技术领域
[0001] 本
发明涉及弹簧的技术领域，具体涉及线性板弹簧，尤其涉及一种
制冷压缩机用组装式线性板弹簧。
背景技术
[0002]
线性压缩机是往复式
活塞压缩机的一种，其中，板弹簧的
支撑技术是线性压缩机的关键技术。直线
电机驱动活塞在
气缸中作往复直线运动，板弹簧通过活塞轴与活塞相连，作为阵子系统的弹性部件，支撑着活塞及
电子动子组件，要求板弹簧有足够的轴向
刚度和行程保证活塞的轴向往复运动。相对于传统的圆柱弹簧，板弹簧具有较大的径向刚度，能够保证活塞往复直线运动中不会由于震动而偏离平衡
位置产生径向位移，保证气缸与活塞之间的间隙密封，避免
泄漏损失，提高压缩机的整体效率和可靠性。
[0003]
现有技术中的板弹簧通常包括直线臂板弹簧和涡旋臂板弹簧，这两种板弹簧一般是平面的薄弹
簧片，被设计成径向刚度很大，而轴向刚度很小，一般用一组或数组板弹簧片应用于线性压缩机中，弹簧片在成组使用时为了防止干涉还要在弹簧片之间增加
垫圈，这就增加了压缩机整体的
质量。这两种板弹簧要通过改变型线、厚度和臂宽等来调节板弹簧质量，势必又会影响板弹簧的刚度与应
力，并且型线复杂，生产成本较高。
[0004] 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，应该使用线性板弹簧，能有效保证压缩机平稳运行，提高整机的可靠性。
[0005] 本领域需要一种结构简单，可以自由组装，同时满足一定径向刚度、轴向刚度、自然
频率和疲劳强度应用需求的线性板弹簧，应用于线性压缩机具有更佳的使用效果和经济价值。
[0006] 板弹簧的轴向刚度、径向刚度、疲劳强度及自振频率是板弹簧的4个重要性能参数。板弹簧随压缩机作高速往复运动，根据工作需要，弹簧往复运动超过20亿次，要求板弹簧工作时
应力分布均匀，避免应力集中现象，最大应力要远小于材料的疲劳极限，保证板弹簧具有较高的寿命。为避免板弹簧臂与压缩机运动发生共振而断裂，要求线性压缩机的运行频率避开板弹簧的自振频率。
[0007]
专利号为CN105757152A的专利公开了一种板弹簧、板弹簧组以及压缩机，专利号为CN106051036A的专利公开了一种等
角螺线板弹簧，都存在轴向刚度较小，在满足刚度要求的情况下需使用多组板弹簧的问题。专利号为CN108167359A的专利公开了一种阿基米德螺线板弹簧，其涡旋槽终了端封闭方式是两段不同弯曲方向且相切的圆弧分别相切于涡旋槽的外型线和内型线，封闭端型线设计和表达复杂，
机械加工难度较大，且集中应力过大。
发明内容
[0008] 针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种制冷压缩机用组装式线性板弹簧，具有较大的轴向刚度和径向刚度，在疲劳极限内满足压缩机所需的工作寿命，可以自由拆装，且弹簧的力-
变形量的特性曲线呈线性，满足线性
压缩机活塞轴轴向的线性力需要。
[0009] 为实现上述目的，本发明提供了一种制冷压缩机用组装式线性板弹簧，包括用于安装
定位的外固定垫圈、内固定垫圈、连接在所述外固定垫圈和内固定垫圈之间的至少两条结构相同的圆柱形弹簧臂；所述内固定垫圈的中心设有安装于制冷压缩机的活塞轴上的轴孔，内固定垫圈的周边设有不少于两个且均匀分布的用于安装圆柱形弹簧臂一端的第一弹簧臂安装槽；所述外固定垫圈上设有与制冷压缩机的
基座相固定的安装孔，外固定垫圈的周边设有不少于两个且均匀分布的用于安装圆柱形弹簧臂另一端的第二弹簧臂安装槽；所述圆柱形弹簧臂包括依次连接的首端圆柱销、第一段直线臂、第一段过渡臂、螺旋圆渐开线臂、第二段过渡臂、第二段直线臂和尾端圆柱销。
[0010] 由上，弹簧臂可以自由拆装和组合，弹簧在工作中发生位移变形时，所述弹簧臂首端圆柱销头可以有效减弱由于内固定垫圈轴向运动引起的扭转力，避免弹簧臂应力集中，且本发明制冷压缩机用组装式线性板弹簧的力-变形量的特性曲线呈线性，用于线性压缩机中，可以满足压缩机线性刚度
载荷要求，提高压缩机整体的可靠性。
