CN101470060A - 一种板弹簧 - Google Patents

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CN101470060A
CN101470060A CNA2007103046399A CN200710304639A CN101470060A CN 101470060 A CN101470060 A CN 101470060A CN A2007103046399 A CNA2007103046399 A CN A2007103046399A CN 200710304639 A CN200710304639 A CN 200710304639A CN 101470060 A CN101470060 A CN 101470060A
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plate spring
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Inventor
陈正刚
潘雁频
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510 Research Institute of 5th Academy of CASC
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510 Research Institute of 5th Academy of CASC
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Abstract

本发明涉及一种板弹簧试验装置，用于模拟测试板弹簧的疲劳寿命。包括位移传感器、外壳体、法兰、进风口、引线孔、板弹簧、永磁体、线圈体、出气口、外压环、主轴、安装筒及螺钉；连接关系为：沿主轴安装零件依次板弹簧、线圈体、板弹簧、锁紧螺母和位移传感器；沿安装筒依次安装板弹簧、永磁体、板弹簧、外压环，用外压环将它们固定；电源线从线圈体的固定螺钉处通过安装筒的引线孔引至外壳体和安装筒的间隙处，然后从引向引线孔引出；板弹簧的内孔安装于主轴，外圆安装于安装筒，且有两组板弹簧将线圈体支撑起来，进风口位于引线孔的对称位置，出气口位于外壳体的端部，空气从进风口进，从出气口出；主轴的末端安装了位移传感器，监测板弹簧的往复位移。

