制造用于压缩机中的活塞的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及用来制造中空活塞的方法和装置，该中空活塞借助于驱动件的旋转而进行往复运动，而驱动件与压缩机的旋转轴成一体地进行旋转。
背景技术
日本专利公开No.11-107912公开了一种活塞，该活塞为了减少重量形成中空。这种中空活塞在变容式压缩机中有利于提高排量控制，而该变容式压缩机可以调整曲柄室内的压力来控制容纳在曲柄室内的旋转斜盘的倾斜角度。
日本专利公开No.2000-38987公开了一种用来制造中空活塞的方法。通过这种方法制造出来的活塞包括头部。该头部具有中空的圆柱形部分和盖。圆柱形部分的一端是敞开的。该盖盖住了圆柱形部分地开口。该专利申请公开了摩擦焊接作为把盖连接到圆柱形部分上的方法。
当将盖摩擦焊接到圆柱形部分时，圆柱形部分和盖相互压靠在一起并相对旋转。同时，一支撑件保持住圆柱形部分，该支撑件必须被锁住以防相对于该圆柱形部分转动。而且，该支撑件必须能承受将该圆柱形部分和该盖相互压靠的推力。因此，需要可靠地通过支撑件来保持住圆柱形部分的圆周。但是，如果过大，那么用来保持住圆柱形部分的力将使圆柱形部分发生变形，这会降低圆柱形部分的圆度。圆柱形部分的变形可以通过机加工来进行调整。但是，当在后面过程中把涂料焙烧到圆柱形部分上时，内应力被释放并且使整个活塞变形。这种变形妨碍了活塞在缸孔内进行光滑的往复运动。
发明概述
因此，本发明的目的是防止通过摩擦焊接所生产出来的中空活塞变形。
为了实现上述和其它目的及根据本发明的目的，提供了一种用来制造用于压缩机中的中空活塞的方法。当旋转轴旋转时，压缩机通过驱动件使活塞进行往复运动。该活塞包括第一部件和第二部件。第二部件连接到第一部件上。该方法包括制造对称工件，其中该工件包括一对对称布置的第一部件，这些第一部件相互连接起来或者相互接触，并且把一对第二部件摩擦焊接到工件上，同时把第二部件压靠在该工件的端部上。
本发明还可以应用到一种用来制造用于压缩机中的中空活塞的装置中。当旋转轴旋转时，该压缩机通过驱动件使活塞进行往复运动。该活塞包括第一部件和第二部件。第二部件被连接到第一部件上。该装置包括：保持机构，它用来保持住对称的工作；及一对支撑机构。对称工件包括一对对称布置的第一部件。这些第一部件相互连接起来。保持机构限制工件绕着工件的轴线进行旋转，并且限制工件的轴向运动。支撑机构在工件的轴向侧处支撑着第二部件。支撑机构使第二部件进行旋转，同时使第二部件压靠在工件上，因此把第二部件摩擦焊接到工件上。
从下面的结合附图以实施例的形式对本发明的原理的描述中将更清楚地看出本发明的其它方面和优点。
附图的简短描述 参照结合附图的、目前优选的实施例的下面描述，可以最好地理解本发 明及它的目的和优点，在附图中：
图1是横剖视图，它示出了本发明的第一实施例的压缩机；
图2是横剖视图，它示出了用于图1的压缩机中的一个活塞；
图3是分解透视图，它示出了工件和图2的活塞的一对第二部件；
图4是横剖视图，它示出了活塞制造装置；
图5是透视图，它示出了图4所示的活塞制造装置；
图6是沿图4的线6-6截取的横剖视图；
图7是沿图4的线7-7截取的横剖视图；
图8是沿图4的线8-8截取的横剖视图；
图9是时间图，它示出了摩擦焊接过程；
图10是横剖视图，它示出了本发明的第二实施例的活塞制造装置；
图11(a)是分解透视图，它示出了第三实施例的活塞；
图11(b)是透视图，它示出了图11(a)所示的活塞；
图11(c)是横剖视图，它示出了图11(b)所示的活塞。
优选实施例的详细描述
现在参照附图1到9来描述本发明的第一实施例。
图1示出了变容式压缩机的内部。压缩机壳体包括前壳体件12、缸体11和后壳体件19。阀板组件安装在缸体11和后壳体件19之间。控制压力室121由前壳体件12和缸体11限定。
