CN104514828B - 板弹簧和板弹簧组以及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种板弹簧，包括至少两条弹簧臂和一个内固定孔，所述至少两条弹簧臂以所述内固定孔为中心均匀分布；每条所述弹簧臂的结构相同，且每条所述弹簧臂的最外端上设置有外固定孔。本发明还提供了一种板弹簧组和压缩机，所述板弹簧组包含多个所述板弹簧，所述压缩机包含所述板弹簧组。本发明提供的板弹簧，采用同心多圆臂和同心涡旋臂的结构，具有较小的等效质量，避免了通过增加零部件的质量来满足刚度和固有频率的要求，从而减轻了产品质量，节约了成本。

Description

板弹簧和板弹簧组以及压缩机

技术领域

本发明涉及弹簧技术领域，特别是涉及一种板弹簧和多个板弹簧组成的板弹簧组以及包含该板弹簧组的压缩机。

背景技术

板弹簧支撑技术是线性压缩机的关键技术之一。相对于传统的圆柱弹簧，板弹簧具有较大的径向刚度，使得活塞在运动中不会由于振动而产生径向位移，避免了活塞和气缸之间的直接接触；且板弹簧的轴向刚度远小于其径向刚度，可以使活塞在气缸中自由的往复运动。专利号为JP2003247580(A)的专利公开了涡旋臂板弹簧，专利号为CN201010248988.5的专利公开了直线臂板弹簧和涡旋臂板弹簧，这两个专利里公开的涡旋臂板弹簧都存在以下问题：板弹簧的等效质量过大，为满足刚度和固有频率要求，会增加零部件的质量。

发明内容

本发明提供了一种板弹簧，具有较小的等效质量。同时，本发明还提供了一种包含本发明板弹簧的板弹簧组，以及一种包含该板弹簧组的压缩机。

本发明的技术方案如下：

一种板弹簧，包括至少两条弹簧臂和一个内固定孔，所述至少两条弹簧臂以所述内固定孔为中心均匀分布；每条所述弹簧臂的结构相同，且每条所述弹簧臂的最外端上设置有外固定孔。

在其中一个实施例中，每条所述弹簧臂由若干对同心圆弧相切而成，所述若干对同心圆弧由内向外半径逐渐增大，所述弹簧臂的末端由半径最大的一对同心圆弧和与所述外固定孔同心的圆弧相切而成。

在其中一个实施例中，所述若干对同心圆弧的半径为1mm～500mm。

在其中一个实施例中，所述弹簧臂的宽度为5mm～50mm。

在其中一个实施例中，每条所述弹簧臂由两条同心涡旋线组成，所述两条同心涡旋线为第一涡旋线和第二涡旋线；所述弹簧臂的起始端由所述两条同心涡旋线的始端和与所述内固定孔同心的圆弧相连接而成；所述弹簧臂的末端由2至3段圆弧与所述两条同心涡旋线相切而成，且最末端的圆弧与所述外固定孔同心。

在其中一个实施例中，所述两条同心涡旋线的始端和与所述内固定孔同心的圆弧通过第一圆弧和第二圆弧相连接，所述第一圆弧的两端分别与所述第一涡旋线和与所述内固定孔同心的圆弧相切，所述第二圆弧的两端分别与所述第二涡旋线和与所述内固定孔同心的圆弧相切。

在其中一个实施例中，所述两条同心涡旋线分别满足方程：

X（t）＝a*[cos（t）+t*sin（t）]，

Y(t)-a*[sin(t)-t*cos(t)]，

及方程

X（t)＝(a+b)*[cos(t)+(t+α)*sin(t)]，

Y(t)＝(a+b)*[sin(t)-(t+α)*cos(t)];

