СПОСОБ КАЛИБРОВКИ БЛОКА СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТЯГИ И БЛОК СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТЯГИ
METHOD OF GAUGING CON ROD ASSEMBLY AND CON ROD ASSEMBLY

Данное изобретение относится к способу калибровки блока соединительной тяги, содержащей проушину для коленчатого вала и проушину для поршня. Кроме того, данное изобретение относится к подобному блоку соединительной тяги.
В дальнейшем данное изобретение будет описано на основе компрессора холодильника, например компрессора, используемого в домашних холодильниках и морозильниках. Подобный компрессор должен работать, по существу не требуя обслуживания, и должен иметь высокую степень эффективности.
Для выполнения указанного условия необходимо, чтобы между механическими компонентами компрессора было по возможности минимальное трение. В этой связи данное трение обусловлено не только относительным движением скользящих и вращающихся компонентов, но также является следствием заедания, возникающим от суммарных отклонений формы и расположения.
Достаточная герметичность при движении поршня в цилиндре требует весьма точной подгонки поршня к цилиндру. Кроме того, данный поршень должен перемещаться по возможности точно вдоль оси цилиндра. Как только появляется угловая погрешность, перемещение поршня в цилиндре становится неравномерным, при этом возрастает трение и износ. И, наконец, в компрессоре могут возникать утечки, которые будут дополнительно снижать эффективность.
Существенной причиной для возникновения подобных угловых погрешностей является отсутствие параллельности между двумя проушинами соединительной тяги. В используемых до настоящего времени способах производства было невозможно получить параллельность осей в 2 мкм или менее того на длине 20 мм. Ранее, чтобы получить более высокую точность, требовалась сравнительно дорогостоящая механическая обработка. Однако эта последующая обработка обычно изменяет трибологические характеристики блока соединительной тяги, в частности сопротивление износу.
В патентном документе DE 102006028617 В3 приведено описание блока соединительной тяги, которое содержит вращающееся соединение между проушиной для коленчатого вала и проушиной для поршня. Указанное вращающееся соединение допускает поворотное движение проушины для коленчатого вала относительно проушины для поршня с компенсацией угловых погрешностей. Однако производство подобного блока соединительной тяги является относительно дорогостоящим. Дополнительный подшипник обусловливает сравнительно большой вес блока соединительной тяги, который неблагоприятно сказывается при наличии сильных вибраций. Данный подшипник также может допускать люфт между проушиной для поршня и проушиной для коленчатого вала, что дополнительно ухудшает эффективность блока.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы повысить срок службы и эффективность работы компрессора за счет обеспечения свободного от заедания движения коленчатого вала относительно поршня, которое возможно благодаря параллельности осей двух проушин соединительной тяги, достигаемой за счет контролируемого изгиба соединительной тяги, обусловленного созданием в ней напряжения.
В соответствии с настоящим изобретением указанная задача решается упомянутым во введении способом, который включает в себя следующие этапы: по меньшей мере один заданный поверхностный участок соединительной тяги подвергают точечному облучению, вызывающему его нагрев, после чего указанный поверхностный участок охлаждают, создавая напряжение в соединительной тяге, которое вызывает ее изгибание.
В этой связи подвод энергии преимущественно выполняют в центральном участке соединительной тяги. Данный подвод энергии вызывает относительно сильный нагрев ограниченного поверхностного участка в соединительной тяге. Последующее охлаждение создает напряжение в соединительной тяге, которое вызывает ее изгибание с образованием вогнутости. Это изгибание влияет на параллельность проушины для поршня относительно проушины для коленчатого вала. Повторными подводами энергии, которые также могут выполняться в смежных поверхностных участках, требуемое изгибание и, соответственно, параллельность проушины для поршня и проушины для коленчатого вала могут быть весьма точно отрегулированы. В этом случае механическая обработка блока соединительной тяги не требуется.
Предпочтительно поршень присоединен к блоку соединительной тяги до выполнения калибрования. Данный сборочный узел блока соединительной тяги и поршня еще может быть обработан соответствующим способом. Таким образом, угол между поршнем и проушиной для коленчатого вала может быть установлен очень точно с обеспечением работы с чрезвычайно низким коэффициентом трения. Продольная ось поршня должна по возможности проходить под углом 90° относительно оси симметрии проушины для коленчатого вала.
Особенно предпочтительно, когда подвод энергии выполняют по меньшей мере посредством одного точечного облучения, в частности, с помощью лазера. Таким образом, во-первых, данный участок, подвергаемый воздействию подводимой энергии, может быть очень точно определен. Во-вторых, величина подводимой энергии может быть очень хорошо отрегулирована. Кроме того, при этом возможно многоступенчатое калибрование, во время которого после каждого подвода энергии выполняется измерение.