旋转轴13由前壳体件12和缸体11来支撑，并且延伸通过控制压力室121。旋转轴13通过外部驱动源如汽车发动机来驱动。转子14连接到旋转轴13上。此外，驱动件由旋转轴13来支撑，而该驱动件在这个实施例中是旋转斜盘15。旋转斜盘15沿着旋转轴13滑动，并且相对于旋转轴13的轴线倾斜。一对导向销16从旋转斜盘15进行延伸，一对导向孔141形成于转子14内。每个导向销16可滑动地与相应导向孔141接合。导向孔141与导向销16共同作用从而使旋转斜盘15沿着旋转轴13的轴线倾斜，并且与旋转轴13成一体地进行旋转。旋转斜盘15的倾斜运动通过导向孔141和导向销16之间的滑动及旋转斜盘15在旋转轴13上的滑动来导向。
旋转斜盘15的倾斜角度通过控制控制压力室121内的压力来改变。当控制压力室121内的压力增加时，旋转斜盘15的倾斜角度减少。当控制压力室121内的压力降低时，旋转斜盘15的倾斜角度增加。在后壳体室19内限制出吸入室191和排出室192。控制压力室121内的制冷剂通过排出通道(未示出)流出到吸入室191中。通过供给通道(未示出)把排出室192内的制冷剂供给到控制压力室121中。供给通道通过排量控制阀25来进行调整。即，控制阀25控制从排出室192供给到控制压力室121中的制冷剂的流率。当从排出室192供给到控制压力室121中的制冷剂的流率增加时，那么控制压力室121内的压力增加了。当从排出室192供给到控制压力室121中的制冷剂的流率减少时，那么控制压力室121内的压力降低了。因此，控制阀25控制着旋转斜盘15的倾斜角度。
旋转斜盘15支撑在转子14时决定了旋转斜盘15的最大倾斜角度。旋转斜盘15支撑在连接到旋转轴13上的开口环24上时，决定了旋转斜盘15的最小倾斜角度。
绕着旋转轴13在缸体11内形成有缸孔111(在附图中只示出了两个缸孔111)。每个缸孔111容纳着活塞17，该活塞由铝或者铝合金形成。旋转斜盘15的旋转通过滑靴18转变成相应缸孔111内的每个活塞17的往复运动，而该旋转斜盘15与旋转轴13成一体地进行旋转。该滑靴18可滑动地接触旋转斜盘15。
阀板组件包括阀板20、吸入阀挡板21、排出阀挡板22和保持板23。吸入口201和排出口202形成于阀板20中。每个吸入口201和每个排出口202与一个缸孔111相对应。吸入阀瓣211形成于吸入阀挡板21中。每个吸入阀瓣211与一个吸入口201相适应。排出阀瓣221形成于排出阀挡板22上。每个排出阀瓣221与一个排出口202相适应。保持器231形成于保持板23上。每个保持器231与其中一个排出阀瓣221相适应。
当每个活塞17从上死点运动到下死点时，吸入室191内的制冷剂通过相关的吸入口201吸入到缸孔111中，同时使相关的吸入阀瓣211弯曲到打开位置上。当活塞17从下死点移动到上死点时，制冷气体通过相关的排出口202排出到排出室192中，同时使相关的排出阀瓣221弯曲到打开位置上。每个排出阀瓣221的打开量由阀瓣221和相关挡板231之间的接触所限制出。
排出室192通过外部制冷剂线路26而连接到吸入室191中。外部制冷剂线路26包括冷凝器27、膨胀阀28和蒸发器29。从排出室192流到外部制冷剂线路26中的制冷剂通过冷凝器27、膨胀阀28和蒸发器29而返回到吸入室191中。
如图2所示一样，每个活塞17具有孔。由于所有的活塞17是相同的，因此下面只描述一个活塞17的结构。活塞17通过下面方法来形成：把接触相应滑靴18的第一部件30与包括端壁311的第二部件31连接起来。端壁311在相关的缸孔11 1内进行往复运动。第一部件30包括裙部32和中空的圆柱形部分33。裙部32具有一对面对的凹口321，从而可以安装相应的滑靴1 8。活塞17A(在附图中用虚线示出)与活塞17一起同时制造。
图3示出了工件、第二部件31和另一个第二部件31A，在这个实施例中这个工件是活塞体34。活塞体34预选制造成包括彼此相对并相互连接的第一部件30和30A。即，活塞体34包括部件30、30A，这些部件相互连接并且是对称的。
