CN104533752A - 一种线性压缩机用直线臂板弹簧及其设计与制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线性压缩机用直线臂板弹簧及其设计与制造方法，该直线臂板弹簧由前夹臂、后夹臂、前夹环、后夹环和板弹簧片组成。本发明给出了直线臂形状的设计方程，基于直线臂形状，可对前夹臂、后夹臂、前夹环、后夹环和板弹簧片的形状进行设计，前夹臂、后夹臂、前夹环和后夹环具有足够的刚度，保证在使用过程中不发生形变。本发明并给出了其具体的制造方法。所发明的直线臂板弹簧具有径向刚度大以及径轴刚度比高的特点，对板弹簧在线性压缩机内的应用具有非常积极的意义。

Description

一种线性压缩机用直线臂板弹簧及其设计与制造方法

技术领域

本发明涉及线性压缩机及其板弹簧，特别涉及一种线性压缩机用直线臂板弹簧及其设计与制造方法。

背景技术

线性压缩机(或称直线压缩机)是往复式活塞压缩机的一种，也是具有革新意义的一种往复式活塞压缩机。其主要利用直线电机驱动活塞在气缸中作往复直线运动，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，正确设计的线性压缩机完全消除了对活塞的径向作用力，进而工作寿命、稳定性和能量转化效率都得到了显著提高。因此，线性压缩机在需要长寿命、高可靠性和高效率工作的航天及军事等特殊领域有着非常重要的应用。

目前，国际上应用于航天领域需要保证长寿命、高可靠工作的线性压缩机主要采用间隙密封和板弹簧支撑两项关键技术，这两项技术是线性压缩机无油润滑而能长寿命运转的关键保障。所谓间隙密封实质是使运动的活塞和气缸内壁之间始终保持微小的间隙(称为气隙)，以此来彻底消除活塞和气缸之间的机械摩擦；虽然在压缩机工作过程中，气体工质会通过气隙在压缩腔和背压腔之间泄漏而引起不可逆损失，但只要气隙设计得足够小，该部分损失便可以忽略不计；该方法以非接触式的气体动密封方式取代了接触式的固体密封，从而巧妙而彻底地解决了活塞与气缸之间的接触磨损以及常规固体密封所需的油润滑带来的污染问题，对于无油润滑式长寿命直线压缩机的发展影响深远。板弹簧支撑技术的主要作用是实现和长期维持所需的间隙密封；板弹簧一般由一组或数组薄弹簧片组成，这些弹簧片被设计成在径向上刚度很大，而在轴向上刚度较小。活塞轴被固定于板弹簧的中心，以此来保证活塞在气缸内始终沿轴向运动，而不在径向上发生偏移，从而严格保证活塞与气缸内壁之间的气隙厚度；板弹簧设计的另一项关键是保证在压缩机的工作期间，板弹簧始终处于疲劳极限之内，以此来实现压缩机所需的工作寿命。

常用的板弹簧有涡旋臂板弹簧和直线臂板弹簧两种，如图1和图2所示。目前常用的涡旋臂板弹簧的涡旋臂数量从2臂到9臂不等，采用同心型或是偏心型分布方式。为消除涡旋臂板弹簧的涡旋臂末端的应力集中现象，涡旋臂必须被设计的足够长，甚至旋转超过一周。但过长的涡旋臂不但会大幅度降低板弹簧的径向刚度，也会在一定程度上降低其轴向刚度。而直线臂板弹簧则采用直线臂，在降低直线臂末端应力集中的同时，还缩短了长度，并提升了宽度。这使得在相同尺寸下，直线臂板弹簧的径向刚度远大于涡旋臂板弹簧，径轴刚度比也大于涡旋臂板弹簧。因此，直线臂板弹簧在保证使用寿命的同时，相比涡旋臂板弹簧具有更佳的使用效果。

目前国内对线性压缩机用板弹簧的研究和应用还主要集中在蜗旋板弹簧上，对直线臂板弹簧的研究才刚刚起步，对直线臂板弹簧具体的结构、设计方法以及制造方法等的针对性研究还很少见。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提出一种线性压缩机用直线臂板弹簧及其设计与制造方法。

本发明的目的在于提供一种线性压缩机用直线臂板弹簧及其设计与制造方法，通过本发明实现大径向刚度以及高径轴刚度比的直线臂板弹簧的设计和制造。

如图2、图3、图4和图5所示，所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧由前夹臂1、后夹臂6、前夹环2、后夹环7和板弹簧片8组成。

