CN1219155C - 涡卷压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进的涡卷压缩机，包括一固定涡卷和一公转涡卷，及一能使公转涡卷产生公转运动的十字联轴节。十字联轴节的欧氏环被制成使其对应部件在其上滑动的滑动表面由一种包含有硅颗粒的基体材料制成，而(在作为对应部件在其上滑动的滑动表面的基体材料的表面上的)每一硅颗粒的表面被制成为平表面。实施时，制成为平表面的硅部分与十字联轴节的整个滑动面积的比率在3%至20%的范围内，最好是5%至15%。采用本发明的涡卷结构可以提高涡卷压缩机内的十字联轴节的欧氏环及其对应部件的抗磨损性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于压缩一种冷却剂或空气的涡卷压缩机，特别是，涉及一种具有一公转涡卷和一十字联轴节的涡卷压缩机，该十字联轴节具有一能够使公转涡卷产生摆动或公转的欧氏环，该十字联轴节的滑动部分具有改善的抗磨损性能。
背景技术
由于涡卷压缩机与其它类型的压缩机相比，效率高，可靠性高且运行噪音低，因此在工业上在许多领域内如冰箱或空调中被广泛采用。
这样的涡卷压缩机包括一固定在压缩机框架结构内的固定涡卷和一位于与固定涡卷相对的位置上的公转涡卷。固定涡卷具有一圆形底板，其上形成有螺旋卷结构。类似地，公转涡卷也具有一其上形成有螺旋卷结构的圆形底板。固定涡卷和公转涡卷的设置方式为两个螺旋形的涡卷结构彼此相互啮合。以此方式，当公转涡卷相对于固定涡卷产生公转运动时，一种流体如要被压缩的气体可被连续地压缩以便排出。
通常，为了使涡卷压缩机的公转涡卷产生公转运动，将一电机经一曲柄轴与公转涡卷的底板的后表面相连，并在公转涡卷的底板的后表面与所述框架结构之间提供一十字联轴节的欧氏环。事实上，这样一欧氏环由一种环状件构件。在欧氏环的每一表面上，在欧氏环的直径方向上形成有两个突出部(欧氏键)。然而，形成在欧氏环的一个表面上的两个突出部和形成在该欧氏环的另一表面上的另外的两个突出部的布置方式为每两个相邻的突出部在欧氏环的圆周方向上彼此相隔90度。
另一方面，在涡卷压缩机的框架结构上和公转涡卷的底板的后表面上形成有键槽。形成在欧氏环的一表面上的两个突出部(欧氏键)可自由滑动地啮合在形成在公转涡卷的底板的后表面上的槽内，而形成在欧氏环的另一表面上的另两个突出部自由地可滑动地啮合在形成在框架结构上的槽内。以此方式，当曲柄轴由电机旋转驱动时，十字联轴节的欧氏环的各突出部将被驱使在形成在框架结构上的槽和形成在底板的后表面上的槽内沿这些槽往复运动，进而使公转涡卷产生公转运动。
然而，由于十字联轴节的欧氏环的各突出部在形成在框架结构上的槽和形成在底板的后表面上的槽内沿这些槽往复运动，因此这些突出部很容易磨损。具体地，当作用在突出部上的载荷(键载荷)很大时，作用在(在形成在框架结构上的槽和形成在底板的后表面上的槽内沿这些槽滑动的)欧氏环的突出部的滑动表面上的表面压力将增大。因此，在每一突出部的滑动表面上形成连续的润滑油层或润滑油膜将很困难，这将导致突出部更容易被磨损。
而且，近年来，随着反相器控制变速涡卷压缩机的使用，开关频率降低，且压缩机的排出量根据实际载荷连续控制。这样，人们已经尝试节省能量，而且在这样的情形下，由于涡卷压缩机的低速转动将引起突出部在低速下滑动，因此很难在每一突出部的滑动表面上形成润滑油膜或连续的润滑油层，这将导致突出部过快地磨损。
还有，在采用不包含氯分子的HFC冷却剂的情形中，每一突出部的滑动表面具有较低的润滑性能。因此，在键载荷变得很大且滑动速度变得很低的情形下，每一突出部的磨损量将出乎意料地增大。
