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KR960001633B1 - 오블(wobble)판형 압축기 - Google Patents

오블(wobble)판형 압축기 Download PDF

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KR960001633B1
KR960001633B1 KR1019880000132A KR880000132A KR960001633B1 KR 960001633 B1 KR960001633 B1 KR 960001633B1 KR 1019880000132 A KR1019880000132 A KR 1019880000132A KR 880000132 A KR880000132 A KR 880000132A KR 960001633 B1 KR960001633 B1 KR 960001633B1
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South Korea
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cam rotor
compressor
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end surface
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기요시 테라우찌
히데하루 하다께야마
슈조 구마가이
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산덴 가부시기가이샤
우시구보 도모아끼
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Abstract

내용 없음.

Description

오블(Wobble)판형 압축기
제1도는 종래의 오블판형 압축기의 횡단면도.
제2도는 제1도에 도시된 구동샤프트 외부표면의 일부 전개도.
제3도는 제1도의 캠 로우터와 구동샤프트에 작용하는 힘의 관계를 도시한 도면.
제4도는 캠 로우터와 구동샤프트의 조립 상태를 보여주는 본 발명의 일실시예에 따른 오블판형 압축기의 부분 횡단면도.
제5도는 제4도의 구동샤프트의 전면단부판의 조립상태를 나타내는 압축기의 부분횡단면도.
제6도는 제5도의 압축기의 부분횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 압축기 6 : 구동샤프트
7 : 레이디얼 베어링 8 : 캠 로우터
9 : 트러스트 베어링 10 : 오블(wobble)판
11 : 지지부재 13 : 코일스프링
42 : 배출챔버 50 : 구멍
본 발명은 자동 공기조화 시스템에 사용하기 위한 냉매 압축기에 관한 것으로, 특히 구동샤프트를 지지하기 위한 개선된 캔틸레버구조를 갖는 형식의 오블판형 압축기에 관한 것이다.
구동샤프트를 지지하기 위해 캔틸레버구조를 갖는 오블판형 압축기에 대해서는 이미 공지된 바 있는 것으로, 예를 들면 미합중국 특허번호 제3,552,886호 및 제3,712,759호에서 설명하고 있는 압축기를 들 수 있다.
첨부된 도면 제1도를 참조하면, 캔틸레버구조를 갖는 오블판형 압축기는 원통형 압축기 하우징(2), 전면 단부판(3), 그리고 실린더헤드(4)의 형상으로 되어 있는 후면단부판을 구비하고 있다. 상기 압축기 하우징(2)내에는 실린더블록(21)과 크랭크실(22)이 배치되어 있고, 이 하우징(2)의 일단부면에 상기 전면단부판(3)이 부착되고, 상기 실린더헤드(4)는 상기 하우징(2)의 타단부면에 배치되어, 밸브판(5)을 매개로 보울트(41)에 의해 실린더블록(21)의 일단부면에 부착되어 있다. 그리고 전면단부판(3)의 중앙부에 구동샤프트가 통과하는 개구(31)가 마련된다.
상기 구동샤프트(6)는 레이디얼 니이들베어링(7)을 통해서 상기 전면단부판(3)상에 회전 가능하게 지지되며, 상기 크랭크실(22)내로 뻗어 있다. 쐐기-형 캠 로우터(8)는 상기 구동샤프트(6)의 내측단부와 고정 결합되고, 트러스트 니이들 베어링(9)에 의해 상기 전면단부판(3)의 내부단부면상에 회전 가능하게 지지되어 상기 구동샤프트(6)와 함께 회전하게 되어 있다.
중앙부에 베벨기어(101)가 구비된 링형상의 오블판은 트러스트 니이들 베어링(16)을 통해서 상기 캠 로우터(8)의 경사면(81)상에 배치되어 구형부재(12)에 의해 지지부재(11)의 말단부 상에서 장동(章動) 가능하게(nutatably) 지지된다. 그런데, 이 오블판은 실린더블럭(21)과 지지부재(11)사이에 키이를 삽입하여 회전하지 못하도록 할 수 있다. 상기 지지부재(11)는 상기 실린더블럭(21)의 중앙부에 형성된 중앙개구(211)상에 배치된다. 그리고 이 지지부재(11)에는 중공부(113)를 갖는 생크부(112)와 베벨기어(111)가 구비된다. 이 지지부재(11)의 말단부에서 중앙개부(211)상에는 조정나사(17)가 위치한다. 그리고, 상기 생크부(112)의 중공부(113)내에는 코일스프링(13)이 배치되어 지지부재(11)를 오블판(10)쪽으로 가압한다. 이에 따라 지지부재(11)의 베벨기어(111)가 오블판(10)의 베벨기어(101)와 맞물리고 오블판(10)은 회전운동하는 것이 방지된다.