图4到8示出了用来把图3所示的活塞工件制造成中空活塞17和17A的装置。如图4所示，把导向体36固定到底座35上。导向体36形成为方形框架。导向体36包括面对的长壁38、39和面对的短壁40、41(参见图4到7)。楔形体37设置在导向体36内。楔形体37垂直滑动并且反抗沿着长壁38、39的厚度方向的运动而锁紧(如图4所示的左和右)。倾斜表面371、372形成于楔形体37的上侧上，而这些上侧面对着长壁38、39，因此楔形体37向着上端逐渐变细。
如图5和6所示一样，导向壁401、411各自与短壁40、41形成一体，并且向上延伸。保持壁402、412各自与导向壁401、411形成一体，并且彼此朝着对方延伸。如图5和7所示一样，螺栓48、49各自延伸通过保持壁402、412。螺栓48、49的头部各自与保持壁402、412接合。螺栓48、49被拧到楔形体37中。楔形体37由螺栓48、49来悬挂。楔形体37的垂直位置通过旋转螺栓48、49来改变。
如图4所示，第一挡块42设置在长壁38的上表面上。第一挡块42沿着长壁38的厚度方向进行滑动(图4所示的左和右)。第二挡块43设置在长壁39的上表面391上。第二挡块43沿着长壁39的厚度方向进行滑动(图4所看到的左和右)。第一和第二挡块42、43借助于推动装置(未示出)彼此朝向对方被推动。倾斜表面421和431各自形成于第一和第二挡块42、43上从而相互面对。推动装置使楔形体37的倾斜表面371和倾斜表面372各自接触第一挡块42的倾斜表面421和第二挡块43的倾斜表面431。
如图5、6和7所示，弧形凹口422和432各自形成于第一和第二挡块42、43的上侧上。活塞17、17A的裙部32各自安装在弧形凹口422、432内。
保持架44设置成邻近导向体36从而环绕着短壁40。保持架45设置成邻近导向体36从而环绕着短壁41。保持架44包括一对保持突出部441、442。保持架45包括一对保持突出部451、452。保持突出部441、451相互面对并且延伸成平行于长壁38。保持突出部442、452相互面对，并且延伸成平行于长壁39。保持架44、45由力施加机构50来支撑，因此保持架44、45可以相互移近并且可以相互移离(图6和7所看到的左和右)。保持凹口443、444、453、454各自形成于保持突出部441、442、451、452的未端。活塞17、17A的圆柱形部分33安装在保持凹口443、444、453、454。
如图4所示，第一旋转支撑机构46设置到导向体36的右边上，而第二旋转支撑机构47设置到导向体36的左侧上。第一和第二旋转支撑机构46、47各自具有可旋转的夹具461、471。夹具461、471各自保持第二部件31、31A，并且沿着轴向可以移动。
第二部件31、31A以下面方式连接到活塞体34上。
如图4所示，活塞体34放置在第一和第二挡块42、43的凹口422、432内。第一和第二挡块42、43如此放置，以致挡块42、43的挡块表面423、433之间的距离短于圆柱形部分33、33A的夹板331之间的距离。在活塞体34放置在第一和第二挡块42、43之后，楔形件37通过紧固螺栓48、49来升高。这时楔形体37的倾斜表面371和372与第一挡块42的倾斜表面421和挡块43的倾斜表面431之间的接触引起第一和第二挡块42、43相互移离。相应地，第一挡块42的止动表面423接触圆柱形部分33的夹板331，并且第二挡块43的止动表面433接触圆柱形部分33A的夹板331。由于楔形体37不能移动到左边和右边，如图4所示一样，或者不能沿着推力方向移动，因此当挡块42、43的止动表面423、433接触夹板331时，活塞体34不能沿着推力方向运动。换句话说，活塞体34的轴向位置被确定。
