有传动轴悬臂式支承结构的摇摆盘式压缩机为已知。这些结构在美国专利第3,552,886号及3,712,759号中已揭示。
参看图1,一种有传统悬臂结构的摇摆盘式压缩机1,有一个圆筒形的压缩机壳2,一个前端板3,和一个形式为缸盖4的后端板。压缩机壳2内有一个缸体21和一个曲柄腔22。前端板3固定在压缩机壳2的一个端面上,放在压缩机壳2另一端面的缸盖4,用穿过活门板5的螺栓41固定在缸体21一个端面上。在前端板3的中部形成一个孔31,传动轴6从其中穿过。
传动轴6利用一个径向滚针轴承7,支承在前端板3上旋转,伸到曲柄腔22内。一个楔形凸轮转子8与传动轴6的内端部固定连接,利用一个推力滚针轴承9,支承在前端板3的内端面上旋转,使之可随传动轴6旋转。
在中部设有锥形齿轮101的环形摇摆盘10,通过一个推力滚针轴承16,放在楔形凸轮转子8的斜表面81上,摇摆盘经一球形件12支持在支承件11的终端上作章动(nutate),在缸体21和支承件11之间插入一个键,防止支承件旋转。支承件11放在缸体21中部形成的一个中心孔211中,有一个锥形齿轮111和一个有中空部113的柄部112。一个调节螺丝17放在中心孔211的一个端部上。一个螺旋弹簧13放在柄部112的中空部113内,将支承件11推向摇摆盘10,支承件11的锥形齿轮111啮合摇摆
盘10的锥形齿轮101,防止摇摆盘10旋转。
若干气缸212在缸体21上等角地形成。每一气缸212内有活塞14滑动。每一活塞14通过每一连杆15,和摇摆盘10的圆周连接:连杆15的一端用球节和活塞14连接,另一端用球节和摇摆盘10连接。
气缸盖4有一个排出腔42和一个包围排出腔42的抽吸腔43。有一个抽吸孔51从活门板5上穿过,使抽吸腔43和气缸212相通,一个排出孔52从活门板5上穿过,使气缸212和排出腔42相通。
运转时,当传动轴6由动力源通过安装在前端板3的管形延伸部35上的电磁离合器18驱动时,凸轮转子8随传动轴6旋转,从而摇摆盘10不随凸轮转子8旋转而作章动。因此,各活塞14由于摇摆盘10的章动,而在气缸212中作往复活动。螺旋弹簧13的反弹强度可通过拧旋调节螺丝17而调节。因此,推力轴承9,凸轮转子8,摇摆盘10,锥形齿轮101,钢球12和支承件11等之间的相应轴向间隙,即使有温度变化造成的尺寸变化,和加工的尺寸误差,也可通过调节螺旋弹簧13的反弹强度,使间隙保持固定。
上述摇摆盘式的压缩机一般用作汽车空调设备的致冷压缩机,因此,在一般的使用条件下,压缩机要求有足够的耐用性。但是,在严厉条件下,例如在高温条件下长时间驾驶时,传动部件有可能咬紧(seizure),从而压缩机不能保持足够的耐用性。
对在这种条件下确已损坏的压缩机传动部件咬紧的原因作分析后,发现和(支承传动轴6的)径向滚针轴承7的内表面接触的传动轴6的外表面发生了碎裂。传动轴6上的碎块使传动部件损坏,压缩机便发生咬紧现象。
参看图2,它表示传动轴6和径向滚针轴承7的接触表面。碎裂在区域A中发生。表示传动轴6和径向轴承7实际接触表面的光泽表面为区域B。根据上面的事实,可看到传动轴6的外表面和径向轴承7的内表
面不均匀接触,即传动轴6和径向轴承7可能部分接触。
参看图3,它表示压缩机各部件间的力的关系。部分接触的原因可作下面的分析。作用在凸轮转子8上的轴向外力,包括各活塞14进行压缩的总气体压力,和轴向推力F2,F2即螺旋弹簧13的反弹强度。当活塞14在上死点上时总气体压力F1在凸轮转子8的点A上作用,点A在连杆15球节的附近。轴向推力F2在凸轮转子8的中心部位上作用。因为上述的总气体压力F1和轴向推力F2在凸轮转子8的倾斜表面81上作用,径向上产生径向分力F3及F4。