상기 실린더블럭(21)상에는 여러개의 실린더(212)가 등각으로 이격 형성되고, 이들 실린더(212) 각각의 속에는 피스톤(14)이 슬라이드할 수 있게 배치된다. 각각의 피스톤(14)은 커넥팅로드(15)를 통해서 오블판(10)의 원주상에 연결된다. 상기 커넥팅로드(15)의 일단부는 볼 죠인트를 통해 피스톤(14)에 연결되고, 타단부 역시 볼 죠인트를 통해 오블판(10)에 연결되어 있다.
실린더헤드(4)는 배출챔버(42)와 배출챔버(42) 주변에 배치되는 흡입챔버(43)를 구비한다. 각각의 실린더(212)와 흡입챔버(43)가 통하도록 밸브판(5)을 통해 흡입구멍(51)이 형성되고 각각의 배출챔버(42)와 실린더(212)가 통하도록 밸브판(5)을 통해 배출구멍(52)이 형성된다.
작동에 있어, 구동샤프트(6)가 정면단부판(3)의 환형 연장부(35)에 장착된 전자기 클러치(18)를 통해 구동원에 의해 구동될 경우, 캠 로우터(8)는 구동샤프트(6)과 함께 회전되고, 이로인해 오블판(10)은 캠 로우터(8)의 회전운동에 따른 회전동작이 없이 장동(nutation)된다. 따라서, 각 피스톤(14)은 오블판(10)의 장동 동작에 의해 실린더(212)내에서 왕복운동된다. 코일스프링(13)의 반동 강도는 조절나사(17)의 회전에 의해 조절된다. 따라서, 비록 온도변화에 따른 치수변화와 가공상의 치수오차가 발생될지라도, 트러스트 베어링(9), 캠 로우터(8), 오블판(10), 베벨기어(101), 강철보울(12) 및 지지부재(11) 사이의 관련 축방향 갭은 코일스프링(13)의 반동 강도를 조절함에 의해 견고하게 유지될 수 있다.
상기한 오블판형 압축기는 정상적으로 자동차 공기조화장치에서 냉매압축기로 사용되므로, 보통 사용되는 조건하에서 충분한 내구성이 요구된다. 그러나, 고온상태에서 장시간 구동되는 것과 같은 극심한 조건하에서는 구동부품이 고착될 수 있어서 압축기가 충분한 내구성을 갖고 유지되지 못할 가능성이 있다.
압축기에서 구동부품이 고착되는 원인을 분석해 보면, 압축기가 상기 조건하에서 상당히 손상되고, 구동샤프트(6)를 지지하기 위한 레이디얼 니들 베어링(7)의 내부표면과 접촉하는 구동샤프트(6)의 외부표면이 파손되기 때문이다. 구동샤프트(6)로부터 부서진 조각들로 인해 구동부품에 손상을 일으켜서 압축기가 고착하게 된다.
제2도에는 레이디얼 베어링(7)을 가진 구동샤프트(6)의 접촉표면이 도시되어 있다. 파손은 A지점에서 일어나고, 구동샤프트(6)과 레이디얼 베어링(7)사이의 실제 접촉표면을 나타내는 루스터(luster) 표면은 B지점에서 발생한다. 상기한 사실에 따라, 구동샤프트(6)의 외부표면은 레이디얼 베어링(7)의 내부표면과 균일하지 않게 접촉하는바, 즉, 구동샤프트(6)과 레이디얼 베어링(7)사이에 부분적으로만 접촉하는 것을 알 수 있다.
제3도는 압축기 부품들의 힘의 관계를 도시한 것이다. 전술한 부분접촉의 원인은 후술하는 바와같이 분석할 수 있다. 즉, 캠 로우터(8)에 축방향으로 작용하는 힘은 피스톤(14)의 압축에 따른 전체의 기체압력 F1과 코일스프링(13)의 반동 강도인 축방향 가압력을 포함한다. 피스톤(14)이 상사점에 위치할때, 전체의 기체압력 F1은 커넥팅 로드(15)와의 볼 죠인트 지점인 캠 로우터(8)의 A지점에 작용하고, 축방향 가압력 F2는 캠 로우터(8)의 중앙부에 작용한다. 전술한 전체의 기체압력 F1과 축방향 가압력 F2이 캠 로우터(8)의 경사면(81)상에 작용하므로 반경방향의 분력 F3및 F4이 발생한다.
