活塞限位结构、压缩机及换热设备的制作方法

本发明涉及压缩机领域，具体涉及一种活塞限位结构、压缩机及换热设备。

背景技术：

转缸活塞压缩机是一种基于十字滑块原理工作的压缩机，其气缸在气缸套内转动，活塞横向设置在气缸的活塞孔中，且在活塞孔中往复滑动，从而在活塞的端面、活塞孔的侧壁与气缸套的内壁之间形成压缩腔。

为了保证活塞与活塞孔之间的贴合程度和适用性，从制造的角度来说，采用圆形的活塞孔和圆柱形截面的活塞显然是最优的，最容易保证加工精度。然而，在这种情况下，由于活塞孔是横向设置在圆柱形的活塞中，活塞孔的两端边缘实际上为两个圆柱的相贯线，因而沿周向各处的长度是连续变化的。同样，活塞的两端边缘也是两个圆柱的相贯线(与活塞孔的两端边缘一致)，活塞沿其周向各处的长度也是连续变化的。在理想状态下，活塞头部(即端面)的母线应当与气缸外表面的母线平行，这样活塞在往复运动的终点可以与气缸套的内壁完美贴合(即活塞端面与气缸外表面构成完成的圆柱面)，完成排气。然而，实际上当采用圆形截面的活塞时，在运行过程中，活塞相对于气缸会发生自转，由于活塞与活塞孔沿周向各处的长度都是连续变化的，二者之间一旦发生相对旋转，活塞端面与气缸外表面便不能形成完整的圆柱面，在活塞进行压缩的过程中便会造成活塞头部与气缸套内壁的干涉，导致撞缸。

为了解决圆形活塞会产生撞缸的问题，现有技术中采用两种方案对转缸活塞压缩机进行改进。

一是采用非圆形的活塞，气缸的活塞孔也需相应的设置为非圆形形状，非圆形结构加工工艺性不良，不利于规模化生产，且难以加工，精度难以保证。而且活塞与气缸配合面存在多个配档尺寸，例如两个非圆截面外圆直径、半圆弧面圆心距、平行段长度、活塞宽度等，装配过程很难同时保证活塞与气缸之间的配合间隙，影响压缩机装配及性能。并且非圆形活塞平行段实际运行时存在较大变形，影响压缩机可靠性。

二是在圆形活塞轴向加设限位结构，从而限制活塞自转，具体为在圆形活塞的轴面上设置销钉，而在气缸的活塞孔对应位置开设贯穿的销钉避空槽，通过销钉与避空槽对活塞进行限位，防止活塞发生转动。然而在这种方案中，虽然活塞为圆形活塞，但是由于贯穿避空槽的设置，对应的活塞孔实际上为非圆形，避空槽与销钉配合，使得避空槽的端部位于吸排气腔内，会影响泵体的吸排气过程，同时会在压缩末端引入天然余隙容积。并且销钉和避空槽的配合位于两个压缩腔之间，需要保证两个腔体密封，从而属于精加工位置，对于气缸依然需要使用线切割等特殊不利于规模化生产的加工工艺。因此，如何解决圆形活塞的撞缸问题成为改进转缸活塞压缩机的重要研究方向。

技术实现要素：

为解决现有技术中的圆形活塞会发生自转导致活塞头部与气缸套内壁干涉甚至撞缸、同时圆形活塞与气缸之间限位结构会引入天然余隙容积的技术问题，本发明提供了一种防止活塞自转同时配合精度高不会引入余隙容积的活塞限位结构。

同时，为解决现有转缸活塞压缩机中的圆形活塞限位结构会引入余隙容积、对加工工艺要求高的技术问题，本发明提供了一种不会引入余隙容积的采用圆形活塞的压缩机。

再有，为解决与上述类似的技术问题，本发明还提供了一种换热设备。

第一方面，本发明提供了一种活塞限位结构，包括：

气缸，具有垂直于所述气缸轴线方向且贯穿所述气缸的活塞孔，所述活塞孔在沿所述贯穿方向上的投影为圆形；

活塞，形状配合地设于所述活塞孔内且可在所述活塞孔内往复滑动，在所述活塞的侧壁上沿轴线方向开设有限位滑槽，且所述限位滑槽在沿所述活塞轴向的长度上不贯穿所述活塞侧壁的两端；以及

