专利名称：用于压缩机的驱动轴和压缩机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于压缩机的驱动轴和包括该驱动轴的压缩机。
背景技术：
在涡旋压缩机的运行过程中，驱动轴将承受来自被驱动的压缩机构、平衡块、以及转子转矩等多个来源的负荷以及来自轴承的反作用负荷。这些负荷致使驱动轴在压缩机运行过程中弯曲。由于驱动轴的弯曲，驱动轴被轴承支承的部分与轴承之间会产生角接触，从而在这些角接触的部分处会产生较大的接触应力和磨损。为了防止或减少这种弯曲，通常将驱动轴的直径设计得更大以增加其刚度，但是这种设计增加了制造成本并且增加了压缩机的重量。
实用新型内容本实用新型的一个或多个实施方式的一个实用新型目的是提供一种在压缩机运行过程中能够减小角接触的驱动轴。本实用新型的一个或多个实施方式的另一个实用新型目的是提供一种能够更容易地控制弯曲形状和/或变形量的驱动轴。根据本说明书的一个方面，提供了一种用于压缩机的驱动轴，包括直的第一部分，其具有第一纵向轴线；直的第二部分，其具有第二纵向轴线；形成在所述第一部分和第二部分之间的弱化区，其中所述驱动轴在所述弱化区处弯曲使得在所述第一纵向轴线和所述第二纵向轴线之间形成角度β。优选地，所述第一部分包括具有平面部的偏心曲柄销，所述第一纵向轴线和所述第二纵向轴线形成的平面与所述平面部垂直。优选地，所述第一纵向轴线朝向所述平面部的一侧倾斜。优选地，0.03°彡β彡0.14°。进一步优选地，0.045°彡β彡0. 21°。优选地，假定在所述驱动轴弯曲之前，所述驱动轴在压缩机于许用最大载荷运行期间在所述第一部分和所述第二部分之间形成角度α，则所述角度β设定为 α/4彡β彡α，并且所述角度β和所述角度α的方向相反。优选地，α/2 彡 β 彡 3 α /4。 优选地，所述弱化区是一个环形槽。优选地，所述环形槽的直径d与所述驱动轴的直径D之间的比值Y为大约0. 9。优选地，所述环形槽的宽度W与所述驱动轴的直径D之间的比值为大约0. 5-1。优选地，在所述环形槽与所述第一部分以及所述第二部分之间设置有弧形过渡部。优选地，所述第一部分由所述压缩机的主轴承支撑，所述第二部分配合在所述压缩机的转子中。优选地，所述弱化区在所述驱动轴的纵向方向上的位置处于所述主轴承和所述转子之间。优选地，所述弱化区包括至少一个凹部。优选地，所述凹部具有平坦的底面，所述底面与所述偏心曲柄销的平面部平行。优选地，所述凹部的底面和所述驱动轴的中心轴线之间的距离h与所述驱动轴的半径R的比值为大约0.9。优选地，所述弱化区为一个V形槽。优选地，所述弱化区的横截面积为所述驱动轴的横截面积的约80%。根据本说明书的另一个方面，提供了一种压缩机，包括如上所述的驱动轴。优选地，所述压缩机进一步包括壳体；固定在所述壳体中的主轴承座，所述主轴承座中设置有支承所述第一部分的主轴承；固定在所述壳体中的马达，所述马达包括转子， 所述第二部分固定在所述转子中；通过所述驱动轴驱动的压缩机构。优选地，所述压缩机构包括彼此啮合的定涡旋和动涡旋，所述驱动轴的偏心曲柄销插入所述动涡旋的毂部中。根据本实用新型的一种或几种实施方式的旋转式压缩机的优点在于驱动轴包括直的第一部分、直的第二部分和形成在第一部分与第二部分之间的弱化区，因此与不形成弱化区的情况相比，能够容易地弯曲驱动轴，并且可以仅在弱化区处产生弯曲而保持第一部分和第二部分仍然笔直。这样，保持笔直的第一部分和第二部分能够更加容易地配合在轴承或转子中。此外，由于第一部分和第二部分保持笔直，所以对驱动轴的弯曲形状和/或变形量能够进行更容易和更准确地控制。另一方面，由于对驱动轴进行了预弯曲，所以当压缩机运行时，驱动轴的预弯曲量能够补偿或抵消由于压缩机中的各种负荷产生的弯曲量，从而能够减小驱动轴与轴承之间的磨损，特别是角接触磨损，从而提高轴承的承载能力。第一部分的纵向轴线和第二部分的纵向轴线形成的平面(弯曲平面)与驱动轴的偏心曲柄销的平面部垂直，并且第一部分朝向平面部弯曲。