CN108194547A - 柔性弹簧、柔性弹簧组以及压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柔性弹簧、柔性弹簧组以及压缩机，柔性弹簧包括基板，在基板的轴心开设有中心孔，邻近基板的外周开设有多个固定孔，基板上开设有至少两条呈涡旋状延伸的涡旋槽，至少两条涡旋槽以中心孔为轴心均匀地分布，基板上位于相邻两条涡旋槽之间的部分形成涡旋臂，涡旋槽具有内侧涡旋线、外侧涡旋线以及邻近中心孔内凹的封闭轮廓，封闭轮廓由第四圆弧段、第一圆弧段、第二圆弧段、垂线段以及第三圆弧段平滑连接形成。通过修改参数来调节封闭轮廓的面积，进而对整机的动子质量进行精确调节，有效减小柔性弹簧起始端的应力集中。同时，利用上述方法改变柔性弹簧起始端封闭轮廓的大小，不会影响柔性弹簧的刚度。
Description
技术领域
本发明涉及声能制冷机设备技术领域，尤其涉及一种柔性弹簧、柔性弹簧组以及压缩机。
背景技术
柔性弹簧是在中心开孔的圆形弹性片状材料上构造出一种涡旋槽型线，使用激光切割、线切割或化学蚀刻技术加工成型的零件。柔性弹簧上可振动的弹性臂用于支撑斯特林机器的压缩活塞与膨胀活塞，保持运动过程中活塞与气缸的间隙密封，还可以调节压缩活塞与膨胀活塞的相位差。
评价柔性弹簧性能最终要的四个指标：疲劳强度、轴向刚度、径向刚度、自振频率。在柔性弹簧的设计过程中，首先要使弹簧的轴向刚度达到设定值，并且要有足够大的径向刚度以保证活塞与气缸之间的间隙密封。除此之外，最为关键的就是要使柔性弹簧的最大应力小于材料的疲劳应力，这样才能保证柔性弹簧在长期高频往复振动下不发生疲劳断裂，保证制冷机长寿命高可靠运行。
通常来讲，柔性弹簧发生疲劳断裂的位置在涡旋线的起始端或终了端。常规减小柔性弹簧应力集中的方法是增大封闭圆弧的半径，从而扩大封闭轮廓，消除应力集中。此方法的缺点在于，一味地扩大封闭圆弧半径虽然会减小该处的应力集中，但因为切除的过多的材料，同时也会减小该柔性弹簧的轴向刚度和径向刚度，使其无法满足制冷机的设计要求。
在小型低温制冷机的动力学设计中，为了使整机达到共振，控制动子系统的质量是非常关键的。柔性弹簧作为整个动子系统中的一部分，其质量的控制也显的尤为重要。通常来讲，因为柔性弹簧外圆周固定，其真正参与往复振动的部分仅为涡旋臂部分，一般按照经验取柔性弹簧总质量的1/3作为动子质量。当通过改变柔性弹簧厚度或柔性弹簧臂宽来调节柔性弹簧质量时，其真正改变的动子质量并不是柔性弹簧实际增加或减小的质量，并且通过改变厚度和臂宽来调节柔性弹簧质量，势必又会影响柔性弹簧的刚度与应力，这就给设计带来了不小的难度。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种可精确调节运动质量的柔性弹簧，减小起始端的集中应力，且不会影响柔性弹簧的刚度。
本发明的第二目的是提供一种使用上述柔性弹簧的柔性弹簧组。
本发明的第三目的是提供一种使用上述柔性弹簧组的压缩机。
为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种柔性弹簧包括基板，在基板的轴心开设有中心孔，邻近基板的外周开设有多个固定孔，基板上开设有至少两条呈涡旋状延伸的涡旋槽，至少两条涡旋槽以中心孔为轴心均匀地分布，基板上位于相邻两条涡旋槽之间的部分形成涡旋臂，涡旋槽具有内侧涡旋线、外侧涡旋线以及邻近中心孔内凹的封闭轮廓，以中心孔的轴心为圆心并且以中心孔的轴心与内侧涡旋线的起点之间的距离为半径形成第一圆弧段,第一圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至65°，以第一圆弧段的终点为起点形成内凹的第二圆弧段,第二圆弧段的半径为0.5至5.0毫米并与第一圆弧段的终点相切,第二圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至90°，与第二圆弧段的终点在其径向垂直延伸有垂线段，垂线段的终点与内侧涡旋线之间设置有外凸的第三圆弧段，第三圆弧段分别与内侧涡旋线和垂线段的终点相切,第三圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至90°，内侧涡旋线的起点与外侧涡旋线的起点设置有半圆弧状的第四圆弧段,封闭轮廓由第四圆弧段、第一圆弧段、第二圆弧段、垂线段以及第三圆弧段平滑连接形成。