如图4所示，板弹簧片8为一平整的薄片，由右直线臂3、左直线臂4、下直线臂5、夹臂状部分9和夹环状部分10组成，五部分连成一个整体，各部分厚度均相同，具体厚度由实际要求的轴向刚度和径向刚度所决定；右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5的形状和尺寸均相同，成圆周分布；夹臂状部分9的形状和尺寸与前夹臂1的形状和尺寸相同，但厚度不同；夹环状部分10形状和尺寸与前夹环2的形状和尺寸相同，但厚度不同；板弹簧片中心贯通孔19位于板弹簧片8的正中心，用于安装线性压缩机的活塞，其直径与活塞轴直径相同；在夹臂状部分9上留有若干个且均布的夹臂状部分贯通孔20，用于安装螺钉和螺母，其具体数量和尺寸根据直线臂板弹簧的具体设计而定；在夹环状部分10上留有若干个且均布的夹环状部分贯通孔21，用于安装螺钉和螺母，其具体数量和尺寸根据具体设计而定；在夹环状部分10的三处向内突起部分各有一个突起处贯通孔22，用于安装螺钉和螺母，其尺寸由具体设计而定；如图6所示，前夹臂1分为三个形状相同且圆周分布的曲臂23以及连接曲臂23的中心圆环24这四个部分；曲臂23的具体形状根据直线臂板弹簧内的预留空间而定，右直线臂3、左直线臂4、下直线臂5与夹臂状部分9的交界线和曲臂端面25齐平；前夹臂中心贯通孔11位于前夹臂1的正中心，尺寸和板弹簧片中心贯通孔19的相同；前夹臂贯通孔12的尺寸和数量与夹臂状部分贯通孔20的相同，并且与之一一对应；后夹臂6的形状、尺寸及设计与前夹臂1的完全相同，后夹臂中心贯通孔15的尺寸和位置与前夹臂中心贯通孔11的相同，后夹臂贯通孔16的尺寸、数量和位置与前夹臂贯通孔12的相同；前夹臂1和后夹臂6置于板弹簧片8的前后两侧，与夹臂状部分9完全重合紧贴，形成关于板弹簧片8的镜像对称；如图7所示，前夹环2分为三个形状相同且圆周分布的向内突起27和圆环26四部分；圆环26的宽度由具体设计而定，保证有足够的刚度即可；右直线臂3、左直线臂4、下直线臂5与夹环状部分10的交界线和突起端面28齐平；前夹环贯通孔13的数量和尺寸与夹环状部分贯通孔21的相同，并一一对应；前夹环突起处贯通孔14的数量和尺寸与突起处贯通孔22的相同，并一一对应；后夹环7的形状、尺寸及设计与前夹环2的完全相同，后夹环贯通孔17的尺寸、数量和位置与前夹环贯通孔13的相同，后夹环突起处贯通孔18的尺寸、数量和位置与前夹环突起处贯通孔14的相同；前夹环2和后夹环7置于板弹簧片8的前后两侧，与夹环状部分10完全重合紧贴，形成关于板弹簧片8的镜像对称；前夹臂1、后夹臂6、前夹环2和后夹环7将板弹簧片8夹持在中间，形成三明治结构，并用螺丝和螺母将它们紧固在一起，未被夹持的部分则构成右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5，从而形成如图2、图3和图5所示的线性压缩机用直线臂板弹簧。

所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧的设计方法如下：

步骤一：图8为下直线臂5的设计图，给定前夹环2的内径D的具体数值，用于确定直线臂板弹簧的尺寸；其中预留空间宽度w_s和基圆半径r_s满足：

$w_s=\frac{3}{20}D---\left(1\right)$

$r_s=(D-w_s/2)/2=\frac{37}{80}D---\left(2\right)$

步骤二：：给定一个合适的下直线臂5的宽度w，用于保证下直线臂5有足够的轴向刚度和径向刚度；下直线臂5的侧边倾斜角度β是用于消除夹持处的应力集中现象，须要事先给定；以直线臂板弹簧圆心为原点，可求解下直线臂5的左上顶点坐标(x₁，y₁)和下直线臂5的左下顶点坐标(x₂，y₂)；其中下直线臂5的左上顶点坐标(x₁，y₁)和下直线臂5的左下顶点坐标(x₂，y₂)满足：

$y_1=\frac{\sqrt{3}}{3}(x_1-w_s)---\left(3\right)$

$y_1-\frac{1}{\tan \mathrm{\β}}{x}_1=y_2-\frac{1}{\tan \mathrm{\β}}{x}_2---\left(4\right)$

${r_s}^2=x_2^2+y_2^2---\left(5\right)$

w＝y₁-y₂  (6)

