专利名称：密闭式压缩机的轴向轴承结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种往复式密闭压缩机的轴向滚动轴承设置，上述压缩机具有垂直轴线，应用于小型制冷系统中。
背景技术：
现有的密闭式制冷压缩机安装在密闭壳内，气缸体支撑一垂直曲柄，并安装有电机转子。曲柄轴-转子装置的重量通常由为扁平轴向滑动轴承的轴向轴承来支撑。
上述曲柄轴在其下端承载有一泵转子，在压缩机操作过程中，将壳内下部存储器中的润滑油导引到相对运动的零件上，以保证在上述零件操作过程中有足够的油供给。
轴向轴承的定位可以根据压缩机构件的设置以及设计变化的不同而不同。上述解决方案考虑到可以将转子在气缸体之下安装在曲柄轴上，如
图1所示，或也可以将转子在气缸体之上安装在曲柄轴上，如图2所示。根据转子相对气缸体的安装位置，可以改变限定轴向轴承的表面。
转子安装在气缸体之下的时候，曲柄轴环形凸缘的下表面轴向安装在形成于径向轴承毂上端的环面上。另一方面，当转子安装在气缸体之上时，转子的下表面轴向安装在形成于径向轴承毂上端的环面上。但是，当转子安装在气缸体之下时，曲柄轴环形凸缘的下表面轴向安装在形成于径向轴承毂上端的环面上。
在压缩机中，转子安装在气缸体之下的时候，可以设置有一第二轴承的组件在曲柄轴的偏心部分上，径向致动曲柄轴。在这种结构中，上述曲柄轴包括有一第二环形凸缘，其下表面轴向形成在该第二径向轴承的上环面上。
在上述任何一实施例中，由于定位误差(轴向相碰)和压缩机操作过程中的零件变形，不可能保证设置有轴向轴承的相对表面间的平行度。
上述形成轴向轴承的表面定位误差可以通过更加精确的制造工艺来得以最小化。但压缩机操作会引起固有的零件变形，而且这些变形产生在制冷气体的压缩期间内。这些变形被平移，就会减少轴向轴承相对表面之间的平行度，从而产生不适合油膜结构的几何形式，结果减少润滑轴向轴承的能力，这样由于摩擦就增加了机械损失，从而还可能导致表面磨损。另外，零件的变形，尤其是连杆和曲柄轴之间垂直度的减小会使得压缩制冷气体的力被分解，并附加给在曲柄轴轴向方向的零件，使得曲柄轴-转子装置在上述轴向轴承上增加额外的负载或力。
可以通过使用更高效的轴承减小机械摩擦损失来改进这些压缩机的性能。在这一方面，可以使用轴向滚动轴承，其操作可以消除机械损失，接近于理想化。转让给White Consolidated Industries，Inc.的巴西专利PI 8503054就描述有利用这种理念的轴承解决方案，其中密闭压缩机内电机的转子就安装在气缸体之上。
在专利PI 8503054中的这种结构里，由两个环形扁平座圈和滚珠轴承罩构成的轴向滚动轴承，设置在转子面和形成于径向轴承毂上端的环面之间，上述轴向轴承直接被曲柄轴的主体外表面在其内径内所导引。
上述轴向轴承的使用寿命由座圈所确定。虽然如此，相比较于具有平行座圈的轴向滚动轴承的使用寿命，由于偏差的存在，座圈之间以十进制计的平行度的毫弧度也足以使得其工作寿命减少20倍。
滚动轴承使用寿命减小的原因是由于轴向载荷集中在一或两个滚珠上，而不是该载荷被分配给滚动轴承的所有滚珠上。
在专利PI 8503054中公开了在密闭式压缩机中电机的转子在气缸体之下被安装到曲柄上，曲柄凸缘的下表面和形成在径向轴承毂上端的环面之间设置有一轴向滚动轴承，如图3所示，从而增加了气缸轴线和邻近径向轴承体端部的轴承环面之间的距离。这里在这种基于现有技术的教导为前提的安装条件下，气缸轴线和径向轴承毂邻近端之间的距离增加将使得径向轴承毂-曲柄轴装置的的动量增大，结果增加了作用在该装置上的弯曲和应力。