트러스트 베어링(9)에는 전체의 기체압력 F1 및 축방향 가압력 F2에 대항하는 축방향 반발력 F5이 발생함으로써 상기 축방향 힘들과 평형을 이룬다. 그러나, 반경방향 분력인 F3및 F4와 평형을 이루는 힘은 존재하지 않으므로 캠 로우터(8)를 트러스트 베어링(9)의 B지점을 중심으로 회전시키는 모멘트가 발생하고, 이에 의해 캠 로우터(8)은 상사점의 반대쪽, 즉 하사점에서 트러스트 베어링(9)과 분리된다. 따라서, 구동샤프트(6)는 레이디얼 베어링(7)의 축선에 대해 경사를 이루며, 이에 의해 구동샤프트(6)와 레이디얼 베어링(7)은 C지점 및 D지점에서 부분접촉을 한다. 레이디얼 베어링(7)의 축선에 대한 구동샤프트(6)의 경사각 θ는 레이디얼 베어링(7)의 축방향 길이 및 레이디얼 베어링(7)의 내부표면과 구동샤프트(6)의 외부표면 사이의 간극에 의해 결정된다.
전술한 힘의 관계에 있어서, 레이디얼 베어링(7)으로부터 발생한 반력 F6및 F7이 구동샤프트(6)에 가해지게 되며, 이들 반력의 평형은 다음 식으로 표시된다.
F3+F4=F6-F7
제3도에 도시한 바와 같이 각 치수를 ι1, ι2, ι3, ι4, r1또는 r2로 표시했을때 모멘트는 다음 식으로 표시된다.
F3·ι1+F4·ι2+F6·ι3-F1(r2-r1)-F2·r2-F7·ι4=0
전술한 바와 같이, 구동샤프트(6)는 레이디얼 베어링(7)과 부분적으로 접촉한 상태로 구동되므로 이들 사이에서 파괴가 발생된다고 생각된다. θ의 각도를 이룬 상태하에서 레이디얼 베어링(7)으로부터 구동샤프트(6)에 작용하는 축방향 반력 F6및 F7은 전체 기체압력 F1에 따라 변화된다. 통상의 틈새를 갖고 있는 경우 경사각 θ의 값은 0°내지 0.04°의 범위가 된다. 따라서 높은 공기조화 부하의 경우와 같은 가혹한 작동 조건하에서는 용이하게 파손이 발생한다.
본 발명을 요약하면 다음과 같다.
본 발명의 목적은 비록 압축기가 극심한 조건하에서 사용되어도 충분한 내구성이 있는 오블판형 압축기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 고압축 공기의 조건하에서 구동샤프트와 레이디얼 베어링사이의 부분접촉을 예방할 수 있는 오블판형 압축기를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 오블판형 압축기는 실린더 주변의 크랭크팸버와 다수의 실린더를 구비한 압축기 하우징을 포함한다. 각각의 실린더내에 왕복식 피스톤이 슬라이드 가능하게 설치되고 구동기구에 연결되어 있다. 그 구동기구는 레이디얼 베어링을 통해 압축기 하우징에 회전가능하게 지지된 구동샤프트를 포함하며, 구동샤프트의 일단부에는 쐐기형 캠 로우터가 부착된다. 오블판은 가압기구(urging mechanism)에 의해 강제되어 회전운동을 왕복운동으로 바꾼다. 구동샤프트는 캠 로우터의 축방향 단부표면에 대하여 피스톤들의 상사점을 향하여 임의의 각도 θ1으로 경사진 캠 로우터(8)에 부착된다. 또한, 쐐기형 캠 로우터의 내측단부 표면은 균일하게 트러스트 베어링과 접촉한다.
본 발명의 또다른 목적, 특징 및 다른 양상은 첨부된 도면과 본 발명의 양호한 실시예의 상세한 설명으로부터 이해될 것이다.
제4도에는 본 발명의 한 실시예에 따른 쐐기형 캠 로우터와 구동샤프트의 구조가 도시되어 있다. 캠 로우터(8)는 쐐기형 횡단면으로 도시되고, 캠 로우터(8)의 한 축방향의 일단부 표면은 직선(ST)으로 인해 형성된다. 통상적인 방법에 따라 캠 로우터(8)와 조립되는 구동샤프트(6)의 도면 제4도에 선(OR)으로 지시된 축선은 캠 로우터(8)의 축선방향 단부표면으로 이루어지는 직선(ST)에 수직이다. 반대로, 본 발명에서, 구동샤프트(6)는 그 구동샤프트의 축선(OS)의 상사점측을 향해 뻗도록 축선(OR)에 대해 어느정도의 각도(각도 θ1이 제4도에 지시되어 있음)을 형성하도록 경사지게 캠 로우터(8)에 조립되는 바, 즉, 상사점은 캠(8)의 보다 두꺼운 측에 의해서 결정된다. 또한 그 값은 다음의 식에 의해 결정된다.