限位件，所述气缸上开设有自所述气缸外壁贯通至所述活塞孔的限位孔，所述限位件形状配合地安装于所述限位孔中，所述限位件的一端可在所述限位滑槽滑动且与所述限位滑槽侧壁抵接配合以限制所述活塞绕自身轴线方向转动。

所述限位孔自所述气缸端面贯通至所述活塞孔且与所述气缸的轴线方向平行。

所述限位件的一端与所述限位滑槽滑动配合时，满足：

l≥s+d

其中，l是限位滑槽在沿所述活塞轴向的长度，s是活塞在所述气缸内滑动的行程，d是所述限位件沿所述活塞轴向方向上的长度。

所述限位孔在所述气缸端面的位置与所述活塞径向长度的1/2位置相对应。

所述限位孔在所述气缸端面上的位置，满足：

其中，r是限位孔的中心距所述气缸端面圆心的距离，r1是气缸端面的半径，s是活塞在所述气缸内滑动的行程,d′是所述限位孔在沿所述限位孔中心与气缸端面圆心连线方向上的长度。

所述气缸开设有与所述气缸端面同心且沿轴向贯穿所述气缸的圆形装配孔，所述装配孔供转轴穿过。

所述限位孔在所述气缸端面上的位置，满足：

其中，r2是所述装配孔截面的半径。

所述活塞上开设有沿所述气缸轴线方向贯穿的轴孔，所述轴孔位于所述活塞轴向长度的1/2位置处。

所述限位滑槽设于所述轴孔沿所述活塞轴线方向前后两侧中的至少一侧上。

所述限位件为圆柱形限位销钉。

第二方面，本发明提供了一种压缩机，包括：

转轴；

上述的活塞限位结构，所述转轴依次穿出所述气缸和所述活塞，所述转轴驱动所述活塞和所述气缸转动；以及

气缸套，所述气缸设于所述气缸套内且在所述气缸套内转动。

第三方面，本发明提供了一种换热设备，包括上述的活塞限位结构。

所述换热设备为空调。

本发明的技术方案，具有如下有益效果：

1)本发明提供的活塞限位结构，包括气缸、活塞和限位件，气缸具有垂直于气缸轴线方向且贯穿气缸的活塞孔，活塞孔在贯穿方向上的投影为圆形，活塞形状配合地设于活塞孔内且可在活塞孔内往复滑动，采用圆形活塞和圆形活塞孔，活塞和气缸的工艺性良好，便于加工，保证加工精度，易于规模化生产，且气缸的活塞孔到气缸端面的距离均匀过渡，类似拱桥结构，结构更加坚固，不易变形，同时圆形活塞和圆形气缸活塞孔配合，有利于控制活塞与气缸之间的装配间隙，有利于降低摩擦功耗，减小泄露，从而提高活塞压缩机性能。活塞的侧壁上沿轴线方向开设有限位滑槽，限位滑槽在活塞轴向长度上部贯穿活塞侧壁的两端，活塞与气缸内壁之间不存在避空槽，限位面与容积腔不连通，不会引入余隙容积，使得转缸压缩机工作更稳定。气缸上开设有自气缸外壁贯通至活塞孔的限位孔，限位件形状配合地安装于限位孔中，限位件的一端可在限位滑槽滑动且与限位滑槽侧壁抵接配合以限制活塞绕自身轴线方向转动。设置安装在气缸上的限位件与活塞上的限位面配合，便于工件的装配，易于加工生产，同时活塞与气缸之间的配档尺寸减少，有效控制活塞与气缸配合间隙，降低活塞与气缸间的摩擦功耗，提升压缩机性能。