根据解得的结果，可以确定下直线臂5的右上顶点坐标(-x₁，y₁)和下直线臂5的右下顶点坐标(-x₂，y₂)；

下直线臂5的上边长度L₁和下直线臂5的下边长度L₂也能确定：

L₁＝2|x₁|  (7)

L₂＝2|x₂|  (8)

步骤三：根据下直线臂5的左上顶点坐标(x₁，y₁)、下直线臂5的左下顶点坐标(x₂，y₂)、下直线臂5的右上顶点坐标(-x₁，y₁)、下直线臂5的右下顶点坐标(-x₂，y₂)绘制下直线臂5；将下直线臂5逆时针旋转120°和240°，即可确定右直线臂3和左直线臂4的位置和形状；

步骤四：设计前夹环2和后夹环7的形状，两者形状和尺寸相同，并且需要有足够的宽度和厚度以保证有足够的刚度，使前夹环2和后夹环7在直线臂板弹簧使用过程中不发生形变；

步骤五：在前夹环2内以及右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5之间的空余处设计前夹臂1和后夹臂6，两者形状和尺寸相同，并要有足够的臂宽和厚度以保证有足够的刚度，使前夹臂1和后夹臂6在直线臂板弹簧使用过程中不发生形变；

步骤六：将右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5连成一体，形成板弹簧片8，如图5所示；根据实际刚度需求，选择合适的厚度；其中夹臂状部分9的形状和尺寸与前夹臂1的相同，但厚度不同；夹环状部分10的形状和尺寸与前夹环2的相同，但厚度不同；

步骤七：根据线性压缩机的活塞轴的实际尺寸，在前夹臂1、后夹臂6和夹臂状部分中心分别设计前夹臂中心贯通孔11、后夹臂中心贯通孔15和板弹簧片中心贯通孔19，三者尺寸相同；设计前夹臂贯通孔12、后夹臂贯通孔16和夹臂状部分贯通孔20，三者尺寸和数量相同，位置一一对应；设计前夹环贯通孔13、后夹环贯通孔17和夹环状部分贯通孔21，三者尺寸和数量相同，位置一一对应；设计前夹环突起处贯通孔14、后夹环突起处贯通孔18和突起处贯通孔22，三者尺寸和数量相同，位置一一对应；

步骤八：前夹臂1、后夹臂6、前夹环2、后夹环7和板弹簧片8组成一个整体，形成一个所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧。

所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧的制造方法如下：板弹簧片8采用一整片片状材料加工而成，在该片状材料上使用慢走丝线切割技术切割出右直线臂3、左直线臂4、下直线臂5、夹臂状部分9和夹环状部分10连成一体的形状，切割面的粗糙度控制在0.05mm以下，板弹簧片8的表面平整度控制在0.03mm以下；前夹臂1、后夹臂6、前夹环2和后夹环7采用高机械强度的材料加工而成；前夹臂1和后夹臂6采用慢走丝线切割技术切割出来，形状和尺寸与板弹簧片8中间的夹臂状部分9的相同；前夹环2和后夹环7采用慢走丝线切割技术切割出来，形状和尺寸与板弹簧片8的夹环状部分10的相同；前夹臂1、后夹臂6、前夹环2和后夹环7的切割面粗糙度控制在0.05mm以下，表面平整度控制在0.03mm以下；在前夹臂1、后夹臂6和夹臂状部分9上分别用慢走丝线切割技术切割出前夹臂中心贯通孔11、后夹臂中心贯通孔15和板弹簧片中心贯通孔19，三者尺寸和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.03mm以下；在前夹臂1、后夹臂6和夹臂状部分9上分别用慢走丝线切割技术切割出前夹臂贯通孔12、后夹臂贯通孔16、夹臂状部分贯通孔20，三者尺寸、数量和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.05～0.1mm之间；在前夹环2、后夹环7和夹环状部分10上分别采用慢走丝线切割技术加工出前夹环贯通孔13、后夹环贯通孔17和夹环状部分贯通孔21，三者尺寸、数量和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.05～0.1mm之间；在前夹环2、后夹环7和夹环状部分10上分别采用慢走丝线切割技术加工出前夹环突起处贯通孔14、后夹环突起处贯通孔18和突起处贯通孔22，三者数量、尺寸和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.05～0.1mm之间；前夹臂1和后夹臂6置于板弹簧片8的前后两侧，与夹臂状部分9完全重合紧贴；前夹环2和后夹环7置于板弹簧片8的前后两侧，与夹环状部分10完全重合紧贴；使用螺丝和螺母将前夹臂1、后夹臂6、前夹环2、后夹环7和板弹簧片8紧固连接在一起，形成一个整体。