[0011] 进一步的，所述内固定垫圈的第一弹簧臂安装槽包括与所述圆柱形弹簧臂的首端固定销配合的第一固定销槽以及与所述圆柱形弹簧臂的第一段直线臂配合的第一固定臂槽，所述第一固定销槽与第一固定臂槽的连接处采用圆弧过渡，所述第一固定臂槽的尾端采用圆弧过渡。
[0012] 可选的，所述第一弹簧臂安装槽的第一固定销槽为圆柱槽，其半径与所述首端固定销的半径相等；所述第一弹簧臂安装槽的第一固定销槽的中心线相切于所述内固定垫圈的内外圆之间的中间圆；所述第一弹簧臂安装槽的第一固定销槽为圆柱槽，其半径与所述圆柱形弹簧臂的半径相等。
[0013] 进一步的，所述圆柱形弹簧臂的中心线由依次连接的第一条直线、第一条过渡圆弧、三维螺旋圆渐开线、第二条过渡圆弧和第二条直线组成；所述第一条直线穿过所述内固定垫圈的中心，所述第二条直线穿过所述外固定垫圈的中心；
[0014] 所述三维螺旋圆渐开线在笛卡尔
坐标系下的方程为：
[0015] x＝r(cosθ+θsinθ)；y＝r(sinθ-θcosθ)；z＝ht；
[0016] 其中，r为
基圆半径，θ为渐开线展角，h为渐开线首尾高度差，t为变量。
[0017] 优选的，所述第一条过渡圆弧的两端分别相切于所述第一条直线和所述三维螺旋圆渐开线；
[0018] 所述第二条过渡圆弧的两端分别相切于所述三维螺旋圆渐开线和第二条直线。
[0019] 优选的，所述内固定垫圈分为结构相同的内上垫圈和内下垫圈，内固定垫圈上设有不少于两个且均匀分布的固定孔；所述内上垫圈和内下垫圈通过所述固定孔
锁紧配合，用于夹紧圆柱形弹簧臂的首端；所述固定孔的圆心在所述内固定垫圈的内外圆之间的中间圆上。
[0020] 进一步的，所述外固定垫圈的第二弹簧臂安装槽包括与所述圆柱形弹簧臂的尾端固定销配合的第二固定销槽以及与圆柱形弹簧臂的第二段直线臂配合的第二固定臂槽，所述第二固定销槽与第二固定臂槽的连接处采用圆弧过渡，所述第二固定臂槽的尾端采用圆弧过渡。
[0021] 优选的，所述第二弹簧臂安装槽的第二固定销槽为圆柱槽，其半径与所述尾端圆柱销的半径相等；所述第二弹簧臂安装槽的第二固定销槽的中心线相切于所述外固定垫圈的内外圆之间的中间圆；所述第二弹簧臂安装槽的第二固定销槽为圆柱槽，其半径与所述圆柱形弹簧臂的半径相等。
[0022] 可选的，所述外固定垫圈分为结构相同的外上垫圈和外下垫圈，所述外上垫圈和外下垫圈通过安装孔夹紧固定所述圆柱形弹簧臂的尾端。
[0023] 由上，本发明的制冷压缩机用组装式线性板弹簧由外固定垫圈、内固定垫圈、至少两条结构相同的圆柱形弹簧臂组装而成，所述弹簧臂为三维螺旋臂，所述弹簧臂的中心线由两条直线、一条三维螺旋圆渐开线、两条过渡圆弧组成。本发明的制冷压缩机用组装式线性板弹簧应用于制冷压缩机中，可以自由拆装，且弹簧的力-变形量的特性曲线呈线性，满足线性压缩机活塞轴轴向的线性力需要，弹簧臂能有效分散应力，有较高寿命，提高压缩机整体的可靠性，并具有如下优点：
[0024] 1.本发明的制冷压缩机用组装式线性板弹簧由外固定垫圈、内固定垫圈、至少两条结构相同的圆柱形弹簧臂组装而成，拆装方便，可以自由调整弹簧臂的数量。
[0025] 2.本发明的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的弹簧臂是三维螺旋臂，弹簧臂应力分布均匀，局部应力小，寿命较高。
[0026] 3.本发明的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的弹簧臂首端的圆柱销在内固定垫圈的安装槽内可以发生轴向转动，有效减弱了由于板弹簧中心位移变形给弹簧臂首端造成的扭转力。
[0027] 4.本发明的制冷压缩机用组装式线性板弹簧具有较大的轴向刚度和径向刚度，且弹簧的力-变形量的特性曲线呈线性，满足线性压缩机活塞轴轴向的线性力需要，用于制冷线性压缩机具有更佳的效果。
附图说明
[0028] 图1为本发明
实施例一的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的主视图；
[0029] 图2为本发明实施例一的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的侧视图；
