CN113669397B - 一种连接簧片及片弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连接簧片及片弹簧。具体地，连接簧片在使用时，至少两个成组围绕一中心周向布置，相邻的两个有部分在径向内外交错；连接簧片包括直线段及弧形段；直线段和弧形段圆弧过渡连接，直线段的背离弧形段的一端具有第一固定连接段，弧形段的背离直线段的一端具有第二固定连接段；直线段和弧形段之间具有夹角而使连接簧片整体呈弯形臂，使用时，直线段处于相邻连接簧片的弧形段内侧。本发明的这种连接簧片在使用时，连接簧片能够更充分的利用空间，径向刚度较大且具有更好的轴向可弹性变形性能，能够大大延长脉管制冷机的使用寿命。

Description

一种连接簧片及片弹簧

技术领域

本发明涉及压缩机、往复直线运动机构相关领域，尤其涉及一种连接簧片及片弹簧。

背景技术

为了延长脉管制冷机或其他形式的制冷机的压缩机活塞的使用寿命，或其他运动部件如推移活塞的使用寿命，现有技术中有采用片弹簧支撑而使活塞悬浮，从而使活塞与气缸间保持一个微小的间隙的方式。该间隙称为间隙密封，间隙密封使气缸与活塞不接触，消除了两者之间的摩擦，但又实现了两者之间的相对密封，最终在无润滑油的使用状态下，保证设备能够正常工作，且使活塞具有较长的使用寿命。

例如授权公告号为CN105179540B、发明名称为扇形弹簧臂及其组成的片弹簧和采用该片弹簧的压缩机，以及授权公告号为CN105134553B、发明名称为直线弹簧臂及其组成的片弹簧和采用该片弹簧的压缩机的两篇中国发明专利所公开的压缩机，其都是通过在动子和静子之间连接片弹簧，通过片弹簧径向的支撑作用保持活塞的悬浮状态，同时，通过片弹簧在轴向上可变形的特性，满足活塞的往复运动。但是，以上两篇专利所公开的两种片弹簧，前者的连接簧片在两段扇形臂之间通过圆弧过渡，整体型线形状复杂，制造起来较为困难；后者的连接簧片在两直线段之间通过圆弧过渡，虽然型线形状较为简单，但是片弹簧整体形状更类似于三角形，连接簧片在制造时切除量较大，这样不仅浪费金属，而且在静子所限定的区域内，空间利用率较低，导致连接簧片在径向上的刚度和轴向上的可变形程度受到一定影响，使用时性能有所下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造简单、利用率高、性能优良的连接簧片；同时，本发明还提供了一种制造简单、利用率高、性能优良的片弹簧。

本发明的连接簧片的技术方案：

连接簧片，在使用时，至少两个成组围绕一中心周向布置，相邻的两个有部分在径向内外交错；

连接簧片包括：

直线段，及弧形段；

直线段和弧形段圆弧过渡连接，直线段的背离弧形段的一端具有第一固定连接段，弧形段的背离直线段的一端具有第二固定连接段；

直线段和弧形段之间具有夹角而使连接簧片整体呈弯形臂，使用时，直线段处于相邻连接簧片的弧形段内侧。

本发明的这种连接簧片在使用时，弧形段的内侧与直线段相接，直线段更好的提高了径向支撑刚度，直线段和弧形段圆弧过渡连接，从而降低应力集中，也能够提高连接簧片的径向刚度，整体上使得有连接簧片构成的片弹簧使用性能优良。而且，连接簧片的结构相对简单，制造较为方便。

进一步地，第二固定连接段的外轮廓与弧形段的外轮廓处于同一圆弧上。这样使得弧形段和第二固定连接段的外轮廓整体形成与气缸内孔配合的形状，连接簧片更充分的利用了静子所限定的空间，具有较大的片体面积，径向支撑刚度更好。