换言之，驱动轴的预弯曲的方向与驱动轴在压缩机运行过程中的弯曲变形的方向是相反的。因此，可以正确地补偿和抵消驱动轴在运行过程中的弯曲变形。驱动轴的预弯曲的角度可以设定为在0. 03°至0. 14°之间，优选地为在0. 045° 至0. 21°之间。因此可以对驱动轴在运行过程中的弯曲变形进行合理的补偿而不会影响压缩机的正常运行。此外，相对于驱动轴弯曲之前驱动轴在许用最大载荷运行期间的弯曲角度α，预弯曲的角度β可以设定为α /4 < β < α，优选地，α /2 < β < 3α /4。采用上述设定方法，可以容易地计算出针对不同型号或不同运行工况的压缩机的驱动轴的预弯曲的角度， 因此能够大大节省驱动轴以及压缩机的设计成本。弱化区可以是一个环形槽、凹部或V形槽。这些弱化区的具体形式可以通过机加工形成在驱动轴上，也可以在驱动轴的铸造过程中一体形成在驱动轴上。因此，驱动轴的制造相对简单，节省了制造成本。弱化区的尺寸相对于驱动轴的尺寸可以设定为预定值，比如弱化区的直径与驱动轴的直径的比值可以设定为大约0. 9。这样，在施加同样的负荷的情况下，弱化区能够产生塑性变形，而弱化区附近的第一部分和第二部分仍然处于弹性变形阶段。因此，能够更容易
5地和更准确地控制驱动轴的弯曲形状和/或变形量。
通过以下参照附图的描述，本实用新型的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中图1是根据本实用新型的涡旋压缩机的示意性剖面图；图2是驱动轴的受力示意图，其中图2A是驱动轴在立体空间中的受力示意图，图 2B以夸张的形式示出了驱动轴在最大负荷时的变形示意图；图3是根据本实用新型的驱动轴的第一实施方式在弯曲之前的示意图，其中图3A 是立体图，图;3B是主视图，图3C是局部放大图；图4是对根据本实用新型的驱动轴进行弯曲的方法的第一实施方式的示意图；图5示出了根据本实用新型的驱动轴上的弯矩分布和应力分布；图6是根据本实用新型的驱动轴的第一实施方式在弯曲之后的示意图；图7是对根据本实用新型的驱动轴进行弯曲的方法的第二实施方式的示意图；图8是根据本实用新型的驱动轴的第二实施方式在弯曲之前的示意图，其中图8A 是立体图，图8B是主视图，图8C是局部放大图。
具体实施方式
下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。下面将参照图对本实用新型的具体实施方式
进行详细说明。图1是根据本实用新型的一个或多个实施方式的涡旋压缩机的示意性剖面图。如图1所示，涡旋压缩机(下文中简称为“压缩机”)10包括壳体12、基座14、顶盖 16和设置在壳体12和顶盖16之间的隔板18。在壳体12上设置有用于吸入制冷剂(工作流体)的吸气接头20，在顶盖16上设置有用于排出制冷剂(工作流体)的排气接头22。通过隔板18将压缩机10的内部空间分隔成高压侧和低压侧。具体地，由壳体12、 基座16和隔板18围起的空间构成低压侧用于吸入低压的制冷剂(工作流体)。由隔板18 和顶盖16围起的空间构成高压侧用于排出压缩后的高压制冷剂(工作流体)。壳体12内容置有作为压缩机构的动涡旋30和定涡旋40以及作为驱动机构的马达50和驱动轴100。压缩机构可由驱动机构驱动并由主轴承座60支撑。主轴承座60可以任何期望的方式固定到壳体12。动涡旋30包括端板32，在端板32的一个表面(图1中为上表面)设置有涡旋卷 34，在其另一个表面(图1中为下表面)设置有圆柱形毂部36。定涡旋40包括端板42和涡旋卷44。动涡旋30的涡旋卷34和定涡旋40的涡旋卷44啮合并且当动涡旋30和定涡旋40相对运动时在其间形成从外部向中心体积逐渐减小的流体腔从而对流体腔中的制冷剂(工作流体)进行压缩。马达50包括定子52和转子M。定子52与壳体12固定连接。转子M与驱动轴 100固定连接并且在定子52中旋转。转子M可以例如通过压配合而固定在驱动轴100上。