本发明的优点在于：

1)相比较蜗旋臂板弹簧，所发明的直线臂板弹簧具有更大的径向刚度和更高的径轴刚度比；

2)本发明给了右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5的具体设计流程，以确保所设计直线臂板弹簧的性能；

3)本发明对个部件进行了合理的空间布置，保证前夹臂1、后夹臂6、前夹环2、后夹环7足够的刚度不发生形变，而右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5具有很高的径向刚度，并能在轴向上简谐运动；

4)本发明给出的制造方法能够保证所有部件具有足有的设计精度，以确保该直线臂板弹簧安装在线性压缩机内时能够实现所设计的间隙密封。

上述优点对直线臂板弹簧在线性压缩机内的应用具有非常积极的作用。

附图说明

图1为涡旋臂板弹簧的示意图；

图2为直线臂板弹簧的前视图；

图3为直线臂板弹簧的后视图；

图4为板弹簧片8的示意图；

图5为直线臂板弹簧的侧视图；

图6为前夹臂1的示意图；

图7为前夹环2的示意图；

图8为下直线臂5的设计图。

其中：1为前夹臂；2为前夹环；3为右直线臂；4为左直线臂；5为下直线臂；6为后夹臂；7为后夹环；8为板弹簧片；9为夹臂状部分；10为夹环状部分；11为前夹臂中心贯通孔；12为前夹臂贯通孔；13为前夹环贯通孔；14为前夹环突起处贯通孔；15为后夹臂中心贯通孔；16为后夹臂贯通孔；17为后夹环贯通孔；18为后夹环突起处贯通孔；19为板弹簧片中心贯通孔；20为夹臂状部分贯通孔；21为夹环状部分贯通孔；22为突起处贯通孔；23为曲臂；24为中心圆环；25为曲臂端面；26为圆环；27为向内突起；28为突起端面；x为水平方向；y为竖直方向；D为前夹环2的内径；r_s为基圆半径；w_s为预留空间宽度；w为下直线臂5的宽度；L₁为下直线臂5的上边长度；L₂为下直线臂5的下边长度；(x₁，y₁)为下直线臂5的左上顶点坐标；(x₂，y₂)为下直线臂5的左上顶点坐标；β为下直线臂5的侧边倾斜角度。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图2、图3、图4和图5所示，所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧由前夹臂1、后夹臂6、前夹环2、后夹环7和板弹簧片8组成。

如图4所示，板弹簧片8为一平整的薄片，由右直线臂3、左直线臂4、下直线臂5、夹臂状部分9和夹环状部分10组成，五部分连成一个整体，各部分厚度均相同，具体厚度由实际要求的轴向刚度和径向刚度所决定；右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5的形状和尺寸均相同，成圆周分布；夹臂状部分9的形状和尺寸与前夹臂1的形状和尺寸相同，但厚度不同；夹环状部分10形状和尺寸与前夹环2的形状和尺寸相同，但厚度不同；板弹簧片中心贯通孔19位于板弹簧片8的正中心，用于安装线性压缩机的活塞，其直径与活塞轴直径相同；在夹臂状部分9上留有若干个且均布的夹臂状部分贯通孔20，用于安装螺钉和螺母，其具体数量和尺寸根据直线臂板弹簧的具体设计而定；在夹环状部分10上留有若干个且均布的夹环状部分贯通孔21，用于安装螺钉和螺母，其具体数量和尺寸根据具体设计而定；在夹环状部分10的三处向内突起部分各有一个突起处贯通孔22，用于安装螺钉和螺母，其尺寸由具体设计而定；如图6所示，前夹臂1分为三个形状相同且圆周分布的曲臂23以及连接曲臂23的中心圆环24这四个部分；曲臂23的具体形状根据直线臂板弹簧内的预留空间而定，右直线臂3、左直线臂4、下直线臂5与夹臂状部分9的交界线和曲臂端面25齐平；前夹臂中心贯通孔11位于前夹臂1的正中心，尺寸和板弹簧片中心贯通孔19的相同；前夹臂贯通孔12的尺寸和数量与夹臂状部分贯通孔20的相同，并且与之一一对应；后夹臂6的形状、尺寸及设计与前夹臂1的完全相同，后夹臂中心贯通孔15的尺寸和位置与前夹臂中心贯通孔11的相同，后夹臂贯通孔16的尺寸、数量和位置与前夹臂贯通孔12的相同；前夹臂1和后夹臂6置于板弹簧片8的前后两侧，与夹臂状部分9完全重合紧贴，形成关于板弹簧片8的镜像对称；如图7所示，前夹环2分为三个形状相同且圆周分布的向内突起27和圆环26四部分；圆环26的宽度由具体设计而定，保证有足够的刚度即可；右直线臂3、左直线臂4、下直线臂5与夹环状部分10的交界线和突起端面28齐平；前夹环贯通孔13的数量和尺寸与夹环状部分贯通孔21的相同，并一一对应；前夹环突起处贯通孔14的数量和尺寸与突起处贯通孔22的相同，并一一对应；后夹环7的形状、尺寸及设计与前夹环2的完全相同，后夹环贯通孔17的尺寸、数量和位置与前夹环贯通孔13的相同，后夹环突起处贯通孔18的尺寸、数量和位置与前夹环突起处贯通孔14的相同；前夹环2和后夹环7置于板弹簧片8的前后两侧，与夹环状部分10完全重合紧贴，形成关于板弹簧片8的镜像对称；前夹臂1、后夹臂6、前夹环2和后夹环7将板弹簧片8夹持在中间，形成三明治结构，并用螺丝和螺母将它们紧固在一起，未被夹持的部分则构成右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5，从而形成如图2、图3和图5所示的线性压缩机用直线臂板弹簧。