和总气体压力F1及嵯蛲屏2相反的轴向反作用力F5在推力轴承9上产生,因此轴向上的力平衡。但对分力F3及F4没有平衡力,因而产生力矩,将凸轮转子8围绕推力轴承9的点B旋转,因此凸轮转子8在和上死点相对的一侧,也就是在下死点上和推力轴承9分离。因此,传动轴6自径向轴承7的轴线倾斜,在C点和D点处,传动轴6和径向轴承7部份接触。传动轴6和径向轴承7的轴线的倾角θ,决定于径向轴承7的轴向长度和径向轴承7内表面与传动轴6外表面之间的间隙。
在上述构造中,径向轴承7的反作用力F6及F7在传动轴6上作用,力的平衡可用下式表示:
F3+F4=F6-F7
如各尺寸定为11-14,r1或r2,如图3所示,力矩便如下式:
F3·11+F4·12+F6·13-F1(r2-r1)-F2·r2-F7·14=0
如上所述,假定传动轴6驱动时部分接触径向轴承7,而碎裂在期间产生。在有倾角θ的条件下,从径向轴承7向传动轴6作用的轴向反作用力F6及F7随总气体压力F1变化。具有普通的间隙时,倾角θ预定在零至0.04度范围内。因此,碎裂很容易在严厉的条件下发生,例如在高空调负荷下。
图1为传统摇摆盘式压缩机的剖视。
图2为图1中传动轴外表面局部展开图。
图3为说明作用在图1中的凸轮转子和传动轴上的力的关系的解说图。
图4为本发明摇摆盘式压缩机一实施方案,其一部分的剖视,说明凸轮转子及传动轴组合件的状态。
图5为压缩机一部分的剖视,表示图4中前端板和传动轴组合件的状态。
图6为图5中组合件一部分的放大剖视,有外力在上面作用。
图7为压缩机一部分的剖视,表示有另一外力在上面作用的图5所示端板和传动轴组合件的状态。
图8为图7所示组合件一部分的放大剖视。
图9(a)为本发明另一实施方案中径向轴承的剖视。
图9(b)为压缩机一部分的剖视,表示图9(a)径向轴承组合件的状态。
图10(a)为本发明另一实施方案的径向轴承剖视。
图10(b)为压缩机一部分的剖视,表示图10(a)中径向轴承组合件的状态。
图11为压缩机一个部分的剖视,表示具有图9(a)所示的径向轴承的一个前端板,和图4所示的传动轴的组合件的状态,有一个轴向推力作用在传动轴上。
图12为压缩机一个部分的剖视,表示有外力在上面作用的图11中组合件的状态。
参看图4,表示本发明一个实施方案的传动轴和一个楔形凸轮转子的构造。凸轮转子8有楔形截面,凸轮转子8的一个轴蚨嗣嬉灾毕叨ń纾缤贾兄逽t。传动轴6的轴线在图4中用线OR表示,轴6和凸轮转子8用传统的方式组装,轴的轴线和凸轮转子8的轴向端面构成的线St垂直。本发明与之相反,传动轴6组装在凸轮转子8上,使传动轴6的轴线OS倾斜,和轴线OR形成某一角度(图4表示θ1度),从而向上死点侧伸展,也就是上死点取决于凸轮转子8的较厚的一侧。其数值可用下式求出:
θ1≥tan-1(c/l)
式中l为径向轴承7的轴向长度,c为径向轴承1内表面和传动轴6外表面之间的间隙。此外,放在凸轮转子8的轴向端面上的径向滚针轴承9的板91,在凸轮转子8的较厚部分处倾斜,形成角θ2。角θ2预定,故如果θ1是tan(c/l),从θ1减去θ2的值大于θ2。
参见图5,凸轮转子8和传动轴6的组合件。传动轴装于摇摆盘式压缩机1前端板3上。在这种情况下,轴向推力F2在传动轴6的端面上作用。由于轴向推力F2大于凸轮转子8和传动轴6连接部的强度,于是凸轮转子8的较薄的部分被推向前端板3的内端面,从而凸轮转子8的轴线OR移动到角度为φ的线OR′的位置上去。这时,径向轴承7的轴线OB和凸轮转子8的轴线OR′之间的角度变为θ2,它与图6中所示的凸轮转子8
