一種線性壓縮機用直線臂板彈簧的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利涉及線性壓縮機及其板彈簧，特別涉及一種線性壓縮機用直線臂板彈簧。
【背景技術(shù)】
[0002] 線性壓縮機（或稱直線壓縮機）是往復(fù)式活塞壓縮機的一種，也是具有革新意義 的一種往復(fù)式活塞壓縮機。其主要利用直線電機驅(qū)動活塞在氣缸中作往復(fù)直線運動，根據(jù) 電磁場相關(guān)理論，直線電機對活塞施加的是一個與活塞軸向絕對平行的線性力，因而在理 論上，正確設(shè)計的線性壓縮機完全消除了對活塞的徑向作用力，進而工作壽命、穩(wěn)定性和能 量轉(zhuǎn)化效率都得到了顯著提高。因此，線性壓縮機在需要長壽命、高可靠性和高效率工作的 航天及軍事等特殊領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用。
[0003] 目前，國際上應(yīng)用于航天領(lǐng)域需要保證長壽命、高可靠工作的線性壓縮機主要采 用間隙密封和板彈簧支撐兩項關(guān)鍵技術(shù)，這兩項技術(shù)是線性壓縮機無油潤滑而能長壽命運 轉(zhuǎn)的關(guān)鍵保障。所謂間隙密封實質(zhì)是使運動的活塞和氣缸內(nèi)壁之間始終保持微小的間隙 (稱為氣隙），以此來徹底消除活塞和氣缸之間的機械摩擦；雖然在壓縮機工作過程中，氣 體工質(zhì)會通過氣隙在壓縮腔和背壓腔之間泄漏而引起不可逆損失，但只要氣隙設(shè)計得足夠 小，該部分損失便可以忽略不計；該方法以非接觸式的氣體動密封方式取代了接觸式的固 體密封，從而巧妙而徹底地解決了活塞與氣缸之間的接觸磨損以及常規(guī)固體密封所需的油 潤滑帶來的污染問題，對于無油潤滑式長壽命直線壓縮機的發(fā)展影響深遠。板彈簧支撐技 術(shù)的主要作用是實現(xiàn)和長期維持所需的間隙密封；板彈簧一般由一組或數(shù)組薄彈簧片組 成，這些彈簧片被設(shè)計成在徑向上剛度很大，而在軸向上剛度較小?；钊S被固定于板彈簧 的中心，以此來保證活塞在氣缸內(nèi)始終沿軸向運動，而不在徑向上發(fā)生偏移，從而嚴格保證 活塞與氣缸內(nèi)壁之間的氣隙厚度；板彈簧設(shè)計的另一項關(guān)鍵是保證在壓縮機的工作期間， 板彈簧始終處于疲勞極限之內(nèi)，以此來實現(xiàn)壓縮機所需的工作壽命。
[0004] 常用的板彈簧有渦旋臂板彈簧和直線臂板彈簧兩種，如圖1和圖2所示。目前常用 的渦旋臂板彈簧的渦旋臂數(shù)量從2臂到9臂不等，采用同心型或是偏心型分布方式。為消 除渦旋臂板彈簧的渦旋臂末端的應(yīng)力集中現(xiàn)象，渦旋臂必須被設(shè)計的足夠長，甚至旋轉(zhuǎn)超 過一周。但過長的渦旋臂不但會大幅度降低板彈簧的徑向剛度，也會在一定程度上降低其 軸向剛度。而直線臂板彈簧則采用直線臂，在降低直線臂末端應(yīng)力集中的同時，還縮短了長 度，并提升了寬度。這使得在相同尺寸下，直線臂板彈簧的徑向剛度遠大于渦旋臂板彈簧， 徑軸剛度比也大于渦旋臂板彈簧。因此，直線臂板彈簧在保證使用壽命的同時，相比渦旋臂 板彈簧具有更佳的使用效果。
[0005] 目前國內(nèi)對線性壓縮機用板彈簧的研宄和應(yīng)用還主要集中在蝸旋板彈簧上，對直 線臂板彈簧的研宄才剛剛起步，對直線臂板彈簧具體的結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法以及制造方法等的 針對性研宄還很少見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利提出一種線性壓縮機用直線臂板彈簧。
[0007] 本專利的目的在于提供一種線性壓縮機用直線臂板彈簧及其設(shè)計與制造方法，通 過本專利實現(xiàn)大徑向剛度以及高徑軸剛度比的直線臂板彈簧的設(shè)計和制造。
[0008] 如圖2、圖3、圖4和圖5所示，所發(fā)明的線性壓縮機用直線臂板彈簧由前夾臂1、后 夾臂6、前夾環(huán)2、后夾環(huán)7和板彈簧片8組成。