所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧的设计方法如下：

步骤一：图8为下直线臂5的设计图，令前夹环2的内径D为60mm，确定直线臂板弹簧的尺寸；其中预留空间宽度w_s和基圆半径r_s满足：

$w_s=\frac{3}{20}D=9\mathrm{mm}---\left(1\right)$

$r_s=(D-w_s/2)/2=\frac{37}{80}D=27.75\mathrm{mm}---\left(2\right)$

步骤二：令下直线臂5的宽度w为7mm，下直线臂5的侧边倾斜角度β为15°；以直线臂板弹簧圆心为原点，可求解下直线臂5的左上顶点坐标(x₁，y₁)和下直线臂5的左下顶点坐标(x₂，y₂)；其中下直线臂5的左上顶点坐标(x₁，y₁)和下直线臂5的左下顶点坐标(x₂，y₂)满足：

$y_1=\frac{\sqrt{3}}{3}(x_1-w_s)---\left(3\right)$

$y_1-\frac{1}{\tan \mathrm{\β}}{x}_1=y_2-\frac{1}{\tan \mathrm{\β}}{x}_2---\left(4\right)$

${r_s}^2=x_2^2+y_2^2---\left(5\right)$

w＝y₁-y₂  (6)

可以求得直线臂5的左上顶点坐标(-17.997，-15.587)和下直线臂5的左下顶点坐标(-16.121，-22.587)；相应的，下直线臂5的右上顶点坐标(17.997，-15.587)和下直线臂5的右下顶点坐标(16.121，-22.587)；

下直线臂5的上边长度L₁和下直线臂5的下边长度L₂也能确定：

L₁＝2|x₁|＝35.994  (7)

L₂＝2|x₂|＝32.242  (8)

步骤三：根据下直线臂5的左上顶点坐标(x₁，y₁)、下直线臂5的左下顶点坐标(x₂，y₂)、下直线臂5的右上顶点坐标(-x₁，y₁)、下直线臂5的右下顶点坐标(-x₂，y₂)绘制下直线臂5；将下直线臂5逆时针旋转120°和240°，即可确定右直线臂3和左直线臂4的位置和形状；

步骤四：设计前夹环2和后夹环7的形状，两者形状和尺寸相同，并且需要有足够的宽度和厚度以保证有足够的刚度，使前夹环2和后夹环7在直线臂板弹簧使用过程中不发生形变；

步骤五：在前夹环2内以及右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5之间的空余处设计前夹臂1和后夹臂6，两者形状和尺寸相同，并要有足够的臂宽和厚度以保证有足够的刚度，使前夹臂1和后夹臂6在直线臂板弹簧使用过程中不发生形变；

步骤六：将右直线臂3、左直线臂4和下直线臂5连成一体，形成板弹簧片8，如图5所示；根据实际刚度需求，选择合适的厚度；其中夹臂状部分9的形状和尺寸与前夹臂1的相同，但厚度不同；夹环状部分10的形状和尺寸与前夹环2的相同，但厚度不同；