的厚部的倾角相同。如上所述,传动轴6的轴线OS和径向轴承7的轴线OB之间的角度是θ,它由tan-1(c/l)确定。也就是,传动轴6从图4所示的传动轴6位置,向左转角度φ。因此,假如凸轮转子8和传动轴6的连接部的强度系数为k,便有等于kφ的向右的转矩Ms在传动轴6上作用。
在上述的情况中,作用在上述部分上的力和力矩的平衡,可用下式表示:
F4+F6=F7
F2=F5
F5R+F612-F411-F7(12+13)=0
Ms=k=F7(12+13)-F612
式中11,12,13,R分别为图5中所示的尺寸,F2,F4,F5,F6,或F7为作用在图5中的上述结构上的力;F4是以轴向推力F2为基础产生的分力,F5是推力轴承9的反作用力,F6是径向轴承7的反作用力,F7是径向轴承7的反作用力。
如图7所示,在压缩机1运转时,包括总气体压力F1和轴向推力F2的外力,在凸轮转子8的倾斜表面81上作用。径向分力F3及F4根据外力F1及F2产生,在凸轮转子8的倾斜表面81上作用。这些径向分力F3,F4将凸轮转子8旋转,向上死点侧推压。因此,传动轴6围绕图5中所示的点M,向左转动,点M处在径向轴承7的外端,就是传动轴6靠向凸轮转子8的地方向下死点侧移动,从而径向轴承7的轴线OB和传动轴6的轴线OS变为平行,于是传动轴6的外表面由径向轴承7的上侧内表面支持。
传动轴6的轴线OS和凸轮转子8的轴向端面之间的角度,从图7到图4及5,改变φ度,即θ1减θ2度。假如凸轮转子8和传动轴6的连接部分的强度系数为k,向右的转矩为Ms,而Ms等于kφ,在传动轴6上
作用,传动轴6便可保证和径向轴承7的上侧内表面作均匀接触。
在上述的状况下,作用在上述各部件上的力和转矩之间的平衡,可用下式表示:
F3+F4=F6
F1+F2=F5
F5R-F411-F1R′-F6(12+14)=0
Ms=kφ=F6(12+14)
式中11,12,13,R或R′为图6中所示的尺寸,F1,F2,F3或F4为与上述相同的力,F5是推力轴承9的反作用力,F6是径向轴承7的反作用力,Ms是由于改变传动轴6和凸轮转子8之间的夹角,在传动轴6上作用的向右的转矩。改变的角φ是角θ1减去角θ2。
如上文所述,在压缩机1运转时,传动轴6的外周表面和径向轴承7的内周部分保证均匀接触,从而防止传动轴6扯裂表面部分。并且,如图8所示,在凸轮转子8的较厚部分上的推力座圈91,和凸轮转子8的轴向端面有角度θ2。因此推力座圈91和推力轴承9均匀接触。于是也能防止推力座圈91表面部分扯裂。
参见图9(a),表示摇摆盘式压缩机所用,可提高压缩机耐用性的径向轴承的构造。径向轴承30有一个圆筒形座圈301和在座圈301内周表面上等角放置的若干滚针302。座圈的厚度不均匀,即径向座圈301的一端较厚,而另一端较薄。因此座圈301的内表面呈锥形,也就是有锥形环的形状。将径向轴承30从曲柄腔侧强压进前端板的孔31中,使推力座圈301的较厚部分接触止动环32(其位置如图9(b)所示)。径向轴承30组装后,径向轴承30的内表面变为锥形环的表面,径向轴承30的大内径处在曲柄腔侧。径向轴承30的轴线OB和锥形环表面AC之间的角度,预定为θ3度。
组装完毕的径向轴承的上述最终结构可用普通的轴承完成。也就是
如图8所示,前端板3的孔33有圆锥形,向着压缩机的外侧内径逐渐减小。将图10(a)所示结构的一般轴承34,强压进锥形孔33中,其一个端面插入孔33中,抵靠止动环32,如图10(b)所示。因此,径向轴承34的内表面变为锥环形。径向轴承34的轴线OB和锥形环表面AC之间的角度预定为θ3度。