Предпочтительно подвод энергии вызывает плавление данного поверхностного участка. Плавление и последующее отверждение создают относительно высокое напряжение в соединительной тяге. Соответственно, на угловое положение между проушиной для коленчатого вала и проушиной для поршня оказывается эффективное воздействие.
Предпочтительно задают параллельность осей симметрии проушины для коленчатого вала и проушины для поршня, а подвод энергии повторяют до тех пор, пока отклонение между данными осями симметрии не составит величину, которая меньше порогового значения. Указанное пороговое значение может быть точно задано и, например, может доходить до значения 20 мкм или 15 мкм на длине 70 мм. Повторяемые измерения, каждое из которых выполняется после ввода энергии, позволяют обеспечить весьма точную калибровку. Этот процесс также может выполняться автоматизированно. Например, использование этого способа также возможно на сборочной линии.
В предпочтительном варианте выполнения данный способ используется на блоке соединительной тяги, который присоединен к коленчатому валу и поршню, в частности таким, которые установлены в компрессоре. В связи с этим калибровка не так необходима для обеспечения максимально возможной параллельности проушины для коленчатого вала и проушины для поршня, как для обеспечения свободного от зажатия движения коленчатого вала относительно поршня. Когда калибровку выполняют на блоке соединительной тяги, который присоединен к коленчатому валу и поршню, но еще не установлен в компрессор, то обработка упрощается. При этом правильное угловое положение коленчатого вала и поршня может быть задано очень точно.
Поставленная задача решается с помощью блока соединительной тяги, как упомянуто во введении, в котором соединительная тяга содержит по меньшей мере одно локальное изменение структуры вне нейтральной оси, в частности в поверхностном участке.
Нейтральной осью тяги является участок, который не подвергается ни деформации сжатия, ни растяжению во время изгибания. При симметричной детали эта нейтральная ось расположена в центре. Благодаря локальным структурным изменениям, расположенным вне нейтральной оси, то есть, в частности, в поверхностном участке, соединительная тяга подвергается напряжению, которое создает изгибающий момент, действующий на соединительную тягу. Таким образом, параллельность между проушиной для коленчатого вала и проушиной для поршня может быть очень точно задана.
Особенно предпочтительно чтобы структурное изменение создавало по меньшей мере пластифицируемый участок. Под термином «пластифицируемый участок» понимается участок, который плавится вследствие подведения энергии, обеспечиваемой, например, с помощью лазера, и затем снова отвердевает. Этот способ может создать относительно высокие напряжения, которые вызывают желательный изгиб соединительной тяги.
Предпочтительно локальное структурное изменение расположено в центральном участке между проушиной для коленчатого вала и проушиной для поршня. Таким образом, структурное изменение выполняют приблизительно на одинаковом расстоянии от проушины для коленчатого вала и проушины для поршня. Это означает, что достигается относительно симметричная деформация блока соединительной тяги.
Предпочтительно оси симметрии проушины для коленчатого вала и проушины для поршня имеют угловое отклонение относительно друг друга менее 20 мкм, в частности менее 15 мкм на длине 70 мм. Это означает, что между проушиной для коленчатого вала и проушиной для поршня поддерживается весьма точная параллельность. Указанное небольшое угловое отклонение позволяет использовать блок соединительной тяги практически без угловых погрешностей, так что следует ожидать лишь незначительного трения и, соответственно, несущественного износа.
Преимущественно, компрессор холодильника выполнен с подобным блоком соединительной тяги. Соответственно, направление поршня компрессора холодильника может выполняться внутри цилиндра компрессора холодильника с весьма маленьким зазором. Если это целесообразно, то калибровка блока соединительной тяги может выполняться после его установки в компрессор холодильника. Создание структурных изменений допускает очень точную адаптацию блока соединительной тяги к условиям эксплуатации в компрессоре холодильника. Соответственно, повышается срок службы и эффективность компрессора холодильника.
Далее приведено описание изобретения на основе предпочтительного варианта выполнения совместно с чертежами, показывающими:
фиг.1 - схематический вид блока соединительной тяги;
фиг.2 - локальное структурное изменение соединительной тяги;
фиг.3 - компрессор холодильника с блоком соединительной тяги;
фиг.4 - вид частичного разреза компрессора холодильника с блоком соединительной тяги;
фиг.5 - схема последовательных операций способа, обеспечивающего калибровку блока соединительной тяги.
Фиг.1 показывает блок 1 с соединительной тягой 2. У одного конца соединительной тяги 2 расположена проушина 3 для поршня, у другого конца соединительной тяги 2 расположена проушина 4 для коленчатого вала. Проушина 3 служит для цели присоединения блока соединительной тяги к поршню 12 компрессора 6 холодильника, как показано на фиг.3 и 4.