[0009] 如圖4所示，板彈簧片8為一平整的薄片，由右直線臂3、左直線臂4、下直線臂5、 夾臂狀部分9和夾環(huán)狀部分10組成，五部分連成一個整體，各部分厚度均相同，具體厚度由 實際要求的軸向剛度和徑向剛度所決定；右直線臂3、左直線臂4和下直線臂5的形狀和尺 寸均相同，成圓周分布；夾臂狀部分9的形狀和尺寸與前夾臂1的形狀和尺寸相同，但厚度 不同；夾環(huán)狀部分10形狀和尺寸與前夾環(huán)2的形狀和尺寸相同，但厚度不同；板彈簧片中 心貫通孔19位于板彈簧片8的正中心，用于安裝線性壓縮機的活塞，其直徑與活塞軸直徑 相同；在夾臂狀部分9上留有若干個且均布的夾臂狀部分貫通孔20,用于安裝螺釘和螺母， 其具體數(shù)量和尺寸根據(jù)直線臂板彈簧的具體設(shè)計而定；在夾環(huán)狀部分10上留有若干個且 均布的夾環(huán)狀部分貫通孔21，用于安裝螺釘和螺母，其具體數(shù)量和尺寸根據(jù)具體設(shè)計而定； 在夾環(huán)狀部分10的三處向內(nèi)突起部分各有一個突起處貫通孔22,用于安裝螺釘和螺母，其 尺寸由具體設(shè)計而定；如圖6所示，前夾臂1分為三個形狀相同且圓周分布的曲臂23以及 連接曲臂23的中心圓環(huán)24這四個部分；曲臂23的具體形狀根據(jù)直線臂板彈簧內(nèi)的預(yù)留空 間而定，右直線臂3、左直線臂4、下直線臂5與夾臂狀部分9的交界線和曲臂端面25齊平； 前夾臂中心貫通孔11位于前夾臂1的正中心，尺寸和板彈簧片中心貫通孔19的相同；前夾 臂貫通孔12的尺寸和數(shù)量與夾臂狀部分貫通孔20的相同，并且與之一一對應(yīng)；后夾臂6的 形狀、尺寸及設(shè)計與前夾臂1的完全相同，后夾臂中心貫通孔15的尺寸和位置與前夾臂中 心貫通孔11的相同，后夾臂貫通孔16的尺寸、數(shù)量和位置與前夾臂貫通孔12的相同；前夾 臂1和后夾臂6置于板彈簧片8的前后兩側(cè)，與夾臂狀部分9完全重合緊貼，形成關(guān)于板彈 簧片8的鏡像對稱；如圖7所示，前夾環(huán)2分為三個形狀相同且圓周分布的向內(nèi)突起27和 圓環(huán)26四部分；圓環(huán)26的寬度由具體設(shè)計而定，保證有足夠的剛度即可；右直線臂3、左直 線臂4、下直線臂5與夾環(huán)狀部分10的交界線和突起端面28齊平；前夾環(huán)貫通孔13的數(shù) 量和尺寸與夾環(huán)狀部分貫通孔21的相同，并一一對應(yīng)；前夾環(huán)突起處貫通孔14的數(shù)量和尺 寸與突起處貫通孔22的相同，并一一對應(yīng)；后夾環(huán)7的形狀、尺寸及設(shè)計與前夾環(huán)2的完全 相同，后夾環(huán)貫通孔17的尺寸、數(shù)量和位置與前夾環(huán)貫通孔13的相同，后夾環(huán)突起處貫通 孔18的尺寸、數(shù)量和位置與前夾環(huán)突起處貫通孔14的相同；前夾環(huán)2和后夾環(huán)7置于板彈 簧片8的前后兩側(cè)，與夾環(huán)狀部分10完全重合緊貼，形成關(guān)于板彈簧片8的鏡像對稱；前夾 臂1、后夾臂6、前夾環(huán)2和后夾環(huán)7將板彈簧片8夾持在中間，形成三明治結(jié)構(gòu)，并用螺絲 和螺母將它們緊固在一起，未被夾持的部分則構(gòu)成右直線臂3、左直線臂4和下直線臂5,從 而形成如圖2、圖3和圖5所示的線性壓縮機用直線臂板彈簧。
[0010] 所發(fā)明的線性壓縮機用直線臂板彈簧的設(shè)計方法如下：
[0011] 步驟一：圖8為下直線臂5的設(shè)計圖，給定前夾環(huán)2的內(nèi)徑D的具體數(shù)值，用于確 定直線臂板彈簧的尺寸；其中預(yù)留空間寬度w s和基圓半徑r s滿足：
【主權(quán)項】
