活塞和压缩机的制作方法

本发明涉及压缩机技术领域，具体而言，涉及一种活塞和压缩机。

背景技术：

转缸活塞压缩机是一种新型容积式压缩机，如图1至图4所示，转缸活塞压缩机通常包括气缸套1’、气缸2’、活塞3’、转轴4’、上法兰6’、下法兰7’、上限位板8’和下限位板9’其中，气缸2’安装在气缸套1’内，活塞3’安装在气缸2’内，转轴4’安装在活塞3’的安装孔中，气缸2’和转轴4’的旋转轴线偏心设置。参考图2和图5可知，通过驱动转轴4’转动，使转轴4’通过活塞3’带动气缸2’转动，从而实现活塞3’相对于气缸2’和转轴4’同时往复运动，实现压缩腔5’的周期性地变化；同时气缸2’相对于气缸套1’作圆周运动，使压缩腔5’与气缸套1’上设置的吸气通道或排气通道连通，进而实现压缩机的吸气过程、压缩过程和排气过程。

从图5示出的活塞3’的质心的运动轨迹的示意图可以看出，活塞3’的质心的运动轨迹为以转轴4’的中心o1、气缸2’的中心o2的连线为直径的圆。活塞3’作圆周运动产生的离心力会造成压缩机的振动加剧，离心力与活塞3’的质量成正比，质量越大，离心力越大，振动越大，导致压缩机存在较大的噪音以及可靠性变差的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种活塞和压缩机，以解决现有技术中的压缩机存在较大噪音的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种活塞，应用在压缩机中，活塞上设有用于减轻活塞质量的减轻空间；其中，减轻空间包括第一减轻区域，活塞包括用于与气缸套和气缸围成压缩腔的压缩表面，第一减轻区域与压缩表面间隔布置，以当压缩腔内的压力过大时，活塞的部分结构朝向第一减轻区域的一侧发生弹性形变以减小过压缩；和/或减轻空间包括第二减轻区域，活塞包括用于与气缸的内壁抵接的抵接表面，第二减轻区域开设在抵接表面上，以减小抵接表面和气缸的内壁面之间的摩擦力。

进一步地，第一减轻区域的与活塞的旋转轴线相垂直的截面的形状呈圆弧形设置；或者第一减轻区域的与活塞的旋转轴线相垂直的截面的形状呈多边形设置；或者第一减轻区域的与活塞的旋转轴线相垂直的截面的形状呈圆形设置。

进一步地，压缩表面呈圆弧形设置，第一减轻区域的与活塞的旋转轴线相垂直的截面的形状呈圆弧形设置，第一减轻区域的与压缩表面相对设置的两个内壁面均与压缩表面同心设置。

进一步地，第一减轻区域的靠近压缩表面的内壁面和压缩表面之间的最小距离s大于等于2mm。

进一步地，第一减轻区域的靠近抵接表面的内壁面和抵接表面之间的最小距离h大于等于3mm。

进一步地，活塞上还设有用于安装转轴的安装空间，第一减轻区域与安装空间间隔布置，第一减轻区域位于压缩表面和安装空间之间；第一减轻区域的靠近安装空间的内壁面与安装空间的靠近减轻空间的内壁面之间的最小距离l大于等于3mm。

进一步地，沿活塞的旋转轴线延伸的方向，活塞包括相对设置的两个端面，第一减轻区域贯穿两个端面。

进一步地，压缩表面沿参考面对称设置，第二减轻区域在参考面上的投影呈方形设置；或者压缩表面沿参考面对称设置，第二减轻区域在参考面上的投影呈条形设置，呈条形设置的第二减轻区域的延伸方向与活塞的旋转轴线的延伸方向相同。

进一步地，第二减轻区域包括与抵接表面相对设置的槽底壁，抵接表面呈圆弧形设置，槽底壁包括与抵接表面同心设置的呈圆弧设置的第一槽底段；其中，第二减轻区域包括沿活塞的旋转轴线延伸的方向相对设置的两个第一槽侧壁，两个第一槽侧壁均呈圆弧形设置并均与第一槽底段相切；或者槽底壁还包括沿活塞的旋转轴线延伸的方向分别与第一槽底段的两端连接的两个第二槽底段，两个第二槽底段均为与活塞的旋转轴线相平行的平面。