2)本发明提供的活塞线轴结构，限位孔沿气缸端面贯通至活塞孔且与气缸的轴线方向平行，将气缸的限位孔和限位件设置为竖直方向，限位件不会干涉气缸转动，使得气缸转动更加稳定可靠。

3)本发明提供的活塞限位结构，限位件的一端与限位滑槽滑动配合时满足：l≥s+d，其中，l是限位滑槽在沿所述活塞轴向的长度，s是活塞在所述气缸内滑动的行程，d是所述限位件沿所述活塞轴向方向上的长度。限位滑槽的长度大于限位件与活塞行程长度的总和，从而保证活塞在往复滑动时不会撞击限位件，保证稳定性和可靠性。

4)本发明提供的活塞限位结构，限位孔在气缸端面的位置与活塞径向长度的1/2位置相对应，该位置处气缸端面至活塞孔壁厚最小，便于限位孔和限位滑槽的加工。

5)本发明提供的活塞限位结构，限位孔在气缸端面上的位置满足：其中，r是限位孔的中心距气缸端面圆心的距离，r1是气缸端面的半径，s是活塞在所述气缸内滑动的行程，d′是所述限位孔在沿所述限位孔中心与气缸端面圆心连线方向上的长度。从而保证活塞在活塞孔内往复滑动时，限位件滑动至限位滑槽靠近活塞端面的一端时，限位件不会滑出活塞端面，从而在活塞端面不会引入余隙容积，使得转缸压缩机工作更稳定。

6)本发明提供的活塞限位结构，气缸开设有与气缸端面同心且沿轴向贯穿的圆形装配孔，装配孔供转轴穿过，限位孔在气缸端面上的位置满足：其中，r2是所述装配孔截面的半径。从而保证限位件完全位于所述气缸内，限位件与限位滑槽配合更稳定。

7)本发明提供的活塞限位结构，活塞上开设有沿气缸轴线方向贯穿的轴孔，轴孔位于活塞轴向长度的1/2位置处，所述限位滑槽设于所述轴孔沿所述活塞轴线方向前后两侧中的至少一侧上，限位结构设置为两个，限位效果更好。限位件为圆柱形限位销钉，便于限位孔和限位件的加工。

8)本发明提供的压缩机，包括转轴、上述的活塞限位结构和气缸套，气缸和活塞上设有沿气缸轴向贯穿的轴孔，气缸设于气缸套内且由转轴驱动转动，由于该压缩机具有上述的活塞限位结构，因此具有上述的所有有益效果。

9)本发明提供的换热设备，包括上述的活塞限位结构，因此具备上述所有的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种实施方式中压缩机的爆炸示意图；

图2是本发明提供的一种实施方式中活塞结构示意图；

图3是本发明提供的一种实施方式中气缸结构示意图；

图4是本发明提供的一种实施方式中压缩机装配结构剖视图；

图5是图4中i放大结构示意图；

图6是本发明提供的一种实施方式中工作原理图；

图7是本发明提供的第二种实施方式中限位件、活塞和气缸结构示意图；

图8是本发明提供的第二种实施方式中压缩机装配结构剖视图；

图9是本发明提供的第三种实施方式中限位件、活塞和气缸结构示意图。

附图标记说明：

1-气缸；11-活塞孔；12-装配孔；13-限位孔；2-活塞；21-限位滑槽；22-轴孔；3-限位件；4-上法兰；5-下法兰；6-转轴；7-气缸套。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

现有技术中的转缸活塞压缩机包括法兰、气缸套、气缸、活塞和转轴，基于十字滑块原理使得活塞在转动过程中相对于气缸做往复滑动，从而在活塞的两端与气缸和气缸套形成压缩腔和排气腔。因而对于转缸活塞压缩机的活塞而言，需要对活塞绕自身轴线发生自转的自由度进行限制，本发明提供的活塞限位结构，可用于现有技术中的转缸活塞压缩机，从而实现对活塞进行限位。图1至图6中示出了本发明活塞限位结构的一种实施方式。