θ1=tan-1(C/ι)
여기서 ι은 레이디얼 베어링(7)의 축방향 길이이고 C는 레이디얼 베어링(7)의 내부표면과 구동샤프트(6)의 외부표면 사이의 간극이다. 또한, 캠 로우터(8)의 축방향 단부표면에 배치된 레이디얼 니이들 베어링(7)용 판(91)은 각도 θ2를 이루도록 캠 로우터(8)의 보다 두꺼운 부위에서 경사진다.
제5도에는, 오블판형 압축기(1)의 정면단부판(3)에 조립된 구동샤프트(6)과 캠 로우터(8)의 조립체가 도시되어 있다. 제1도에 도시된 바와 같이, 가압기구로서의 코일스프링(13)의 반동 강도는 조절나사(17)에 의해 조절되고 축방향 가압력 F2는 보통보다 큰 예정된 값이 되도록 조절된다. 축방향 가압력 F2가 구동샤프트(6)과 로우터(8)의 연결부위의 강도보다 크게 되도록 예정되기 때문에, 구동샤프트(6)은 좌측으로 선회되고 이로인해 캠 로우터(8)의 축방향 표면은 트러스트 베어링(9)과 균일하게 접촉한다. 이때에, 구동샤프트(6)의 외부표면은 M 및 N의 두지점에서 레이디얼 베어링(7)의 내부표면과 접촉한다. 구동샤프트(6)의 축선(OS)과 레이디얼 베어링(7)의 축선(OB)사이의 각도(θ2)는 하기의 식에 의해 결정된다.
θ1=tan-1(C/ι)
여기서 ι은 레이디얼 베어링(7)의 축선방향 길이이고 C는 레이디얼 베어링(7)의 내부표면과 구동샤프트(6)의 외부표면 사이의 간극이다.
제5도의 캠 로우터(8)의 축방향 단부표면과 구동샤프트(6)의 축선(OS) 사이의 각도는 θ1에서 θ2를 뺀 변위각도 ø이다. 만일 캠 로우터(8)와 구동샤프트(6)의 연결부위의 강도계수가 K라면 Kø와 동일한 우회전 모멘트 Ms가 구동샤프트(6)에 작용한다. 상기 조건하에서, 상기 부품에 작용되는 힘과 모멘트 사이의 평형은 다음의 식들로 표현될 수 있다.
F4+F6=F7
F2=F5
F5·R+F6·ι2-F4·ι1-F723)=0
Ms=Kø=F723)-F6·ι2
상기 식중, ι23또는 R은 제5도에 도시된 바와 같이 각 치수를 나타내고, F2, F4, F5, F6또는 F7은 각 부품에 작용하는 힘이고, F5는 트러스트 베어링(9)의 반력이며, F6또는 F7은 레이디얼 베어링(7)의 반력이고, Ms는 구동샤프트(6)과 캠 로우터(8)사이의 각도 변화로 인해 구동샤프트(6)에 작용하는 우회전 모멘르이다. 변위각도 ø는 θ1에서 θ2를 뺀 각도이다.
제6도에 도시된 바와 같이, 압축기(1)의 작동중에, 전체 개스압력 F1과 축선방향 가압력 F2을 포함하는 외부힘이 캠 로우터(8)의 경사표면(81)상에 작용한다. 이러한 반경방향 성분 힘 F3및 F4는 캠 로우터(8)를 상사점측을 향해 움직이도록 회전시킨다. 따라서, 구동샤프트(6)은 레이디얼 베어링(7)의 외측 단부에 배치되어 있는, 제6도에 도시된 좌측 라운드된 M지점을 향해 회전되는바, 즉, 캠 로우터(8)에 대한 구동샤프트(6)의 위치는 구동샤프트(6)의 축선(OS)과 레이디얼 베어링(7)의 축선(OB)이 서로 평행하게 되도록 하사점측을 향해 이동되며, 따라서 구동샤프트(6)는 그 외부표면에서 레이디얼 베어링(7)의 상부측 내부표면에 지지된다. 만일 구동샤프트(6)와 캠 로우터(8)의 연결부위의 강도계수가 K라면, Kø와 동일한 우회전 모멘트(Ms)가 구동샤프트(6)에 작용해서, 그 구동샤프트(6)는 레이디얼 베어링(7)의 상부측 내부표면과 균일하게 접촉하도록 고착된다.
