壓縮機氣缸吸入孔與連接管配合尺寸設計及實驗檢討

何志勇

摘 要：傳統旋轉式壓縮機氣缸吸入孔與連接管采用錐度配合方式，裝配過程需要較大的壓入力。通過新設計采用圓柱直孔氣缸與直連接管，可以有效降低裝配過程壓入力，提高壓縮機品質。本文主要介紹新設計的直吸入孔與連接管配合尺寸設計及相應的實驗檢討驗證。

關鍵詞：壓縮機；氣缸吸入孔；連接管；配合尺寸

1 引言

一般空調在制冷制熱過程，主要有四大核心部件：壓縮機、冷凝器、節流裝置和蒸發器，而其中作為循環過程最核心部件就是壓縮機。常用的壓縮機有活塞式、旋轉式、渦旋式等。而在一般家用空調中，最常見的就是旋轉式的壓縮機。旋轉式的壓縮機在每一個工作循環中存在吸氣—旋轉壓縮—排氣—下一個吸氣的過程，為保證吸入的低壓氣體不與排氣間經過壓縮的高壓氣體貫通，一般吸氣結構需要有一定的密封要求。傳統旋轉式壓縮機氣缸吸入孔與連接管采用錐度配合的方式，一般采用莫氏錐度，錐形銅連接管在壓入氣缸吸入孔過程擠壓變形形成密封帶，但這種壓入過程需要的壓入力較大，常見生產的A型壓縮機一般都需要2.5KN以上才能較好的密封，但在開發新款B型壓縮機時，由于采用了焊接主軸承固定方式，連接管壓入過程過大的壓入力往往會使氣缸與主軸承間發生位移的現象，破壞原有的氣缸與軸承之間的配合間隙，同時過大的壓入力一般會是氣缸內部變形嚴重，影響壓縮機品質。參考軸與孔的配合密封結構，采用圓柱直孔與直連接管方式過盈連接配合，在保證密封性的前提下能有效降低壓入力，從而保證壓縮機品質。

過盈連接方式，是利用連接零件間過盈配合來實現連接。本文在傳統錐度配合的基礎上，利用機械設計相關原理，重新設計圓柱直孔與直連接管的過盈連接結構，同時通過相關的實驗驗證方案的可行性，從而實現新款B型壓縮機的量產開發。

2 尺寸設計

由于氣缸吸入孔的尺寸大小一般會影響到壓縮機的整體性能，因此本次設計中以錐度配合的吸入孔及連接管的基本尺寸為基礎，在不修改通流面積情況下，主要設計氣缸吸入孔與直連接管的配合尺寸。考慮到連接管壓入氣缸直孔過程可能需要對配合表面進行潤滑，這里先同時考慮有與無潤滑的兩種狀態，查詢原有的基本尺寸以及結合相關手冊，得到如下表1相關參數：

2.1 確定過盈聯接配合面的徑向壓力 P

3 實驗驗證

3.1 通過氣密實驗驗證過盈量設計

實驗原理：實驗模擬高壓氣體通過密封部位進入到較低壓的氣缸吸入孔內部的方式，將試驗氣缸吸入孔加工成盲孔，固定在殼體部件上后，用壓入機壓入連接管。在殼體充分密封后，向殼體內充入與壓縮機工作狀態下相同壓力的高壓氣體，記錄氣體從連接管泄漏的體積（按標準時間換算成泄漏速度）。

將氣缸吸入孔與連接管的配合過盈量以10μ為單位進行分組，每組平均氣體泄漏速度與過盈量關系分析圖如下：

上圖可見，在保證足夠余量情況下，通過氣密實驗可以判斷在過盈量10～75μm范圍下，氣體泄漏速度均接近0，均可以滿足設計要求；但在過盈量較大的情況下，必然會造成壓入過程壓入力增大，因此在滿足設計要求下，應該盡量選用較小的過盈量。由此可見上述在設計上選定的配合過盈量18～44μm范圍內滿足氣密實驗要求。

3.2 壓入力實驗驗證

實驗原理：利用壓入力實驗機，氣缸上增加限位裝置保證壓入連接管到規格位置，記錄壓入過程壓入力的峰值?？梢娙缦率疽鈭D：

挑選不同配合尺寸的氣缸吸入孔及對應的連接管，進行實驗，記錄不同配合尺寸下連接管壓入氣缸過程的壓入力，建立坐標關系，如下圖所示：

根據一階擬合曲線關系y=20.351x+831（其中y為壓入力，x為過盈量），可知在最大過盈量44μm情況下，壓入力為FMAX=1726N，與理論計算值非常接近。

4 結語

本文通過計算分析及實驗驗證，可以得出以下結論：

（1）通過機械設計過盈連接相關參考資料，在已知實驗載荷條件下，計算過盈配合面所產生的壓力和產生這個壓力所需要的最小過盈量，通過計算出來的最小過盈量，由此可以選用合適的過盈配合公差尺寸，同時根據選定的配合公差，從而計算出最大的裝配壓入力，為氣缸直吸入孔與直連接管的設計提供了設計上的理論依據。

（2）通過氣密實驗方式可以驗證配合公差的可靠性，以保證壓縮機高低壓氣體不會發生貫穿泄漏的現象；同時通過壓入力實驗也可以驗證理論設計尺寸是否與實際情況符合。

（3）通過上述理論設計及實驗驗證，新款B型壓縮機裝配過程壓入力最大值較原常用的A型壓縮機錐度配合可降低約30%，降低了裝配過程氣缸的內部受力，減少變形，提高了壓縮機品質。

（4）通過以上的設計方法及實驗方法，后面新開發各種型號的壓縮機可以據此參考本文理論及實驗。

參考文獻：

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