专利名称：用于变量压缩机的铰接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆空调用的变量压缩机中的铰接装置和这种铰接装置中用的一种导销。
一种典型的变量压缩机包括一个壳体，该壳体包括一气缸体，和一个由壳体支撑的驱动轴。在气缸体中，围绕着驱动轴形成一组孔，在每个孔中配置一个活塞。一个斜盘位于驱动轴上并由该驱动轴通过一个专门的铰接装置驱动，从而该斜盘随着驱动轴一体旋转并相对于驱动轴倾斜。当斜盘的倾斜角变化时，斜盘沿驱动轴轴向表面滑动。
每个活塞连接到斜盘的外圆周上。驱动轴的旋转转化成活塞的往复运动，在每个气缸孔内完成吸气和压缩过程。通过控制斜盘所在的曲柄腔内的压力来控制斜盘的倾斜角，从而改变活塞的行程和排气量。
图9表示一个在斜盘和驱动轴之间的铰接装置的例子。
图9装置来自日本未审查的专利，公开号为Heill-93833。一根驱动轴61装在曲柄腔62中的转子63上，一对支撑臂64从转子63上突出来。导孔65形成在各自的支承臂64上。
在曲柄腔62中，斜盘66由驱动轴61支承着。为了限制斜盘66的重量和防止滑靴69烧坏，斜盘66包括一个铝制的斜盘体67和一个铁制的导盘68。斜盘体67压装在导盘68上。斜盘体67经由滑靴69连接到活塞70上，该滑靴在斜盘体67的外圆周上滑动。
从斜盘66上伸出一对导销71。每一个导销71都有一个球形体71a，该球形体容纳在一个导孔65中。支承臂64、导孔65和导销71形成了一个铰接装置。当曲柄腔62中的压力变化时，斜盘66的倾斜角也变化，结果，在每个活塞23顶部死点位置基本不变的同时活塞70的行程会发生变化。
实际上有两种力矩作用在斜盘66上，即，一种由离心力引起的力矩和一种基于缸孔内的压力和曲柄腔62内的压力(曲柄压力Pc)之间互相关系所产生的力矩，并且，斜盘66的倾斜角是根据这些力矩的平衡来确定的。形成铰接装置的导销71的质量会影响到离心力所产生的力矩，并对增加斜盘66的倾斜角起作用。
考虑到离心力矩的作用，图9用了X、Y、Z坐标系统。用Z表示斜盘66摆动轴；用Y表示垂直于摆动轴Z的驱动轴61的轴线；用X表示既垂直于Y又垂直于Z的轴线。坐标轴线的交点用原点O表示。在这个直角坐标系(X、Y、Z)中，用斜盘66相对于XZ平面和yz平面的惯性积Ixy与该斜盘相对于驱动轴61的角速度的平方相乘，就得到该离心力矩。(参考美国专利5573379，在此通过引用结合到本发明中)。这里的惯性积Ixy表示为Ixy=∫xydm。dm表示组成斜盘组件的微小质量块。
因此，导销71的质量愈大，其在高速旋转期间对该力矩的影响也愈大。因此，为了在高速期间减小斜盘66的倾斜角，就需要较高的曲柄压力Pc。因此，在曲柄压力控制过程中就会出现振荡，密封驱动轴的密封件的磨损更可能产生。进而，在无离合器的压缩机中，在排量最小的运转期间动力消耗上升。
当斜盘体67用铝制作并装在铁制的导板68上时，从斜盘体67的平面到导销71球状体部分71a的轴向距离同斜盘66完全用铁制的压缩机相比增大了大约20％，用以保证斜盘66压装强度。因此，力矩的影响增加了。
本发明已考虑到上述问题。本发明的一个目的就是提供一种变量压缩机的铰接装置，该铰接装置能够减小曲柄腔中压力，这种压力的减小对于在高速旋转状态下改变排气量是必不可少的；该装置能够抑制振荡的产生；并且能够减少无离合器压缩机中的动力消耗，并提供一种适合于该铰接装置的导销。
