压缩机气缸吸入孔与连接管配合尺寸设计及实验检讨

何志勇

摘 要：传统旋转式压缩机气缸吸入孔与连接管采用锥度配合方式，装配过程需要较大的压入力。通过新设计采用圆柱直孔气缸与直连接管，可以有效降低装配过程压入力，提高压缩机品质。本文主要介绍新设计的直吸入孔与连接管配合尺寸设计及相应的实验检讨验证。

关键词：压缩机；气缸吸入孔；连接管；配合尺寸

1 引言

一般空调在制冷制热过程，主要有四大核心部件：压缩机、冷凝器、节流裝置和蒸发器，而其中作为循环过程最核心部件就是压缩机。常用的压缩机有活塞式、旋转式、涡旋式等。而在一般家用空调中，最常见的就是旋转式的压缩机。旋转式的压缩机在每一个工作循环中存在吸气—旋转压缩—排气—下一个吸气的过程，为保证吸入的低压气体不与排气间经过压缩的高压气体贯通，一般吸气结构需要有一定的密封要求。传统旋转式压缩机气缸吸入孔与连接管采用锥度配合的方式，一般采用莫氏锥度，锥形铜连接管在压入气缸吸入孔过程挤压变形形成密封带，但这种压入过程需要的压入力较大，常见生产的A型压缩机一般都需要2.5KN以上才能较好的密封，但在开发新款B型压缩机时，由于采用了焊接主轴承固定方式，连接管压入过程过大的压入力往往会使气缸与主轴承间发生位移的现象，破坏原有的气缸与轴承之间的配合间隙，同时过大的压入力一般会是气缸内部变形严重，影响压缩机品质。参考轴与孔的配合密封结构，采用圆柱直孔与直连接管方式过盈连接配合，在保证密封性的前提下能有效降低压入力，从而保证压缩机品质。

过盈连接方式，是利用连接零件间过盈配合来实现连接。本文在传统锥度配合的基础上，利用机械设计相关原理，重新设计圆柱直孔与直连接管的过盈连接结构，同时通过相关的实验验证方案的可行性，从而实现新款B型压缩机的量产开发。

2 尺寸设计

由于气缸吸入孔的尺寸大小一般会影响到压缩机的整体性能，因此本次设计中以锥度配合的吸入孔及连接管的基本尺寸为基础，在不修改通流面积情况下，主要设计气缸吸入孔与直连接管的配合尺寸。考虑到连接管压入气缸直孔过程可能需要对配合表面进行润滑，这里先同时考虑有与无润滑的两种状态，查询原有的基本尺寸以及结合相关手册，得到如下表1相关参数：

2.1 确定过盈联接配合面的径向压力 P

3 实验验证

3.1 通过气密实验验证过盈量设计

实验原理：实验模拟高压气体通过密封部位进入到较低压的气缸吸入孔内部的方式，将试验气缸吸入孔加工成盲孔，固定在壳体部件上后，用压入机压入连接管。在壳体充分密封后，向壳体内充入与压缩机工作状态下相同压力的高压气体，记录气体从连接管泄漏的体积（按标准时间换算成泄漏速度）。

将气缸吸入孔与连接管的配合过盈量以10μ为单位进行分组，每组平均气体泄漏速度与过盈量关系分析图如下：

上图可见，在保证足够余量情况下，通过气密实验可以判断在过盈量10～75μm范围下，气体泄漏速度均接近0，均可以满足设计要求；但在过盈量较大的情况下，必然会造成压入过程压入力增大，因此在满足设计要求下，应该尽量选用较小的过盈量。由此可见上述在设计上选定的配合过盈量18～44μm范围内满足气密实验要求。

3.2 压入力实验验证

实验原理：利用压入力实验机，气缸上增加限位装置保证压入连接管到规格位置，记录压入过程压入力的峰值。可见如下示意图：

挑选不同配合尺寸的气缸吸入孔及对应的连接管，进行实验，记录不同配合尺寸下连接管压入气缸过程的压入力，建立坐标关系，如下图所示：

根据一阶拟合曲线关系y=20.351x+831（其中y为压入力，x为过盈量），可知在最大过盈量44μm情况下，压入力为FMAX=1726N，与理论计算值非常接近。

4 结语

本文通过计算分析及实验验证，可以得出以下结论：

（1）通过机械设计过盈连接相关参考资料，在已知实验载荷条件下，计算过盈配合面所产生的压力和产生这个压力所需要的最小过盈量，通过计算出来的最小过盈量，由此可以选用合适的过盈配合公差尺寸，同时根据选定的配合公差，从而计算出最大的装配压入力，为气缸直吸入孔与直连接管的设计提供了设计上的理论依据。

（2）通过气密实验方式可以验证配合公差的可靠性，以保证压缩机高低压气体不会发生贯穿泄漏的现象；同时通过压入力实验也可以验证理论设计尺寸是否与实际情况符合。

（3）通过上述理论设计及实验验证，新款B型压缩机装配过程压入力最大值较原常用的A型压缩机锥度配合可降低约30%，降低了装配过程气缸的内部受力，减少变形，提高了压缩机品质。

（4）通过以上的设计方法及实验方法，后面新开发各种型号的压缩机可以据此参考本文理论及实验。

参考文献：

[1]制冷压缩机，缪道平 吴业正，机械工业出版社.

[2]机械设计手册（第五版），成大先主编.

[3]互换性与测量技术，刘金华、刘金萍等.

[4]机械设计，钟毅芳等.

[5]旋转式压缩机，马国远 李红旗，机械工业出版社.