CN101761708B - 一种使用波纹管的电子膨胀阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种波纹管，该波纹管波纹的波谷宽度大于波峰宽度。优选的，所述波纹管波纹的波谷宽度与波峰宽度之比大致在1.05～1.5之间。进一步优选的方案中，所述波纹管波纹的波谷宽度与波峰宽度之比的优选范围在1.1～1.3之间。优选的，所述波纹管在原始状态时，其波谷波形包括若干段半径不同的圆弧；其中位于波谷谷底的圆弧的半径最大。优选的，所述波纹管的波谷波形具体包括三段半径不同的圆弧，包括处于谷底的中间圆弧，以及对称地布置在该中间圆弧两侧的左圆弧和右圆弧，且左、右圆弧的半径大致相同。本发明同时提供一种电子膨胀阀，其控制阀口开闭的波纹管采用上述波纹管。本发明提供的波纹管，可以明显延长波纹管的使用寿命。

Description

一种使用波纹管的电子膨胀阀

技术领域

本发明涉及一种弹性元件，具体涉及一种波纹管，特别是一种电子膨胀阀用的波纹管。本发明同时提供一种使用该波纹管的电子膨胀阀。

背景技术

波纹管是一类常见的弹性元件，它是利用材料的弹性来实现所要求的功能，在外界载荷作用下改变元件的形状和尺寸，当载荷卸除后又回复到原来的状态。它可以实现测量、连接、转换、补偿、隔离、密封、减震等功能。

请参看图1，该图示出波纹管应用在变频空调用减速式电子膨胀阀(以下简称电子膨胀阀)的情景，该电子膨胀阀在变频空调中用于控制冷媒流量。该电子膨胀阀主要包括永磁式步进电机1、具有三级减速的齿轮减速器2、具有将电机旋转运动转化成丝杆3垂直运动的螺纹副5、阀针9等。阀体11的内腔中充满了高压冷媒，这些冷媒可以通过阀口10流出。所述阀针9的上下移动可以控制该阀口10的开度大小。波纹管7套在阀杆13的柱体上，其上端通过垫片12焊接在阀体11内腔的顶壁，下端顶住阀杆13外周的凸起部，并与该阀杆13固定为一体。在阀口10需要由导通变为关闭时，空调系统的电子控制器向所述步进电机1施加正向脉冲，控制所述步进电机1正向旋转，步进电机1的旋转带动齿轮减速器2旋转，通过螺纹副5的传递，驱动丝杆3向下运动，丝杆3顶住传力部件衬套6、阀杆13，使得阀针9向下运动，封闭所述阀口10。此时，波纹管7处于不断拉伸状态。在阀口10需要从关闭变为导通时，空调系统的电子控制器向所述步进电机1施加反向脉冲，通过上述同样的运动传递过程，使丝杆3向上运动，阀针9在波纹管7的回复弹力和系统压力作用下向上运动，加大阀口10开启程度。上述控制能够控制阀体11中冷媒流量的流出量，调节过热度。

在上述应用中，所述波纹管7需要反复承受来自阀杆13的拉伸力，以及来自冷媒的压力，在反复拉伸过程中，波纹管7非常容易出现断裂损坏，这使其成为决定电子膨胀阀无故障使用时间的关键元件。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种波纹管，该波纹管具有更长的使用寿命。本发明同时提供一种使用该波纹管的电子膨胀阀，所述波纹管在波谷处的壁厚大于波峰处壁厚。

本发明提供一种电子膨胀阀，包括用于控制阀口开闭的波纹管，该波纹管波纹的波谷宽度大于波峰宽度。

优选的，所述波纹管波纹的波谷宽度与波峰宽度之比大致在1.05～1.5之间。

优选的，所述波纹管波纹的波谷宽度与波峰宽度之比的优选范围在1.1～1.3之间。

优选的，所述波纹管在原始状态时，其波谷波形包括若干段半径不同的圆弧；其中位于波谷谷底的圆弧的半径最大。

优选的，所述波纹管的波谷波形具体包括三段半径不同的圆弧，包括处于谷底位置的中间圆弧，以及对称地布置在该中间圆弧两侧的左圆弧和右圆弧，并且左圆弧和右圆弧的半径大致相同。