为达到前述的和其它目的，按照本发明的目的，提供一种变量压缩机。该压缩机包括一个含有气缸孔的壳体、一种容纳在气缸孔内的活塞、一根由壳体支承的驱动轴、一个整体安装在驱动轴上的旋转支承件，一个凸轮盘以及一个铰接装置。该凸轮盘连接到活塞上将驱动轴的旋转运动转化成活塞的往复运动。该凸轮盘相对于驱动轴倾斜。当凸轮盘的倾斜变化时，活塞的行程会发生变化而改变压缩机的排气量。铰接装置位于旋转支承件和凸轮盘之间。铰接装置包括一个用于将旋转支承件的旋转传递到凸轮盘上和容许凸轮盘倾斜的导销，其中导销的一部分是中空的。
结合附图，采用举例的方式对本发明的原理进行解释，本发明的其它方面及优点在随后的叙述中将更清楚。
本发明的目的及优点通过下面结合附图所给出的优选实施例的描述会更易理解。
图1是本发明第一个实施例的横截面图。
图2(a)、2(b)、2(c)是各种导销的横截面示意图。
图3(a)、3(b)是说明斜盘图解的截面示意图。
图4是表示斜盘的倾斜角和力矩之间关系的曲线图。
图5是表示第二个实施例的一个铰接装置的局部横截面图。
图6是图5的铰接装置的局部平面图。
图7(a)、7(b)是表示用在第一个实施例的压缩机中的导销的其它实施例的横截面图。图7(c)是该实施例的一个导销的立体图。
图8(a)是用在第二个实施例的压缩机中导销的另一个实施例的横截面图。图8(b)是该实施例导销的立体图。
图9是现有技术的一台变量压缩机的部分横截面图。
参照图1、图2和图3描述本发明的一台车辆空调的变量压缩机的第一个如图1所示。一台压缩机10包括一个气缸体11、一个装在气缸体11前端的前壳件12、一个通过一阀盘13装于气缸体11后端的后壳件14。壳件12、壳件14、阀盘13和气缸体11用一组螺栓10a相互固定在一起。(图中仅画了一个)。一个曲柄腔位于气缸体11和前壳件12之间。
一根驱动轴16用轴承支承在气缸体11和前壳件12上。一个突缘板17装于曲柄腔15内的驱动轴16上。突缘板17通过一止推轴承18传递推力到前壳件12的内壁面上。
一斜盘19，或一凸轮盘包括一铝制的斜盘体20和一铁制的导板21，斜盘体20压装在导板21上。这样，抑制了在斜盘19和铁制滑靴23a之间的烧伤。也限制了斜盘的重量。导板21有一通孔21a，驱动轴16穿过通孔21a。一个铰接装置22配置在突缘板17和斜盘19之间。因此，斜盘19随着凸缘板17和驱动轴16同步旋转，并且斜盘19能够在驱动轴16上轴向滑动的同时相对于驱动轴16倾斜。
在铰接装置22相对于驱动轴16相反的位置上，导板21有一个平衡重21b。在凸缘板17和导板21之间，一个弹簧16a套装在驱动轴16上。弹簧16a将斜盘19向气缸体11的方向推，即，向倾斜角减小的方向推。
一组气缸孔11a(图1中仅画了一个)位于气缸体11中，这些孔11a等角度间隔地配置。在每个气缸孔11a中都装有一个单头活塞23。气缸孔11a的前端开口由阀盘13封闭，一个压缩腔11b位于每个气缸孔11a内。压缩腔11b容积的变化取决于相应活塞23的位置。每一个活塞23通过一对滑靴23a连接于斜盘19的周边上。因此，由驱动轴16的旋转产生的斜盘19的旋转运动转换成活塞23的往复运动。
驱动轴16通过一传动机构24连接在发动机25上。传动机构24可以是一个离合器装置(例如电磁离合器)，它连接或断开动力传递，并由外部来控制。或者，传动机构是非离合器形式(例如皮带和皮带轮连接)。本实施例就是非离合器型的传动机构24。
在后壳件14内有一个进气腔26和一个环绕着该进气腔26的排气腔27。在阀盘13上与每个气缸孔11a相应的位置上都有一个进气孔28，一个排气孔30，一个打开和关闭排气孔30的排气阀31。进气腔26和排气腔27通过外部的制冷回路32互相连接。