Description

一种板弹簧
技术领域
本发明涉及一种线型板弹簧，属于机械领域。
背景技术
板弹簧是一种在一平板上按照规定的线型刻蚀出的零件，一般应用于往复运动的机械中，又称柔性支撑，英文(flexure bearing)。
这里特指的是一种应用于线性电机驱动斯特林制冷机的新型线型的板弹簧，是决定制冷机寿命、可靠性的关键零件。以制冷的线性压缩机为例，压缩机一般由气缸、活塞、驱动电机、连接机构和壳体等组成，电机驱动连接机构，连接机构带动活塞在气缸内往复运动，板弹簧的作用有就是将线性电机支撑起来，使其能延运动方向往复运动。因此，板弹簧的意义在于①板弹簧作为电机的支撑零件(也可以说板弹簧为斯特林制冷机中唯一动子支撑机构)其寿命直接决定了制冷机的寿命；②在制冷机里要求活塞在气缸内直线往复运动，其运动精度必须要有保证(减少摩擦、振动)，这就要求线性电机的运动轨迹精度保证，因此这就要求电机的支撑—板弹簧往复运动时保证精度。因而决定了板弹簧的两项重要指标寿命—疲劳寿命、直性运动精度—径向刚度与轴向刚度比。我们研制了一种长寿命、结构简单、径向刚度与轴向刚度比高的新型线型的板弹簧。
发明内容
本发明的目的是研制一种长寿命、径向刚度与轴向刚度比高的板弹簧。
板弹簧材料一般为1Cr18Ni9Ti、铍青铜。
板弹簧又称柔性支撑，它是一种在一圆形或有一定形状的平板上，厚度一般为0.1mm～2mm，按照特定的线型刻蚀出的零件。
板弹簧的形态的设定依据：该发明用算法来确定板弹簧上的螺旋线，共三条螺旋线，三条螺旋线承120°均匀分布，以下为该线性的数学表达：
方程中符号定义：
R：板弹簧的外径(mm)；      r：板弹簧的内径(mm)；
R1：型线起点的半径(mm)；   R2：型线终点的半径(mm)；
Figure A200710304639D0004113645QIETU
：掠角变量(°)；          Φ：最大掠角范围(°)
Φ2：型线起始段的掠角范围(°)；
Φ1：型线终段的掠角范围(°)；
螺旋线线线的极坐标的一般形式：
Figure A200710304639D00041
其中α1和α2为小于1的线型叠和系数，α1+α2＝1
Figure A200710304639D00042
其中k＝(ln(R2/R1)/Φ
Figure A200710304639D00043
线型的起始段、主段、终段的方程：
起始方程
Figure A200710304639D00044
Figure A200710304639D00045
 其中
Figure A200710304639D00046
主段方程
Figure A200710304639D00047
终段方程
Figure A200710304639D00052
Figure A200710304639D00053
 其中
Figure A200710304639D00054
d.另两条曲线分别为沿中心旋转120°和240°，用
Figure A200710304639D00055
和
Figure A200710304639D00056
替代上述方程中的
Figure A200710304639D00057
即可。
板弹簧的工作方式：首先，定义圆形平板的平面为x，y，垂直于平板的方向为z(轴向)。板弹簧安装在线性电机的两端，支撑起线性电机，板弹簧的轴向与线性电机的运动方向一致，板弹簧的内孔与线性电机的轴连接，外圆与壳体连接；当线性电机运动时，将带动轴一起运动，由于板弹簧上刻蚀曲线，板弹簧会象弹簧一样往复运动，从而实现了弹簧的功能。另外由于平板上的线型将其分为三部分，在轴向运动时这三部分平板又会产生沿xy方向的力且对称相等，这就保证了动子轴不会沿xy方向移动，起到了限位作用。
本发明的特点：板弹簧的刻蚀曲线的线型。
本发明的优点为：a.该线型的板弹簧径向刚度与轴向刚度比高；b.板弹簧的局部应力变型小；c.使用寿命长。
附图说明
图中：1—平板、2—刻蚀的线型。
具体实施方式
下面利用不锈钢材料作为板材，设计外径Φ30，内孔Φ3，掠角360°的板弹簧，结合附图对本发明作进一步的加工描述。
首先，1、选择厚度为0.1mm的不锈钢材料；2、对选择好的不锈钢材料进行压平热处理；3、外径Φ30，内孔Φ3，掠角360°，Φ1和Φ2根据安装位置的压环确定，一般为10°～15°，带入方程可以得到一曲线方程；4、将曲线方程编为程序，以
Figure A200710304639D0004113645QIETU
掠角为变量进行计算，一般掠角的变量的增量为1°(可点也可小点，根据加工能力和水平决定，变量的增量越小，曲线越平滑，但加工要求越高)；5、通过曲线方程计算可以得到曲线点的坐标；6、将处理好的板材，加工为内孔Φ3，外圆Φ30的环状，；7、将曲线的第1个点标注在环形板材上，以板材的圆心旋转120°，再标注，再旋转120°，标注，用电火花打孔；7、将前面计算的曲线坐标输入线切割机，然后将环形板材放在线切割机上，切割丝从第一点穿过，然后按设定好的坐标进行切割；以圆心为中心旋转120°，同上切割；再旋转120°，同上切割；8、完成后，进行超声波清洗，清除切割处的残留物。(注：线型的切割方法，还可是化学腐蚀和激光刻蚀)；9、检验合格后，封存，以备装配使用。
经试验测试其轴向刚度16.74N/cm，径向刚度555N/cm(Z＝0mm)，径向刚度522N/cm(Z＝1mm)，径向刚度457N/cm(Z＝20mm)，径向刚度392N/cm(Z＝3mm)。其中Z为沿轴向位移，平衡位置为起点0。
再以设计外径Φ63，内孔Φ4，掠角360°的板弹簧，结合附图对本发明作进一步的加工描述
首先，1、选择厚度为0.15mm的不锈钢材料；2、对选择好的不锈钢材料进行压平热处理；3、外径Φ63，内孔Φ4，掠角360°，Φ1和Φ2根据安装位置的压环确定，一般为10°～15°，带入方程可以得到一曲线方程；4、将曲线方程编为程序，以
Figure A200710304639D0004113645QIETU
掠角为变量进行计算，一般掠角的变量的增量为1°(可点也可小点，根据加工能力和水平决定，变量的增量越小，曲线越平滑，但加工要求越高)；5、通过曲线方程计算可以得到曲线点的坐标；6、将处理好的板材，加工为内孔Φ4，外圆Φ63的环状，；7、将曲线的第1个点标注在环形板材上，以板材的圆心旋转120°，再标注，再旋转120°，标注，用电火花打孔；7、将前面计算的曲线坐标输入线切割机，然后将环形板材放在线切割机上，切割丝从第一点穿过，然后按设定好的坐标进行切割；以圆心为中心旋转120°，同上切割；再旋转120°，同上切割；8、完成后，进行超声波清洗，清除切割处的残留物。(注：线型的切割方法，还可是化学腐蚀和激光刻蚀)；9、检验合格后，封存，以备装配使用。
经试验测试其轴向刚度11.85N/cm，径向刚度1715N/cm(Z＝0mm)，径向刚度2205/cm(Z＝1mm)，径向刚度1666N/cm(Z＝20mm)，径向刚度1225N/cm(Z＝3mm)，径向刚度833N/cm(Z＝4mm)。

Claims (1)

1.一种板弹簧试验装置，包括位移传感器、外壳体、法兰、进风口、引线孔、2个以上的板弹簧、永磁体、线圈体、出气口、外压环、主轴、安装筒及螺钉；其特征在于：
连接关系为：沿主轴安装零件依次板弹簧、线圈体、板弹簧、锁紧螺母和位移传感器；沿安装筒依次安装板弹簧、永磁体、板弹簧、外压环，用外压环将它们固定；电源线从线圈体的固定螺钉处通过安装筒的引线孔引至外壳体和安装筒的间隙处，然后引向引线孔引出；板弹簧的内孔被安装在主轴上，外圆被安装在安装筒上，且有两组板弹簧将线圈体支撑起来，进风口位于引线孔的对称位置，出气口位于外壳体的端部，空气从进风口进，从出气口出；主轴的末端安装了位移传感器，监测板弹簧的往复位移。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110043442A (zh) * 2019-04-19 2019-07-23 上海理工大学 斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090701