进一步地，活塞包括沿第一方向相对设置的两个压缩表面和沿第二方向相对设置的两个抵接表面；第二减轻区域包括沿第二方向与抵接表面相对设置的槽底壁，第二减轻区域还包括沿第一方向分别与槽底壁的两端连接的两个第二槽侧壁，第二槽侧壁为沿第二方向延伸的平面。

进一步地，第二槽侧壁和与其靠近的压缩表面之间的最小距离m≥2mm。

进一步地，活塞上还设有用于安装转轴的安装空间，安装空间与第二减轻区域间隔布置；第二减轻区域的槽底壁和安装空间的靠近槽底壁的内壁面之间的最小距离d≥2mm。

进一步地，活塞上还设有用于安装转轴的安装空间，安装空间与减轻空间间隔布置；沿活塞的旋转轴线延伸的方向，活塞包括相对设置的两个端面，安装空间为贯穿两个端面的安装孔；第二减轻区域的与活塞的旋转轴线相垂直的第一边沿和安装孔的与活塞的旋转轴线相垂直的第二边沿之间的最小距离n≥2mm。

进一步地，活塞上还设有用于安装转轴的安装空间，两个压缩表面沿第一方向对称地设置在安装空间的两侧，两个第一减轻区域沿第一方向对称地设置在安装空间的两侧；两个抵接表面沿第二方向对称地设置在安装空间的两侧，两个第二减轻区域沿第二方向对称地设置在安装空间的两侧。

根据本发明的另一方面，提供了一种压缩机，包括：气缸套；气缸，气缸可枢转地设置在气缸套内；活塞，活塞安装在气缸内并与气缸滑动连接，活塞为上述的活塞；转轴，转轴与活塞滑动连接，转轴的旋转轴线与气缸的旋转轴线相平行偏心设置；其中，活塞的压缩表面与气缸的内壁面和气缸套的内壁面围成压缩腔，当通过转轴驱动活塞转动时，活塞相对于转轴滑动并带动气缸相对于气缸套转动，活塞相对于气缸滑动并使压缩腔的大小发生变化。

应用本发明的技术方案，在活塞上设有用于减轻活塞质量的减轻空间，从而减轻了活塞的质量，由于活塞质心离心力的大小与活塞的质量成正比，即活塞的质量越小，离心力越小，从而能够有效地减轻压缩机的振动，降低了压缩机的使用噪音，提升了压缩机的可靠性，进而提升了压缩机的使用性能。此外，本申请通过优化减轻空间在活塞上的设置位置，实现了降低压缩机过压缩损失和/或降低压缩机的摩擦功耗的技术效果，从而进一步地提升了压缩机的使用性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的压缩机的主视剖视结构示意图；

图2示出了图1中的压缩机的俯视剖视结构示意图；

图3示出了图1中的压缩机的拆解结构示意图；

图4示出了图3中的活塞的立体结构示意图；

图5示出了活塞的质心的运动轨迹的示意图；

图6示出了压缩机在使用过程中通过试验测得的吸排气过程中的压力变化曲线；

图7示出了压缩机在使用过程中理论计算得到的有无过压缩时的吸排气过程中的压力变化曲线；

图8示出了根据本发明的实施例一的活塞的立体结构示意图；

图9示出了图8中的活塞的主视结构示意图；

图10示出了图9中a-a处的剖视结构示意图；

图11示出了图9中b-b处的剖视结构示意图；

图12示出了根据本发明的实施例二的活塞的立体结构示意图；

图13示出了图12中的活塞的主视结构示意图；

图14示出了图13中的活塞的俯视剖视结构示意图；

图15示出了根据本发明的实施例三的活塞的立体结构示意图；

图16示出了图15中的活塞的俯视剖视结构示意图；

图17示出了根据本发明的实施例四的活塞的立体结构示意图；

图18示出了图17中的活塞的俯视剖视结构示意图；

图19示出了根据本发明的实施例五的活塞的立体结构示意图；

图20示出了图19中的活塞的主视结构示意图；

图21示出了图20中c-c处的剖视结构示意图；

图22示出了根据本发明的实施例六的活塞的立体结构示意图；

图23示出了图22中的活塞的俯视剖视结构示意图；

图24示出了图23中d-d处的剖视结构示意图；

图25示出了根据本发明的一种可选实施例的压缩机的装配结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、气缸套；2、气缸；3、活塞；31、压缩表面；32、抵接表面；10、减轻空间；11、第一减轻区域；12、第二减轻区域；101、槽底壁；111、第一槽底段；112、第二槽底段；102、第一槽侧壁；103、第二槽侧壁；20、安装空间；4、转轴；5、压缩腔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