优选的，所述波纹管在原始状态时，所述波纹管中间圆弧的半径大致是左圆弧和右圆弧半径的两倍。

优选的，所述波纹管的波谷壁厚与波峰壁厚之比在13∶12～11∶9的范围内。

以下对本发明的基本技术方案的技术效果进行说明。

波纹管轴向伸缩时，波谷和波峰的弯曲度发生变化，相当于向波谷和波峰加上弯曲应力。这种弯曲应力反复作用，就会导致波纹管断裂。由于波纹管波谷的内径小于波峰的外径，采用现有技术下波谷和波峰等宽的波纹管，波纹管发生轴向伸缩时，波谷的弯曲变形要大于波峰的弯曲变形，使波谷的弯曲应力大于波峰的弯曲应力。波纹管的轴向伸缩反复发生，首先会导致承受弯曲应力较大的波谷断裂，该断裂一般最容易发生在波谷的谷底处。因此，波谷为波纹管的最薄弱部位。本发明提供的波纹管，其波纹的波谷宽度大于波峰宽度，使其发生弯曲变形时，波谷的弯曲应力小于现有技术波纹管波谷的弯曲应力，提高了波谷的抗弯曲疲劳寿命，也就是使波谷发生断裂的时间推迟。由于波纹管断裂一般发生在波谷处，所以上述改进针对的是波纹管的最薄弱环节，可以明显延长波纹管的使用寿命。

考虑到在波谷部位各部分的弯曲应力也有不同，本发明进一步的优选方案中，对波纹管波谷的波形进行了改进。具体是采用多段半径不同的圆弧构成波谷，并且波谷谷底部位的圆弧半径最大。这种结构可以有效分散变形最大处的谷底的弯曲应力，在一定的波谷宽度下，可以延迟波谷发生断裂的时间。

本发明提供的进一步优选方案中，人为加强了波纹管波谷处的厚度，该措施同样可以进一步延长波谷的正常工作时间。

将上述改进后的波纹管用于电子膨胀阀，可以使电子膨胀阀的无故障使用时间明显延长。

附图说明

图1是电子膨胀阀的结构示意图；

图2是本发明第一实施例的波纹管的结构示意图；

图3是图2中波纹管波纹的局部放大示意图。

具体实施方式

请参看图2，该图为本发明第一实施例提供的波纹管的结构示意图。

所述波纹管为一可沿轴线方向自由伸缩的管状物以及两端的端口组成，所述端口用于波纹管的固定连接；所述管状物由一连串的波纹组成，并且每个波纹的设计形状、设计尺寸相同，当然由于制造工艺的原因，实际产品中每个波纹的形状和尺寸会有差异。所述一连串波纹由一系列波谷I、波峰II和腰部III构成，波谷I指波纹靠近波纹管内径的弧形部分，包括位于弧形底部的谷底I-1；波蜂II指波纹靠近波纹管外径的弧形部分，包括位于弧形顶部的峰顶II-1。在波谷I和波峰II中间的两部分的过渡位置则为收束的腰部III。上述结构使波纹管的波纹呈现两头宽中间窄的规则结构。

由于装配要求以及制造工艺方面的原因，波纹管两端的波纹是用于直接与端口连接，其尺寸、形状与中间段的波纹必然存在一定的差异。本发明对于波纹管的波纹的描述，主要是针对中间段的波纹管的波纹而言，不包括两端用于直接与端口连接的波纹。

请参看图3，该图为本发明第一实施例提供的波纹管的局部放大图，该局部放大图中示出一个波纹的形状。该图中波谷I在上，波蜂II在下。该图中，该图所示的波纹管没有受到外力，因此也没有由于受力产生的变形。

从图3可知，波谷I的弧形位于平行于轴线的各个截面上，其中一个截面上波谷I的弧形具有平行于轴线方向上最宽尺寸，该宽度A1即为波谷宽度；同样的，在波峰II的弧形具有一个平行于轴线方向上的最宽尺寸，该宽度A2即为波峰宽度。

现有技术下，波谷宽度A1与波峰宽度A2设计为相等。当然，由于制造误差，实际上波谷宽度A1与波峰宽度A2并不相等，并且，由于制造中工艺上的原因，按照上述波谷宽度A1和波峰宽度A2相等的设计制造出的产品，一般是波谷宽度A1略小于波峰宽度A2，这是由于加工过程中，波峰位置位于外侧，而整个波纹管一般不是严格的柱型，而是呈中部外凸的鼓型，这样，波峰相当于处在外径位置上，其波峰宽度A2自然会略大于波谷宽度A1。例如，实测的某主流波纹管制造商的一件波纹管产品，其各相邻的波谷与波峰的宽度比值，最小为0.936，最大为0.988。这种产品在使用过程中，几乎无一例外最终会在波谷处产生断裂，使该波纹管失效，使用该种波纹管制造的阀体，寿命通常在5万次以下。

