粉末金屬渦旋輪轂接頭的製作方法

2023-05-28 20:10:16

專利名稱：粉末金屬渦旋輪轂接頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及渦旋機械，且更具體地，涉及渦旋壓縮機。
背景技術：
渦旋型機械由於它們的極有效的操作能力而通常在製冷和空調應 用中當作壓縮機使用。和具有許多移動部件的住複式技術不同，典型的 渦旋壓縮機具有一個渦旋件，該渦旋件在由匹配的靜渦旋件限定的軌道 上轉動，該靜渦旋件附接到壓縮機主體。動渦旋件耦聯到軌道上的曲軸， 這形成在兩個渦旋件之間的一系列移動的或連續的氣室。在渦旋件的外 部上，凹穴吸入氣體，當氣體移動通過一系列連續的、越來越小的移動 室時，氣體被壓縮，直到通過靜渦旋件的中央埠被排出。
渦旋壓縮機依賴諸多密封件以形成和限定移動室。為了正確地執
行，渦旋件一定不能洩漏、磨損或斷裂。由於渦旋件本身複雜的形狀、 槽的加工以及這些部件的組裝，與機械加工相關聯的成本將十分可觀。
典型的粉末金屬渦旋件通常是通過形成兩個單獨的件、具有渦旋 渦齒的基板和輪轂並將它們結合在一起以形成渦旋部件後而進行組裝 的。將兩個將結合在一起的現有方法是使用銅焊方法。雖然這個方法適 合生產渦旋部件，但該方法還會產生在潛在的高應力區域中的銅焊接 頭，由於施加到輪轂的軸承負載，該銅焊接頭會經受局部的高應力。與 位於較低應力區域的接頭相比，位於高應力區域的接頭更易失效。

發明內容
本發明一般地涉及渦旋壓縮機，更具體地，涉及用於渦旋壓縮機的 渦旋部件的接頭。在一個方面中，渦旋部件包括螺旋形渦旋渦齒和具有 第一和相對的第二主表面的基板。該第一主表面耦聯到渦旋渦齒，該第 二主表面包括凸肩，該凸肩從基板延伸一段距離。圓筒形輪轂可緊固到 凸肩上。渦旋部件的至少一部分可包括粉末金屬材料，並且輪轂可銅焊 到凸肩上。本發明也提供一種渦旋部件，包括第一構件，所述第一構件具有 第一基板部分和一體的螺旋形渦旋渦齒；第二構件，所述第二構件具有 第二基板部分和一體的圓筒形輪轂。所述第一構件可結合到所述第二構 件以形成整體式渦旋部件。
本發明也提供一種渦旋部件，該渦旋部件包括螺旋形渦旋渦齒和基 板。該基板具有耦聯到渦旋渦齒的第一主表面和相對的第二主表面，該 相對的第二主表面包括從基板延伸一段距離的突出引導部。輪轂可與突 出引導部對準，並銅焊到鄰近突出引導部的基板上。突出引導部可包括 環形壁。
本發明也提供一種渦旋部件，該渦旋部件包括基板，該基板具有耦 聯到渦旋渦齒的第一主表面和具有環狀漸縮凹槽的相對的第二主表面。 具有漸縮邊緣的圓筒形輪轂可銅焊到漸縮凹槽上。
本發明也提供一種渦旋部件，該渦旋部件包括基板，該基板具有耦 聯到渦旋渦齒的第 一主表面和相對的第二主表面，該相對的第二主表面 具有突起的錐形中央引導部。圓筒形輪轂可銅焊到基板並圍繞中央引導 部。
本發明也提供一種形成渦旋壓縮機構件的方法。該方法包括提供具 有耦聯到渦旋渦齒的第一主表面和具有突出引導部的相對的第二主表 面的基板。將圓筒形輪轂構件與突出引導部對準。將銅焊材料提供在突 出引導部和輪轂構件中的至少一個或兩個附近。然後，將輪轂構件銅焊 到基板上。該突出引導部可包括錐形形狀，並且提供銅焊材料可包括將 銅珠放置在突出引導部上，並允許銅珠滾到輪轂構件的內徑處，或者將 銅焊材料環放置在基板上，該環具有足夠的直徑以匹配輪轂的內部，或
者將銅漿放置在基板上。