在确定活塞体34的位置之后，力施加机构50被驱动。相应地，圆柱形部分33保持在凹口443、453之间，并且圆柱形部分33A保持在凹口444、454之间。保持突出部441、442、451和452借助于预定推力而压靠在活塞体34上，而推力反抗旋转而锁紧活塞体34。
图9中的线D表示根据第一和第二旋转支撑机构46、47的工作的第二部件31、31A的旋转速度。线E表示推力，或者表示使第二部件31、31A压靠在活塞体34上的力。保持第二部件31的夹具461接近活塞体34，同时借助于第一旋转支撑机构46以旋转速度N进行旋转。保持第二部件31A的夹具471接近活塞体34，同时通过第二旋转支撑机构47以旋转速度N进行旋转。夹具461、471以相同速度N沿着相对方向进行旋转。夹具461、471接近活塞体34，直到每个第二部件31、31A的环形接触表面312接触相应圆柱形部分33、33A的接触表面332为止。第二部件31、31A借助于第一推力P1压靠活塞体34一个预定时期。然后，夹具461、471的旋转速度减少到零，同时施加到第二部件31、31A上的推力从P1增加到P2(P2＞P1)。在夹具461、471的旋转速度开始减速之后并在旋转速度是零之前，推力开始增加。在这种方式中可以实现摩擦焊接。相应地，第二部件31、31A与活塞体34在接触表面312、332处形成一体。之后，松开螺栓48、49从而使楔形体降低，这使得挡块42、43通过推动装置与圆柱形部分33的夹板331分离。换句话说，活塞体34可以从挡块42、43中释放下来。然后，活塞体34被如此切割，以致裙部32、32A被分离从而同时生产出活塞17、17A。
第一实施例具有下面优点。
(1)推力P1(P2)从相对方向施加到第二部件31、31A上，而这些第二部件通过夹具461、471来保持。因此，推力P1(P2)通过具有对称形状的活塞体34相互抵消。因此，从保持突出部441、442、451、452施加到活塞体34上从而防止活塞体34旋转的推力不需要反作用施加在第二部件31、31A上的推力。即，用来反抗旋转而锁紧活塞体34的力不必大于这样的大小：该大小足够能防止旋转。其结果是，可以防止由保持突出部441、442、451、452所保持的圆柱形部分33、33A变形。相应地，可以防止活塞17、17A变形。
(2)当第二部件31、31A被摩擦焊接到活塞体34上时，活塞体34反抗旋转而被锁紧。活塞体34形成一体并且与在相对端处被连接的第一部件30、30A相适应。与反抗旋转而锁紧两个或者多个零件相比，反抗旋转而使形成一体的活塞体34锁紧比较容易。即，采用这样的活塞体34有利于同时生产出两个活塞17、17A，该活塞体34的形状与在相对端处被连接的第一部件30、30A相适应。
(3)活塞体34被切割成一半，该活塞体34包括裙部32、32A，这些裙部在相对端处被连接起来。在第二部件31、31A摩擦焊接到活塞体34上之后，活塞体34被如此切割以致裙部32、32A被分开。在切割活塞体34时，裙部32、32A可以被不均匀地分离。即，从夹板331到裙部32、32A的切割表面的距离可以是不均匀的。但是，即使该距离是不均匀的，但是上死点没有改变，在该上死点处第二部件31、31A的端壁311最靠近吸入阀挡板21。换句话说，即使裙部32、32A没有均匀分离，也可以使用同时生产出的活塞17、17A而没有问题。
(4)当摩擦焊接到活塞体34上时，第二部件31、31A在相对的方向进行旋转。使第二部件31进行旋转的力和使第二部件31A进行旋转的力相互作用，同时第二部件31、31A接触活塞体34。即，第二部件31、31A在相对的方向上进行旋转，同时压靠在活塞体34上。这种方法允许用来反抗旋转而使活塞体34锁紧的力进一步减小。尤其地，由于第二部件31、31A沿着相对方向以相同速度进行旋转，因此使第二部件31进行旋转的力和使第二部件31A进行旋转的力通过活塞体34相互抵消。因此，可以使用来反抗旋转而锁紧活塞体34的力最小化。