图3中所述实施例的另一缺点就是整个轴向轴承的油泄漏高，从而由于摩擦，增加了轴向滚动轴承的机械损失，并减小了曲柄轴部以及轴向滚动轴承上压缩机零件的润滑油量。轴向滚动轴承合适的润滑油量可以优化减少上述机械损失并增加零件的使用寿命。
径向轴承毂-曲柄轴装置弯曲的增加以及整个轴向滚动轴承的油泄漏增加都会加大压缩机内的噪音，减少轴承的效率，并降低压缩机零件的机械可靠性，这些零件其中一个可以为轴向滚动轴承。
发明简述本发明的一个通用目的就是提供一种用以往复式密闭压缩机制冷的轴承设置，它不会引起轴向轴承相对表面之间的平行度偏差。
本发明另一个目的就是提供一种用以往复式密闭压缩机制冷的轴承设置，其使得电机的转子在气缸体之下和垂直的曲柄轴相连，从而不会增加径向轴承毂-曲柄轴装置上的弯曲和应力。
本发明另一个目的就是提供一种上述类型的轴承设置，不会影响曲柄轴和轴向滚动轴承之上的压缩机其它零件的充分润滑，并进一步可以使得有足够的润滑油量供应到轴向滚动轴承内。
应用有上述轴承设置的往复式密闭压缩机包括一外壳；一安装在外壳内、承载气缸的气缸体，并垂直设置有径向轴承毂；穿过上述径向轴承毂的一垂直曲柄轴，具有一向下突出在径向轴承毂之下、并和电机转子相连的下端部，以及一向上突出到径向轴承毂之上、并包括一周向凸缘的上端部，其下端部形成有一支承环面和一偏心部。
根据本发明，径向轴承毂形成有一具有内表面的上管延伸部，该内表面径向承载曲柄轴的对应延伸部，上管延伸部还具有一环形端面和一外表面，与内表面同心，环绕一轴向滚动轴承安装。上述轴向滚动轴承同时位于上述径向轴承毂和曲柄轴的支撑环面上，以便于使得在上述支撑环面和上管延伸部环形端面之间的轴向间隙最小。
附图简述本发明通过参考附图将在下面详细描述，其中图1是现有技术中一往复式密闭压缩机的中部垂直剖图，垂直曲柄轴和气缸体之下的电机转子相连，并垂直由轴向轴承所支撑；图2是前图中类似的视图，但描述了现有技术中的结构，其中电机转子设置在气缸体之上，并垂直由轴向轴承所支撑；图3是根据现有技术的教导，图1所述类型气缸体的部分垂直剖视图，其中设置有一垂直径向轴承毂，其上端位于一用于曲柄轴-电机转子装置的轴向轴承上；图3a示出了图3部分的放大细节；图4是图1所述气缸体的部分垂直剖图，根据本发明的设置，其中设置有一径向轴承毂，其可以接受一轴向滚动轴承；图4a以放大视图示出了图4部分，描述了轴向滚动轴承设置的第一实施例；图4b同样以放大角度示出了图4部分，描述了轴向滚动轴承设置的第二实施例；图4c和图4a，b以相类似的方式示出了本发明轴向滚动轴承的第三优选实施例的描述图1以简单的方式描述了一包括外壳10的往复式密闭压缩机，外壳内悬置有一限定气缸30的气缸体20，并设置有一承载垂直曲柄轴50的垂直径向轴承毂40，该曲柄轴50的下端向下突出在径向轴承毂40之下，和电机60的转子61相连，其定子62在气缸体20下相连。曲柄轴50进一步包括一突出在径向轴承毂40之上的上端，并具有一周向凸缘51，其下表面形成有一轴向轴承环面51a，和一安装在连杆70大孔中的偏心部52，该连杆相类似的孔中安装有在气缸30内往复运动的活塞80。
在这种结构的现有技术中，轴向轴承环面51a由径向轴承毂40的上环面41所支撑，从而使得形成一轴向滑动轴承支撑上述曲柄轴50-转子61装置的重量。