通過下文所提供的詳細描述，本發明的其它應用領域將變得顯而易 見。應當理解的是，詳細描述和具體示例僅用來示例性說明，而不意於 限制權利要求的範圍。


通過詳細描述和附圖，將更充分地理解本發明，在附圖中圖l為沿著包含根據本發明的渦旋部件的渦旋型致冷壓縮機的中心
剖開的豎直截面圖2為根據本發明的動渦旋部件的分解透視圖3A為圖2所示的組裝後的動渦旋部件的橫截面視圖3B為根據本發明另一個方面的組裝後的動渦旋部件的橫截面視
圖3C為圖3A的局部放大視圖4A為根據本發明另一個方面的組裝後的動渦旋部件的橫截面視
圖4B為圖4A的組裝後的動渦旋部件的仰視圖，圖示了突出引導部； 圖5為根據本發明另一個方面的組裝後的動渦旋部件的橫截面視
圖6為根據本發明的動渦旋構件的分解透視圖； 圖7為圖6的局部放大視圖8為沿圖6中參考線8-8剖開的組裝後的動渦旋構件的橫截面視
圖9為圖8的局部放大視圖； 圖10為圖9的局部放大視圖11為圖8的局部放大視圖，圖示了加工區域；以及 圖12為根據本發明另一個方面的圖8的局部放大視圖。
具體實施例方式
下面的描述本質上僅僅是示例性的，無論如何也不是用來限制本發 明、其應用或使用。參考附圖，在所有幾個視圖中，相同的附圖標記表示相同或相應的
部件，圖1圖示了示例性渦旋壓縮機IO,該渦旋壓縮機IO能夠併入根 據本發明的典型的渦旋部件。該壓縮機IO包括大體呈圓筒形的密封殼 12，該殼12具有焊接到殼上端的蓋14和在下端的基座16，該基座16 可選地具有多個和基座一體形成的安裝腳(未示出)。蓋14設置有致冷 劑排出配件18，該致冷劑排出配件18可在其中具有通常的排出閥(未 示出)。固定到殼的其它主要構件包括橫向延伸的隔板22、主軸承箱24 和下部軸承箱26，該隔板22在蓋14焊接到殼12的相同位置處繞其外 圍焊接，該主軸承箱24適當地緊固到殼12上，該下部軸承箱26還具 有多個沿徑向向外延伸的支柱，支柱中每一個也適當地緊固到殼12。具 有圓角的通常具有多邊形(例如4到6個邊)橫截面的馬達定子28被 壓配到殼12中。定子上的圓角之間的平坦部分提供定子和殼之間的通 道，該通道使潤滑劑更易自殼的頂部返流到底部。
在上端具有偏心曲柄銷32的驅動軸或曲軸30殼以可轉動的方式軸 頸連接到在主軸承箱24中的軸承34上。第二軸承36布置於下部軸承 箱26內。曲軸30在其下端具有相對大直徑的同心孔38,該孔38與在 徑向上向外傾斜的更小直徑的孔40連通，該孔40自其向上延伸到曲軸 30的頂部。攪拌器42布置於孔38內。內殼12的下部限定油槽44,該 油槽44充滿潤滑油，潤滑油的油位略微低於轉子46的下端，但足夠高 以浸沒繞組48的下部端匝的相當大的部分。孑L38起到泵的作用，以將 潤滑流體向上泵送到曲軸30並進入通道40，最後到達壓縮機的需要潤 滑的所有各個部分。
曲軸30由電動馬達可轉動地驅動，所述電動馬達包括定子28和穿 過定子的繞組48。轉子46壓配到曲軸30上，並分別具有上配重50和 下配重52。
