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盛正堂 陈永安 尹小兵 何四发 杨任平 崔磊 金文辉 胡春有 熊良根
(华意压缩机股份有限公司 江西景德镇 333001)
摘要：随着冰箱节能的要求不断提升，冰箱压缩机COP值要求进一步向极限挑战，都在力求减少摩擦等措施来提升其效率, 都在尽可能地探索新的技术。目前压缩机曲轴推力面与曲轴箱止推面存在单边受力而形成单边磨擦现象，此种摩擦与理想的均匀受力摩擦相比，使得摩擦与振动加剧，效率降低。而止推关节轴承可有效解决此问题，进一步提升机械效率，使得R600a压缩机COP值提升约2%，超高效压缩机采用此技术后样机的COP普通工况提升到2.0，冰箱工况提升到2.1，从而改善压缩机的匹配性能。
关健词：止推关节轴承；单边受力；个别滚珠滚动；轴承完整性
2 目前止推轴承效率低的原因分析
止推轴承的两个工作平面不平行的原因来
自多方面，下面分别阐述。
2.1 曲轴的影响
如图1所示。图1(a)为曲轴理想的形状。
图1(b)为曲轴实际加工存在误差，使得实际曲轴
推力面4a与理想曲轴推力面4b成一夹角C°。
2.2 曲轴箱的影响
如图2及图3所示，图2为曲轴箱理想的形
状。图3为曲轴箱实际加工需要公差，使得实
际止推面1a与理想止推面1b存在偏离成一夹角图3
图1图2
图4
1 概述
压缩机机械磨擦副的磨擦对压缩机的效率
张庭 照片有重要的影响，压缩机设计都在尽可能的减少
摩擦来提升效率，而目前压缩机止推轴承的曲
轴推力面与曲轴箱止推面存在单边受力而形成
单边磨擦现象即止推轴承的两个应该平行的平
面实际上不平行(带滚珠的，由于实际上、下支
承片的两个面不平行，使得整个滚珠轴承只有
个别滚珠在滚动)，失去轴承的完整性，使得
摩擦与振动加剧，机械效率降低，采用关节轴
承可以有效此问题，同时提高其效率。
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图8a 图8图8b
图6图5图7
b °。缸孔轴线1d 及轴孔轴线1e 不垂直成一夹角a °（a °≠90°）。
2.3 配合间隙及受力的影响
如图4及图5所示，由于曲轴孔D6与曲轴长轴d5有间隙，而在压缩机工作的时候受连杆F1的作用，使
得曲轴发生倾斜，以F3为支点， F3＝F1+F2。由于倾斜使得理想止推面1b 与实际推力面4a 形成夹角d °而不能完全贴合，由于压缩机实际工作时温度较高，会生产热变形同时在F1的作用下会加重变形，进一步加大夹角d °的影响。
2.4 零件加工误差综合影响
如图6所示（为综合误差的情况之一，为便于表达采用此种情况描述）。图1(b)的夹角C °、图3夹角b °及图5的d °叠加，使得图6中实际止推面1a 与实际推力面4a 形成综合公差夹角e °，即止推轴承的两个工作平面(实际止推面1a 与实际推力面4a)不平行，失去轴承的完整性，使得机械效率下降。图3的夹角a °误差与图5的夹角d °（曲轴轴线倾斜）形成图6
的综合误差夹角f °。夹角f °（平行度的误差也会影响，尚未示出）误差使得连杆力F1分解成F4与F5，分力F5加大了实际止推面与1a 与实际推力面4a 之间负载，加大摩擦。
2.5 热力的影响
林依晨男友图6中实际止推面1a 与实际推力面4a 之间负载，来自于转子重力、曲轴的重力、吸油管的重力、转子与定子之间向下的磁拉力、加工误差造成的分力F5、零件在工作时的热变形及曲轴在受力后变形的附加负载。图6中受夹角e °的影响使得止推轴承的实际止推面1a 与实际推力面4a 交叉点g 产生单边摩擦 ，
只是在1a 与4a 中部分面积受力，其余部分有可能没有受力，使得摩擦加剧同时也加大振动，从而使得压缩机的效率下降，目前超高效压缩机由于转子叠厚较高使得其重力加大，此影响表明更加明显。图6的结构形式还有一个缺点由于没有保留平面止推球轴承结构，使得轴承1不能设计得很长，压缩机的运行稳定性较差，优点在于节省成本。图7为现有压缩机的另一种结构
形式即带平面止推球轴承，优点在于可以提高效率，同时由于带凸起1f ，使得整个轴承1较长，压缩机的稳定性较好，但此结构与图6结构一样同样存在综合误差夹角e °产生应力集中的单边摩擦，使得整个滚珠轴承的上支承片下表面5b 和下支承片上表面8a 不平行，只有个别滚珠受力滚动，使得滚珠轴承的完整性失去作用，使得机械效率下降。