步骤七：根据线性压缩机的活塞轴的实际尺寸，在前夹臂1、后夹臂6和夹臂状部分中心分别设计前夹臂中心贯通孔11、后夹臂中心贯通孔15和板弹簧片中心贯通孔19，三者尺寸相同；设计前夹臂贯通孔12、后夹臂贯通孔16和夹臂状部分贯通孔20，三者尺寸和数量相同，位置一一对应；设计前夹环贯通孔13、后夹环贯通孔17和夹环状部分贯通孔21，三者尺寸和数量相同，位置一一对应；设计前夹环突起处贯通孔14、后夹环突起处贯通孔18和突起处贯通孔22，三者尺寸和数量相同，位置一一对应；

步骤八：前夹臂1、后夹臂6、前夹环2、后夹环7和板弹簧片8组成一个整体，形成一个所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧。

所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧的制造方法如下：板弹簧片8可采用一整片不锈钢或铍青铜材质的薄片加工而成，在该薄片上使用慢走丝线切割技术切割出右直线臂3、左直线臂4、下直线臂5、夹臂状部分9和夹环状部分10连成一体的形状，切割面的粗糙度控制在0.05mm以下，板弹簧片8的表面平整度控制在0.03mm以下；前夹臂1、后夹臂6、前夹环2和后夹环7可采用高机械强度的金属材料加工而成，并须进行热处理，以提高硬度；前夹臂1和后夹臂6采用慢走丝线切割技术切割出来，形状和尺寸与板弹簧片8中间的夹臂状部分9的相同；前夹环2和后夹环7采用慢走丝线切割技术切割出来，形状和尺寸与板弹簧片8的夹环状部分10的相同；前夹臂1、后夹臂6、前夹环2和后夹环7的切割面粗糙度控制在0.05mm以下，表面平整度控制在0.03mm以下；在前夹臂1、后夹臂6和夹臂状部分9上分别用慢走丝线切割技术切割出前夹臂中心贯通孔11、后夹臂中心贯通孔15和板弹簧片中心贯通孔19，三者尺寸和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.03mm以下；在前夹臂1、后夹臂6和夹臂状部分9上分别用慢走丝线切割技术切割出前夹臂贯通孔12、后夹臂贯通孔16、夹臂状部分贯通孔20，三者尺寸、数量和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.05～0.1mm之间；在前夹环2、后夹环7和夹环状部分10上分别采用慢走丝线切割技术加工出前夹环贯通孔13、后夹环贯通孔17和夹环状部分贯通孔21，三者尺寸、数量和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.05～0.1mm之间；在前夹环2、后夹环7和夹环状部分10上分别采用慢走丝线切割技术加工出前夹环突起处贯通孔14、后夹环突起处贯通孔18和突起处贯通孔22，三者数量、尺寸和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.05～0.1mm之间；前夹臂1和后夹臂6置于板弹簧片8的前后两侧，与夹臂状部分9完全重合紧贴；前夹环2和后夹环7置于板弹簧片8的前后两侧，与夹环状部分10完全重合紧贴；使用螺丝和螺母将前夹臂1、后夹臂6、前夹环2、后夹环7和板弹簧片8紧固连接在一起，形成一个整体。

Claims (3)