进一步地，第一、第二固定连接段的宽度大于直线段和弧形段的宽度。

这样能够使得固定连接部位有较强的结构性，保证连接位置的可靠。

进一步地，所述第二固定连接段的内侧面与直线段的外轮廓吻合匹配，在使用时，第二固定连接段顺沿相邻连接簧片的直线段的外侧面延伸。

这样设计更加充分的利用了静子所限定的空间，提高了金属簧片所能利用的空间，也能够在一定程度上提高连接簧片的径向刚度。

此外，在以上的多种连接簧片的技术方案的任意一种的基础上，还可以做出以下不同优化改进：

例如：所述第一固定连接段的外侧面与弧形段的内轮廓吻合匹配，在使用时，第一固定连接段顺沿相邻连接簧片的弧形段弯曲延伸。这样的结构设计使连接簧片围成的片弹簧在静子与动子之间整体结构紧凑，空间利用率高，而且在一定程度上提高了连接簧片第一固定连接段处的径向刚度。

再例如：第二固定连接段的端部轮廓为斜线形。这样在不影响连接簧片的支撑刚度的前提下，削去了多余片体。

或者，第二固定连接段的外轮廓为劣弧，且在其背离弧形段的端部与内轮廓圆角过渡连接。这种结构设计在多个连接簧片构成片弹簧时，整体上形成较为完整的环形，最大可能的利用了静子和动子所围出的环形空间，尽可能的提高空间利用率，对于片弹簧来讲，整体的刚度实现了最大化。

本发明的片弹簧的技术方案：

片弹簧包括：

至少两个连接簧片构成的成组连接簧片；

成组的连接簧片有至少两个，且围绕一中心周向布置，相邻的两个连接簧片有部分在径向内外交错；

连接簧片包括：

直线段，及弧形段；

直线段和弧形段圆弧过渡连接，直线段的背离弧形段的一端具有第一固定连接段，弧形段的背离直线段的一端具有第二固定连接段；

直线段和弧形段之间具有夹角而使连接簧片整体呈弯形臂，使用时，直线段处于相邻连接簧片的弧形段内侧。

本发明的片弹簧在使用时，弧形段的内侧与直线段相接，直线段更好的提高了径向支撑刚度，直线段和弧形段圆弧过渡连接，从而降低应力集中，也能够提高连接簧片的径向刚度，整体上使得有连接簧片构成的片弹簧使用性能优良。而且，连接簧片的结构相对简单，制造较为方便。

进一步地，第二固定连接段的外轮廓与弧形段的外轮廓处于同一圆弧上。这样使得弧形段和第二固定连接段的外轮廓整体形成与气缸内孔配合的形状，连接簧片更充分的利用了静子所限定的空间，具有较大的片体面积，径向支撑刚度更好。

进一步地，第一、第二固定连接段的宽度大于直线段和弧形段的宽度。

这样能够使得固定连接部位有较强的结构性，保证连接位置的可靠。

进一步地，所述第二固定连接段的内侧面与直线段的外轮廓吻合匹配，在使用时，第二固定连接段顺沿相邻连接簧片的直线段的外侧面延伸。

这样设计更加充分的利用了静子所限定的空间，提高了金属簧片所能利用的空间，也能够在一定程度上提高连接簧片的径向刚度。

在以上的多种片弹簧的技术方案的任意一种的基础上，还可以做出以下不同优化改进：

例如：所述第一固定连接段的外侧面与弧形段的内轮廓吻合匹配，在使用时，第一固定连接段顺沿相邻连接簧片的弧形段弯曲延伸。这样的结构设计使连接簧片围成的片弹簧在静子与动子之间整体结构紧凑，空间利用率高，而且在一定程度上提高了连接簧片第一固定连接段处的径向刚度。

再例如：第二固定连接段的端部轮廓为斜线形。这样在不影响连接簧片的支撑刚度的前提下，削去了多余片体。

或者，第二固定连接段的外轮廓为劣弧，且在其背离弧形段的端部与内轮廓圆角过渡连接。这种结构设计在多个连接簧片构成片弹簧时，整体上形成较为完整的环形，最大可能的利用了静子和动子所围出的环形空间，尽可能的提高空间利用率，对于片弹簧来讲，整体的刚度实现了最大化。

此外，还可以有以下优化的方案：

例如，成组连接簧片的第一固定连接段通过连接环一体连接，第一固定连接段上设有用于与动子连接的连接孔，或连接环的内孔用于与动子连接。这样整体使片弹簧成为一体结构，减少了零部件数量，便于运输和装配；第一固定连接段连成一体，也进一步提升了片弹簧的径向刚度。