[0030] 图3为本发明实施例一的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的内上垫圈或内下垫圈的主视图；
[0031] 图4为图3的纵剖视图；
[0032] 图5为本发明实施例一的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的圆柱形弹簧臂的主视图；
[0033] 图6为本发明实施例一的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的圆柱形弹簧臂的侧视图；
[0034] 图7为本发明实施例一的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的外上垫圈或外下垫圈的主视图；
[0035] 图8为图7的纵剖视图；
[0036] 图9为本发明实施例一的制冷压缩机用组装式线性板弹簧施加轴向位移与相应轴向力的响应曲线图；
[0037] 图10为本发明实施例二的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的主视图；
[0038] 图11为本发明实施例二的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的侧视图；
[0039] 图12为本发明实施例二的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的内上垫圈或内下垫圈的主视图；
[0040] 图13为本发明实施例二的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的圆柱形弹簧臂的主视图；
[0041] 图14为本发明实施例二的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的圆柱形弹簧臂的侧视图；
[0042] 图15为本发明实施例二的制冷压缩机用组装式线性板弹簧的外上垫圈或外下垫圈的主视图；
[0043] 图16为本发明实施例二的制冷压缩机用组装式线性板弹簧施加轴向位移与相应轴向力的响应曲线图。
具体实施方式
[0044] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
[0045] 参见图1至图16对本发明的制冷压缩机用组装式线性板弹簧进行详细说明，本发明的制冷压缩机用组装式线性板弹簧主要适用于线性制冷压缩机，包括用于安装定位的外固定垫圈，内固定垫圈，至少两条结构相同的圆柱形弹簧臂。所述内固定垫圈与外固定垫圈同心，且所述弹簧臂沿所述内固定垫圈中心均匀分布。
[0046] 如图1和图10所示，多条圆柱形弹簧臂以所述内固定垫圈为中心均匀分布，其首端圆柱销和第一段直线臂与所述内固定垫圈的弹簧臂安装槽组装配合，其尾端圆柱销和第二段直线臂与所述外固定垫圈的弹簧臂安装槽组装配合。
[0047] 所述内固定垫圈的内上垫圈与内下垫圈通过固定孔锁紧固定，通过中心的轴孔安装于制冷线性压缩机的活塞轴上。所述外固定垫圈的外上垫圈与外下垫圈通过安装孔与制冷线性压缩机的基座相固定。
[0048] 本发明的圆柱形弹簧臂包括首端圆柱销、第一段直线臂、第一段过渡臂、螺旋圆渐开线臂、第二段过渡臂、第二段直线臂、尾端圆柱销。相应的，所述圆柱形弹簧臂的中心线由两条直线、一条三维螺旋圆渐开线和两条过渡圆弧组成。
[0049] 本发明的圆柱形弹簧臂中心线的位于首端的第一条直线穿过所述内固定垫圈的中心，位于尾端的第二条直线穿过所述外固定垫圈的中心；所述圆柱形弹簧臂中心线的三维螺旋圆渐开线在笛卡尔坐标系下的方程为x＝r(cosθ+θsinθ)；y＝r(sinθ-θcosθ)；z＝ht；其中，r为基圆半径，θ为渐开线展角，h为渐开线首尾高度差，t为变量，在三维螺旋圆渐开线方程中，渐开线展角θ取300°～600°。