与上述现有技术不同，在本发明提供的波纹管中，波谷宽度A1设计为大于波峰宽度A2，具体的尺寸以及波谷宽度A1和波峰宽度A2的比值与波纹管半径尺寸相关。由于在波纹管不同位置，波谷和波峰的宽度会发生变化，因此，波谷宽度A1和波峰宽度A2的比值是指相邻波谷和波峰的宽度比值。该比值的数值范围设计在1.05～1.5之间。在进一步的优选实施方案中，所述波纹管波纹的波谷宽度A1与波峰宽度A2之比的优选范围在1.1-1.3之间。由于波谷宽度A1较宽，波纹管伸缩时，其弯曲变形小于现有技术下具有同样管径和波纹间距的波纹管，其受到的弯曲应力也会降低。

另外，图3还示出，该波纹管的波谷波形包括三段半径不同的圆弧，从图中由左到右，分别为第一圆弧S1、第二圆弧S2、第三圆弧S3，三个圆弧的半径分别为R1、R2、R3。其中位于中间位置的第二圆弧S2的半径R2大于另外两段圆弧，该段圆弧所在位置构成所述波谷中心R角。具体到本实施例中，第一圆弧S1的半径R1等于第三圆弧R3的半径R3，第二圆弧S2的半径R2则为它们的两倍，所述谷底I-1位于该第二圆弧的中间点上。上述结构设计使波谷I的不同位置具有不同的曲率，并使波谷中心R角的曲率最小，即最为平坦。这种结构使波纹管受外力而发生轴向伸缩时，变形最大的谷底I-1附近具有更佳的抗变形结构，避免弯曲应力集中在谷底I-1位置，使波纹管最薄弱位置的抗弯曲疲劳寿命显著提高。

实际上，波谷I还可以采用其它数目的多段圆弧组成，此时需要保证越接近谷底I-1部位的圆弧半径越大。优选的实施方案中，具有一个半径最大的中间圆弧，如本实施例中的第二圆弧S2，该中间圆弧中间点为谷底I-1，而其它圆弧则对称分布在该中间圆弧两侧，并且对称位置上的圆弧半径相同。这种对称结构使波纹管伸缩时，该部位具有更合理的弯曲应力分布。

图3还示出波谷壁厚B1和波峰壁厚B2，它们分别是波谷部分和波峰部分的波纹管壁厚。在现有技术中，这两个壁厚由于制造工艺的原因会存在一定的差别，一般而言，波谷壁厚B1大于波峰壁厚B2。在本实施例中，考虑到波谷I受到的弯曲应力较大，进一步增加了波谷壁厚B1，使波谷壁厚B1与波峰壁厚B2的比值进一步增加，这样可以使波谷I的抗弯曲疲劳寿命进一步增加。在本实施例中，波谷壁厚B1为0.13，波峰壁厚B2为0.12；另外一种实施方式中，波谷壁厚B1为0.11，波峰壁厚B2为0.09；当然壁厚根据加工情况会有变化，一个比较合理的比值范围是，波谷壁厚与波峰壁厚之比在13∶12～11∶9之间。

本发明的另一个实施例提供一种使用上述波纹管的电子膨胀阀。这种电子膨胀阀的具体结构在本申请文件的背景技术部分已经作了详细的介绍，只要将其中的波纹管换成上述第一实施例的波纹管即可，在此不再详述。该电子膨胀阀由于使用了上述波纹管，无故障使用时间明显延长。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电子膨胀阀，包括用于控制阀口开闭的且呈直筒状的波纹管，其特征在于，该波纹管波纹的波谷宽度大于波峰宽度，所述波纹管在波谷处的壁厚大于波峰处壁厚。

2.根据权利要求1所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述波纹管波纹的波谷宽度与波峰宽度之比大致在1.05～1.5之间。

3.根据权利要求2所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述波纹管波纹的波谷宽度与波峰宽度之比的优选范围在1.1～1.3之间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述波纹管在原始状态时，其波谷波形包括若干段半径不同的圆弧；其中位于波谷谷底的圆弧的半径最大。

5.根据权利要求4所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述波纹管的波谷波形具体包括三段半径不同的圆弧，包括处于谷底位置的中间圆弧，以及对称地布置在该中间圆弧两侧的左圆弧和右圆弧，并且左圆弧和右圆弧的半径大致相同。

6.根据权利要求5所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述波纹管在原始状态时，所述波纹管中间圆弧的半径大致是左圆弧和右圆弧半径的两倍。

7.根据权利要求1所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述波纹管的波谷壁厚与波峰壁厚之比在13∶12～11∶9的范围内。

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