驱动轴100的第一端(图1中为上端)设置有偏心曲柄销102。偏心曲柄销102包括一个基本上为平面的平面部103 (见图2A)。偏心曲柄销102经由驱动轴承64插入到动涡旋30的毂部36中以旋转驱动动涡旋30。驱动轴100的第二端(图1中为下端)可包括油孔104。优选地，油孔104与驱动轴100的纵向轴线同心，因此有时也将该油孔称为同心孔104。驱动轴100中进一步包括相对于同心孔104偏心的偏心孔106。偏心孔106沿着大致与驱动轴100的纵向轴线平行的方向从同心孔104延伸至偏心曲柄销102的端面。从而，在压缩机运行过程中，壳体12底部的润滑油能够通过驱动轴100中的同心孔104和偏心孔104供给到驱动轴承64以及其他运动部件。驱动轴100的一部分(例如上侧的部分)经由主轴承62由主轴承座60支承，驱动轴100的另一部分(例如下侧的部分)经由底轴承66支承。第一配重72和第二配重74可以分别固定到转子M的两端以提供合适的动平衡。 可替代地，第一配重72和第二配重74也可以固定在驱动轴100的合适部分。下面将参照图2A和2B描述驱动轴100的受力和变形。如图2A所述，驱动轴100在旋转过程中将承受来自动涡旋30对偏心曲柄销102 的平面部103的作用力FS、来自主轴承62的支撑力FM、来自底轴承66的支撑力FL、第一配重72的离心力FUcwt、第二配重74的离心力FLcwt、以及马达50产生的转矩Mmo。在上述负荷的共同作用下，驱动轴100倾向于在与平面部103所在的平面垂直的平面中沿作用力FS的方向弯曲。在图2B中以夸张的形式示出了驱动轴100在最大负荷时的变形示意图。如下面将更详细说明的那样，驱动轴100包括直的第一部分110、直的第二部分 102和位于第一部分110和第二部分102之间的弱化区130。第一部分110具有纵向轴线 XI，第二部分102具有纵向轴线X2。在驱动轴100弯曲之前，当驱动轴100在压缩机运行过程中承受最大负荷时，在第一部分110的纵向轴线Xl和第二部分102的纵向轴线X2之间将形成角度α。角度α可以通过多种方式来确定，包括有限元分析(FEA)等。根据压缩机的运行， 角度α基本上可在0. 06度到0. 28度之间。由于驱动轴100的这种弯曲，驱动轴100被主轴承62支承的部分与主轴承62之间会产生较大的角磨损。为了减小这种角磨损，本实用新型的实用新型人提出了预弯曲驱动轴的构造，以弥补驱动轴在压缩机运行过程中发生的弯曲变形。下面参照图3-图6描述根据本实用新型的具有预弯曲构造的驱动轴100。其中， 图3是根据本实用新型的驱动轴的第一实施方式在弯曲之前的示意图，其中图3Α是立体图，图3Β是主视图，图3C是局部放大图；图4是对根据本实用新型的驱动轴进行弯曲的方法的第一实施方式的示意图；图5示出了根据本实用新型的驱动轴上的弯矩分布和应力分布；图6是根据本实用新型的驱动轴的第一实施方式在弯曲之后的示意图。如上所述，驱动轴100包括直的第一部分110、直的第二部分102和位于第一部分 110和第二部分102之间的弱化区130。第一部分110具有纵向轴线XI，第二部分102具有纵向轴线Χ2。在图1所述的示例中，第一部分110可以由设置在主轴承座60中的主轴承62支承，而第二部分120的主要部分压配合在转子M中。弱化区130在驱动轴100轴向上的位置应该处于主轴承62和转子M的压配合部之间。[0061]如图6所示，期望驱动轴100的第一部分110和第二部分120在压缩机运行之前预先形成角度β。角度β的方向(或者说在压缩机运行之前第一部分110相对于第二部分120的弯曲方向)与角度α的方向(或者说在压缩机运行期间第一部分110相对于第二部分120的弯曲方向)相反。或者，换言之，在压缩机运行之前，驱动轴100的第一部分 110和第二部分120在与偏心曲柄销102的平面部103垂直且经过驱动轴100的旋转轴线的平面内朝向平面部103的一侧弯曲角度β。