[0050] 另外，圆柱形弹簧臂的首端圆柱销的中心线垂直相交于所述圆柱形弹簧臂的第一段直线臂的中心线，即，首端圆柱销与第一段直线臂是垂直设置的，且所述圆柱固定销的直径等于所述圆柱形弹簧臂的直径。所述圆柱形弹簧臂的尾端圆柱销的中心线垂直相交于所述圆柱形弹簧臂的第二段直线臂的中心线，即，尾端圆柱销与第二段直线臂是垂直设置的，且尾端圆柱销的直径等于所述圆柱形弹簧臂的直径。所述圆柱形弹簧臂的第一段过渡臂的中心线的首端相切于第一段直线臂的中心线，其尾端相切于所述三维螺旋圆渐开线。所述圆柱形弹簧臂的第二段过渡臂的中心线的首端相切于所述三维螺旋圆渐开线，其尾端相切于第二段直线臂的中心线；所述圆柱形弹簧臂的第二段直线臂的中心线穿过所述外固定垫圈的中心。
[0051] 本发明的圆柱形弹簧臂为圆柱形，且直径为恒定值的三维螺旋臂。
[0052] 实施例一
[0053] 如图1至图9所示，本实例中的板弹簧包括结构相同的两条轴向对称的圆柱形弹簧臂3、以及外固定垫圈1、2和内固定垫圈4、5。
[0054] 如图3所示，内固定垫圈4、5包括一个位于中心的轴孔10，两个均匀分布的固定孔8，两个均匀分布的弹簧臂安装槽9；所述内固定垫圈4、5的固定孔8的圆心在所述内固定垫圈4、5内外圆之间的中间圆上；所述内固定垫圈4、5的弹簧臂安装槽9包括与所述圆柱形弹簧臂3的首端固定销31配合的第一固定销槽以及与所述圆柱形弹簧臂3的第一段直线臂32配合的第一固定臂槽，所述第一固定销槽与第一固定臂槽的连接处采用圆弧过渡，所述第一固定臂槽的尾端采用圆弧过渡。
[0055] 本实施例的内固定垫圈4、5分为结构相同的内上垫圈4和内下垫圈5，且内上垫圈4和内下垫圈5通过固定孔8锁紧配合，固定所述圆柱形弹簧臂3的首端。内上垫圈4和内下垫圈5上的弹簧臂安装槽9的第一固定销槽为半圆柱槽，半径为2mm；所述内固定垫圈4、5的弹簧臂安装槽9的第一固定销槽的中心线相切于所述内固定垫圈4、5内外圆之间的中间圆。内上垫圈4和内下垫圈5的弹簧臂安装槽9的第一固定臂槽为半圆柱槽，半径为2mm。
[0056] 如图1所示，两圆柱形弹簧臂3的夹角为180°，圆柱形弹簧臂3的直径为4mm，圆柱形弹簧臂3的首端圆柱销31的直径为4mm，第一段直线臂32的长度为10mm，且首端圆柱销31与第一段直线臂32垂直设置，第一段过渡臂33分别与第一段直线臂32和螺旋圆渐开线臂34过渡连接，第二段过渡臂35分别与螺旋圆渐开线臂34和第二段直线臂36过渡连接，第二段直线臂36的长度为10mm，尾端圆柱销37的直径为4mm，且尾端圆柱销37与第二段直线臂36垂直设置。螺旋圆渐开线臂34的中心线由方程x＝r(cosθ+θsinθ)；y＝r(sinθ-θcosθ)；z＝ht；确定，其中，r＝0.1，θ为500°，h为24mm，t为变量。
[0057] 如图7和图8所示，外固定垫圈1、2包括6个安装孔6，两个均匀分布的弹簧臂安装槽7；所述外固定垫圈1、2的安装孔6的圆心在所述外固定垫圈1、2内外圆之间的中间圆上；所述外固定垫圈1、2的弹簧臂安装槽7包括与所述圆柱形弹簧臂3的尾端固定销37配合的第二固定销槽以及与所述圆柱形弹簧臂3的尾端直线臂36配合的第二固定臂槽，第二固定销槽与第二固定臂槽的连接处采用圆弧过渡，第二固定臂槽的尾端采用圆弧过渡。
[0058] 所述外固定垫圈1、2分为结构相同的外上垫圈1和外下垫圈2，并通过安装孔6固定于压缩机基座上，夹紧固定所述圆柱形弹簧臂3的尾端。所述外上垫圈1和外下垫圈2的弹簧臂安装槽7的第二固定销槽为半圆柱槽，半径为2mm；所述外固定垫圈1、2的弹簧臂安装槽7的第二固定销槽的中心线相切于所述外固定垫圈1、2内外圆之间的中间圆；所述外上垫圈1和外下垫圈2的弹簧臂安装槽7的第二固定臂槽为半圆柱槽，半径为2mm。
[0059] 将实施例一的制冷压缩机用组装式线性板弹簧导入
有限元分析软件Ansys中进行分析，把对板弹簧轴向施加的位移作为变量，把对应输出的所需轴向力作为目标，对板弹簧轴向施加的位移范围为1～10mm，可得到轴向位移与所需轴向力的响应曲线图，如图9所示，弹簧的力-变形量的特性曲线呈线性，根据刚度公式 其中F为施加的力载荷，X为变形的位移，可得实施例一的轴向刚度约为11N/mm，可以满足线性压缩机的需要。
[0060] 实施例二