Соединительная тяга 2 содержит углубления 7, выполненные с целью снижения ее массы. На поверхности 8 соединительной тяги 2 расположено три локальных структурных изменения 9, 10, 11.
В этом варианте выполнения структурные изменения 9, 10, 11 расположены не точно по центру, а несколько ближе к проушине 4 для коленчатого вала. Также возможно выполнение больше или меньше трех структурных изменений 9, 10, 11. Количество структурных изменений, а также размер и участок, в которых выполняются структурные изменения, зависят от размера требуемой деформации. При необходимости ввод энергии также может выполняться в прилегающих поверхностях.
Структурные изменения 9, 10, 11 расположены только на участке поверхности 8 соединительной тяги 2. Соответственно, структурные изменения 9, 10, 11 выполнены вне нейтральной оси данной соединительной тяги.
Структурные изменения 9, 10, 11 созданы точечным облучением лазера. Ввод энергии вызывает плавление участка соединительной тяги, в котором выполняют точечное облучение. Плавление и последующее отверждение создает напряжение в соединительной тяге, которое вызывает деформацию изгиба с образованием вогнутости. На фиг.1 показано, что структурные изменения 9, 10, 11 имеют круговую форму. Однако данные структурные изменения также могут иметь другие формы.
Фиг.2 показывает поперечное сечение соединительной тяги 2, а также видимое структурное изменение 9 в участке поверхности 8 соединительной тяги. Соединительная тяга 2 выполнена, например, из спеченного сплава на основе железа или стали. Однако блок 1 соединительной тяги может быть выполнен из других металлов.
3
4
2
3
Предпочтительно блок соединительной тяги выполнен из беспримесного спеченного железа, имеющего структуру с FeO, твердость которого должна составлять 100 кгс/мм или более того, а плотность после обработки паром должна составлять 6,8 г/см или более того. Подразумевается, что данный материал не содержит какого-либо видимого загрязнения и обладает по возможности меньшей отражательной способностью.
Фиг.3 показывает вид сверху компрессора 6 холодильника, в котором блок 1 соединительной тяги присоединяет коленчатый вал 5 к поршню 12. Поршень 12 присоединен к блоку 1 соединительной тяги с помощью оси 13.
Фиг.4 показывает поперечное сечение блока соединительной тяги, который установлен в компрессор 6 холодильника. Что касается их осей симметрии, то проушина 3 для поршня и проушина 4 для коленчатого вала имеют угловое отклонение, составляющее менее 20 мкм на длине 70 мм. Таким образом, перемещение коленчатого вала 5 и поршня 12, которые соединены друг с другом с помощью блока 1 соединительной тяги, может выполняться при очень низком коэффициенте трения.
Фиг.5 показывает возможную схему последовательности операций способа в соответствии с данным изобретением. Прежде всего, блок соединительной тяги вставляют в калибровочное устройство. Затем измеряют параллельность между проушиной для поршня и проушиной для коленчатого вала, а также используют компьютер для определения силы и местоположения по меньшей мере для одного подведения энергии лазера, воздействующей на поверхность блока 1 соединительной тяги. При этом расплавляется поверхностный участок блока 1 соединительной тяги. Затем блок соединительной тяги охлаждают так, что структурное изменение, вызванное плавлением, снова затвердевает. При этом внутри блока соединительной тяги остаются локальные структурные изменения, которые расположены вне нейтральной оси. Эти структурные изменения создают напряжение в блоке соединительной тяги, которое вызывает деформацию изгиба с образование вогнутости соединительной тяги. После охлаждения измеряют параллельность проушины для поршня и проушины для коленчатого вала. Если измеренная параллельность соответствует требуемому значению, например значению, составляющему менее 20 мкм или 15 мкм на длине 70 мм, то блок соединительной тяги вынимают. Если не достигается желательная параллельность, то выполняют дополнительное облучение.
Также подразумевается, что до сборки соединительной тяги с коленчатым валом и поршнем или даже установки в компрессор холодильника регулируемый подвод энергии в блок соединительной тяги, например, с помощью лазера не выполняют. В данном случае первоочередной задачей является калибровка блока соединительной тяги не относительно обеспечения максимально возможной параллельности между проушиной для поршня и проушиной для коленчатого вала, а относительно обеспечения по возможности меньшего трения при передаче усилия между коленчатым валом и поршнем.
В целом, данное изобретение создает возможность для улучшения эффективности компрессора холодильника с одновременным снижением трения и увеличением срока службы. Кроме того, оно обеспечивает изготовление данного блока соединительной тяги весьма точным и сравнительно удобным способом.