1.一种线性压缩机用直线臂板弹簧，包括前夹臂(1)、后夹臂(6)、前夹环(2)、后夹环(7)、板弹簧片(8)，其特征在于：

所述的板弹簧片(8)为一平整的薄片，由右直线臂(3)、左直线臂(4)、下直线臂(5)、夹臂状部分(9)和夹环状部分(10)组成，五部分连成一个整体，各部分厚度均相同，具体厚度由实际要求的轴向刚度和径向刚度所决定；右直线臂(3)、左直线臂(4)和下直线臂(5)的形状和尺寸均相同，成圆周分布；夹臂状部分(9)的形状和尺寸与前夹臂(1)的形状和尺寸相同，但厚度不同；夹环状部分(10)形状和尺寸与前夹环(2)的形状和尺寸相同，但厚度不同；板弹簧片中心贯通孔(19)位于板弹簧片(8)的正中心，用于安装线性压缩机的活塞，其直径与活塞轴直径相同；在夹臂状部分(9)上留有若干个且均布的夹臂状部分贯通孔(20)，用于安装螺钉和螺母，其具体数量和尺寸根据直线臂板弹簧的具体设计而定；在夹环状部分(10)上留有若干个且均布的夹环状部分贯通孔(21)，用于安装螺钉和螺母，其具体数量和尺寸根据具体设计而定；在夹环状部分(10)的三处向内突起部分各有一个突起处贯通孔(22)，用于安装螺钉和螺母，其尺寸由具体设计而定；前夹臂(1)分为三个形状相同且圆周分布的曲臂(23)以及连接曲臂(23)的中心圆环(24)这四个部分；曲臂(23)的具体形状根据直线臂板弹簧内的预留空间而定，右直线臂(3)、左直线臂(4)、下直线臂(5)与夹臂状部分(9)的交界线和曲臂端面(25)齐平；前夹臂中心贯通孔(11)位于前夹臂(1)的正中心，尺寸和板弹簧片中心贯通孔(19)的相同；前夹臂贯通孔(12)的尺寸和数量与夹臂状部分贯通孔(20)的相同，并且与之一一对应；后夹臂(6)的形状、尺寸及设计与前夹臂(1)的完全相同，后夹臂中心贯通孔(15)的尺寸和位置与前夹臂中心贯通孔(11)的相同，后夹臂贯通孔(16)的尺寸、数量和位置与前夹臂贯通孔(12)的相同；前夹臂(1)和后夹臂(6)置于板弹簧片(8)的前后两侧，与夹臂状部分(9)完全重合紧贴，形成关于板弹簧片(8)的镜像对称；前夹环(2)分为三个形状相同且圆周分布的向内突起(27)和圆环(26)四部分；圆环(26)的宽度由具体设计而定，保证有足够的刚度即可；右直线臂(3)、左直线臂(4)、下直线臂(5)与夹环状部分(10)的交界线和突起端面(28)齐平；前夹环贯通孔(13)的数量和尺寸与夹环状部分贯通孔(21)的相同，并一一对应；前夹环突起处贯通孔(14)的数量和尺寸与突起处贯通孔(22)的相同，并一一对应；后夹环(7)的形状、尺寸及设计与前夹环(2)的完全相同，后夹环贯通孔(17)的尺寸、数量和位置与前夹环贯通孔(13)的相同，后夹环突起处贯通孔(18)的尺寸、数量和位置与前夹环突起处贯通孔(14)的相同；前夹环(2)和后夹环(7)置于板弹簧片(8)的前后两侧，与夹环状部分(10)完全重合紧贴，形成关于板弹簧片(8)的镜像对称；前夹臂(1)、后夹臂(6)、前夹环(2)和后夹环(7)将板弹簧片(8)夹持在中间，形成三明治结构，并用螺丝和螺母将它们紧固在一起，未被夹持的部分则构成右直线臂(3)、左直线臂(4)和下直线臂(5)，从而形成一种线性压缩机用直线臂板弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种线性压缩机用直线臂板弹簧，其特征在于：所述的直线臂板弹簧的设计方法步骤如下：

步骤一：给定前夹环(2)的内径D的具体数值，用于确定直线臂板弹簧的尺寸；其中预留空间宽度w_s和基圆半径r_s满足：

$w_s=\frac{3}{20}D---\left(1\right)$

$r_s=(D-w_s/2)/2=\frac{37}{80}D---\left(2\right)$

步骤二：给定一个合适的下直线臂(5)的宽度w，用于保证下直线臂(5)有足够的轴向刚度和径向刚度；下直线臂(5)的侧边倾斜角度β是用于消除夹持处的应力集中现象，须要事先给定；以直线臂板弹簧圆心为原点，可求解下直线臂(5)的左上顶点坐标(x₁，y₁)和下直线臂(5)的左下顶点坐标(x₂，y₂)；其中下直线臂(5)的左上顶点坐标(x₁，y₁)和下直线臂(5)的左下顶点坐标(x₂，y₂)满足：

$y_1=\frac{\sqrt{3}}{3}(x_1-w_s)---\left(3\right)$

$y_1-\frac{1}{\tan \mathrm{\β}}{x}_1=y_2-\frac{1}{\tan \mathrm{\β}}{x}_2---\left(4\right)$

$r_s^2=x_2^2+y_2^2---\left(5\right)$

w＝y₁-y₂  (6)

根据解得的结果，可以确定下直线臂(5)的右上顶点坐标(-x₁，y₁)和下直线臂(5)的右下顶点坐标(-x₂，y₂)；

下直线臂(5)的上边长度L₁和下直线臂(5)的下边长度L₂也能确定：

L₁＝2|x₁|  (7)

L₂＝2|x₂|  (8)

步骤三：根据下直线臂(5)的左上顶点坐标(x₁，y₁)、下直线臂(5)的左下顶点坐标(x₂，y₂)、下直线臂(5)的右上顶点坐标(-x₁，y₁)、下直线臂(5)的右下顶点坐标(-x₂，y₂)绘制下直线臂(5)；将下直线臂(5)逆时针旋转120°和240°，即可确定右直线臂(3)和左直线臂(4)的位置和形状；