本发明提供的活塞限位结构包括气缸1、活塞2以及限位件3。如图1至图6所示，在本实施方式中，气缸1为圆柱形缸体，在气缸1的轴向中部开设有贯穿气缸1的装配孔12，装配孔12在气缸1端面上与气缸1端面同心设置，用于供转轴6穿过。气缸1的外周面上开设有垂直于装配孔12方向且贯穿气缸1的活塞孔11，活塞孔11在沿自身轴向方向上的投影为圆形。

如图2所示，活塞2形状配合地设于活塞孔11内且可在活塞孔11内往复滑动。活塞2与活塞孔11适配，活塞2为类似圆柱体结构，活塞2的两端端面为与活塞孔11配合形成完成圆柱面的曲面结构，活塞2的轴向长度小于气缸1径向尺寸，使得活塞2在气缸1内做往复滑动。活塞2中部在沿气缸1轴线方向上开设有轴孔22，当活塞2安装于活塞孔11内时，转轴6穿出气缸1的装配孔12和活塞2上的轴孔22，轴孔22设于活塞2轴向长度的1/2位置处。活塞2的侧壁上开设有沿活塞2轴线方向的限位滑槽21，限位滑槽21在沿活塞2轴向的长度上不贯穿活塞2侧壁的两端。在本实施方式中，限位滑槽21设置为腰型的滑槽，同时限位滑槽21设于轴孔22的一侧。

气缸1上开设有自气缸1外壁贯通至活塞孔11的限位孔13，限位件3形状配合地安装于限位孔13中，限位件3的一端在限位滑槽21中滑动且与限位滑槽21侧壁抵接配合，从而对活塞2进行限位。如图3所示，在本实施方式中，限位孔13自气缸1端面贯通至活塞孔11且与气缸1的轴线方向平行，限位孔13设置在气缸1的竖直方向上，使得限位件3与限位滑槽21在竖直方向抵接，便于限位孔13加工成型，并且抵接方向与气缸1和活塞2的转动方向垂直，限位件3不受水平方向的转动力矩，限位结构更稳定可靠。同时在本实施方式中，为便于限位件3的加工成型及精度保证，设置限位孔13为圆形孔，相应的设置限位件3为圆柱形销钉结构，圆形销钉与限位孔13配合，优选地，设置两者的配合间隙为0-0.05mm。限位孔13在气缸1端面的位置与活塞2径向长度的1/2位置相对应，及限位件3与限位滑槽21配合在活塞孔11径向中央，由于该位置处的气缸1端面至活塞孔11的壁厚最薄，便于限位孔13和限位滑槽21的加工。

如图4、图5所示，在活塞2、气缸1、以及限位件3装配时，活塞2装配进活塞孔11内，使限位滑槽21与限位孔13对正，将限位件3插入限位孔13中，限位件3的一端位于限位滑槽21中，限位件3的径向尺寸与限位滑槽21的径向尺寸配合，从而限制活塞2发生自转。

在本实施方式中，活塞2在工作状态下，相对于气缸1做往复运动，从而为保证限位滑槽21与限位件3在往复运动过程中不会发生碰撞，因此限位滑槽21满足：

l≥s+d

其中，l是限位滑槽21在沿活塞2轴向的长度，s是活塞2在所述气缸1内滑动的行程，d是所述限位件3沿所述活塞2轴向方向上的长度，在本实施方式中，d即为限位件3截面的直径。

当l＝s+d时，限位件3在限位滑槽21中滑动至行程终点位置时，限位件3的侧壁与限位滑槽21端部的侧壁处于恰好未接触的极限位置处，此时限位件3与限位滑槽21不会发生碰撞。当l＞s+d时，限位件3在限位滑槽21中往复滑动时，限位件3的侧壁与限位滑槽21端部的侧壁始终不会接触，因此限位件3与限位滑槽21不会发生碰撞，压缩机工作更稳定可靠。