更进一步的方案是，第一圆弧段的起点与终点之间的夹角为48°。
更进一步的方案是，第二圆弧段的半径为2.0毫米。
更进一步的方案是，第二圆弧段的起点与终点之间的夹角为58°。
更进一步的方案是，第三圆弧段的起点与终点之间的夹角为64°。
更进一步的方案是，涡旋槽在径向的宽度为0.2至4.0毫米。
更进一步的方案是，柔性弹簧的半径为55至95毫米，柔性弹簧的厚度为0.3至4.0毫米。
更进一步的方案是，柔性弹簧由1Cr18N i9T i或7C27Mo2材料制成。
由上述方案可见，由第四圆弧段、第一圆弧段、第二圆弧段、垂线段以及第三圆弧段所围成的区域即为封闭轮廓切除的部分,通过修改第一圆弧段的起点与终点之间的夹角、第二圆弧段的起点与终点之间的夹角、第三圆弧段的起点与终点之间的夹角、第二圆弧段的半径等参数来调节封闭轮廓的面积，进而对整机的动子质量进行精确调节，有效减小柔性弹簧起始端的应力集中。同时，利用上述方法改变柔性弹簧起始端封闭轮廓的大小，不会影响柔性弹簧的刚度。
为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种柔性弹簧组包括多个柔性弹簧，相邻两个柔性弹簧之间设置有垫片，柔性弹簧包括基板，在基板的轴心开设有中心孔，邻近基板的外周开设有多个固定孔，基板上开设有至少两条呈涡旋状延伸的涡旋槽，至少两条涡旋槽以中心孔为轴心均匀地分布，基板上位于相邻两条涡旋槽之间的部分形成涡旋臂，涡旋槽具有内侧涡旋线、外侧涡旋线以及邻近中心孔内凹的封闭轮廓，以中心孔的轴心为圆心并且以中心孔的轴心与内侧涡旋线的起点之间的距离为半径形成第一圆弧段,第一圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至65°，以第一圆弧段的终点为起点形成内凹的第二圆弧段,第二圆弧段的半径为0.5至5.0毫米并与第一圆弧段的终点相切,第二圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至90°，与第二圆弧段的终点在其径向垂直延伸有垂线段，垂线段的终点与内侧涡旋线之间设置有外凸的第三圆弧段，第三圆弧段分别与内侧涡旋线和垂线段的终点相切,第三圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至90°，内侧涡旋线的起点与外侧涡旋线的起点设置有半圆弧状的第四圆弧段,封闭轮廓由第四圆弧段、第一圆弧段、第二圆弧段、垂线段以及第三圆弧段平滑连接形成。
由上述方案可见，由第四圆弧段、第一圆弧段、第二圆弧段、垂线段以及第三圆弧段所围成的区域即为封闭轮廓切除的部分，通过修改第一圆弧段的起点与终点之间的夹角、第二圆弧段的起点与终点之间的夹角、第三圆弧段的起点与终点之间的夹角、第二圆弧段的半径等参数来调节封闭轮廓的面积，进而对整机的动子质量进行精确调节，有效减小柔性弹簧起始端的应力集中。同时，利用上述方法改变柔性弹簧起始端封闭轮廓的大小，不会影响柔性弹簧的刚度。