主軸承箱24的上表面設置有平坦的止推軸承表面54,在止推軸承 表面54上布置有動渦旋構件56，該動渦旋構件56在其上表面上具有通 常螺旋形的葉片或渦齒(wrap) 58。圓筒形的輪轂卯自動渦旋構件56 的下表面向下突出，並在其中具有軸承襯套60。驅動襯套62以可轉動 的方式布置於軸承襯套60中，並具有內孔64，曲柄銷32以可驅動的方 式布置於內孔64中。曲柄銷32在一個表面上具有平坦部分，該平坦部分與形成在孔64的一部分上的平坦表面以可驅動的方式接合以提供徑 向適應的驅動布置，例如美國專利No.4，877，382中所示，該專利的^Hf 內容通過引用結合到本文中。滑塊聯軸器66設置在動渦旋構件56和軸 承箱24之間，並連接到動渦旋構件56和靜渦旋構件68以防止動渦旋 構件56的旋轉運動。滑塊聯軸器66可以是美國專利No. 5，320，506所公 開的類型，該專利的公開內容通過引用結合到本文中。
靜渦旋構件68包括渦齒70，該渦齒70安置為與動渦旋構件56的 渦齒58嚙合。靜渦旋構件68具有居中布置的排出通道72，該排出通道 72與向上敞開的凹槽74連通，該凹槽74與由蓋14和隔板22限定的排 出消聲器室76流體連通。環形凹槽78可形成在靜渦旋構件68內，在 靜渦旋構件68內布置有密封組件80。凹槽74、 78和密封組件80協作 以限定軸向壓力偏置室以接收被渦齒58、 70壓縮的加壓流體，以便將 軸向偏置力施加在靜渦旋構件68上，從而促使各渦齒58、 70的尖端與 相對的端板表面密封接合。密封組件80可以是在美國專利No. 5,156,539 中詳細描述的類型，該專利的公開內容通過引用結合於本文中。靜渦旋 構件68可設計成以適當方式安裝到軸承箱24,所述適當方式例如前文 提及的美國專利No.4，877，382或No.5，102,316所7>開的，所述專利的乂〉 開內容通過引用結合於本文中。
圖2圖示了動渦旋構件56的分解透視圖，圖3A為組裝好的圖2所 示動渦旋構件的橫截面視圖。如圖所示，動渦旋構件56可包括大體圓 形的基板82,該基板82具有第一和第二大體平坦的相對主表面，它們 分別以附圖標記84和86表示。第一主表面84可耦聯到螺旋形渦旋渦 齒58。第二主表面86可包括凸起部，例如圖3A所示的環形凸肩88， 或者如圖3B所示的圓柱形凸墊89，該凸起部在大體垂直於基板82的 方向上延伸一定的距離。渦旋渦齒58和基板82可以是使用現有技術中 已知的工藝由粉末金屬製成的一個單體部件，所述工藝例如美國專利 No. 6,705,848所公開的，該專利的公開內容通過引用結合於本文中，或 者渦旋渦齒58和基板82可包括連接在一起的多個部件，例如使用銅焊 材料以將渦旋渦齒58連接到基板82。部件還可由粉末金屬或鍛造材料 生產。
圓筒形輪轂構件卯可包括第一和第二相對的邊緣92、 94。輪轂構件90可使用鍛造材料、標準鑄造技術或其它成型過程(包括粉末金屬) 形成，並緊固到基板82。例如，可使用本領域技術人員所熟知的銅焊方 法將輪轂構件90在接頭96處銅焊到凸肩88或凸塾89。也可使用適合 與粉末金屬材料一起使用的方法進行銅焊。例如，在燒結粉末金屬部件 的同時，可對未加工的部件進行組裝和銅焊。可使用在燒結過程中硬化 的材料對堅固的輪轂進行緊固。
參考圖3A，凸肩88 (或圖3B中的圓柱形墊89)可自第二主表面 86延伸出距離該距離Di可為基板82厚度的約1/20至約1/5。輪 轂邊緣92和凸肩邊緣98可設置有互補錐角，所述互補錐角構造成相互 匹配並形成漸縮接頭96。漸縮表面與基板的角度可在大約0度到大約 20度之間。如圖3A(和其它附圖)所示的假想線圖示了在任何加工之 前渦旋部件的形狀，如果需要，在部件被組裝和燒結時。在組裝後，渦 旋件56可加工成具有如圖3B所示的最終形狀。如果需要的話，在將輪 轂構件90銅焊到基板82之前，在凸肩88或圓柱形墊89附近可首先形 成或在隨後加工得到略為凹入的圓形槽或溝槽100。溝槽100可起到銅 壩的作用，該銅壩有助於最小化到渦旋構件56的止推表面上的任何銅 料流。另外，輪轂構件94的下邊緣94可加工成具有斜角或圓角95。