1. 一種線性壓縮機用直線臂板彈簧，包括前夾臂（I)、后夾臂（6)、前夾環(huán)（2)、后夾環(huán) (7) 、板彈簧片（8)，其特征在于： 所述的板彈簧片（8)為一平整的薄片，由右直線臂（3)、左直線臂（4)、下直線臂（5)、 夾臂狀部分（9)和夾環(huán)狀部分（10)組成，五部分連成一個整體，各部分厚度均相同，具體厚 度由實際要求的軸向剛度和徑向剛度所決定；右直線臂（3)、左直線臂（4)和下直線臂（5) 的形狀和尺寸均相同，成圓周分布；夾臂狀部分（9)的形狀和尺寸與前夾臂（1)的形狀和尺 寸相同，但厚度不同；夾環(huán)狀部分（10)形狀和尺寸與前夾環(huán)（2)的形狀和尺寸相同，但厚度 不同；板彈簧片中心貫通孔（19)位于板彈簧片（8)的正中心，用于安裝線性壓縮機的活塞， 其直徑與活塞軸直徑相同；在夾臂狀部分（9)上留有若干個且均布的夾臂狀部分貫通孔 (20)，用于安裝螺釘和螺母，其具體數(shù)量和尺寸根據(jù)直線臂板彈簧的具體設(shè)計而定；在夾環(huán) 狀部分（10)上留有若干個且均布的夾環(huán)狀部分貫通孔（21)，用于安裝螺釘和螺母，其具體 數(shù)量和尺寸根據(jù)具體設(shè)計而定；在夾環(huán)狀部分（10)的三處向內(nèi)突起部分各有一個突起處 貫通孔（22)，用于安裝螺釘和螺母，其尺寸由具體設(shè)計而定；前夾臂（1)分為三個形狀相同 且圓周分布的曲臂（23)以及連接曲臂（23)的中心圓環(huán)（24)這四個部分；曲臂（23)的具 體形狀根據(jù)直線臂板彈簧內(nèi)的預(yù)留空間而定，右直線臂（3)、左直線臂（4)、下直線臂（5)與 夾臂狀部分（9)的交界線和曲臂端面（25)齊平；前夾臂中心貫通孔（11)位于前夾臂（1) 的正中心，尺寸和板彈簧片中心貫通孔（19)的相同；前夾臂貫通孔（12)的尺寸和數(shù)量與夾 臂狀部分貫通孔（20)的相同，并且與之一一對應(yīng)；后夾臂（6)的形狀、尺寸及設(shè)計與前夾臂 (1)的完全相同，后夾臂中心貫通孔（15)的尺寸和位置與前夾臂中心貫通孔（11)的相同， 后夾臂貫通孔（16)的尺寸、數(shù)量和位置與前夾臂貫通孔（12)的相同；前夾臂（1)和后夾 臂（6)置于板彈簧片（8)的前后兩側(cè)，與夾臂狀部分（9)完全重合緊貼，形成關(guān)于板彈簧片 (8) 的鏡像對稱；前夾環(huán)（2)分為三個形狀相同且圓周分布的向內(nèi)突起（27)和圓環(huán)（26)四 部分；圓環(huán)（26)的寬度由具體設(shè)計而定，保證有足夠的剛度即可；右直線臂（3)、左直線臂 (4)、下直線臂（5)與夾環(huán)狀部分（10)的交界線和突起端面（28)齊平；前夾環(huán)貫通孔（13) 的數(shù)量和尺寸與夾環(huán)狀部分貫通孔（21)的相同，并一一對應(yīng)；前夾環(huán)突起處貫通孔（14)的 數(shù)量和尺寸與突起處貫通孔（22)的相同，并一一對應(yīng)；后夾環(huán)（7)的形狀、尺寸及設(shè)計與 前夾環(huán)（2)的完全相同，后夾環(huán)貫通孔（17)的尺寸、數(shù)量和位置與前夾環(huán)貫通孔（13)的相 同，后夾環(huán)突起處貫通孔（18)的尺寸、數(shù)量和位置與前夾環(huán)突起處貫通孔（14)的相同；前 夾環(huán)（2)和后夾環(huán)（7)置于板彈簧片（8)的前后兩側(cè)，與夾環(huán)狀部分（10)完全重合緊貼， 形成關(guān)于板彈簧片（8)的鏡像對稱；前夾臂（1)、后夾臂（6)、前夾環(huán)（2)和后夾環(huán)（7)將板 彈簧片（8)夾持在中間，形成三明治結(jié)構(gòu)，并用螺絲和螺母將它們緊固在一起，未被夾持的 部分則構(gòu)成右直線臂（3)、左直線臂（4)和下直線臂（5)，從而形成一種線性壓縮機用直線 臂板彈簧。
【專利摘要】本專利公開了一種線性壓縮機用直線臂板彈簧，該直線臂板彈簧由前夾臂、后夾臂、前夾環(huán)、后夾環(huán)和板彈簧片組成。本專利給出了直線臂形狀的設(shè)計方程，基于直線臂形狀，可對前夾臂、后夾臂、前夾環(huán)、后夾環(huán)和板彈簧片的形狀進行設(shè)計，前夾臂、后夾臂、前夾環(huán)和后夾環(huán)具有足夠的剛度，保證在使用過程中不發(fā)生形變。所發(fā)明的直線臂板彈簧具有徑向剛度大以及徑軸剛度比高的特點，對板彈簧在線性壓縮機內(nèi)的應(yīng)用具有非常積極的意義。
【IPC分類】B23H7-02, F04B39-00
【公開號】CN204511809
【申請?zhí)枴緾N201420770575
【發(fā)明人】黨海政, 張雷
【申請人】中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年12月9日