考虑到上述因素，已经提出的方法是当十字联轴节的欧氏环由一种铝材料制成时，每一突出部的滑动表面都要经过一种所谓的SiC-分散电镀(SiC-dispersed plating)的电镀处理，以便每一突出部的抗磨损性能都能够得到改善(日本未审专利申请特开平NO.3-906383)。另外，还有的方法是当十字联轴节的欧氏环是由烧结铁制成的时，每一突出部的滑动表面都经过表面处理以在其上形成一层铁的硼化物膜，以便每一突出部的抗磨损性能得以提高(日本未审专利申请特开平NO.6-81779)。
然而，已经发现上述现有的处理方法存在以下的问题。即，所谓的SiC-分散电镀(SiC-dispersed plating)的电镀处理必须进行尺寸管理以便控制每一电镀层的厚度，但如果电镀层已经从其原来的位置上脱落，则就不能达到避免每一突出部的磨损的效果。
在对每一突出部的滑动表面进行表面处理以在其上形成一层铁的硼化物膜的情形中，虽然可以提高每一突出部的硬度，但是会在相应的突出部在其上滑动的对应部件上产生磨损，也就是，将会在形成在框架结构上及公转涡卷的底板的后表面上的键槽上产生磨损。
另一方面，虽然可以考虑增大每一突出部上的滑动面积以增加其抗磨损性能，但是增大滑动面积就需要十字联轴节制成大尺寸的。因此，对于每一现有的涡卷压缩机都需要对其结构进行相当大的改动，这在实际中是不可能的。
发明内容
因此，本发明的目的是通过增加十字联轴节的欧氏键及其对应部件即与之滑动接触的所谓的欧氏键槽的抗磨损性能而提供一种改进的涡卷压缩机。
为达到上述的发明目的，提供了一种涡卷压缩机，它包括一具有一底板和一形成在该底板上的螺旋卷结构的固定涡卷；一具有一底板和一形成在该底板上的螺旋卷结构的公转涡卷，所述公转涡卷的设置方式为使该公转涡卷的螺旋卷结构与所述固定涡卷的螺旋卷结构相啮合；一位于公转涡卷的底板的后表面和涡卷压缩机的框架结构之间的欧氏环；一通过一曲柄轴连接到公转涡卷的底板的后表面上的驱动装置，能够与欧氏环一起使公转涡卷产生公转运动。具体地，欧氏环的构成为：至少其允许公转涡卷的底板的后表面及框架结构在其上滑动的滑动表面由一种基体材料和包含在该基体材料内的硅制成，在所述滑动表面上的硅的表面被制成平表面，制成平表面的硅部分与欧氏环的整个滑动面积的比率在3％至20％的范围内，最好是5％至15％。
采用上述结构，可以提高十字联轴节的欧氏环的滑动表面的抗磨损性能。而且，在位于欧氏环的滑动表面上的硅表面被制成平表面的情形中，由于与硅相比，基体材料被略微地切断一部分，因此在位于由如此切削形成的每一硅颗粒之间的每一凹槽部分内会形成润滑油膜或油层。以此方式，能够适当地将润滑油保持在这些凹槽部分内，因而可以有效地防止(作为十字联轴节的欧氏环的对应部件的)公转涡卷的底板的后表面上的磨损及(也是作为十字联轴节的欧氏环的对应部件的)涡卷压缩机的框架结构的磨损。此时，如果基体材料内包含太多的硅，则基体材料的(由切削形成的)凹槽部分的面积将变小，使得难于将润滑油保持在这些凹槽部分内。另一方面，如果基体材料包含有太少的硅，将不能在基体材料的滑动表面上保持理想的抗磨损性能。为此，本发明中，制成平表面的硅部分与基体材料的整个滑动面积的比率在3％至20％的范围内，最好是5％至15％。
而且，根据本发明，硅是硅颗粒形式的初始晶体硅(initial crystalsilicon)，其尺寸为100微米或更小，最好是50微米或更小。如果颗粒尺寸太大，(由切削形成的)凹槽部分的面积将变小，使得难于将润滑油保持在这些凹槽内。为此，硅颗粒被制成100微米或更小，最好是50微米或更小。而且，原始晶体硅的硬度高而且具有极好的抗磨损性能。
制成十字联轴节的欧氏环的基体材料可以是一种含铝金属。
而且，十字联轴节的欧氏环可以经由锻造或模铸制成。以此方式，可以低成本、高生产率地生产欧氏环。
附图说明
图1是一局部剖开的正视图，示出了本发明的涡卷压缩机的结构。
图2是一纵向剖视图，示出了涡卷压缩机中所用的公转涡卷。
图3是沿图1中的线A-A看的示意图，示出了支撑涡卷压缩机的框架结构，其中从图1所示的状态中去掉了其公转涡卷和欧氏环。