气缸体11、阀盘13和后壳件14上都具有一连接曲柄腔15和排气腔27的气体供应通道33，和一连接着曲柄腔15和进气腔26的放泄通道34。一个控制阀35装在供应通道33上。控制阀35类似于公开在日本未审专利，公开号为Hei9-268973中的控制阀，具有一个随着进气压力的改变而运动的波纹管、一个产生电磁力的电感线圈以及一个根据波纹管的位移量和电感线圈的电磁力来控制供应通道33的开启度的阀机构。图中未表示控制阀35的部件。
当进气腔26内的压力达到或小于预定值时，波纹管移动打开供应通道33，当进气腔26达到或大于预定值时，供应通道33保持关闭状态。压缩机的排气量可以通过用控制阀35控制曲柄腔内的压力(曲柄压力Pc)来调整。这样，当进气腔26中的压力较低时，控制阀35的开启度增加使得曲柄压力Pc增加。相应地，斜盘19的倾斜角(垂直于驱动轴16的平面与斜盘19所夹的角)减小，因此，每个活塞23的行程也减小，排气量也减少。另一方面，当进气腔26压力较高时，控制阀35的开启度减小，使得曲柄腔压力Pc降低。斜盘的倾斜角增大，因此，每个活塞23的行程增加，排气量也增加。
接下来，进一步描述铰接装置22。铰接装置22有两个从突缘板17的后面伸出的支承臂36(图上仅画了一个)、形成于每个支承臂36内导孔37，两个装于斜盘19上的导销38。每个导孔37都是圆柱状的。导销38是平行的，一个包括驱动轴轴线的假想平面处于两导销38之间。一个导销38对应于每个支承臂36。导销的形状和尺寸都是相同的，相对于上述假想面对称。
每一个导销38包括一个与斜盘19相连的杆体38a和一个形成在杆体38a末端的球状体38b。球状体38b安装在导孔37中。每个球状体38b有一个比杆体38a的直径大的外径，每个球状体38b的远端都被平面截去。每一个球状体38b至少有一部分是中空的。每一个导销38都是用镦锻机或锻压机锻造成的。
每个导销38中的空心腔38c开口在球状体38b的远端。空心腔38c的形状可以合理地选择，例如，许多形状中的任何一个形状，如图2(a)所示第一形状，在这种形状中空心腔38c近似地伸到球状体38b的中心部；第二个形状如图2(b)所示，空心腔38c伸到杆体38a；第三个形状如图2(c)所示，空心腔38c伸到杆体38a与导板21结合位置的附近。2(a)、2(b)、2(c)所示的导销38的质量以下面不等式所示的方式下降图2(a)＞图2(b)＞图2(c)。
斜盘19的形状类似于日本公开的未审专利，公开号为Hei7-293429(Usp5.573.379)中的斜盘。图3(a)和图3(b)使用X.Y.Z坐标系统。另外，斜盘19的摆动轴线用S表示。驱动轴16的轴线用Y表示。一个Z轴线垂直于图3(a)纸平面。并平行于摆动轴线S。一个X轴线垂直于Y和Z轴线。X、Y和Z轴线的交叉点确定为原点O。如图4所示，当斜盘19的倾斜角从零度角开始旋转时，斜盘19相对于XY平面和YZ平面的惯性积Ixy会在排气量增加的方向上(在斜盘19的倾斜角增加的方向上)产生力矩M。
压缩机运转如下随着驱动轴16旋转，斜盘19旋转，斜盘19的旋转通过滑靴23a被转化成每个活塞23的往复运动。结果，在压缩腔11b中，制冷气吸入、压缩、排出有依次重复。从外部制冷循环32输送到进气腔26中的制冷剂通过进气孔28吸入压缩腔11b中。在制冷剂被压缩以后，通过排气孔30被排到排气腔。制冷剂排到排气腔27经由排气孔进入外部的制冷循环32。
控制阀35的开启度是根据制冷负载来调节的。当制冷负载高并且进气腔26中压力高时，控制阀的开启度减小，并且在曲柄腔15中的压力(曲柄压力Pc)也随之降低，这会增大斜盘19倾斜角。每个活塞的行程随着增加，压缩机10在大排气量下运转。另一方面，当制冷负载低并且进气腔26内的压力也低时，控制阀35的开启度和曲柄腔15的压力(曲柄压力Pc)增加，这样，斜盘19的倾斜角减小。结果，活塞行程23减小，压缩机10在小排量下运行。
