一种线性压缩机用直线臂板弹簧的制作方法
【技术领域】
[0001] 本专利涉及线性压缩机及其板弹簧，特别涉及一种线性压缩机用直线臂板弹簧。
【背景技术】
[0002] 线性压缩机（或称直线压缩机）是往复式活塞压缩机的一种，也是具有革新意义 的一种往复式活塞压缩机。其主要利用直线电机驱动活塞在气缸中作往复直线运动，根据 电磁场相关理论，直线电机对活塞施加的是一个与活塞轴向绝对平行的线性力，因而在理 论上，正确设计的线性压缩机完全消除了对活塞的径向作用力，进而工作寿命、稳定性和能 量转化效率都得到了显著提高。因此，线性压缩机在需要长寿命、高可靠性和高效率工作的 航天及军事等特殊领域有着非常重要的应用。
[0003] 目前，国际上应用于航天领域需要保证长寿命、高可靠工作的线性压缩机主要采 用间隙密封和板弹簧支撑两项关键技术，这两项技术是线性压缩机无油润滑而能长寿命运 转的关键保障。所谓间隙密封实质是使运动的活塞和气缸内壁之间始终保持微小的间隙 (称为气隙），以此来彻底消除活塞和气缸之间的机械摩擦；虽然在压缩机工作过程中，气 体工质会通过气隙在压缩腔和背压腔之间泄漏而引起不可逆损失，但只要气隙设计得足够 小，该部分损失便可以忽略不计；该方法以非接触式的气体动密封方式取代了接触式的固 体密封，从而巧妙而彻底地解决了活塞与气缸之间的接触磨损以及常规固体密封所需的油 润滑带来的污染问题，对于无油润滑式长寿命直线压缩机的发展影响深远。板弹簧支撑技 术的主要作用是实现和长期维持所需的间隙密封；板弹簧一般由一组或数组薄弹簧片组 成，这些弹簧片被设计成在径向上刚度很大，而在轴向上刚度较小。活塞轴被固定于板弹簧 的中心，以此来保证活塞在气缸内始终沿轴向运动，而不在径向上发生偏移，从而严格保证 活塞与气缸内壁之间的气隙厚度；板弹簧设计的另一项关键是保证在压缩机的工作期间， 板弹簧始终处于疲劳极限之内，以此来实现压缩机所需的工作寿命。
[0004] 常用的板弹簧有涡旋臂板弹簧和直线臂板弹簧两种，如图1和图2所示。目前常用 的涡旋臂板弹簧的涡旋臂数量从2臂到9臂不等，采用同心型或是偏心型分布方式。为消 除涡旋臂板弹簧的涡旋臂末端的应力集中现象，涡旋臂必须被设计的足够长，甚至旋转超 过一周。但过长的涡旋臂不但会大幅度降低板弹簧的径向刚度，也会在一定程度上降低其 轴向刚度。而直线臂板弹簧则采用直线臂，在降低直线臂末端应力集中的同时，还缩短了长 度，并提升了宽度。这使得在相同尺寸下，直线臂板弹簧的径向刚度远大于涡旋臂板弹簧， 径轴刚度比也大于涡旋臂板弹簧。因此，直线臂板弹簧在保证使用寿命的同时，相比涡旋臂 板弹簧具有更佳的使用效果。
[0005] 目前国内对线性压缩机用板弹簧的研宄和应用还主要集中在蜗旋板弹簧上，对直 线臂板弹簧的研宄才刚刚起步，对直线臂板弹簧具体的结构、设计方法以及制造方法等的 针对性研宄还很少见。
【发明内容】
[0006] 鉴于现有技术的不足，本专利提出一种线性压缩机用直线臂板弹簧。
[0007] 本专利的目的在于提供一种线性压缩机用直线臂板弹簧及其设计与制造方法，通 过本专利实现大径向刚度以及高径轴刚度比的直线臂板弹簧的设计和制造。
[0008] 如图2、图3、图4和图5所示，所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧由前夹臂1、后 夹臂6、前夹环2、后夹环7和板弹簧片8组成。
