔10，所述轴承1设置于所述轴承安装孔10中，所述金属环2套设于所述轴承1的外周、且也位于所述轴承安装孔10中。

在一些实施方式中，在所述轴承安装孔10的轴向一端设置有轴承挡板3；和/或，所述压缩机为涡旋压缩机。

如图1所示，本公开所涉及到的涡旋压缩机剖面图：包括静涡旋盘100、动涡旋盘200、上支架主滚动轴承组件300、主平衡块400、壳体500、电机定子600、电机转子700、副平衡块800、下支架副滚动轴承组件900、输油孔110、曲轴120、油泵130、减振垫140。

在一些实施方式中，当涡旋压缩机正常工作时，由电机转子700驱动曲轴120进行转动，并进而带动动涡旋盘200进行偏心平动，通过动涡旋盘200和静涡旋盘100的相互作用，进行吸气和排气运动，进而对冷媒进行循环的压缩工作。

在一些实施方式中，为了保证泵体能平稳的运行，正常进行循环的压缩气体工作，在电机转子700和曲轴120上设置有主平衡块400和副平衡块800，通过对泵体的力矩进行平衡，使得压缩机运行更加平稳，减少压缩机的震动，从而达到节约能耗。

进一步的，为保证涡旋动静盘之间的表面的润滑性能，利用油泵130通过曲轴内部设置的输油孔110向涡旋动静盘提供一定的润滑油，不仅保证了涡旋动静盘的润滑性能，同时也能为电机定子600和电机转子700降温，提高电机的运行效率，在一定程度上减少的电机内部的功耗问题。

如图2所示，本公开高速减振主副滚动轴承金属橡胶环图，主要包括上支架301、主滚动轴承302、主滚动轴承金属橡胶环303、主滚动轴承挡板304、主滚动轴承金属橡胶环局部放大图303-1、副滚动轴承901、下支架902、副滚动轴承金属橡胶环903、副滚动轴承金属橡胶环局部放大图903-1、副滚动轴承挡板904、滚动轴承的高度p。

在一些实施方式中，所述的主滚动轴承302和副滚动轴承901不是直接与上支架301和下支架902接触，中间设置有主滚动轴承金属橡胶环303和副滚动轴承金属橡胶环903，通过主滚动轴承挡板304和副滚动轴承挡板904固定。当曲轴在高速运转时，使得主副滚动轴承外环只能带动金属橡胶环做径向收缩运动和小幅度的周向旋转运动，并在一定程度上限制了其他方向的运动。由于金属橡胶环具有较好的刚度特性，不仅可以吸收振动能量，减少因振动产生的冲击破坏，如振动对焊点的危害，同时增强了转子***承载不平衡量的能力，使得转子***在高速时仍能保持平稳的运行。

如图3所示，本公开金属环橡胶剖面图，包括金属橡胶环的厚度h，金属橡胶环的高度k，金属橡胶环的孔隙率δ以及金属橡胶环的内环直径d。

在一些实施方式中，金属橡胶环的厚度h为20～40mm，高度为20～50mm，内环直径d为70～100mm，金属橡胶环的孔隙率δ为60％，采用Cu金属丝，金属丝的直径D为1mm，合适的金属橡胶环的孔隙率能明显降低曲轴的临界转速，使得转子工作时尽可能避远临界转速，有效抑制振动，减少对***内部部件的损坏。

在一些实施方式中，该减振金属丝橡胶圈结构可用于运用在家用空调***或商用空调***或热泵***或除湿机或车用压缩机的其中一种。

具体实施例二：

为验证本公开的效果，做出详细的实验。用现有机型(量产样机)和同款机型(验证机型)上支架设置有金属丝橡胶环的减振轴承的机型进行了振动对比试验，试验主要包括60Hz、90Hz和110Hz频率下的正常运行时各个部位的径向方向上的振动加速度。

表1本公开与现有机型的径向振动加速度(m/s2)

对比表1和图4-5，量产样机和验证机型不同位置随频率变化的振动加速度，从图4-5中可以看出，在相同的频率下，本公开样机的振动加速度均小于量产的样机的振动加速，表明本公开样机的减振性能较好，压缩机整机的可靠性更高。

具体实施例三：

为验证本公开的效果，公开人做出详细的实验。用我司量产的机型和同款机型上支架设置有金属丝橡胶环的减振轴承的机型进行了噪音对比试验。

表2量产样机与本公开噪音测试

对比表2和图6噪声总值，可以看出本公开样机在不同频率下的测试的噪声总值均比量产样机的小，其中在90HZ工况下噪声减弱相比量产样机达到3％的降噪效果。以上的数据表明在相同的工况下，本公开样机的噪音性能较好。

本公开还提供一种空调***，其包括前任一项所述的压缩机。

在一些实施方式中，所述空调***为家用空调***或商用空调***。

本公开还提供一种热泵***，其包括前任一项所述的压缩机。

本公开还提供一种除湿机，其包括前任一项所述的轴承减振结构。

以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本公开的保护范围。

Claims (13)

1.一种轴承减振结构，其特征在于：包括：

轴承(1)和金属环(2)，所述金属环(2)套设在所述轴承(1)的外周侧，其中所述金属环(2)为由金属丝缠绕而成的多孔状的环状结构；

所述的金属环(2)的厚度为h，高度为k，所述金属环(2)的内环的直径为d，其中直径d>(h+k)，并且h＜k；

所述的金属环(2)的高度k大于等于所述轴承(1)的高度p，且高度差不超过所述轴承(1)高度p的20％，即k≥p，|k-p|≤0.2p；

所述多孔状的环状结构是由所述金属丝缠绕而成的螺旋卷的结构。

2.根据权利要求1所述的轴承减振结构，其特征在于：

所述金属环的厚度h为20～40mm，高度k为20～50mm，内环直径d为70～100mm。

3.根据权利要求1所述的轴承减振结构，其特征在于：

所述金属丝的材质包括Cu、Fe、Al中的至少一种；和/或，

所述金属丝的直径D为0.5～1.5mm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的轴承减振结构，其特征在于：

所述多孔状的环状结构中，相邻所述金属丝之间的间隙为孔隙率δ，其中孔隙率δ不小于30％，即δ≥30％。

5.根据权利要求4所述的轴承减振结构，其特征在于：

金属橡胶环的孔隙率δ为60％。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的轴承减振结构，其特征在于：

所述轴承(1)为滚动轴承。

7.一种压缩机，其特征在于：包括权利要求1-6中任一项所述的轴承减振结构。

8.根据权利要求7所述的压缩机，其特征在于：所述压缩机包括上支架(301)和下支架(902)，所述上支架(301)和/或所述下支架(902)的径向内周侧设置有轴承安装孔(10)，所述轴承(1)设置于所述轴承安装孔(10)中，所述金属环(2)套设于所述轴承(1)的外周、且也位于所述轴承安装孔(10)中。

9.根据权利要求8所述的压缩机，其特征在于：在所述轴承安装孔(10)的轴向一端设置有轴承挡板(3)；和/或，所述压缩机为涡旋压缩机。

10.一种空调***，其特征在于：包括权利要求7-9中任一项所述的压缩机。

11.根据权利要求10所述的空调***，其特征在于：所述空调***为家用空调***或商用空调***。

12.一种热泵***，其特征在于：包括权利要求7-9中任一项所述的压缩机。

13.一种除湿机，其特征在于：包括权利要求1-6中任一项所述的轴承减振结构。

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