基于气缸孔内压力和曲柄压力Pc之间互相关系所产生的力矩、离心力所产生的力矩以及弹簧16a的力都作用在斜盘19上，斜盘19的倾斜角是根据这些分量之间的平衡来确定的。
斜盘19的旋转而产生的力矩(离心力产生的力矩)是斜盘19在直角坐标系(X、Y、Z)中相对于XZ平面和YZ平面的惯量Ixy与驱动轴16的角速度ω的平方相乘后的积。
如图3(a)所示，Y轴与驱动轴16轴线一致，Z轴平行于摆动轴S。X轴垂直于X轴和Z轴。当X轴向上为正，Y轴向前为正时，斜盘的惯性积Ixy=∫xydm。这里dm是包括导销的斜盘19质量微分。因此，即使活塞23的外径、排列和数量，斜盘19的外径，导销38的外部形状，以及旋转速度(角速度ω)都固定不变。由旋转产生的力矩就会随着导销38的球状体部38b的中心和XZ平面之间的距离L而变化。
当斜盘19是采用将铁制金属导板21压装到铝制金属斜盘体20上形成以产生一大的压装面积时，与图3(b)所示的完全铁制的斜盘19相比，图3(a)所示距离L增加大约20％。因此，即使导销38形状相同，图3(a)中的斜盘19产生的惯性积Ixy与图3(b)的斜盘19比起来也有显著地地增加。
斜盘19在最小倾斜角附近时旋转产生的力矩M会起到增加斜盘的倾斜角的作用。这样，当惯性积Ixy很大时，在高转速时影响也大。因此，要减小斜盘19的倾斜角，就要求曲柄压力Pc比较高。即使导销38的质量相同，当位于XY面之外的部分以及导销38远端部位的质量很大时，导销38的惯性积Ixy也变得很大。
反之，在这个实施例中，由于有了空心腔38c，所以，导销38的前球状部位38b的质量减少了，即使导销38质量相同，惯性积Ixy也比没有空心腔38c的斜盘小。而且，如图4所示，基于斜盘19旋转的力矩M比传统的斜盘的力矩Mo小。因此，改变斜盘19的倾斜角所需的曲柄压力Pc减小了。当改变倾斜角所需的曲柄压力Pc较高时，即使被调整到一个预定的倾斜角，压缩负荷中的一个轻微地变化都有可能使倾斜角发生转变，并且可能会产生振荡。然而，改变倾斜角所需的曲柄压力Pc减小时，振荡几乎不可能产生。这可以从以下事实中了解到，即，力矩M相对于斜盘19的倾斜角的变化率比起带有图4中的传统导销的斜盘的力矩Mo的变化率要小。减少导销38的质量可使得平衡重21b的质量减小，并有助于减少斜盘19的旋转力矩M的变化率。
本实施例有以下效果。
(1)导销38至少有一部分是中空的。这样，导销38的某一部分的会影响驱动轴16和斜盘19的旋转力矩的惯性积会减小。因此，改变压缩机排气量所需的曲柄压力Pc就能够在较高转速下被减小，振荡也能被抑制。此外，在无离合器型压缩机中，即使车辆空调被关闭，发动机的动力也会被传递给压缩机。然而，在斜盘19的倾斜角接近于0的时，动力损耗依然能够得到降低。而且，当在压缩机排气口的下游设置一个单向阀时，阀的开启压力能得到降低并且生能也随之得到改进。
(2)导销38的球状部38b和支承臂36的导孔37形成铰接装置。因此，通过将导孔37加工成一种简单的圆柱形或类似形形状，斜盘19在驱动轴16上的滑动就会得到平稳地导向。
(3)当导销38被挖空，对惯性积Ixy影响最大的质量被去掉。因为销38的远端的影响比起近端更大，因此远端被挖空。
(4)空心腔38c开口在远端。这样，通过改变空心腔38c的深度，很容易地改变惯性积Ixy，此外，空心腔38c的加工也比较简单。
(5)导销38球形体38b的远端被截短。因此，与一般的完整的球端相比惯性积Ixy减小。