[0009] 如图4所示，板弹簧片8为一平整的薄片，由右直线臂3、左直线臂4、下直线臂5、 夹臂状部分9和夹环状部分10组成，五部分连成一个整体，各部分厚度均相同，具体厚度由 实际要求的轴向刚度和径向刚度所决定；右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5的形状和尺 寸均相同，成圆周分布；夹臂状部分9的形状和尺寸与前夹臂1的形状和尺寸相同，但厚度 不同；夹环状部分10形状和尺寸与前夹环2的形状和尺寸相同，但厚度不同；板弹簧片中 心贯通孔19位于板弹簧片8的正中心，用于安装线性压缩机的活塞，其直径与活塞轴直径 相同；在夹臂状部分9上留有若干个且均布的夹臂状部分贯通孔20,用于安装螺钉和螺母， 其具体数量和尺寸根据直线臂板弹簧的具体设计而定；在夹环状部分10上留有若干个且 均布的夹环状部分贯通孔21，用于安装螺钉和螺母，其具体数量和尺寸根据具体设计而定； 在夹环状部分10的三处向内突起部分各有一个突起处贯通孔22,用于安装螺钉和螺母，其 尺寸由具体设计而定；如图6所示，前夹臂1分为三个形状相同且圆周分布的曲臂23以及 连接曲臂23的中心圆环24这四个部分；曲臂23的具体形状根据直线臂板弹簧内的预留空 间而定，右直线臂3、左直线臂4、下直线臂5与夹臂状部分9的交界线和曲臂端面25齐平； 前夹臂中心贯通孔11位于前夹臂1的正中心，尺寸和板弹簧片中心贯通孔19的相同；前夹 臂贯通孔12的尺寸和数量与夹臂状部分贯通孔20的相同，并且与之一一对应；后夹臂6的 形状、尺寸及设计与前夹臂1的完全相同，后夹臂中心贯通孔15的尺寸和位置与前夹臂中 心贯通孔11的相同，后夹臂贯通孔16的尺寸、数量和位置与前夹臂贯通孔12的相同；前夹 臂1和后夹臂6置于板弹簧片8的前后两侧，与夹臂状部分9完全重合紧贴，形成关于板弹 簧片8的镜像对称；如图7所示，前夹环2分为三个形状相同且圆周分布的向内突起27和 圆环26四部分；圆环26的宽度由具体设计而定，保证有足够的刚度即可；右直线臂3、左直 线臂4、下直线臂5与夹环状部分10的交界线和突起端面28齐平；前夹环贯通孔13的数 量和尺寸与夹环状部分贯通孔21的相同，并一一对应；前夹环突起处贯通孔14的数量和尺 寸与突起处贯通孔22的相同，并一一对应；后夹环7的形状、尺寸及设计与前夹环2的完全 相同，后夹环贯通孔17的尺寸、数量和位置与前夹环贯通孔13的相同，后夹环突起处贯通 孔18的尺寸、数量和位置与前夹环突起处贯通孔14的相同；前夹环2和后夹环7置于板弹 簧片8的前后两侧，与夹环状部分10完全重合紧贴，形成关于板弹簧片8的镜像对称；前夹 臂1、后夹臂6、前夹环2和后夹环7将板弹簧片8夹持在中间，形成三明治结构，并用螺丝 和螺母将它们紧固在一起，未被夹持的部分则构成右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5,从 而形成如图2、图3和图5所示的线性压缩机用直线臂板弹簧。
[0010] 所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧的设计方法如下：
[0011] 步骤一：图8为下直线臂5的设计图，给定前夹环2的内径D的具体数值，用于确 定直线臂板弹簧的尺寸；其中预留空间宽度w s和基圆半径r s满足：
【主权项】