步骤四：设计前夹环(2)和后夹环(7)的形状，两者形状和尺寸相同，并且需要有足够的宽度和厚度以保证有足够的刚度，使前夹环(2)和后夹环(7)在直线臂板弹簧使用过程中不发生形变；

步骤五：在前夹环(2)内以及右直线臂(3)、左直线臂(4)和下直线臂(5)之间的空余处设计前夹臂(1)和后夹臂(6)，两者形状和尺寸相同，并要有足够的臂宽和厚度以保证有足够的刚度，使前夹臂(1)和后夹臂(6)在直线臂板弹簧使用过程中不发生形变；

步骤六：将右直线臂(3)、左直线臂(4)和下直线臂(5)连成一体，形成板弹簧片(8)；根据实际刚度需求，选择合适的厚度；其中夹臂状部分(9)的形状和尺寸与前夹臂(1)的相同，但厚度不同；夹环状部分(10)的形状和尺寸与前夹环(2)的相同，但厚度不同；

步骤七：根据线性压缩机的活塞轴的实际尺寸，在前夹臂(1)、后夹臂(6)和夹臂状部分中心分别设计前夹臂中心贯通孔(11)、后夹臂中心贯通孔(15)和板弹簧片中心贯通孔(19)，三者尺寸相同；设计前夹臂贯通孔(12)、后夹臂贯通孔(16)和夹臂状部分贯通孔(20)，三者尺寸和数量相同，位置一一对应；设计前夹环贯通孔(13)、后夹环贯通孔(17)和夹环状部分贯通孔(21)，三者尺寸和数量相同，位置一一对应；设计前夹环突起处贯通孔(14)、后夹环突起处贯通孔(18)和突起处贯通孔(22)，三者尺寸和数量相同，位置一一对应；

步骤八：前夹臂(1)、后夹臂(6)、前夹环(2)、后夹环(7)和板弹簧片(8)组成一个整体，形成一个所发明的线性压缩机用直线臂板弹簧。

3.一种制造如权利要求1所述的线性压缩机用直线臂板弹簧的方法，其特征在于：

所述的板弹簧片(8)采用一整片片状材料加工而成，在该片状材料上使用慢走丝线切割技术切割出右直线臂(3)、左直线臂(4)、下直线臂(5)、夹臂状部分(9)和夹环状部分(10)连成一体的形状，切割面的粗糙度控制在0.05mm以下，板弹簧片(8)的表面平整度控制在0.03mm以下；前夹臂(1)、后夹臂(6)、前夹环(2)和后夹环(7)采用高机械强度的材料加工而成；前夹臂(1)和后夹臂(6)采用慢走丝线切割技术切割出来，形状和尺寸与板弹簧片(8)中间的夹臂状部分(9)的相同；前夹环(2)和后夹环(7)采用慢走丝线切割技术切割出来，形状和尺寸与板弹簧片(8)的夹环状部分(10)的相同；前夹臂(1)、后夹臂(6)、前夹环(2)和后夹环(7)的切割面粗糙度控制在0.05mm以下，表面平整度控制在0.03mm以下；在前夹臂(1)、后夹臂(6)和夹臂状部分(9)上分别用慢走丝线切割技术切割出前夹臂中心贯通孔(11)、后夹臂中心贯通孔(15)和板弹簧片中心贯通孔(19)，三者尺寸和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.03mm以下；在前夹臂(1)、后夹臂(6)和夹臂状部分(9)上分别用慢走丝线切割技术切割出前夹臂贯通孔(12)、后夹臂贯通孔(16)、夹臂状部分贯通孔(20)，三者尺寸、数量和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.05～0.1mm之间；在前夹环(2)、后夹环(7)和夹环状部分(10)上分别采用慢走丝线切割技术加工出前夹环贯通孔(13)、后夹环贯通孔(17)和夹环状部分贯通孔(21)，三者尺寸、数量和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.05～0.1mm之间；在前夹环(2)、后夹环(7)和夹环状部分(10)上分别采用慢走丝线切割技术加工出前夹环突起处贯通孔(14)、后夹环突起处贯通孔(18)和突起处贯通孔(22)，三者数量、尺寸和位置均相同，切割面粗糙度控制在0.05～0.1mm之间；前夹臂(1)和后夹臂(6)置于板弹簧片(8)的前后两侧，与夹臂状部分(9)完全重合紧贴；前夹环(2)和后夹环(7)置于板弹簧片(8)的前后两侧，与夹环状部分(10)完全重合紧贴；使用螺丝和螺母将前夹臂(1)、后夹臂(6)、前夹环(2)、后夹环(7)和板弹簧片(8)紧固连接在一起，形成一个整体。