(6)导销用锻造方法制成。因此，其强度比用切削方法加工的空心腔的导销高。另外，如果导销用镦锻机或锻造机制造，其生产率就更高了。
(7)斜盘19是由铝制金属斜盘体20和铁制的导板21制成的。因此，整个斜盘比铁制斜盘要轻。
(8)斜盘19通过孔21a的内壁直接支承在驱动轴上。这样，就不需要在驱动轴16上安装轴套和连接斜盘与轴套的枢轴，使得零件数量减少。
本发明第二个实施例参考图5和图6来描述。在第二个实施例中，铰接装置22与第一个实施例不同。其它方面，第二个实施例与第一个实施例基本相同。因此，相同的部件用相同的标号来表示，仅解释不同的。
如图5所示，一个轴套39装在驱动轴16上并且允许在驱动轴16上滑动。一个斜盘导板21借助于一对支承轴40(图只表示一个)可转动地支承在轴套39上，支承轴40沿垂直于驱动轴方向延伸。
铰接装置22包括两个从导板21向着凸缘板17伸出的两个摆动臂41。一个支承臂42从凸缘板17上伸出，导销43将摆动臂41连接到支承臂42上。摆动臂41围绕支承臂42，如图6所示。一个导孔44形成于支承臂42内。每个摆动臂41都有一个装配孔45，它们的轴线平行于支承轴40。导销43被压装到装配孔45内并装入导孔44中。
导孔44延长成即使斜盘的倾斜角变化，活塞23的顶部死点位置也基本上不变。就是说，导孔44离斜盘19愈近，它离驱动轴16愈远。导销43是一个中空的圆柱。
本实施例的铰接装置22中，由于导销43沿着导孔44移动，斜盘19随着凸缘板17一体旋转。并引导斜盘19在驱动轴16上倾斜运动和滑动。
因此，本实施例具有除在第一个实施例中描述的效果(1)到(7)外，还具有以下效果。
(9)导销43，它是铰接装置的一部分，沿着导孔44移动，对斜盘19的滑动和倾斜起导向作用。因此，导销43可以具有一种简单的直线结构，并且可简化加工。
(10)导孔44形成于支承臂42内，装配孔45形成于摆动臂41内。因此，斜盘19的结构比起导孔44形成于摆动臂41内的斜盘来说简单了。
第二个实施例不限于上述结构，可以构成如下例子。
和在第一个实施例中一样，在使用球形导销38的一个结构中，导销38的空心腔38c形成在导销38的杆体38a中。如图7(a)和图7(b)所示。此外，一个空心腔38c可形成于导销38内，且可以在杆体38a中加工一个狭长切口38b，如图7(c)所示。在这种情况下，杆体38a的外径公差可增大。
在第二个实施例中，导销43可以这样形成，即，一个隔墙形成于空心部43a内，如图8(a)所示。或者，如图8(b)所示，销43的末端可以是实心体，而用图5中简单管子的形状代之。导销43上的力有力地作用在导销43的端部。然而，当导销端部43是实体时，就提高了导销43的强度。
在第一个实施例中，斜盘19可以象在第二个实施例中一样，通过支承轴40与安装在驱动轴16上的一个套筒39可转动地相连。或者，在第二个实施例中，斜盘19可以象在第二个实施例中一样支承在驱动轴16上。另外，一个球形套筒可以装在驱动轴16上，斜盘19可转动地支承在球形套筒的外表面上。
图1到图6的铰接装置有两个接头。这就是，两个销38与图1中两个孔37配合，并且两个臂41形成如图6中的接头。或者，每个铰接正好有一个接头。然而，从动力传递中旋转平衡和平稳性角度考虑，采用两组接头是比较好的。
斜盘19可只用一种金属制造，如铁基金属以及类似的金属。在这种情况下，不需要压装盈余量，也可减少导销38和XZ面之间的距离。因此，由于将导销38加工成空心形状，惯性积Ixy能得到进一步减小。当斜盘19的材料与滑靴23a的相同，就需要对滑靴23a滑动面进行一种表面处理(如铝喷涂)以防止烧坏。
在第二个实施例的铰接装置22中，导孔44可形成于摆动臂41中，装配孔45可形成于支承臂42内。