为了解决现有技术中的压缩机存在较大噪音的问题，本发明提供了一种活塞和压缩机。

实施例一

如图8至图11所示，活塞应用在压缩机中，活塞上设有用于减轻活塞质量的减轻空间10；其中，减轻空间10包括第一减轻区域11，活塞包括用于与气缸套1和气缸2围成压缩腔5的压缩表面31，第一减轻区域11与压缩表面31间隔布置，以当压缩腔5内的压力过大时，活塞的部分结构朝向第一减轻区域11的一侧发生弹性形变以减小过压缩；同时，减轻空间10包括第二减轻区域12，活塞包括用于与气缸2的内壁抵接的抵接表面32，第二减轻区域12开设在抵接表面32上，以减小抵接表面32和气缸2的内壁面之间的摩擦力。

在本实施例中，在活塞上设有用于减轻活塞质量的减轻空间10，从而减轻了活塞的质量，由于活塞质心离心力的大小与活塞的质量成正比，即活塞的质量越小，离心力越小，从而能够有效地减轻压缩机的振动，降低了压缩机的使用噪音，提升了压缩机的可靠性，进而提升了压缩机的使用性能。此外，本申请还优化了减轻空间10在活塞上的设置位置，即第一减轻区域11与用于与气缸套1和气缸2围成压缩腔5的压缩表面31间隔布置，第一减轻区域11的设置实现了降低压缩机过压缩损失的技术效果；第二减轻区域12开设在用于与气缸2的内壁抵接的抵接表面32上，第二减轻区域12的设置实现了降低压缩机的摩擦功耗的技术效果，从而进一步地提升了压缩机的使用性能。

由于活塞的质量与密度和体积有关，本申请通过减少活塞体积的方式减少了活塞的质量，从而有效地减轻了压缩机的振动，降低了压缩机的使用噪音，提升了压缩机的可靠性。

如图1至图4所示，现有技术中的转缸活塞压缩机在排气过程的结束阶段，活塞3’的压缩表面31’与气缸套1’的内壁面之间的间隙逐渐减小，间隙越小，排气阻力越大，压缩表面31’和气缸套1’之间会形成狭长的排气通道，容易造成较大的过压缩损失。从图6示出的压缩机在使用过程中通过试验测得的吸排气过程中的压力变化曲线以及图7示出的压缩机在使用过程中理论计算得到的有无过压缩时的吸排气过程中的压力变化曲线可知，转缸活塞压缩机在排气过程的结束阶段存在较大的过压缩损失，加大了压缩机的功耗，严重影响了压缩机的使用性能。

从活塞受力和排气末端冷媒流道变化分析，可知当冷媒发生较严重的过压缩时，活塞头部产生弹性变形后，有利于冷媒及时排出，减小过压缩损失，提高压缩机效率。因此，在本实施例中，第一减轻区域11的设置为活塞的压缩表面31发生弹性形变提供的让位空间，起到了减少过压缩损失的技术效果。

本转缸活塞压缩机在使用过程中，转轴4通过活塞3驱动气缸2在气缸套1内转动，同时活塞3还会相对于气缸2滑动，活塞3和气缸2之间的接触面积越大，摩擦力越大，摩擦功耗越大。在本实施例中，第二减轻区域12的设置减小了活塞3和气缸2之间的接触面积，从而实现了降低摩擦力、降低摩擦功耗的技术效果。

如图8和图10所示，第一减轻区域11的与活塞的旋转轴线相垂直的截面的形状呈圆弧形设置。这样，有利于压缩表面31发生弹性形变。

如图10所示，压缩表面31呈圆弧形设置，第一减轻区域11的与活塞的旋转轴线相垂直的截面的形状呈圆弧形设置，第一减轻区域11的与压缩表面31相对设置的两个内壁面均与压缩表面31同心设置。这样，保证挖去第一减轻区域11的活塞头部的厚度处处相等，使压缩表面31能够更好地发生弹性形变，从而有利于冷媒及时排除，减小过压缩损失，提高压缩机效率。