图2同样描述了带有图1中压缩机中相同部件的往复式密闭压缩机，相同部件的参考标号相同。但在图2所述的结构中，电机60设置在径向轴承毂40之上，使得轴向轴承定位于距离气缸30轴线的某一距离，轴向轴承两个环面之间平行度的偏差较小。
在图2结构中，使用了轴向滚动轴承90，其靠在径向轴承毂40的上环面41上，相对转子61的下表面。
在图3-3a的结构中，描述了一种用以往复式密闭压缩机的轴向滚动轴承设置，曲柄轴50垂直设置并承载电机的转子，电机安装在气缸体20和径向轴承毂40之下。
在这种现有技术的结构中，轴向滚动轴承90包括一含有多个彼此倾斜间隔的滚珠的环状轴承罩91，上述滚珠由扁平金属垫片形式的上环形座圈92和下环形座圈93所支撑，该环形座圈分别靠在曲柄轴50的环面51a和径向轴承毂40的上环面上。为了保证曲柄轴50相对气缸轴线的正确定位，径向轴承毂40的上环面41凹进一定深度，从而可以容纳轴向滚动轴承90高度的增加。
但即使曲柄轴50没有改变，通过这种简单技术设置上述轴向滚动轴承90也会导致气缸30轴线和径向轴承毂40的上环面41之间限定径向轴承起点的距离增加。
图4和图4a描述了本发明轴承设置的第一实施例。
根据本发明，径向轴承毂40包括一上管延伸部45，该延伸部具有一环绕安装的承载曲柄轴50对应延伸部的内表面45a，环形端面45b以及外表面45c，并带有一最小径向间隙，还包括一轴向滚动轴承90，相比较于图3a中的实施例，具有更详细的结构。
如图4a更清晰的所示，轴向滚动轴承90的上环座圈92靠在曲柄轴50的轴向凸缘51的支撑环面51a上，并还靠在径向轴承毂40的上环面41上，相对上述上管延伸部45的环形端面45b，被轴向间隔保持。在图4-4c所述的实施例中，径向轴承毂40的上环面41被轴向间隔设置在轴承毂40的轮廓内，从而接收轴向滚动轴承90，而并不需要径向轴承毂40设计上的改变。
径向轴承毂40上上环面41轴向的间隔设置，轴向滚动轴承90的高度，以及上管延伸部45的尺寸设置都可以保证曲柄轴50的轴向轴承可以最小化在上管延伸部45的环形端面45b和曲柄轴50的支撑环面51a之间的轴向间隙，从而可以容易地制造和安装。
在油从下端泵送到曲柄轴50的偏心部52并通过曲柄轴50内部的结构中，轴向滚动轴承90的润滑可以受控，使得部分油流向上述偏心部52，即使在曲柄轴50的支撑环面51a和径向轴承毂40上管延伸部45的环形端面45b之间出现有过大的间隙，也并不会影响偏心部52的润滑。
但如果向上泵送存储在外壳10底部的润滑油是利用设置在曲柄轴50外部的螺旋槽55，就需要特别注意上述轴向滚动轴承90的结构，以避免油在向上流的过程中达到该轴承的高度而径向通过轴向滚动轴承90的区域泄漏，从而影响偏心部52的润滑。
如图4-4a所述，油沿着外置螺旋槽55向上泵送，直到其到达在轴向滚动轴承90区域内该槽的上端，该上端朝向一轴向倾斜油路58的下端开口，该油路58被引入上述偏心部52的端面，其下部并轴向开口于支撑环面51a的区域内。
最小化这种泄漏的可行解决方案就是控制在曲柄轴50的支撑环面51a和径向轴承毂40上管延伸部45的环形端面45b之间的轴向间隙FA。但该解决方案需要消除制造和安装公差，从而使得间隙足够小，以避免油泄漏，同时避免彼此相对运动的相对面的接触。
图4-4a揭示了根据本发明的第一种方案，其中当上升的油经过轴向滚动轴承90时，有适当的量被保留，所以不会产生摩擦，也不需要上述要求的公差，因而就不会使得压缩机的制造和安装过程变得复杂困难。