其中，X和Y为点坐标，a和a+b为半径系数，t为变量，α为起始角，且0.5≤a≤30，0<b≤10，0rad<t≤30rad，0rad<α≤150rad。

在其中一个实施例中，所述板弹簧的厚度为0.1mm～5mm，且所述板弹簧的最大外径与其厚度的比值为5～5000。

在其中一个实施例中，每条所述弹簧臂的臂宽相等。

在其中一个实施例中，每条所述弹簧臂的臂宽由内向外逐渐增大，最大宽度与最小宽度之比大于1，且小于或等于10。

本发明还提供了一种板弹簧组，包括多个所述的板弹簧，多个所述板弹簧之间设置有垫片。

本发明还提供了一种压缩机，包括所述的板弹簧组。

本发明提供的板弹簧，采用同心多圆臂和同心涡旋臂的结构，具有较小的等效质量，避免了通过增加零部件的质量来满足刚度和固有频率的要求，从而减轻了产品质量，节约了成本。本发明提供的板弹簧组，由多个上述板弹簧叠在一起使用，可提高相对运动部件之间的刚度。本发明提供的压缩机，由于采用本发明的板弹簧组，提高了相对运动部件之间的刚度，减轻了产品的质量。

附图说明

图1为弹簧振动系统的结构示意图；

图2为本发明板弹簧的一实施例的结构示意图；

图3为本发明板弹簧的另一实施例的结构示意图；

图4为本发明板弹簧的另一实施例的结构示意图；

图5为本发明压缩机的一实施例的平面图；

图6为图5所示的压缩机的平面剖视图；

图7为图5所示的压缩机的俯视图；

图8为图5所示的压缩机的侧视图；

图9为图5所示的压缩机的立体剖视图。

具体实施方式

首先对板弹簧的等效质量做一个说明：

如图1所示的弹簧质量振动系统。设弹簧的质量为静平衡时长为l，振动中弹簧的端部位移为u(t)。根据材料力学中直杆拉压静位移沿杆呈线性分布的结论，可近似认为弹簧的振动位移分布是线性的。因此，弹簧上坐标为x处截面的位移是长度为dx的弹簧段质量为m_sdx/l，于是弹簧的动能是 $T_s={\&Integral;}_0^l\frac{1}{2}\frac{m_s}{l}{v}^2(x,t)\mathrm{dx}=\frac{1}{2}\frac{m_s}{3}u{\left(t\right)}^2,$ 所以整个系统动能为 $T=\frac{1}{2}(m+\frac{m_s}{3})u{\left(t\right)}^2.$ 整个系统的参考动能为且T_max=ω_n ²T_ref，整个系统的最大势能为由机械能守恒条件T_max=V_max可得其中，a为弹簧的伸长量，k为弹簧的劲度系数，ω_n为弹簧的振动频率。由以上可得 ${\mathrm{\&omega;}}_n=\sqrt{\frac{V_{\max }}{T_{\mathrm{ref}}}}=\sqrt{\frac{k}{m+m_s/3}},$ 当m=0时，有m_等为弹簧在振动系统中的等效质量，ω_d为弹簧的固有频率。同理对于板弹簧，其等效质量为通过CAE模拟对板弹簧的模型进行分析可以得到其轴向刚度k和轴向振动的固有频率ω_d，从而可得到其在整个振动系统中的等效质量。

由以上可知，板弹簧的等效质量由板弹簧的实际结构决定，即由板弹簧的固有频率和轴向刚度决定。我们希望板弹簧的等效质量m_等与板弹簧的质量m_s之比越小越好，现有的同心涡旋臂等臂宽板弹簧的这个比值在50％左右，偏心涡旋臂板弹簧的这个比值会更大，而本发明通过改变板弹簧的结构，例如通过减小板弹簧结构中间部分的材料的占有量来减小m_等/m_s的比值，使其减小到25%～50%。

参见图2至图4，本发明提供了一种板弹簧，该板弹簧包括至少两条弹簧臂和一个内固定孔，所有的弹簧臂以内固定孔为中心均匀分布；每条弹簧臂的结构相同，且每条弹簧臂的最外端上设置有外固定孔。