图4是一欧氏环的透视图。
图5是一欧氏环的平面视图。
图6是一放大的截面图，示出了欧氏环上的突出部(欧氏键)的构成。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的一最佳实施例。
图1示出了本发明的涡卷压缩机的结构。涡卷压缩机10大体上包括，作为其关键或主要部件的，一固定在涡卷压缩机的框架结构11内的固定涡卷12，一与固定涡卷12位置相对的公转涡卷13，一位于公转涡卷13和框架结构11之间的十字联轴节的欧氏环14，和一驱动单元或装置(未示出)，该单元或装置通过曲轴15连接到公转涡卷13上，通过与欧氏环14的共同作用使公转涡卷13摆动或作公转运动。具体地，固定涡卷12具有一圆形的底板12A，其上形成有螺旋卷结构12B。类似地，公转涡卷13也具有一圆形的底板13A，其上也形成有螺旋卷结构13B。事实上，固定涡卷12和公转涡卷13的设置方式为螺旋卷结构12B和螺旋卷结构13B彼此相互啮合。以此方式，借助于公转涡卷13的摆动或公转运动，压缩经入口17从入口管16吸入的流体，进而使被压缩的流体通过位于底板12A的中心的排出口18排出至上部空间19。随后，排至上部空间19的流体通过排出管20被引导至压缩机的外部。
位于公转涡卷13和框架结构11之间的欧氏环14由图4所示的环状件构成，其一侧(上表面侧)具有两个突出部(欧氏键)14A、14A，其另一侧(下表面侧)具有另外的两个突出部(欧氏键)14B、14B。事实上，突出部14A、14A布置在环状件的一直径方向上，而突出部14B、14B布置在环状件的另一直径方向上。而且，突出部14A、14A和突出部14B、14B都位于环状件的圆周上，每两个相邻的突出部之间的角度间隔为90度。换言之，如图5所示，如果用一直线L2将两个突出部14A、14A彼此连接起来，用另一直线L1将另外两个突出部14B、14B也彼此连接起来，则在两直线L1和L2之间将形成90度的直角。
而且，如图2所示，在公转涡卷13的底板13A的后表面上形成有槽(欧氏键槽)13C。欧氏环14的突出部14A可自由滑动地啮合在槽13C内。另一方面，如图3所示，在框架底板11A上形成有槽(欧氏键槽)11B，欧氏环14的突出部14B可自由滑动地啮合在槽11B内。另外，如图1所示，一凸台部13D形成在公转涡卷13的底板13A的后表面上的一偏心位置上，而曲柄轴15的顶端上的曲柄销15A稍微可移动地啮合在凸台部13D内。
再次参照附图1，附图标记21代表一个可转动支撑曲柄轴15的轴承件，附图标记22代表曲柄轴15上的配重。还有附图标记23代表一密封容器。构成本发明的涡卷压缩机的各部件均容纳在该密封容器23内。
具有上述结构的涡卷压缩机在运行过程中，将有一转动扭矩施加在公转涡卷13上。此时，欧氏环14借助于欧氏环14的突出部14A、14B啮合入形成在框架结构11上的槽11B及相同的突出部14A、14B啮合入形成在公转涡卷13的底板13A的后表面上的槽13C内而接受这样一转动扭矩，从而阻止公转涡卷13的自转。由此，如图5所示，在垂直于突出部14A和14B的滑动方向的方向上，在欧氏环14的突出部14A、14B上，会有一气体载荷及离心载荷(图中以F表示)起作用，作为接受和阻止转动扭矩的力。
在本实施例中，所述的气体载荷及离心载荷或离心力均作用在欧氏环的突出部14A、14B上。这些载荷和力的作用使突出部14A、14B和框架结构11的槽11B或公转涡卷13的槽13C产生磨损。为了防止这样的磨损，根据本实施例，可以将突出部14A和14B保持在如图6所示的状态。具体地，突出部14A和14B由一种基体材料31制成，其中包有硅颗粒32，而(位于作为在其上滑动的对应部件的滑动表面的基体材料表面上的)每一硅颗粒32的表面32A被制成一平表面。实际中，制成为平表面的硅颗粒部分32与十字联轴节的整个滑动表面的比率在3％至20％的范围内，最好是5％至15％。而且，在基体材料的滑动表面上的硅颗粒32是由具有高硬度、颗粒尺寸为100微米或更小，最好为50微米或更小的初始晶体硅构成。也就是，硅颗粒的最大尺寸为100微米或更小，最好是50微米或更小。另外，基体材料31由一种包含有铝和硅的共晶铝组成。