根据该第一实施例，轴向滚动轴承90的上环形座圈92可以是垫圈并具有矩形截面，其内圆柱面92具有一相对于上管延伸部45的圆柱外表面45c的径向间隙FR。由于这两个表面彼此相对移动，而且曲柄轴旋转，所以就可以避免这两个表面间的接触和磨损。
根据本发明，通过锁定上环形座圈92相对曲柄轴50的径向位移就可以避免轴向滚动轴承90上环形座圈92的内圆柱面92a和上管延伸部45的外表面45c之间的摩擦接触，例如在径向朝向上管延伸部45外表面45c的位置上，可以通过设置一由曲柄轴50携带的阻挡件51b来完成。
在所述的实施例中，上述阻挡件51b可以是曲柄轴50的凹槽，径向内置并邻近上环形座圈92的内圆柱表面92a，其可以形成于曲柄轴50的支撑环面51a上。
如图4d所示，上述凹槽的内径大于上管延伸部45外表面45c的外径。尽管没有描述，也可以通过固定件来避免这种接触。例如利用一设置在上环形座圈92和曲柄轴50的支撑环型座圈51a之间的粘结件。在这里描述的两种安装方案中，都可以保证相对于曲柄轴50主体，上环形座圈92内径的同心性。
相对于上管延伸部45的外表面45c，利用具有上环形座圈92内圆柱面92a的重叠部分SB的轴向延伸部，通过调节上述径向间隙FR可以或多或少的保留一部分油，这种调节为向下流向两个圆柱相对表面的油限定了载荷损失度。这样，就可以放松径向间隙FR的公差，以利于制造和安装，却并不会通过轴向滚动轴承90发生油泄漏。
图4b描述了图4a中方案的一种变体，轴向滚动轴承90内的上环形座圈92在内上边缘设置有一倾斜沟槽92c，该沟槽位于轴向间隙FA的高度上，以便于容纳从轴向间隙FA径向泵送的油，该间隙设置在曲柄轴50的支撑环面51a和上管延伸部45的环形端面45b之间。沟槽92c作为一力分解偏转结构，使得这里接收的径向的油向上流动，通过油路58径向的轴向开口下部进入油路58，并被导引到偏心部顶部。沟槽92可以有任何合适的轮廓，利用沟槽92c获得的向上冲量可以补偿上述的减少，即这种结构通常产生在轴向重叠延伸部，径向间隙FR在上环形座圈92和上管延伸部45之间减少。
根据本发明的结构选择，轴向滚动轴承90的上环形座圈92包括一形成有底部BF的上表面92b，该底部用以支撑润滑油流经上述油路58。
图4c描述了第三种可行结构，其中在轴向滚动轴承90的上环形座圈92和曲柄轴50的支撑环型座圈51a之间设置有一垫圈96，该垫圈的内表面96a径向和上管延伸部45的外表面45c相间隔，以限定上管延伸部45的外表面45c和上环形座圈92，一朝向轴向间隙FA开口的上环槽100朝向油路58开口，从而将利用曲柄轴50旋转的离心力泵送的径向油流引入该环槽内部。该上环槽100具有一限定有底部BF的底壁，该底部用以支撑润滑油流经上述油路58。
通过这种结构，积聚在上环槽100内的油由于离心力的作用就被压在垫圈96的内表面96a上。由于形成环槽100底部上环形座圈92的径向延伸部的锁定，上述油不可能向下流，所以油就会向上进入到油路58内，并继续流到偏心部52的顶部。为了便于油上升，环槽100在其上部朝向油路58内部完全打开，而且环槽100的径向外表面正切于油路58的轮廓。
由于离心力在环槽100内作用油，防止其径向朝向上环形座圈92和上管延伸部45之间的径向间隙FR返回，该径向间隙不需要任何紧密的公差，以利于零件的制造和安装。
可以理解垫圈96仅仅是一种说明形式，用以在轴向滚动轴承90的上环形座圈92内提供一油积聚内上槽(oil accumulating internalupper groove)。