角度β可以基本上确定为-α/4度与-α度之间。另外，根据压缩机设计用于的工况的不同，角度β可以进一步变化以获得最优值。例如，角度β可基本上在约-α/2度到约-3α/4度之间。应该理解，此处的“_(负号)”表示α与β的方向相反。在方向确定的情况下或不考虑方向的情况下，角度β可以大致在α/4度与α度之间，优选为在约 α/2度至约3 α/4度之间。如上所述，角度α基本上可在0.06度到0. 度之间。因此，当β为α/2度时， 角度β基本上可以在0.03度到0. 14度之间。当β为3α/4度时，角度β基本上可以在 0. 045度到0.21度之间。如果驱动轴100的角度β设定为α /2，则最大负荷状态下的弯曲角度可从α减小至α改善了百分之五十。同理，如果驱动轴100的角度β设定为3 α/4，则最大负荷状态下的弯曲角度可从α减小至α/4，改善了百分之七十五。为了更容易地进行弯曲变形以及更加准确地控制弯曲变形量，在驱动轴100上设置有弱化区130。在图3所示的示例中，该弱化区130是一个环形槽。该环形槽例如可以通过机加工比如车削形成，也可以在驱动轴的铸造过程中一体地形成在驱动轴上。在该示例中，弱化区130可以看作是驱动轴100中的截面积减小部。弱化区130的直径d与驱动轴100的最大直径D之间的比值γ可以为大约0.9。此时，弱化区的横截面积为驱动轴的横截面积的约80%。相应地，驱动轴100在弱化区130处的抗弯截面模量大约为其他部分处的73%。因此，在相同弯矩的情况下，弱化区130比第一部分110和第二部分120更容易产生变形(特别是塑性变形)。比值、如果选取的更大(比如大于0.9)，则弱化区130 处的刚度与其相邻区域差别不大，在弯曲过程中，除了弱化区130会产生塑性变形之外，其相邻区域也可能产生塑性变形，这是不期望的。相反，比值Y如果选取的更小(比如小于 0. 9)，则弱化区130会对驱动轴100的整体刚度和强度产生较大的影响，从而进一步影响压缩机的正常运行。此外，弱化区130的宽度W理论上可以越小越好，只要能容纳压机的压头即可。实际上，弱化区130的宽度W可以选择为驱动轴直径D的1/2倍至1倍。还可以在弱化区130与第一部分110和第二部分120之间设置过渡部132以减小此处的应力集中。优选地，过渡部132是弧形过渡部。参见图4描述驱动轴100的预弯曲过程。将形成有弱化区130的驱动轴100的第一部分110支撑在A点，将其第二部分120支撑在B点，并且使得偏心曲柄销102的平面部 103面向上，然后通过压机的压头C在弱化区130处施加向下的力，同时通过设置在弱化区 130附近的传感器S来检测变形量。如图5所示，当在弱化区130施加力F时，在弱化区130 处将产生最大的弯矩M。由于弱化区130的抗弯截面模量大大减小，弱化区130处的应力 σ大大高于其临近区域。因此，当弱化区130处的应力ο超过驱动轴100的材料的弹性极限并产生塑性变形时，弱化区130的临近区域的应力仍然处于材料的弹性变形阶段。在弯曲的过程中，可以通过传感器S测量和控制变形以使得第一部分110和第二部分120之间的角度β达到期望值。在卸载以后，可以得到图6所示的预弯轴的驱动轴100。值得强调的是，由于设置有弱化区130，因此在最后形成的预弯曲的驱动轴100中，第一部分110和第二部分120基本上仍然是直的，仅仅弱化区130处产生了弯曲变形使得第一部分110的纵向轴线Xl和第二部分120的纵向轴线Χ2之间形成角度β。图7示出了另一种对驱动轴100进行预弯曲的方法。如图7所示，驱动轴100的弱化区130支撑在Al点，而驱动轴100的第二部分120支撑在Bl点，并且偏心曲柄销102 的平面部103面向下。然后，通过压机的压头C在第一部分110处施加向下的力，并且通过传感器S检测变形量。通过这种加载方式，可以获得与图5所示类似的弯矩分布和应力分布。因此可以实现与上述实施方式相同的变形效果。下面参照图8描述根据本实用新型的驱动轴的第二实施方式。