3 止推轴承效率下降的解决方案：止推关节轴承
聚氨酯3.1 止推关节轴承的构成
一种止推关节轴承组件，安装在曲轴4的推力面和轴套1的止推面之间，其特征在于：所述的止推关节轴承组件自上而下依次由上支承片、含钢珠的轴承保持架、下支承片、含钢珠的上保持架、含钢珠的下保持架叠置构成。轴承保持架中的钢珠全部布满，上保持架和下保持架中的钢珠是每间隔一个钢珠孔布置一个钢珠，即钢珠的数量是钢珠孔的一半。上保持
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技术架钢珠下面的露出部分，落在下保持架钢珠孔中，下保持架钢珠上面的露出部分与上保持架钢珠孔相配合，上保持架下表面与下保持架上表面贴合。所述上支承片以压缩机曲轴来定位，所述轴承保持架、下支承片、上保持架、下保持架以压缩机轴套的凸起来定位。
3.2 止推关节轴承的工作原理
上保持架和下保持架选用非金属材料（具有良好的弹性）如图8所示，同样综合误差造成的夹角e °，在单边力F6的作用下（F6会随曲轴旋转角度改变而改变加载在不同的钢珠上），使得上保持架中的钢珠10（或下保持架中的钢珠，与曲轴旋转角度有关），由原来的实线位置下移到虚线位置（如图8a 所示，单边力F6作用在钢珠10上，邻近的两个钢珠12为临时支点，一方面使得钢珠向下移动（上、下保持架钢珠孔弹性变形使得钢珠有小量位移）到虚线位置，另一方面在钢珠10邻近的两个钢珠12之间的上、下保持架发生弹性变形，下移到虚线位置，当曲轴旋转使得F6离开钢珠10时，原有的弹性变形恢复原状，钢珠10复位，而曲轴旋转使得F6移到下一个钢珠12或钢珠10发生同样上述的弹性变形，依次类推，曲轴推力面4a 、上支承片5、下支承片8、保持架7随
之转动，上支承片5的下表面5b 与下支承片8的上表面8a 可以始终保持平行，使单边应力集中的摩擦消除（保持架7中个别钢珠6受力），变为均匀受力摩擦（保持架7中全部钢珠6均匀受力），从而实现保持止推轴承功能的完整性。
图8b 是止推关节轴承的实施方式。
4 效果对比验证
4.1 在高效压缩机单因素对比验证：在R600a制冷剂上
同时各装配两台X 型号压缩机。除改进部分不同外其它条件相同。
4.1.1 改进前
普通止推平面轴承，其它结构不变测试结果如下，抽测低温和冰箱工况性能，具体见表1。
4.1.2 改进后
将上面两台压缩机的平面止推轴承，更换成改进后的止推关节轴承，其它条件和改进前一样测试结果见表2。
从上述测试结果(表1与表2对比)看可以知道:
ASHRAE 工况：改进结构比改进前结构COP 提升约0.04；
低温工况：改进结构比改进前结构COP 提
参考文献
张歆艺个人资料［1］《摩擦学原理》 温诗铸 黄平 清华大学出版社第3版；［2］《热工基础与流体力学》 郁岚 中国电力出版社；［3］《小型全封闭制冷压缩机》刘东 科学出版社。
升0.05；
冰箱工况：改进结构比改进前结构COP 提升0.05；
整体性能得到了明显改善,COP 提升约2%。同时经过各种寿命试验，结果均合格。
4.2 在超高效压缩机上的的应用验证
在笔者所在公司最新研制的超高效压缩机上使用此结构后的的两台样机性能，具体见表3。
上述在超高效压缩机样机上采用止推轴承的水平，ASHRAE 、低温和冰箱工况性能
非常好。
4.3 结论
网上交违章采有带止推关节轴承的压缩机，比普通不带此结构的压缩机，COP 提升约2%，整体性能得到明显提升，效果显著。同时由于在低温工况及冰箱工况下提升的更加明显效果显著，使得压缩机的冰箱匹配效果更好。
5 总结
目前压缩机平面止推轴承的曲轴推力面与曲轴箱止推面存在单边受力而形成单边磨擦现象即止推轴承的两个应该平行的平面实际上不平行(带滚珠的，由于实际上、下支承片的两个面不平行，使得整个滚珠轴承只有个别滚珠在
滚动)，失去轴承的完整性，使得摩擦与振动加剧，机械效率降低，采用止推关节轴承可以有效此问题，输入功率有明显下降,COP 的提升约2%，超高效压缩机采用此技术后样机的COP 普通工况提升到2.0，冰箱工况提升到2.1，使得压缩机的冰箱匹配性能提升，冰箱更加节能，同时可以进一步提升和稳定目前超高效压缩机COP 的稳定性。
注：止推关节轴承已获得国家专利。
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