在此基础上可知，限位件3在沿活塞2轴向方向上的长度越长，相应的限位滑槽21的长度也要设计更长，因此可通过减小限位件3沿活塞2轴向方向上的长度来减小限位滑槽21的长度，限位滑槽21的长度减小，相应的使得活塞2与气缸1内壁之间的密封距离变长，使得活塞2与气缸1内壁之间密封效果更好。同时在满足最小密封距离要求的前提下，可相应设计减小活塞2和气缸1的直径，降低压缩机的机械功耗。

在本实施方式中，限位孔13在气缸1端面的位置应当满足：

其中，r是限位孔13的中心距气缸1端面圆心的距离，r1是气缸1端面的半径，s是活塞2在所述气缸1内滑动的行程，d′是限位孔13在沿限位孔13中心与气缸1端面圆心连线方向上的长度，在本实施方式中，d′即为限位孔13截面直径，d′＝。

当时，限位孔13位于靠近装配孔12一侧的极限位置处，此时限位孔13截面的圆与装配孔12外切，限位孔13位于靠近装配孔12的极限位置处，为保证限位孔13完全位于在气缸1端面上，从而保证限位件3与限位孔13的配合更稳固，

当时，与限位孔13对应的限位滑槽21的一端将贯穿活塞2的端面，从而使得在活塞2两端的容积腔内引入余隙容积，因此

上述对本实施方式中的活塞限位结构的结构进行了说明，下面对本实施方式中限位件3与限位滑槽21的工作原理进行说明。

如图6所示，在(a)中，限位件3位于限位滑槽21远离轴孔22的一端，在活塞2和气缸1转动至(b)中位置时，限位件3滑动至限位滑槽21中间位置，在活塞2和气缸1转动至(c)中位置时，限位件3滑动至限位滑槽21靠近轴孔22的一端。限位件3在限位滑槽21中滑动过程中，限位件3的侧壁始终与限位滑槽21的侧壁抵接，从而实现对活塞2的限位，防止活塞2绕自身轴向转动。

上述对本实施方式中的活塞限位结构的结构及原理进行了说明，需要说明的是，在上述实施方式的基础上，本发明还可以有其它可替代实施方式。

图7、图8中示出了本发明活塞限位结构的第二种实施方式，在本实施方式中，与上述实施方式的区别在于限位滑槽21的数量设置为两个，相应的在气缸1端面上设置有两个限位孔13，两个限位滑槽21分别位于轴孔22的前后两侧，两个限位件3对活塞2进行限位，限位效果更好。

图9中示出了本发明活塞限位结构的第三种实施方式，在本实施方式中，与上述实施方式的区别在于限位滑槽21的设置位置偏离活塞2径向长度的1/2位置，相应的气缸1上限位孔13也偏离活塞孔11径向长度的1/2位置。

在第四种实施方式中，限位孔13可设置在气缸1的上端面和/或下端面，活塞2对应位置处设置相应的限位滑槽21。

在第二方面，本发明还提供了一种压缩机，如图1所示，本发明的压缩机包括转轴6、上法兰4、下法兰5、气缸套7、以及上述的活塞限位结构，气缸1设于气缸套7内，转轴6依次穿过上法兰4、气缸套7以及下法兰5。本发明的压缩机基于十字滑块原理，如图2所示，压缩机工作时，转轴6与活塞2的轴孔22壁面抵接从而带动活塞2和气缸1在气缸套7内转动，由于转轴6与气缸1偏心转动，活塞2相对于气缸1做往复运动，从而在活塞2两端的容积腔内压缩气体。在本发明中通过设置限位件3与活塞2的限位滑槽21配合限位，有效避免压缩机的活塞发生自转产生撞缸。

在第三方面，本发明还提供了一种换热设备，该换热设备包括上述的压缩机或活塞限位结构。换热设备为空调或冰箱。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。