根据图4-5的说明，本发明的设置进一步包括一支承结构95，位于径向轴承毂40的上环面41上，旋转地在轴向滚动轴承90上保持下环形座圈93的下表面93a，上述支承结构95可以相对径向轴承毂40的上环面41以及相对下环形座圈93根据彼此错开90度的直径轴振动。
本发明的结构选择中，在下环形座圈93和支承结构95的上接触面95a，以及支承结构95的下接触面95b和径向轴承毂40的上环面41限定的相对零件之间，包括有每一对相反的中凸突出部设置在上述相对零件中的一个上，并靠在上述相对零件中的另一个上，一对中凸突出部相对另一对中凸突出部错开布置90度。每一中凸突出部可以为设置在上述零件上的圆柱突出件。
根据上述描述，上述支承结构95的每一上接触面95a和下接触面95b都设置有各自的中凸突出部。
权利要求
1.一种用于往复式密闭压缩机的轴向轴承结构包括一气缸体(20)，安装在外壳(10)内，并且承载气缸(30)以及垂直设置的径向轴承毂(40)；一曲柄轴(50)，穿过上述径向轴承毂(40)安装的，并具有一向下突出在径向轴承毂(40)之下、并和电机(60)转子(61)相连的下端部，以及一向上突出到径向轴承毂(40)之上、并包括一周向凸缘(51)的上端部，其下表面形成有一支撑环面(51a)和一偏心部(52)，其特征在于径向轴承毂(40)形成有一具有内表面(45a)的上管延伸部(45)，该内表面径向承载曲柄轴(50)的对应延伸部，上管延伸部还具有一环形端面(45b)和一端面(45c)，环绕端面(45c)安装一轴向滚动轴承(90)，上述轴向滚动轴承同时位于上述径向轴承毂(40)和曲柄轴(50)的支撑环面(51a)上，以便在上述支撑环面(51a)和上管延伸部(45)的环形端面(45b)之间保持一定最小的轴向间隙(FA)。
2.如权利要求1所述的轴向轴承结构，其特征在于轴向滚动轴承(90)的上环形座圈(92)被锁定，以防相对于曲柄轴(50)的径向位移，以避免内圆柱面(92a)和上管延伸部(45)的外表面(45c)相接触。
3.如权利要求2所述的轴向轴承结构，其特征在于轴向滚动轴承(90)的上环形座圈(92)的所述径向锁定通过阻挡件(51b)来完成，该阻挡件由曲柄轴(50)承载并径向外置于上管延伸部(45)的外表面(45c)。
4.如权利要求3所述的轴向轴承结构，其特征在于上述阻挡件(51b)可以是曲柄轴(50)的一凹槽，径向内置并邻近上环形座圈(92)的内圆柱面(92a)。
5.如权利要求1或2中任一所述的轴向轴承结构，其特征在于轴向滚动轴承(90)包括一含有多个彼此倾斜间隔的滚珠的环状轴承罩(91)，上述滚珠由具有内圆柱面(92a)的上环形座圈(92)和下环形座圈(93)所支撑，该环形座圈分别靠在曲柄轴(50)的支撑环面(51a)和径向轴承毂(40)的上环面(41)上，其中相对上管延伸部(45)的外表面(45c)，上环形座圈(92)的内圆柱面(92a)包含一具有重叠部分(SB)的轴向延伸部，其尺寸设计得可以达到约束轴向的油流经上述径向间隙(FR)所需的程度，并引导大部分油向上流进内置于曲柄轴(50)的油路(58)内部，使得油流到偏心部(52)的顶部。
6.如权利要求5所述的轴向轴承结构，其特征在于轴向滚动轴承(90)的上环形座圈(92)在内上边缘设置有一倾斜沟倒角(92b)，该倒角位于轴向间隙(FA)的高度上，以便容纳径向从曲柄轴(50)泵送的润滑油，并引导上述油向上流到油路58的内部。