[0061] 如图10至图16所示，本实例中的板弹簧包括结构相同的三条轴向对称的圆柱形弹簧臂30、以及外固定垫圈10、20和内固定垫圈40、50。
[0062] 如图12所示，内固定垫圈40、50包括一个位于中心的轴孔100，三个均匀分布的固定孔80，三个均匀分布的弹簧臂安装槽90；所述内固定垫圈40、50的固定孔80的圆心在所述内固定垫圈40、50内外圆之间的中间圆上；所述内固定垫圈40、50的弹簧臂安装槽90包括与所述圆柱形弹簧臂30的首端固定销301配合的第一固定销槽以及与所述圆柱形弹簧臂30的第一段直线臂302配合的第一固定臂槽，第一固定销槽与第一固定臂槽的连接处采用圆弧过渡，第一固定臂槽的尾端采用圆弧过渡。
[0063] 本实施例的内固定垫圈40、50分为结构相同的内上垫圈40和内下垫圈50，且内上垫圈40和内下垫圈50通过固定孔80锁紧配合，固定所述圆柱形弹簧臂30的首端。内上垫圈40和内下垫圈50的弹簧臂安装槽90的第一固定销槽为半圆柱槽，半径为2mm；所述内固定垫圈40、50的弹簧臂安装槽90的第一固定销槽的中心线相切于所述内固定垫圈40、50内外圆之间的中间圆；内上垫圈40和内下垫圈50的弹簧臂安装槽90的第一固定臂槽为半圆柱槽，半径为2mm。
[0064] 如图10所示，三条圆柱形弹簧臂30的夹角为120°，圆柱形弹簧臂30的直径为4mm，圆柱形弹簧臂30的首端圆柱销301的直径为4mm，第一段直线臂302的长度为10mm，且首端圆柱销301与第一段直线臂302垂直设置，第一段过渡臂303分别与第一段直线臂302和螺旋圆渐开线臂304过渡连接，第二段过渡臂305分别与螺旋圆渐开线臂304和第二段直线臂306过渡连接，第二段直线臂306的长度为10mm，其尾端圆柱销307的直径为4mm，且尾端圆柱销307与第二段直线臂306垂直设置。螺旋圆渐开线臂304的中心线由方程x＝r(cosθ+θsinθ)；y＝r(sinθ-θcosθ)；z＝ht；确定，其中，r＝0.1，θ为500°，h为24mm，t为变量。
[0065] 如图15所示，外固定垫圈10、20包括6个安装孔60，三个均匀分布的弹簧臂安装槽70；所述外固定垫圈10、20的安装孔60的圆心在所述外固定垫圈10、20内外圆之间的中间圆上；所述外固定垫圈10、20的弹簧臂安装槽70包括与所述圆柱形弹簧臂30的尾端固定销307配合的第二固定销槽以及与所述圆柱形弹簧臂30的尾端直线臂306配合的第二固定臂槽，第二固定销槽与第二固定臂槽的连接处采用圆弧过渡，第二固定臂槽的尾端采用圆弧过渡。
[0066] 所述外固定垫圈10、20分为结构相同的外上垫圈10和外下垫圈20，并通过安装孔60固定于压缩机基座上，夹紧固定所述圆柱形弹簧臂30的尾端。所述外上垫圈10和外下垫圈20的弹簧臂安装槽70的第二固定销槽为半圆柱槽，半径为2mm；所述外固定垫圈10、20的弹簧臂安装槽70的第二固定销槽的中心线相切于所述外固定垫圈10、20内外圆之间的中间圆；所述外上垫圈10和外下垫圈20的弹簧臂安装槽70的第二固定臂槽为半圆柱槽，半径为
2mm。
[0067] 将实施例二的制冷压缩机用组装式线性板弹簧导入有限元分析软件Ansys中进行分析，把对板弹簧轴向施加的位移作为变量，把对应输出的所需轴向力作为目标，对板弹簧轴向施加的位移范围为1～10mm，可得到轴向位移与所需轴向力的响应曲线图，如图16所示，弹簧的力-变形量的特性曲线呈线性，根据刚度公式 其中F为施加的力载荷，X为变形的位移，可得实施例二的轴向刚度约为17N/mm，可以满足线性压缩机的需要。
[0068] 本发明的制冷压缩机用组装式线性板弹簧由外固定垫圈、内固定垫圈、至少两条结构相同的圆柱形弹簧臂组装而成，拆装方便，可以自由调整弹簧臂的数量。弹簧臂能有效减弱了由于板弹簧中心位移变形给弹簧臂首端造成的扭转力，应力分布均匀，局部应力小，寿命较高，具有较大的轴向刚度和径向刚度，且弹簧的力-变形量的特性曲线呈线性，满足线性压缩机活塞轴轴向的线性力需要，用于制冷线性压缩机具有更佳的效果，提高了压缩机整体的可靠性。
[0069] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