为了实现本发明的第三目的，本发明提供一种包括柔性弹簧组的压缩机，柔性弹簧组包括多个柔性弹簧，相邻两个柔性弹簧之间设置有垫片，柔性弹簧包括基板，在基板的轴心开设有中心孔，邻近基板的外周开设有多个固定孔，基板上开设有至少两条呈涡旋状延伸的涡旋槽，至少两条涡旋槽以中心孔为轴心均匀地分布，基板上位于相邻两条涡旋槽之间的部分形成涡旋臂，涡旋槽具有内侧涡旋线、外侧涡旋线以及邻近中心孔内凹的封闭轮廓，以中心孔的轴心为圆心并且以中心孔的轴心与内侧涡旋线的起点之间的距离为半径形成第一圆弧段,第一圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至65°，以第一圆弧段的终点为起点形成内凹的第二圆弧段,第二圆弧段的半径为0.5至5.0毫米并与第一圆弧段的终点相切,第二圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至90°，与第二圆弧段的终点在其径向垂直延伸有垂线段，垂线段的终点与内侧涡旋线之间设置有外凸的第三圆弧段，第三圆弧段分别与内侧涡旋线和垂线段的终点相切,第三圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至90°，内侧涡旋线的起点与外侧涡旋线的起点设置有半圆弧状的第四圆弧段,封闭轮廓由第四圆弧段、第一圆弧段、第二圆弧段、垂线段以及第三圆弧段平滑连接形成。
由上述方案可见，由第四圆弧段、第一圆弧段、第二圆弧段、垂线段以及第三圆弧段所围成的区域即为封闭轮廓切除的部分，通过修改第一圆弧段的起点与终点之间的夹角、第二圆弧段的起点与终点之间的夹角、第三圆弧段的起点与终点之间的夹角、第二圆弧段的半径等参数来调节封闭轮廓的面积，进而对整机的动子质量进行精确调节，有效减小柔性弹簧起始端的应力集中。同时，利用上述方法改变柔性弹簧起始端封闭轮廓的大小，不会影响柔性弹簧的刚度。
附图说明
图1是本发明柔性弹簧实施例的结构图。
图2是本发明柔性弹簧实施例的局部结构图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图1和图2，柔性弹簧包括基板，在基板的轴心开设有中心孔1，邻近基板的外周开设有多个固定孔2，基板上开设有至少两条呈涡旋状延伸的涡旋槽3，至少两条涡旋槽3以中心孔1为轴心均匀地分布，基板上位于相邻两条涡旋槽3之间的部分形成涡旋臂4。柔性弹簧由1Cr18N i9T i或7C27Mo2弹簧不锈钢材料制成，柔性弹簧的半径为55至95毫米，柔性弹簧的厚度为0.3至4.0毫米，中心孔1的半径为2.0至12毫米，涡旋槽3在径向的宽度为0.2至4.0毫米，固定孔2的数量为4至12个，涡旋臂4的数量为2至8个。本实施例柔性弹簧的半径为74毫米，中心孔1的半径为10.5毫米，涡旋槽3在径向的宽度为1.7毫米，涡旋臂4的数量为4个，固定孔2的数量为4个。
涡旋槽3具有内侧涡旋线L2、外侧涡旋线L1以及邻近中心孔内凹的封闭轮廓5，封闭轮廓5由第四圆弧段FA、第一圆弧段AB、第二圆弧段BC、垂线段CD以及第三圆弧段DE平滑连接形成。
以中心孔1的轴心O1为圆心并且以中心孔1的轴心O1与内侧涡旋线L2的起点A之间的距离为半径形成第一圆弧段AB,第一圆弧段AB的起点A与终点B之间的夹角α为5°至65°，优选地，第一圆弧段AB的起点A与终点B之间的夹角α为48°。第一圆弧段AB的起点A与终点B之间的夹角α越大，封闭轮廓5的面积越大，切除的柔性弹簧材料越多，柔性弹簧的质量越小。
以第一圆弧段AB的终点B为起点形成内凹的第二圆弧段BC,第二圆弧段BC的半径r1为0.5至5.0毫米并与第一圆弧段AB的终点B相切,第二圆弧段BC的起点B与终点C之间的夹角β为5°至90°。优选地，第二圆弧段BC的半径r1为2.0毫米，第二圆弧段BC的起点B与终点C之间的夹角β为58°。第二圆弧段BC的半径r1越大，第二圆弧段BC的弧面越大，封闭轮廓5的面积越大。
与第二圆弧段BC的终点C在其径向垂直延伸有垂线段CD，垂线段CD的终点D与内侧涡旋线L2之间设置有外凸的第三圆弧段DE，第三圆弧段DE分别与内侧涡旋线L2和垂线段CD的终点E、D相切,第三圆弧段DE的起点D与终点E之间的夹角γ为5°至90°，优选地，第三圆弧段DE的起点D与终点E之间的夹角γ为64°。第三圆弧段DE的起点D与终点E之间的夹角γ越大，封闭轮廓5的面积越小。当第二圆弧段BC的起点B与终点C之间的夹角β和第三圆弧段DE的起点D与终点E之间的夹角γ都为90°时，垂线段CD的长度为零。