7.如权利要求5所述的轴向轴承结构，其特征在于轴向滚动轴承(90)的上环形座圈(92)包括一形成有底部(BF)的上表面(92b)，该底部用以维持润滑油流经上述油路(58)。
8.如权利要求5所述的轴向轴承结构，其特征在于轴向滚动轴承(90)的上环形座圈(92)形成有一在内部区域通向轴向间隙(FA)的上环槽(100)，该上环槽由上管延伸部(45)的外表面(45c)从内限定，并向上通向油路(58)，该上环槽(100)具有一限定有底部(BF)的底壁，该底部用以维持润滑油流经上述油路(58)。
9.如权利要求8所述的轴向轴承结构，其特征在于上环槽(100)的径向外表面切于油路(58)的轮廓。
10.如权利要求9所述的轴向轴承结构，其特征在于上环槽(100)限定在上管延伸部(45)的外表面(45c)和垫圈(96)的内表面(96a)之间，垫圈(96)设置在上环形座圈(92)和曲柄轴(50)的支撑环面(51a)之间，上环槽(100)的底壁由上环形座圈(92)的上表面(92a)所限定。
11.如权利要求10所述的轴向轴承结构，其特征在于环槽(100)由上管延伸部(45)的外表面(45c)，滚动轴承(90)的上环形座圈(92)的上表面(92b)，垫圈(96)的内表面(96a)所限定，并向上通向内置于曲柄轴(50)中的油路(58)。
12.如权利要求1所述的轴向轴承结构，其特征在于进一步包括一支承结构(95)，位于径向轴承毂(40)的上环面(41)之下，在上面且以旋转固定的形式保持轴向滚动轴承(90)的下环形座圈(93)的下表面(93a)，上述支承结构(95)可以相对径向轴承毂(40)的上环面(41)以及相对下环形座圈(93)根据彼此错开90度的直径轴振动。
13.如权利要求12所述的轴向轴承结构，其特征在于在下环形座圈(93)的下表面(93a)和支承结构(95)的上接触面(95a)，以及支承结构(95)的下接触面(95b)和径向轴承毂(40)的上环面(41)限定的相对零件之间，各对径向相反的中凸突出部设置在上述相对零件中的一个上，并靠在上述相对零件中的另一个上，一对中凸突出部相对另一对中凸突出部错开布置90度。
14.如权利要求13所述的轴向轴承结构，其特征在于每一中凸突出部可以为设置在相应零件上的圆柱突出件。
15.如权利要求14所述的轴向轴承结构，其特征在于上述支承结构(95)的每一上接触面(95a)和下接触面(95b)都设置有各自的中凸突出部。
16.如权利要求5所述的轴向轴承结构，其特征在于上环形座圈(92)和下环形座圈(93)每一都可以为一平垫圈。
全文摘要
一种用以往复式密闭压缩机的轴向轴承结构包括一安装在外壳(10)内、承载气缸(30)的气缸体(20)，以及一垂直设置的径向轴承毂(40)；穿过上述径向轴承毂(40)的一垂直曲柄轴(50)，向下和电机(60)的转子(61)相连，以及一支撑环面(51a)和一偏心部(52)，径向轴承毂(40)形成有一上管延伸部(45)，承载曲柄轴(50)的对应延伸部，并环绕一轴向滚动轴承(90)安装，用以支撑曲柄轴(50)－转子(61)装置的重量，以及压缩制冷气体过程中产生的轴向应力。
文档编号F04B39/00GK1549898SQ02816993
公开日2004年11月24日 申请日期2002年8月29日 优先权日2001年8月31日
发明者安迪尔松·L·曼克, 迪特马尔·E·B·利列, 安迪尔松 L 曼克, 尔 E B 利列 申请人:巴西船用压缩机有限公司