(5)主要由铝组成的金属材料较轻，因此有利于减少零件的重量。此外，与铁相比，该金属材料可以在更低的温度下进行熔化，并且有利于进行摩擦焊接。因此，摩擦焊接有利于制造中空活塞17、17A，而这些活塞由主要由铝组成的材料来制造。
(6)保持架44、45和力施加机构50反抗旋转而锁紧活塞体34。挡块42、43和楔形体37决定了活塞体34沿推力方向或者在轴向上的位置。保持架44、45、力施加机构50、挡块42、43和楔形体37起着体保持机构的作用，从而反抗旋转而锁紧活塞体34，并且限制活塞体34沿着推力方向的运动。包括夹具461的第一旋转支撑机构46使第二部件31压靠在活塞体34上并且可旋转地支撑第二部件31。包括夹具471的第二旋转支撑机构47使第二部件31A压靠在活塞体34上并且可旋转地支撑第二部件31A。包括体保持机构、第一旋转支撑机构46和第二旋转支撑机构47的活塞制造装置同时把第二部件31、31A摩擦焊接到活塞体34上。即，本发明的活塞制造装置可以同时生产出一对活塞，同时可以防止这些活塞变形。
(7)如果活塞体34在摩擦焊接期间沿着推力方向被移动，那么第二部件31、31A不能可靠地连接到活塞体34上。如果第二活塞31、31A开始在不同的时间摩擦焊接到活塞体34上，那么首先接触活塞体34的第二部件(31或者31A)开始受到推力较早。楔形体37受到这种推力。因此，活塞体34沿着推力方向没有移动。
(8)楔形体37沿着垂直于推力方向的方向被推动并且沿着相对方向推动挡块42、43。楔形体37起着限制件的作用，该限制件可以防止活塞体34沿着推力方向进行运动。上述实施例的结构(在该结构中，楔形体37和挡块42、43共同配合从而限制活塞体34的位置)容易限制活塞体34的位置。
现在参照图10来描述第二实施例。与第一实施例的相应元件相同或者相似的这些元件采用相同的标号。
在导向体36内限制出油压室361。把预定压力的油供给到油压室361中。借助于供给到油压室361中的油的压力来升高楔形体37。相应地，挡块42、43与活塞体34的圆柱形部分33的夹板331接合。当油停止供给到油压室361中时，楔形体37降低了，并且挡块42、43通过推动装置与夹板331分离开。使用油压把挡块42、43压靠在活塞体34上，这有利于通过摩擦焊接来制造活塞17、17A的自动过程。
现在参照图11(a)、11(b)和11(c)来描述第三实施例。与第一实施例的相应元件相同或者相似的这些元件采用相同的标号。
如图11(c)所示，每个活塞53、53A具有腔。每个活塞53、53A具有第一部件51、51A和第二部件52、52A。每个第一部件51、51A具有中空的圆柱形部分和端壁511。每个第二部件52、52A包括裙部32。每个第二部件52、52A摩擦焊接到相应的第一部件51、51A上。
如图11(a)所示，活塞体54包括第一部件51、51A，这些部件在相对端上连接起来。第二部件52、52A同时摩擦焊接到活塞体54上。
图11(b)示出了一种状态，在该状态中，第二部件52、52A被连接到活塞体54上。在摩擦焊接之后，活塞体54被如此切割，以致第一部件51、51A被分离开。
对于本领域普通技术人员来讲，显而易见的是，在没有脱离本发明的精神实质或者范围内，本发明可以体现在许多其它具体形式中。尤其地，应该知道，本发明可以体现在下面形式中。
(1)在第一实施例中，在第二部件31、31A进行摩擦焊接之前，第一部件30、30A可以被分离开。当第二部件31、31A进行摩擦焊接时，第一部件30、30A保持相互接触并且反抗旋转而被锁紧。
(2)在第三实施例中，在第二部件52、52A进行摩擦焊接之前，第一部件51、51A可以被分离开。当第二部件52、52A进行摩擦焊接时，第一部件51、51A保持相互接触并且反抗旋转而被锁紧。
(3)本发明可以应用来制造双头活塞。
因此，这些例子和实施方式是用来进行解释的而不是起限制作用的，并且本发明不局限于这里所给出的细节，而是在附加权利要求的范围和等同物内可以进行改进。