假如每一径向轴承30及34的滚针302及342的轴向长度为1,传动轴6外表面和每一径向轴承30及34的最小内径之间的间隙为c,则角θ1可用下式表示:
θ1≥tan-1((c+l·tanθ3))/(l)
式中如tan(c+l·tanθ3)用θ4表示,则θ1最好大于θ4。
参看图11,表示传动轴,前端板和凸轮转子的组装结构。传动轴6用径向轴承30支承,轴向推力F2将凸轮转子8轴向推压。包括螺旋弹簧13反弹强度的轴向推力F2可用调节螺丝17调节,因而凸轮转子8的轴向端面可和推力轴承9均匀接触。由于轴向推力F2在凸轮转子8的斜表面81上作用,凸轮转子8的下死点侧也被推靠推力轴承9,因此凸轮转子8的轴线OR移动,达到线OR′上,线OR′和轴线OR间有角φ的角距。线OR′和径向轴承30的轴线OB平行,与传动轴6的轴线Os成θ4角。角θ4决定于tan-1( (c+l·tanθ3)/(l) )传动轴6保持在离传动轴6位置的一个角φ的角距内。
假使传动轴6和凸轮转子8之间的连接部分的强度系数为k,则有数值为kφ的右向转矩Ms在传动轴6上作用。任何力和转矩Ms的平衡用下式表示:
F4+F6=F7
F2=F5
F5R+F612-F411-F7(12+13)=0
Ms=kφ=F7(12+13)-F612
式中11,12,13或R为各部分的尺寸,F2,F4,F5,F6或F7为作用在图9中各部分上的力,
F4:在凸轮转子8倾斜表面81上作用的径向力F2(如斜面81的倾角为α,则F4用此式表示:F4=F2tanα)
F5:为推力轴承9的反作用力
F6:为径向轴承30的反作用力
F7:为径向轴承30的反作用力
参看图12,运转时,如总气体压力F1在凸轮转子8的倾斜表面81上死点侧的点A上作用,这时由于传动轴6在外端的点N上和径向轴承30的内表面偏心接触,于是传动轴6围绕点N向上死点侧旋转,从而和径向轴承30的内表面,在上死点侧均匀接触,如图12所示。也就是传动轴6从其图11所示的原来位置,向上死点侧旋转角θ3+θ4。因此,传动轴6的轴线Os和径向轴承30的环形圆锥表面的上侧平行。
如上所述,由于凸轮转子8,推力轴承9,摇摆盘10,锥形齿轮101,钢球12和锥形齿轮111等之间没有轴向间隙,故轴向推力F2变为F8,F8中包括防止凸轮转子8的下端部和前端板3内端面分离的力。分力F4又变为F9。当传动轴6的外表面在上死点侧和径向轴承30的内表面均匀接触时,任何力和右向转矩之间的平衡可用下式表示:
F3+F9=F6
F1+F8=F5
F5R-F911-F1R′-F6(12+14)=0
Ms=k(φ+θR)=F6(12+14)
θR=θ3+θ4
式中11,12,13,R或R′为各部分的尺寸,F1,F3,F8或F9为作用在图12中各部分上的力,F5为推力轴承9的反作用力,F6为径向轴承30的反作用力,Ms为根据传动轴6和凸轮转子8的夹角在(φ+θ3+θ4)范围内变化在传动轴6上作用的右向转矩,θR为图11所示传动轴6轴线Os和径向轴承30内表面上侧之间的角度。
假如压缩机运转时,轴向推力F2小于一个预定的力,而凸轮转子8的下端部不和推力轴承9接触,便可通过将凸轮转子8的轴向端面在上死点侧形成某一角度,便可与推力轴承9有均匀的接触。
虽然对本发明已结合理想实施方案详细叙述,但仅作举例而已,本发明并不以此作为限制。熟悉本技艺领域者易于理解,在本发明的范围内,还可作其他的变化和修改。