图8是根据本实用新型的驱动轴的第二实施方式在弯曲之前的示意图，其中图8Α 是立体图，图8Β是主视图，图8C是局部放大图。如图所示，弱化区130Α可以是形成在第一部分110和第二部分120之间的凹部 140。该凹部140可以通过机加工比如磨削形成，也可以在驱动轴的铸造过程中一体地形成在驱动轴上。凹部140可以具有平坦的底面，并且优选地凹部140的底面与偏心曲柄销102 的平面部103平行。可以在驱动轴100上设置两个凹部140，如图8Β所示。也可以仅在驱动轴100上设置一个凹部140。期望凹部140的底面与驱动轴100的轴线之间的距离h与驱动轴100的半径R之间的比值大约为0.9。相应地，弱化区130A处的抗弯截面模量与其临近区域相比降低大约 27%。根据本实用新型第二实施方式的驱动轴的变形过程和变形控制与第一实施方式相同，在此不再赘述。在根据本实用新型的驱动轴的另一个实施方式中，弱化区可以是例如一个V形槽。其弯曲过程和弯曲控制与上述实施方式类似，在此不再赘述。本领域技术人员应该可以理解本实用新型的一个或多个实施方式可以适用于各种类型的涡旋压缩机，包括立式涡旋压缩机和卧式涡旋压缩机；开放式涡旋压缩机、封闭式涡旋压缩机以及半封式涡旋压缩机；以及高压侧涡旋压缩机和低压侧涡旋压缩机。此外，本实用新型的一个或多个实施方式还可以适用于驱动轴承受偏心负荷的各种类型的旋转机械。尽管在此已详细描述本实用新型的各种实施方式，但是应该理解本实用新型并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式
，在不偏离本实用新型的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本实用新型的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。
权利要求1.一种用于压缩机的驱动轴(100)，包括直的第一部分(110)，其具有第一纵向轴线(Xl)；直的第二部分(120)，其具有第二纵向轴线、\1、；和形成在所述第一部分(110)和第二部分(120)之间的弱化区(130，130A)，其中所述驱动轴(100)在所述弱化区(130，130A)处弯曲使得在所述第一纵向轴线 (Xl)和所述第二纵向轴线(X2)之间形成角度β。
2.如权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述第一部分(110)包括具有平面部(103)的偏心曲柄销(102)，所述第一纵向轴线(Xl)和所述第二纵向轴线(Χ2)形成的平面与所述平面部(10 垂直。
3.如权利要求2所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述第一纵向轴线(Xl)朝向所述平面部(10 侧倾斜。
4.如权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中0.03°< β <0.14°。
5.如权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中0.045°< β <0.21°。
6.如权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中假定在所述驱动轴(100)弯曲之前，所述驱动轴(100)在压缩机于许用最大载荷运行期间在所述第一部分(110)和所述第二部分(120)之间形成角度α，则所述角度β设定为β < α，并且所述角度 β和所述角度α的方向相反。
7.如权利要求6所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中β<3α/4。
8.如权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述弱化区(300)是一个环形槽。
