CN101761709B - 一种波纹管及其使用该波纹管的电子膨胀阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种波纹管，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位于谷底的中间圆弧，以及对称分布在该中间圆弧左右两侧的若干左圆弧和右圆弧。其中在对称位置上的两个圆弧具有相同的半径。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。所述左圆弧和右圆弧的半径大致相同。优选的，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。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形式的波纹管。本发明提出的波纹管结构可明显延迟波谷发生断裂的时间。
Description
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，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。
本发明提供的波纹管，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中间圆弧的半径最大，且越接近波谷谷底的圆弧的半径越大；该波纹管的波谷波形还包括对称分布在所述中间圆弧左右两侧的若干左圆弧和右圆弧，其中在对称位置上的左圆弧和右圆弧具有相同的半径。
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。
优选的，所述波纹管中间圆弧的半径是左圆弧和右圆弧半径的两倍。
优选的，所述波纹管中心圆弧形成的中心R角半径数值与波峰中心R角半径数值的比值大于1.2。
优选的，所述波纹管波谷中心圆弧形成的中心R角半径数值与所述波纹管波峰中心R角半径数值的比值在1.4～2.2区间范围内。
优选的，所述波纹管波谷中心圆弧形成的中心R角的弦长与波峰中心R角的弦长之比大于1.2。
优选的，所述波纹管波谷中心圆弧形成的中心R角弦长与所述波纹管波峰中心R角弦长的比值在1.3～2.0区间范围内。
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任意一个技术方案中所述的波纹管。
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。本发明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波谷底部的弯曲应力，并且可以减小波谷圆弧面单位面积上的变形增量，增强波纹管波谷部位抗高压冷媒径向压力的能力。上述结构可以明显延迟波谷发生断裂的时间。
本发明的进一步优选方案中，提供了由三段圆弧组成的波谷形状，并且，相互对称的左圆弧和右圆弧的半径相同。这种拱形结构是最为优选的波纹管波谷波形，因为其形状对称，能够更为有效的分散弯曲应力。和对称的分散弯曲与采用更多段的圆弧相比，其加工难度低。
本发明提供的进一步优选方案中，采用波谷中心圆弧形成的中心R角半径大于波峰中心圆弧形成的中心R角半径，或者波谷中心圆弧形成的中心R角弦长大于波峰中心圆弧形成的中心R角弦长的结构，上述结构使波谷谷底与波峰峰顶相比更为平坦，能够使弯曲应力更小。本发明的进一步优选实施方式中，还公开了相关的比值作为优选的数值范围。。
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图；
图2是本发明第一实施例提供的波纹管结构示意图；
图3是现有技术下波纹管的局部放大图；
图4是本发明第一实施例提供的波纹管的局部放大图。
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。
所述波纹管为可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状物。这些皱纹片相互连接，使波纹管的管壁上形成一连串的波纹，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。所述一连串的波纹由一系列波谷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。
请参看图3，该图为现有技术下波纹管的局部放大图，该局部放大图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。
从该图可以看出，现有技术的波纹管的波峰和波谷均由一个圆弧形成，并且其圆弧的中心R角半径相同，在图中均示为R0。这种结构下，由于波纹管的波谷在波纹管拉伸变形时受到的弯曲应力明显大于其波峰处受到的弯曲应力，因此，波纹管最终会在波谷处失效断裂，而此时波峰还远未达到使用极限。
请参看图4，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。
图4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，根据其在图中的位置，三个圆弧又可以成为左圆弧、中间圆弧、右圆弧。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，该中间圆弧所在位置构成波谷中心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，并使谷底I-1位置的曲率最小，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，并且可以减小波谷圆弧面单位面积上的变形增量，增强波纹管波谷部位抗高压冷媒径向压力的能力。上述结构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，但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。这种对称结构能够使波纹管伸缩时，该部位具有更合理的弯曲应力分布。
图4还示出，该波纹管的波峰II为一段圆弧构成，该圆弧形成的波峰中心R角的半径为R0。在本实施例中，所述波峰中心R角的半径R2大于波峰中心R角的半径R0，这样的结构可以使波谷圆弧面过渡更平稳，分散作为最薄弱环节的波谷，尤其是谷底的弯曲应力，最终提高了整个波纹管的寿命。
上述波谷中心R角与波峰中心R角的比值优选设计为大于1.2，更进一步，可以将该比值设计为在1.4-2.2之间较佳。
上述使用波谷中心R角和波峰中心R角相比较，获得波谷与波峰之间的结构参数关系。实际上，可以采用波谷中心R角的弦长和波峰中心R角的弦长作为衡量参数。如图4所示，波谷中心R角的弦长为B1，波峰中心R角的弦长为B2，显然，本实施例提供的波纹管的波谷中心R角弦长B1大于波峰中心R角弦长。优选的参数为，所述波谷中心R角弦长与波峰中心R角的弦长之比大于1.2。更进一步的优选方案中，所述波谷中心圆弧形成的中心R角弦长与所述波纹管波峰中心R角弦长的比值在1.3-2.0区间范围内。
在上述叙述中，均没有考虑波纹管不同位置的波峰和波谷由于实际加工中的制造误差并不会相同，上述各个比值均应当以相邻的波峰和波谷进行比较获得，这样才能比较准确的衡量。
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 (8)
1.一种波纹管，其特征在于，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中间圆弧的半径最大，且越接近波谷谷底的圆弧的半径越大；该波纹管的波谷波形还包括对称分布在所述中间圆弧左右两侧的若干左圆弧和右圆弧，其中在对称位置上的左圆弧和右圆弧具有相同的半径。
2.根据权利要求1所述的波纹管，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。
3.根据权利要求2所述的波纹管，其特征在于，所述波纹管中间圆弧的半径是左圆弧和右圆弧半径的两倍。
4.根据权利要求1-3任一项所述的波纹管，其特征在于，所述波纹管中心圆弧形成的中心R角半径数值与波峰中心R角半径数值的比值大于1.2。
5.根据权利要求4所述的波纹管，其特征在于，所述波纹管波谷中心圆弧形成的中心R角半径数值与所述波纹管波峰中心R角半径数值的比值在1.4～2.2区间范围内。
6.根据权利要求1-3任一项所述的波纹管，其特征在于，所述波纹管波谷中心圆弧形成的中心R角的弦长与波峰中心R角的弦长之比大于1.2。
7.根据权利要求6所述的波纹管，其特征在于，所述波纹管波谷中心圆弧形成的中心R角弦长与所述波纹管波峰中心R角弦长的比值在1.3～2.0区间范围内。
8.一种电子膨胀阀，其特征在于，其控制阀口开闭的波纹管采用权利要求1到权利要求7任一项中所述的波纹管。
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