凸肩88或凸墊89的使用，可通過將實際的銅接頭位置96轉移為 遠離最高局部應力區域中的一個，而增加了渦旋構件56的總強度，所 述最高局部應力區域中的一個為中徑點或該點附近的區域，如附圖標記 97所表示的。該區域97在使用過程中典型地展現出最受壓的軸承栽荷， 現在通過使用凸肩88或墊89而略微地移離輪轂和基板銅焊接頭。
圖3B圖示了凸墊89特徵，其中，結合到輪轂90的基板82的中央 部分被完全凸起，以簡化總體部件結構。如前文所討論的那樣，輪轂構 件90可使用銅焊方法結合到基板82。在銅焊過程中，可能必需將輪轂 構件卯相對於基板82對準和保持在預期的最終銅焊位置上，並且防止 和/或最小化遠離預想接頭96的任何移動。如該實施方式所示，基板可 設置有一體的凹入引導部或葉片101 ，並且輪轂90可設置有外部的突出 引導部103用於在將輪轂90和基板82銅焊在一起之前將輪轂90 —致 地預組裝放置和對準在基板82上。如圖所示，突出引導部103具有大 體上矩形的截面。然而，如本領域技術人員將了解的那樣，引導部截面也可為三角形、半圓形等。
圖4A圖示了描述本發明另一個方面的渦旋部件56的橫截面視圖。 類似於圖3A和圖3B，基板82具有耦聯到渦旋渦齒58的第一主表面 84和具有環形凹槽110的相對的第二主表面86。為了有助於對準，基 板82的環形凹槽110可包括突出引導部102,該引導部102大體上垂直 於基板82延伸距離D2，該距離D2大約為基板厚度的大約1/20至大約 1/2。輪轂構件90可緊固到(例如銅焊到)鄰近突出引導部102的基板 82上。
突出引導部102可為環形壁，該壁有助於將輪轂構件卯與基板82 對準，並最小化緊固過程中輪轂90和基板82之間的任何移位、不對準 或運動。環形壁可為連續的環狀突起，或可包括構造成起同樣作用的非 連續的多個段(未示出)。突出引導部102可形成為具有大體中空的圓 筒形，或可形成為居右不允許輪轂構件卯相對於基板82過度移位或運 動的一個或多個斜面或漸縮面104。
基板82可包括環形凹入區域110,該環形凹入區域IIO圍繞突出引 導部102沿周邊設置並構造成與輪穀構件90的邊緣92結合。如圖所示， 凹入區域的尺寸可形成為略為大於輪轂構件卯的邊緣92，以提供用於 過量銅焊材料的小間隙區域112，這將在後文更詳細描述。凹入區域IIO 可以是漸縮的，並且輪轂構件可包括構造成匹配基板凹槽110並形成漸 縮接頭96的互補漸縮邊緣。
如圖4B所示，圖示了基板82的中央部分的局部底視圖，突出引導 部可布置在基板82上，使得其最外緣106鄰近並抵接輪轂構件卯的內 徑(ID)。在其它方面，突出引導部102可布置在基板82上，使得引導 部102將圍住輪轂構件90，並且具有抵接輪轂構件90的外徑(OD )的 最內緣108。