较优的，所述弹簧臂可以为两条也可以为三条，所述的板弹簧可以为等臂宽板弹簧，也可以为不等臂宽板弹簧，或者弹簧臂可以由圆弧组成，也可以由涡旋线组成。以下分别介绍。

实施例1

图2为本发明提供的板弹簧的一个实施例，本实施例中的板弹簧为同心多圆臂等臂宽板弹簧。本实施例中的板弹簧100包括内固定孔110和弹簧臂120、130，在本实施例中，弹簧臂120和130以内固定孔110为中心对称分布；弹簧臂120和130的结构相同，下面以弹簧臂120为例对板弹簧100加以说明。

弹簧臂120上设置有外固定孔122，用于固定板弹簧100；弹簧臂120由若干对同心圆弧相切而成，如图2所示，若干对同心圆弧由内向外半径逐渐增大，可以从1mm增大到500mm；弹簧臂120的末端由圆弧124与半径最大的一对同心圆弧相切而成，圆弧124与外固定孔122同心，且圆弧124的直径等于弹簧臂120的臂宽（同心的一对圆弧的半径之差即为弹簧臂的臂宽）；在本实施例中，弹簧臂120的臂宽相等。较佳地，弹簧臂120的宽度为5mm～50mm；板弹簧100的厚度为0.1mm～5mm，其最大外径与厚度比值为5～5000。

实施例2

图3为本发明提供的板弹簧的另一个实施例，本实施例中的板弹簧为同心多圆臂不等臂宽板弹簧。本实施例中的板弹簧200包括内固定孔210和弹簧臂220、230，弹簧臂220和230以内固定孔210为中心均匀分布；弹簧臂220和230的结构相同，下面以弹簧臂220为例对板弹簧200加以说明。

弹簧臂220上设置有外固定孔222，用于固定板弹簧200；弹簧臂220由若干对同心圆弧相切而成，如图3所示，若干对同心圆弧由内向外半径逐渐增大，可以从1mm增大到500mm，弹簧臂220的末端由圆弧224与半径最大的一对同心圆弧相切而成，圆弧224与外固定孔222同心。弹簧臂220的臂宽不相等，由内到外，弹簧臂220的宽度逐渐增加，最大宽度与最小宽度之比大于1，且小于或等于10。较佳地，弹簧臂220的宽度为5mm～50mm；板弹簧100的厚度为0.1mm～5mm，其最大外径与厚度比值为5～5000。

实施例3

图4为本发明提供的板弹簧的另一个实施例，本实施例中的板弹簧为同心涡旋臂不等臂宽板弹簧。本实施例中的板弹簧300包括内固定孔310和弹簧臂320、330和340，三条弹簧臂以内固定孔310为中心均匀分布；弹簧臂320、330和340的结构相同，下面以弹簧臂320为例对板弹簧300加以说明。

弹簧臂320上设置有外固定孔322；弹簧臂320由两条同心涡旋线即第一涡旋线324和第二涡旋线326组成；弹簧臂320的起始端由第一涡旋线324、第二涡旋线326的始端和与内固定孔310同心的圆弧相连接而成。优选地，第一涡旋线324和与内固定孔310同心的圆弧通过第一圆弧328相连接，第一圆弧328的两端分别与第一涡旋线324的始端和与内固定孔310同心的圆弧相切，第二涡旋线326和与内固定孔310同心的圆弧通过第二圆弧329相连接，第二圆弧329的两端分别与第二涡旋线的始端和与内固定孔310同心的圆弧相切；弹簧臂320的末端由2至3段圆弧与同心涡旋线324和326相切而成，最末端的圆弧327与外固定孔同心。第一涡旋线324和第二涡旋线326分别满足以下方程：

X(t)＝a*[cos(t)+t*sin(t)]，

Y（T)＝a*[sin(t)-t*cos(t)];及方程

X（t)(a+b)*[cos(t)+(t+α)*sin(t)]，

T（t)(a+b)*[sin(t)-(t+α)*cos(t)];

其中，X和Y点坐标，a和a+b为半径系数，t为变量，α为起始角，且0.5≤a≤30，0<b≤10，0rad<t≤30rad，0rad<α≤150rad。

如图4所示，弹簧臂320的臂宽由内到外逐渐增大，最大宽度与最小宽度之比大于1，且小于或等于10。板弹簧300的厚度为0.1mm～5mm，其最大外径与厚度的比值为5～5000。