1. 一种线性压缩机用直线臂板弹簧，包括前夹臂（I)、后夹臂（6)、前夹环（2)、后夹环 (7) 、板弹簧片（8)，其特征在于： 所述的板弹簧片（8)为一平整的薄片，由右直线臂（3)、左直线臂（4)、下直线臂（5)、 夹臂状部分（9)和夹环状部分（10)组成，五部分连成一个整体，各部分厚度均相同，具体厚 度由实际要求的轴向刚度和径向刚度所决定；右直线臂（3)、左直线臂（4)和下直线臂（5) 的形状和尺寸均相同，成圆周分布；夹臂状部分（9)的形状和尺寸与前夹臂（1)的形状和尺 寸相同，但厚度不同；夹环状部分（10)形状和尺寸与前夹环（2)的形状和尺寸相同，但厚度 不同；板弹簧片中心贯通孔（19)位于板弹簧片（8)的正中心，用于安装线性压缩机的活塞， 其直径与活塞轴直径相同；在夹臂状部分（9)上留有若干个且均布的夹臂状部分贯通孔 (20)，用于安装螺钉和螺母，其具体数量和尺寸根据直线臂板弹簧的具体设计而定；在夹环 状部分（10)上留有若干个且均布的夹环状部分贯通孔（21)，用于安装螺钉和螺母，其具体 数量和尺寸根据具体设计而定；在夹环状部分（10)的三处向内突起部分各有一个突起处 贯通孔（22)，用于安装螺钉和螺母，其尺寸由具体设计而定；前夹臂（1)分为三个形状相同 且圆周分布的曲臂（23)以及连接曲臂（23)的中心圆环（24)这四个部分；曲臂（23)的具 体形状根据直线臂板弹簧内的预留空间而定，右直线臂（3)、左直线臂（4)、下直线臂（5)与 夹臂状部分（9)的交界线和曲臂端面（25)齐平；前夹臂中心贯通孔（11)位于前夹臂（1) 的正中心，尺寸和板弹簧片中心贯通孔（19)的相同；前夹臂贯通孔（12)的尺寸和数量与夹 臂状部分贯通孔（20)的相同，并且与之一一对应；后夹臂（6)的形状、尺寸及设计与前夹臂 (1)的完全相同，后夹臂中心贯通孔（15)的尺寸和位置与前夹臂中心贯通孔（11)的相同， 后夹臂贯通孔（16)的尺寸、数量和位置与前夹臂贯通孔（12)的相同；前夹臂（1)和后夹 臂（6)置于板弹簧片（8)的前后两侧，与夹臂状部分（9)完全重合紧贴，形成关于板弹簧片 (8) 的镜像对称；前夹环（2)分为三个形状相同且圆周分布的向内突起（27)和圆环（26)四 部分；圆环（26)的宽度由具体设计而定，保证有足够的刚度即可；右直线臂（3)、左直线臂 (4)、下直线臂（5)与夹环状部分（10)的交界线和突起端面（28)齐平；前夹环贯通孔（13) 的数量和尺寸与夹环状部分贯通孔（21)的相同，并一一对应；前夹环突起处贯通孔（14)的 数量和尺寸与突起处贯通孔（22)的相同，并一一对应；后夹环（7)的形状、尺寸及设计与 前夹环（2)的完全相同，后夹环贯通孔（17)的尺寸、数量和位置与前夹环贯通孔（13)的相 同，后夹环突起处贯通孔（18)的尺寸、数量和位置与前夹环突起处贯通孔（14)的相同；前 夹环（2)和后夹环（7)置于板弹簧片（8)的前后两侧，与夹环状部分（10)完全重合紧贴， 形成关于板弹簧片（8)的镜像对称；前夹臂（1)、后夹臂（6)、前夹环（2)和后夹环（7)将板 弹簧片（8)夹持在中间，形成三明治结构，并用螺丝和螺母将它们紧固在一起，未被夹持的 部分则构成右直线臂（3)、左直线臂（4)和下直线臂（5)，从而形成一种线性压缩机用直线 臂板弹簧。
【专利摘要】本专利公开了一种线性压缩机用直线臂板弹簧，该直线臂板弹簧由前夹臂、后夹臂、前夹环、后夹环和板弹簧片组成。本专利给出了直线臂形状的设计方程，基于直线臂形状，可对前夹臂、后夹臂、前夹环、后夹环和板弹簧片的形状进行设计，前夹臂、后夹臂、前夹环和后夹环具有足够的刚度，保证在使用过程中不发生形变。所发明的直线臂板弹簧具有径向刚度大以及径轴刚度比高的特点，对板弹簧在线性压缩机内的应用具有非常积极的意义。
【IPC分类】B23H7-02, F04B39-00
【公开号】CN204511809
【申请号】CN201420770575
【发明人】党海政, 张雷
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年12月9日