圖5圖示了渦旋部件56的橫截面視圖，該渦旋部件56包括第一構 件116，該第一構件116包括第一基板部分118和一體的渦旋渦齒58。 第二構件120可包括第二基板部分124和一體的圓筒形輪轂部分126。 第一構件116在接頭128處結合到第二構件120，例如通過將第一基板 部分銅焊到第二基板部分，以形成整體式渦旋部件56。如圖所示，第一基板部分118和第二基板部分124具有相等的直徑， 並且每一個包括基板82的寬度或厚度的大約一半。不過，每個部分118、 124的尺寸無需一樣，合適的變化是在本發明的範圍之內的。基板部分 118、 124中的至少一個或兩個可包括突出引導部130,以有助於在銅焊 之前提供第一和第二構件116、 120的一致和精確的對準。因此，基板 部分118、 124中的至少一個或兩個還可包括內部的或凹入的引導部 132，其構造成匹配突出引導部130。另外，輪轂構件90的下邊緣94 可加工成具有斜角或圓角95。
圖6圖示了具有基板82的動渦旋部件56的分解透視圖，該基板82 具有耦聯到渦旋渦齒58的第 一主表面84和具有突出的錐形中央引導部 134的相對的第二主表面86。圖7圖示了圖6的基板82的中央引導部 134區域的局部放大透視圖。基板表面86還可限定圍繞中央引導部134 的環狀漸縮凹槽136。環形凹槽136可以是漸縮的以匹配輪轂構件卯 的錐形邊緣92以形成漸縮接頭96。
圖8圖示了沿圖6的參考線8-8取得的橫截面視圖。圖9為圖8的 局部放大視圖，描繪了錐形引導部134的中心點138。漸縮錐形突出引 導部134有助於在銅焊過程之前使球形銅珠滾到輪轂構件90的內徑處。 基板82的環形凹槽136的尺寸可形成為其寬度略大於輪毅構件卯的漸 縮邊緣92的寬度，從而具有如圖10中最好示出的細微延伸部148,圖 10為圖9的局部放大視圖。圖11為圖9的變形，其圖示了加工過程之 後接頭96的外邊緣區域。在這方面，圖11示出了形成在輪轂卯上的 外耦聯半徑。圖12圖示了輪轂構件90與基板82之間的接頭96的另一 個方位，其中接頭96的角度被反轉。
如在圖6、 7、 10和11中最好看到的，圓形凹槽136可具有沿徑向 布置在環形凹槽周圍的多個突起部137。在這方面，突起部137構造成 控制輪轂卯和環形凹槽136之間的間隙。這就允許銅料在輪轂90和環 形凹槽136之間的適當的流動和分布。
一種將圓筒形輪轂構件結合到渦旋部件的基板的方法，包括提供具 有第一主表面和相對的第二主表面的基板，該第一主表面耦聯到渦旋渦 齒，該相對的第二主表面具有突出引導部。圓筒形輪轂構件與突出引導 部對準，並且銅料(例如銅漿或球形銅珠)設置在突出引導部和輪轂構件中的至少一個或兩個附近。突出引導部可包括錐體形狀，並且提供銅 料可包括將銅珠置放在突出引導部上，並允許銅珠在銅焊過程之前滾到 輪轂構件的內徑處。在其它方面， 一圍銅料放置到基板上，該基板具有 足以匹配輪轂構件的內部的直徑。然後將輪轂構件銅焊到基板上，並且 可對渦旋部件執行任何預期的加工。
本文的描述本質上僅僅是示例性的，因而各種變形意於在本發明的 範圍之內。
權利要求
1. 一種渦旋部件，包括螺旋形渦旋渦齒；基板，所述基板具有相對的第一主表面和第二主表面，所述第一主表面耦聯到所述渦旋渦齒；凸起部分，所述凸起部分自所述基板的第二主表面延伸；緊固到所述基板的輪轂，所述輪轂與所述凸起部分的至少一部分接觸。
2.根據權利要求1所述的渦旋部件，還包括在所述輪轂和所述基 板之間的銅焊接頭。
3.根據權利要求1所述的渦旋部件，其中，所述渦旋渦齒、基板 和輪轂中的至少 一個包括從包含粉末金屬材料和鍛造材料的組中選擇 的材料。
4.根據權利要求1所述的渦旋部件，其中，所述凸起部分包括突 出引導部、環形凸肩和/或凸墊中的至少一個。