导销38可用切削或铸造的方法制造。
本发明可应用于摇摆型变量压缩机。
在不脱离本发明的构思和范围的情况下，可以以许多其它具体的方式实施本发明，这对于熟悉本领域的人来说是很显然的。特别是，本发明以下述方式实施是应当理解的。
因此，目前例子和实施例应被看作是一种解释说明而非对本发明的一种限制，并且本发明不局限于在此所给出的各种细节，而是可以在附后的权利要求书的等效和范围内进行改变。
权利要求
1．一种变量压缩机包括一带有气缸孔(11a)的壳体；一个容纳在气缸孔内的活塞(23)；一个由壳体支承的驱动轴(16)；一个整体固定在驱动轴上的旋转支承件(17)；一个连接到活塞的凸轮盘，用于将驱动轴的旋转运动转化成活塞的往复运动，其中凸轮盘(19)相对于驱动轴倾斜，并且，当凸轮盘的倾斜度变化时，活塞(23)的行程变化以改变压缩机的排气量；以及一个位于旋转支承件(17)和凸轮盘(19)之间的铰接装置(22)，其特征在于该铰接装置(22)包括一用于传递旋转支承件(17)的旋转到凸轮盘(19)的和容许凸轮盘倾斜的导销(38)，其中导销(22)的一部分是空的。
2．按照权利要求1所述的压缩机，其特征在于铰接装置包括一个从旋转支承件伸向凸轮盘的支承臂(42)和一配置在支承臂内导向部分(37)，导销(38)包括一个装在凸轮盘上的杆体(38a)和一个设置在杆体上并且直径大于杆体直径的球状部(38b)，其中球状部(38b)装配在导向部分(37)中，球状部(38b)的至少一部分是中空的。
3．按照权利要求2所述的压缩机，其特征在于导销(38)有一个中空腔，它的开口在球状部外圆周上，其中中空腔基本伸到球状部分的中心
4．按照权利要求2所述的压缩机，其特征在于导销(38)有一个中空腔，它的开口在球状部外圆周上，其中中空腔伸到杆体。
5．按照权利要求2所述的压缩机，其特征在于杆体(38a)的一部分植于凸轮盘内，杆体(38a)的另一部分位于凸轮盘(19)外，其中导销有一个中空腔，它的开口在球状体部分的外表面上，其中中空腔伸进杆体的整个外露部分。
6．按照权利要求1所述的压缩机，其特征在于铰接装置包括一摆动臂(41)从凸轮盘(19)伸向旋转支承件(17)；一个在旋转支承件(17)上的支承臂(42)；一个导孔(44)形成在摆动臂和支承臂中的其中之一上；以及一个安装孔(45)形成在另一个摆动臂和支承臂中的另一个上，其中导销配置在导孔和安装孔内。
7．按照权利要求6所述的压缩机，其特征在于导孔(44)形成于支承臂(42)中，安装孔(45)形成于摆动臂(41)内。
8．按照权利要求7所述的压缩机，其特征在于摆动臂是第一摆动臂，安装孔是第一安装孔，且压缩机进一步包括一个第二摆动臂和一个相应的第二安装孔，第一和第二摆动臂配置在支承臂(42)相对两侧，其中，第一安装孔与第二安装孔同轴，在摆动臂和支承臂之间延伸的销的端部是实心的。
9．按照权利要求1所述的压缩机，其特征在于导销(38)是锻造的。
10．按照权利要求2所述的压缩机，其特征在于球体部分(38b)的远端被截掉。
全文摘要
通过改变凸轮盘(19)的倾斜度而改变活塞(23)的行程,从而改变压缩机的排气量。一个铰接装置位于一旋转支承件(17)和凸轮盘(19)之间。该铰接装置包括一个导销(38),该导销将旋转支承件(17)的旋转运动传递给凸轮盘(19),并使得凸轮盘倾斜。至少导销(38)的一部分是中空的。
文档编号F04B27/10GK1318691SQ0111928
公开日2001年10月24日 申请日期2001年4月17日 优先权日2000年4月17日
发明者粥川浩明, 山田清宏, 富田正伸 申请人:株式会社丰田自动织机制作所