本发明提供的板弹簧，采用同心多圆臂和同心涡旋臂的结构，具有较小的等效质量（25%～50%），避免了通过增加零部件的质量来满足刚度和固有频率的要求，从而减轻了产品质量，节约了成本；同时，在同等外径下，该结构具有较大的线性工作范围，利于板弹簧结构的紧凑化。

本发明还提供了一种板弹簧组000，包括多个上述板弹簧。多个上述板弹簧叠在一起使用，可提高相对运动部件之间的刚度，优选地，板弹簧之间设置有垫片400。

参见图5至图9，本发明还提供了一种压缩机，包括上述的板弹簧组000，且板弹簧组000的板弹簧之间加入一定厚度和形状的垫片400。较优地，垫片400设置在板弹簧组的固定处。垫片400的加入一方面减小了板弹簧组000的固定处的集中应力，另一方面防止了相邻板弹簧之间的摩擦磨损，延长了板弹簧组000的使用寿命。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种板弹簧，其特征在于，包括至少两条弹簧臂和一个内固定孔，所述至少两条弹簧臂以所述内固定孔为中心均匀分布；每条所述弹簧臂的结构相同，且每条所述弹簧臂的最外端上设置有外固定孔；

每条所述弹簧臂由若干对同心圆弧相切而成，或者，每条所述弹簧臂由两条同心涡旋线组成。

2.根据权利要求1所述的板弹簧，其特征在于，所述若干对同心圆弧由内向外半径逐渐增大，所述弹簧臂的末端由半径最大的一对同心圆弧和与所述外固定孔同心的圆弧相切而成。

3.根据权利要求2所述的板弹簧，其特征在于，所述若干对同心圆弧的半径为1mm～500mm。

4.根据权利要求2所述的板弹簧，其特征在于，所述弹簧臂的宽度为5mm～50mm。

5.根据权利要求1所述的板弹簧，其特征在于，所述两条同心涡旋线为第一涡旋线和第二涡旋线；所述弹簧臂的起始端由所述两条同心涡旋线的始端和与所述内固定孔同心的圆弧相连接而成；所述弹簧臂的末端由2至3段圆弧与所述两条同心涡旋线相切而成，且最末端的圆弧与所述外固定孔同心。

6.根据权利要求5所述的板弹簧，其特征在于，所述两条同心涡旋线的始端和与所述内固定孔同心的圆弧通过第一圆弧和第二圆弧相连接，所述第一圆弧的两端分别与所述第一涡旋线和与所述内固定孔同心的圆弧相切，所述第二圆弧的两端分别与所述第二涡旋线和与所述内固定孔同心的圆弧相切。

7.根据权利要求5所述的板弹簧，其特征在于，所述两条同心涡旋线分别满足方程：

X(t)＝a*[cos(t)+t*sin(t)]，

Y(t)＝a*[sin(t)-t*cos(t)]；

及方程

X(t)＝(a+b)*[cos(t)+(t+α)*sin(t)]，

Y(t)＝(a+b)*[sin(t)-(t+α)*cos(t)]；

其中，X和Y为点坐标，a和a+b为半径系数，t为变量，α为起始角，且0.5≤a≤30，0<b≤10，0rad<t≤30rad，0rad<α≤150rad。

8.根据权利要求1-7任一项所述的板弹簧，其特征在于，所述板弹簧的厚度为0.1mm～5mm，且所述板弹簧的最大外径与其厚度的比值为5～5000。

9.根据权利要求1所述的板弹簧，其特征在于，每条所述弹簧臂的臂宽相等。

10.根据权利要求1所述的板弹簧，其特征在于，每条所述弹簧臂的臂宽由内向外逐渐增大，最大宽度与最小宽度之比大于1，且小于或等于10。

11.一种板弹簧组，其特征在于，包括多个权利要求1－10任一项所述的板弹簧，多个所述板弹簧之间设置有垫片。

12.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求11所述的板弹簧组。