可选地，转轴4的旋转轴线为活塞的旋转轴线。

如图10所示，第一减轻区域11的靠近压缩表面31的内壁面和压缩表面31之间的最小距离s大于等于2mm。这样，保证挖空后的活塞的头部厚度满足使用要求，保证活塞的结构强度。

如图10所示，r1、r2和r3均同心设置，r1-r2≥2mm，即挖空后活塞头部厚度不小于2mm。

如图10所示，第一减轻区域11的靠近抵接表面32的内壁面和抵接表面32之间的最小距离h大于等于3mm。这样，保证挖空后的活塞的侧面厚度满足使用要求，保证活塞的结构强度。

如图10所示，活塞上还设有用于安装转轴4的安装空间20，第一减轻区域11与安装空间20间隔布置，第一减轻区域11位于压缩表面31和安装空间20之间；第一减轻区域11的靠近安装空间20的内壁面与安装空间20的靠近减轻空间10的内壁面之间的最小距离l大于等于3mm。经试验表面，当l的数值范围满足上述条件时，活塞的使用性能较好。

其中，安装空间20的靠近减轻空间10的内壁面为轴支承面，需要保证减轻空间10的靠近安装空间20的内壁面和轴支承面之间的最小距离l大于等于3mm，使活塞满足使用需要，保证活塞的强度。

如图8和图9所示，沿活塞的旋转轴线延伸的方向，活塞包括相对设置的两个端面，第一减轻区域11贯穿两个端面。这样，便于第一减轻区域11的加工，有利于活塞发生弹性形变以减小过压缩损失。

如图8和图9所示，压缩表面31沿参考面对称设置，第二减轻区域12在参考面上的投影呈方形设置。这样，加工工艺性好，活塞3和气缸2之间的接触面积更小，更有利于摩擦功耗的降低。

如图8和图10所示，活塞包括沿第一方向相对设置的两个压缩表面31和沿第二方向相对设置的两个抵接表面32；第二减轻区域12包括沿第二方向与抵接表面32相对设置的槽底壁101，第二减轻区域12还包括沿第一方向分别与槽底壁101的两端连接的两个第二槽侧壁103，第二槽侧壁103为沿第二方向延伸的平面。呈平面设置的第二槽侧壁103的加工工艺性较好。

如图11所示，第二槽侧壁103和与其靠近的压缩表面31之间的最小距离m≥2mm。这样，保证在挖空第二减轻区域12后，活塞仍具有良好的结构强度。

如图11所示，活塞上还设有用于安装转轴4的安装空间20，安装空间20与第二减轻区域12间隔布置；第二减轻区域12的槽底壁101和安装空间20的靠近槽底壁101的内壁面之间的最小距离d≥2mm。

如图10所示，活塞上还设有用于安装转轴4的安装空间20，两个压缩表面31沿第一方向对称地设置在安装空间20的两侧，两个第一减轻区域11沿第一方向对称地设置在安装空间20的两侧；两个抵接表面32沿第二方向对称地设置在安装空间20的两侧，两个第二减轻区域12沿第二方向对称地设置在安装空间20的两侧。由于活塞为对称式结构，包括对称设置的两个压缩表面31和两个抵接表面32，相应地设置对称的两个第一减轻区域11和两个第二减轻区域12，有利于进一步地提升活塞和压缩机的使用性能。

实施例二

实施例二与实施例一的区别在于，仅设置第一减轻区域11，有利于简化加工工艺。

可选地，如图12至图14所示，第一减轻区域11的与活塞的旋转轴线相垂直的截面的形状呈圆弧形设置。

实施例三

实施例三与实施例二的区别在于，第一减轻区域11的截面形状不同，具体来说，第一减轻区域11的与活塞的旋转轴线相垂直的截面的形状呈多边形设置。这样，可以进一步地简化加工工艺。

如图15和图16所示，第一减轻区域11的与活塞的旋转轴线相垂直的截面的形状呈矩形设置，具有结构简单和更易加工的优点。

实施例四

实施例四与实施例二的区别在于，第一减轻区域11的截面形状不同，具体来说，如图17和图18所示，第一减轻区域11的与活塞的旋转轴线相垂直的截面的形状呈圆形设置。这样，可以进一步地简化加工工艺，第一减轻区域11具有结构简单和更易加工的优点。