상기 조건하에서, 상기 부품에 작용하는 힘과 모멘트 사이의 평형은 다음의 식으로 표현될 수 있다.
F3+F4=F6
F2+F2=F5
F5·R+F4·ι1-F1·R'-F624)=0
Ms=Kø=F624)
여기서, ι1, ι2, ι3, R 또는 R' 는 각기 제6도에 도시된 각각의 치수이고, F1, F2, F3또는 F4는 전술한 바와 동일한 힘이고, F5는 트러스크 베어링(9)의 반력이며, F6또는 F7은 레이디얼 베어링(7)의 반력이고, Ms는 구동샤프트(6)과 캠 로우터(8)사이의 각도 변화로 인해 구동샤프트(6)에 작용하는 우회전 모멘트이다.
변위각 ø는 θ1에서 θ2를 뺀것이다.
전술한 바와 같이, 압축기(1)의 작동중에 구동샤프트(6)의 외부 바깥둘레 표면은 레이디얼 베어링(7)의 내부 바깥둘레 부위와 균일하게 접촉하도록 고착되어, 이로인해 구동샤프트(6)의 표면부위에서 파손되는 것을 방지한다. 또한, 캠 로우터(6)의 축방향 단부표면은 피스톤들의 전체 개스압력에 근거한 축방향 가압력 F1및 F2에 의해 트러스트 베어링(9)를 향해 움직이게 되고, 캠 로우터(8)의 축방향 단부표면은 트러스트 베어링(9)과 균일하게 접촉하고, 이로인해 트러스트 레이스(91)가 그 표면부위의 파손을 방지하게 된다.
또한, 제1도에는 보다 큰 반동 강도를 가진 코일스프링(13) 대신에 배출 개스압력을 사용하는 본 발명의 양호한 실시예가 도시되어 있다. 배출챔버(42)가 실린더블럭(21)의 중심보어(211)와 통하게 되도록 밸브판(5)을 통해 구멍(50)이 형성된다. 중심보어(211)로 유동된 배출개스는 조절나사(17)와 중심보어(211) 사이의 갭을 통과하여 지지부재(11)에 작용한다. 따라서, 캠 로우터(8)의 축방향 단부표면은 코일스프링(13)의 보통 반동강도와 배출개스의 개스압력에 의해 트러스트 베어링(9)을 향해 움직이게 된다. 상기 실시예와 동일한 효과가 본 실시예에서 달성된다.
본 발명은 양호한 실시예와 함께 상세히 설명되었으나 이들은 단지 예에 불과할 뿐으로, 본 발명이 그 실시예로 한정되지 않는다. 당업자라면, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 다른 변형 및 수정이 용이하게 이루어질 수 있는 것을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (3)

  1. 다수의 실린더와 상기 실린더에 인접한 크랭크챔버를 구비한 압축기 하우징과, 각각의 상기 실린더내에 슬라이드 가능하게 설치된 왕복식 피스톤과, 상기 피스톤에 연결되어 그것을 왕복운동시키기는 구동기구와, 일단부에서 트러스트 베어링을 통해 압축기 하우징의 내측 단부표면에 회전가능하게 지지된 쐐기형 캠 로우터와 레이디얼 베어링을 통해 상기 압축기 하우징에 회전가능하게 지지된 구동샤프트 및, 선회운동을 가압기구에 의해 강제되는 왕복운동으로 바꾸는 오블판을 포함하는 오블판형 압축기에 있어서, 상기 구동샤프트는 소정의 각도로 경사지도록 상기 쐐기형 캠 로우터의 축방향 단부표면에 부착되고, 상기 쐐기형 캠 로우터의 내측 단부표면은 상기 트러스트 베어링과 균일하게 접촉하는 것을 특징으로 하는 오블판형 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가압기구에는 구동샤프트와 캠 로우터의 연결부의 강도보다 더 크도록 예정된 축방향 힘을 발휘하는 스프링이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 오블판형 압축기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가압기구에는 배출챔버를 중심보어와 연통시키는 구멍이 있는 것을 특징으로 하는 오블판형 압축기.
KR1019880000132A 1987-01-10 1988-01-09 오블(wobble)판형 압축기 Expired - Fee Related KR960001633B1 (ko)

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