内侧涡旋线L2的起点A与外侧涡旋线L1的起点F设置有半圆弧状的第四圆弧段FA,第四圆弧段FA的直径与涡旋槽3在径向的宽度相等。
由第四圆弧段FA、第一圆弧段AB、第二圆弧段BC、垂线段CD以及第三圆弧段DE所围成的区域即为封闭轮廓5切除的部分,通过修改第一圆弧段AB的起点A与终点B之间的夹角α、第二圆弧段BC的起点B与终点C之间的夹角β、第三圆弧段DE的起点D与终点E之间的夹角γ、第二圆弧段BC的半径r1等参数来调节封闭轮廓5的面积，进而对整机的动子质量进行精确调节，有效减小柔性弹簧起始端的应力集中。同时，利用上述方法改变柔性弹簧起始端封闭轮廓5的大小，不会影响柔性弹簧的刚度。
以上实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。
Claims (10)
1.柔性弹簧，包括基板，在所述基板的轴心开设有中心孔，其特征在于：
邻近所述基板的外周开设有多个固定孔，所述基板上开设有至少两条呈涡旋状延伸的涡旋槽，至少两条所述涡旋槽以所述中心孔为轴心均匀地分布，所述基板上位于相邻两条所述涡旋槽之间的部分形成涡旋臂；
所述涡旋槽具有内侧涡旋线、外侧涡旋线以及邻近所述中心孔内凹的封闭轮廓，以所述中心孔的轴心为圆心并且以所述中心孔的轴心与所述内侧涡旋线的起点之间的距离为半径形成第一圆弧段,所述第一圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至65°；
以第一圆弧段的终点为起点形成内凹的第二圆弧段,所述第二圆弧段的半径为0.5至5.0毫米并与所述第一圆弧段的终点相切,所述第二圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至90°；
与所述第二圆弧段的终点在其径向垂直延伸有垂线段，所述垂线段的终点与所述内侧涡旋线之间设置有外凸的第三圆弧段，所述第三圆弧段分别与所述内侧涡旋线和所述垂线段的终点相切,所述第三圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至90°；
所述内侧涡旋线的起点与所述外侧涡旋线的起点设置有半圆弧状的第四圆弧段,所述封闭轮廓由所述第四圆弧段、所述第一圆弧段、所述第二圆弧段、所述垂线段以及所述第三圆弧段平滑连接形成。
2.根据权利要求1所述的柔性弹簧，其特征在于：
所述第一圆弧段的起点与终点之间的夹角为48°。
3.根据权利要求1所述的柔性弹簧，其特征在于：
所述第二圆弧段的半径为2.0毫米。
4.根据权利要求3所述的柔性弹簧，其特征在于：
所述第二圆弧段的起点与终点之间的夹角为58°。
5.根据权利要求1所述的柔性弹簧，其特征在于：
所述第三圆弧段的起点与终点之间的夹角为64°。
6.根据权利要求1所述的柔性弹簧，其特征在于：
所述涡旋槽在径向的宽度为0.2至4.0毫米。
7.根据权利要求1所述的柔性弹簧，其特征在于：
所述柔性弹簧的半径为55至95毫米，所述柔性弹簧的厚度为0.3至4.0毫米。
8.根据权利要求1至7任一项所述的柔性弹簧，其特征在于：
所述柔性弹簧由1Cr18Ni9Ti或7C27Mo2材料制成。
9.柔性弹簧组，其特征在于，包括多个权利要求1至8任一项所述的柔性弹簧，相邻两个所述柔性弹簧之间设置有垫片。
10.压缩机，其特征在于，包括权利要求9所述的柔性弹簧组。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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