9.如权利要求8所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述环形槽的直径d与所述驱动轴(100)的直径D之间的比值γ为大约0.9。
10.如权利要求8所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述环形槽的宽度W与所述驱动轴(100)的直径D之间的比值为大约0. 5-1。
11.如权利要求8所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中在所述环形槽与所述第一部分(110)以及所述第二部分(120)之间设置有弧形过渡部(132)。
12.如权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述第一部分(110)由所述压缩机的主轴承(6 支撑，所述第二部分(120)配合在所述压缩机的转子(54)中。
13.如权利要求12所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述弱化区(130，130A)在所述驱动轴(100)的纵向方向上的位置处于所述主轴承(6 和所述转子(54)之间。
14.如权利要求2所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述弱化区(130A)包括至少一个凹部(140)。
15.如权利要求14所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述凹部(140)具有平坦的底面，所述底面与所述偏心曲柄销(10 的平面部(10 平行。
16.如权利要求15所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述凹部(140)的底面和所述驱动轴(100)的中心轴线之间的距离h与所述驱动轴(100)的半径R的比值为大约 0. 9。
17.如权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述弱化区为一个V形槽。
18.如权利要求1所述的用于压缩机的驱动轴(100)，其中所述弱化区(130、130A)的横截面积为所述驱动轴(100)的横截面积的约80%。
19.一种压缩机(10)，包括如权利要求1-18中任一项所述的驱动轴(100)。
20.如权利要求19所述的压缩机(10)，进一步包括 壳体(12)；固定在所述壳体(1 中的主轴承座(60)，所述主轴承座(60)中设置有支承所述第一部分(110)的主轴承(62)；固定在所述壳体(1 中的马达(50)，所述马达(50)包括转子64)，所述第二部分 (120)固定在所述转子(54)中；和通过所述驱动轴(100)驱动的压缩机构。
21.如权利要求20所述的压缩机(10)，其中所述压缩机构包括彼此啮合的定涡旋00) 和动涡旋(30)，所述驱动轴(100)的偏心曲柄销(102)插入所述动涡旋(30)的毂部(36)中。
专利摘要本实用新型涉及一种用于压缩机的驱动轴(100)，包括直的第一部分(110)，其具有第一纵向轴线(X1)；直的第二部分(120)，其具有第二纵向轴线(X2)；形成在所述第一部分(110)和第二部分(120)之间的弱化区(130，130A)，其中所述驱动轴(100)在所述弱化区(130，130A)处弯曲使得在所述第一纵向轴线(X1)和所述第二纵向轴线(X2)之间形成角度β。利用本实用新型，能够更容易和更准确地控制驱动轴的弯曲形状和/或弯曲变形量。
文档编号F16C3/02GK202203271SQ20112033688
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者苏晓耕, 赵跟辉 申请人:艾默生环境优化技术(苏州)研发有限公司