5.根據權利要求1所述的渦旋部件，其中，所述基板包括圍繞所 述凸起部分沿圓周布置的溝槽。
6.根據權利要求1所述的渦旋部件，其中，第二基板部分還包括 與所述凸起部分鄰近的凹入引導部。
7.根據權利要求1所述的渦旋部件，其中，所述輪轂包括突出引 導部。
8.根據權利要求1所述的渦旋部件，其中，所述輪轂和所述凸起 部分包括構造成相互匹配並形成漸縮接頭的互補漸縮邊緣。
9.根據權利要求8所述的渦旋部件，其中，所述漸縮接頭的角度 在大約0度到大約20度之間。
10.根據權利要求l所述的渦旋部件，其中，所述基板的厚度與所述凸起部分的厚度的比為大約5 : i到大約20 : i。
11. 一種渦旋壓縮機，包括如權利要求i所述的渦旋部件。
12. —種渦旋部件，包括第一構件，所述第一構件具有第一基板部分和一體的螺旋形渦旋渦齒；第二構件，所述第二構件具有第二基板部分和一體的圓筒形輪轂； 其中，所述第一構件結合到所述第二構件以形成整體式渦旋部件。
13.根據權利要求12所述的渦旋部件，其中，所述第一基板部分 和所述第二基板部分中的至少一個或兩個包括突出引導部和/或凹入引 導部。
14.根據權利要求13所述的渦旋部件，其中，所述突出引導部包 括環形壁，所述環形壁布置成當將所述輪轂緊固到所述第二基板部分時 鄰近所述輪轂的外徑或所述輪轂的內徑。
15.根據權利要求13所述的渦旋部件，其中，所述第二基板部分 包括所述凹入引導部。
16.根據權利要求15所述的渦旋部件，其中，所述凹入引導部是 漸縮的。
17.根據權利要求13所述的渦旋部件，其中，所述第一基板部分 和所述第二基板部分中的至少一個或兩個包括所述突出引導部，並進一 步包括圍繞所述突出引導部布置的環形凹入區域。
18.根據權利要求17所述的渦旋部件，其中，所述環形凹入區域 在第一半徑處具有距離所述相對的第二表面的第一深度，並在第二半徑 處具有距離所述相對的第二表面的第二深度，並且所述第 一深度大於所 述第二深度。
19.根據權利要求13所述的渦旋部件，其中，所述突出引導部包 括大體圓筒形的形狀或錐形的形狀。
20.根據權利要求13所述的渦旋部件，其中，所述突出引導部為 錐形形狀的引導部；並且所述輪轂銅焊到所述第二基板部分。
21.根據權利要求20所述的渦旋部件，其中，所述第二基板部分還包括圍繞所述突出引導部的漸縮的環形凹槽。
22. —種方法，包括使圓柱形輪轂構件與基板的突出引導部對準；將銅焊材料布置在所述突出引導部和所述輪轂構件中的至少一個 或兩個附近；以及將所述輪轂構件銅焊到所述基板上。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，布置銅焊材料包括允許 銅珠自所述突出引導部滾到所述輪轂構件的內徑處。
全文摘要
一種渦旋部件，包括螺旋形渦旋渦齒、基板以及輪轂，所述基板具有耦聯到渦旋渦齒的第一主表面和包括自基板延伸一端距離的突出引導部的相對的第二主表面，所述輪轂緊固到突出引導部。還提供了形成渦旋壓縮機構件的方法。
文檔編號F04C18/02GK101548107SQ200880000988
公開日2009年9月30日 申請日期2008年1月22日 優先權日2007年1月26日
發明者克里斯多福·斯託弗, 加裡·J·迪勒, 讓-呂克·M·卡伊拉特, 馬克·J·斯坎卡雷洛 申請人:艾默生環境優化技術有限公司