实施例五

实施例五与实施例一的区别在于，仅设置第二减轻区域12，有利于简化加工工艺。此外，实施例五与实施例一的第二减轻区域12的形状不同。

具体来说，如图19至图21所示，压缩表面31沿参考面对称设置，第二减轻区域12在参考面上的投影呈条形设置，呈条形设置的第二减轻区域12的延伸方向与活塞的旋转轴线的延伸方向相同。这样，活塞的结构强度更好，在减少摩擦功耗的同时，保证活塞能够可靠地驱动气缸转动。

如图21所示，第二减轻区域12包括与抵接表面32相对设置的槽底壁101，抵接表面32呈圆弧形设置，槽底壁101包括与抵接表面32同心设置的呈圆弧设置的第一槽底段111；其中，第二减轻区域12包括沿活塞的旋转轴线延伸的方向相对设置的两个第一槽侧壁102，两个第一槽侧壁102均呈圆弧形设置并均与第一槽底段111相切。这样，活塞的结构强度更好。

其中，第一槽底段111的半径r5的圆形为抵接表面32的半径r4的圆心，有利于进一步地保证活塞的结构强度。

如图21所示，活塞上还设有用于安装转轴4的安装空间20，安装空间20与减轻空间10间隔布置；沿活塞的旋转轴线延伸的方向，活塞包括相对设置的两个端面，安装空间20为贯穿两个端面的安装孔；第二减轻区域12的与活塞的旋转轴线相垂直的第一边沿和安装孔的与活塞的旋转轴线相垂直的第二边沿之间的最小距离n≥2mm。经试验表面，当n的数值范围满足上述条件时，活塞的使用性能较好。

实施例六

实施例六与实施例一的区别在于，仅设置第二减轻区域12。如图20至图24所示，压缩表面31沿参考面对称设置，第二减轻区域12在参考面上的投影呈方形设置，这样，加工工艺性较好，同时活塞3和气缸2之间的接触面积较小，降低摩擦功耗的效果更好。

如图24所示，第二减轻区域12包括与抵接表面32相对设置的槽底壁101，抵接表面32呈圆弧形设置，槽底壁101包括与抵接表面32同心设置的呈圆弧设置的第一槽底段111；槽底壁101还包括沿活塞的旋转轴线延伸的方向分别与第一槽底段111的两端连接的两个第二槽底段112，两个第二槽底段112均为与活塞的旋转轴线相平行的平面。呈平面设置的第二槽底段112的加工工艺性较好。

如图24所示，活塞上还设有用于安装转轴4的安装空间20，安装空间20与减轻空间10间隔布置；沿活塞的旋转轴线延伸的方向，活塞包括相对设置的两个端面，安装空间20为贯穿两个端面的安装孔；第二减轻区域12的与活塞的旋转轴线相垂直的第一边沿和安装孔的与活塞的旋转轴线相垂直的第二边沿之间的最小距离n≥2mm。经试验表面，当n的数值范围满足上述条件时，活塞的使用性能较好。

设置第二减轻区域12后剩余的活塞在上下方向上的厚度为第一边沿和第二边沿之间的最小距离n。

本申请还提供了一种压缩机，压缩机包括气缸套1、气缸2、活塞3和转轴4，气缸2可枢转地设置在气缸套1内，活塞3安装在气缸2内并与气缸2滑动连接，活塞3为上述和下述的活塞，转轴4与活塞3滑动连接，转轴4的旋转轴线与气缸2的旋转轴线相平行偏心设置；其中，活塞3的压缩表面31与气缸2的内壁面和气缸套1的内壁面围成压缩腔5，当通过转轴4驱动活塞3转动时，活塞3相对于转轴4滑动并带动气缸2相对于气缸套1转动，活塞3相对于气缸2滑动并使压缩腔5的大小发生变化。

由于本申请提供的活塞3的质量较轻，从而使本申请提供的压缩机的噪音较小，通过在活塞3上设置第一减轻区域11和/或第二减轻区域12，实现降低过压缩损失和/或降低摩擦功耗的技术效果。

如图25所示，该具体实施例中的压缩机包括上述实施例一中的活塞，该活塞包括对称设置的两个第一减轻区域11，以及对称设置的两个第二减轻区域12，改善效果较好。

本申请提供的活塞和压缩机，在使用过程中，能够减少压缩机的噪音、减小压缩机的振动，减小压缩机的过压缩，降低排气损失，还能够减小压缩机的摩擦功耗，有利于提升压缩机的效率，有利于提升压缩机的使用性能。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。