当位于基体材料的滑动表面上的硅颗粒32的表面32A被制成平表面时，由于基体材料31与硅颗粒相比相对较软，所以基体材料31比硅颗粒更容易被切去。因此，硅颗粒32的表面比基体材料31的表面略微高一些。换言之，硅颗粒32的表面从基体材料31的表面略微突出。而且，由于在基体材料31上的(由硅颗粒之间的切削而形成的)凹槽部分内保留有润滑油，因此不仅可以防止突出部14A和14B的磨损，而且还可以防止(作为对应部件的)公转涡卷13和槽13C以及框架结构11的槽11B的磨损。此时，如果基体材料包含有太多的硅颗粒，则基体材料31上的(由切削形成的)凹槽部分的面积将变得更小，使得难于在凹槽部分保存润滑油。另一方面，如果基体材料中含有的硅颗粒太少，则不可能在基体材料的滑动表面上保持所需的抗磨损性能。为此，在本实施例中，制成平表面的硅颗粒部分与十字联轴节的整个滑动表面的比率为在3％至20％的范围内，最好是5％至15％。
另一方面，以下将解释硅颗粒的颗粒尺寸应该为100微米或更小(最好是50微米或更小)的原因。也就是，如果颗粒尺寸太大，(由切削形成的)的凹槽部分的总体面积将变小，使得难于在凹槽部分内保持润滑油。本发明中所用的形成硅颗粒的材料是一种高硬度且具有极好的抗磨损性能的初始晶体硅。
可锻造或模铸一种合适的材料以形成欧氏环14。以此方式，可以高产量低成本地生产欧氏环。
虽然在本实施例中仅欧氏环14的突出部14A和14B被制成图6所示的结构，但也可以是将整个欧氏环14制成图6所示的结构，另外，也可以将突出部14A和14B制成仅其对应部件在其上滑动的滑动表面具有图6所示的结构。
而且，还可以利用包含有硅颗粒的基体材料制成欧氏键槽的滑动表面。
如上所述，利用本发明可以提高十字联轴节的欧氏环及其对应部件的抗磨损性。
Claims (8)
1.一种涡卷压缩机，包括：
一具有一底板和一形成在该底板上的螺旋卷结构的固定涡卷；
一具有一底板和一形成在该底板上的螺旋卷结构的公转涡卷，所述公转涡卷的设置方式为使该公转涡卷的螺旋卷结构与所述固定涡卷的螺旋卷结构相啮合；
一位于公转涡卷的底板的后表面和一框架结构之间的十字联轴节的欧氏环；和
一通过一曲柄轴连接到公转涡卷的底板的后表面上的驱动装置，它能够与欧氏环一起使公转涡卷产生公转运动，
其特征在于，欧氏环的构成为：至少其允许公转涡卷的底板的后表面及框架结构在其上滑动的滑动表面由一种基体材料和包含在该基体材料内的硅制成，在所述滑动表面上的硅的表面被制成平表面，制成平表面的硅部分与欧氏环的整个滑动面积的比率在3％至20％的范围内。
2.如权利要求1所述的涡卷压缩机，其特征在于所述硅是一种硅颗粒形式的初始晶体硅，其颗粒尺寸为100微米或更小。
3.如权利要求1所述的涡卷压缩机，其特征在于所述硅表面从所述基体材料的表面突出。
4.如权利要求1所述的涡卷压缩机，其特征在于所述构成欧氏环的基体材料包含铝。
5.如权利要求1所述的涡卷压缩机，其特征在于所述欧氏环通过锻造制成。
6.如权利要求1所述的涡卷压缩机，其特征在于所述欧氏环由模铸制成。
7.如权利要求1所述的涡卷压缩机，其特征在于制成平表面的硅部分与欧氏环的整个滑动面积的比率在5％至15％范围内。
8.如权利要求2所述的涡卷压缩机，其特征在于所述硅颗粒形式的初始晶体硅、其颗粒尺寸为50微米或更小。
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