类似地，所述片弹簧还包括外连接环，外连接环将成组的连接簧片围在内部，且成组连接簧片的第二固定连接段与外连接环一体连接。这样的结构设计使片弹簧的外周连成一体，提升径向刚度，而且外连接环与气缸有更大的配合尺寸，轴向可变形性能更好。另外，尤其是在成组连接簧片的第一固定连接段通过连接环一体连接，片弹簧径向内外都一体连接，径向刚度更大，使用时对动子和静子的弹性支撑效果更好。

附图说明

图1为包含有本发明的片弹簧的脉管制冷机的结构示意简图；

图2为图1中压缩机的机芯的结构简图；

图3为图1中推移活塞组件的结构简图；

图4为本发明的片弹簧在使用时构成的片弹簧组件的结构示意图；

图5为图4中所示的本发明的片弹簧的结构示意图；

图6为显示图5所示的片弹簧冲裁前后的区别示意；

图7为图4所示片弹簧组件中外隔板的结构示意图；

图8为图4所示片弹簧组件中内隔板的结构示意图；

图9为图4所示片弹簧组件中外压板的结构示意图；

图10为图4所示片弹簧组件中内压板的结构示意图；

图11为本发明的片弹簧的实施例二的结构示意图；

图12为本发明的片弹簧的实施例三的结构示意图；

图13为本发明的片弹簧的实施例四的结构示意图；

图14为本发明的片弹簧的实施例五的结构示意图。

图中：1-连接簧片；111-弧形段；112-直线段；113-过渡段；114-第一固定连接段；115-第二固定连接段；1110-弧形段内轮廓面；1111-弧形段外轮廓面；1121-直线段外轮廓面；1140-第一外轮廓面；1141-第一内轮廓面；1150-第二内轮廓面；1151-第二外轮廓面；1152-斜线段；120-连接孔； 130-内连接环；140-外连接环；2-片弹簧组件；20-外隔板；21-外隔板穿孔；30-内隔板；31-内隔板穿孔；40-外压板；41-外压板穿孔；50-内压板；51-内压板穿孔；6-推移活塞组件；60-推移活塞气缸盖；61-推移活塞气缸；62-推移活塞支撑；63-推移活塞；711-散热器；712-回热器；713-冷量换热器；714-脉管；715-气体均匀器；8-压缩机；80-外定子；81-内定子；82-压缩活塞；83-线圈；84-磁铁；85-压缩气缸；9-原料板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的片弹簧的实施例：

鉴于本发明的片弹簧的其中一种主要用途是用在诸如脉管制冷机等包含有直线往复移动的机构中，这里所指的直线往复移动机构为如脉管制冷机中的压缩机机芯以及推移活塞组件等。片弹簧在直线往复移动机构中所起的作用是径向支撑相对静子发生直线往复动作的动子，从而使静子和动子之间产生较小间隙实现气膜密封，代替油封。为了更好的对本发明的片弹簧进行解释和说明，以下结合片弹簧在脉管制冷机中的使用情况展开说明，当然，这样的举例说明并不等于限制本发明的片弹簧仅能用于脉管制冷机中。

如图1所示，脉管制冷机包括压缩机8、推移活塞组件6以及冷头。其中，推移活塞组件6的左出口与压缩机机芯的压缩腔气体出口连在一起，压缩机8和推移活塞组件6通过管路连接冷头。冷头由散热器711、回热器712、冷量换热器713、脉管714与气体均匀器715组成。

压缩机8的机芯的结构如图2所示，包括外定子80、内定子81、线圈83、磁铁84、压缩气缸85与压缩活塞82，压缩气缸85与压缩活塞82围成压缩腔，压缩活塞82中部设有压缩腔气体出口。外定子80与线圈83和压缩活塞82构成静子，磁铁84和内定子81与压缩气缸85构成动子，动子与静子通过右左两个片弹簧组件2支撑连接，从而保证压缩气缸85与压缩活塞82之间有微小间隙而不接触，微小间隙即为压缩机间隙密封。

推移活塞组件6的结构如图3所示，包括推移活塞气缸61、推移活塞气缸盖60、推移活塞支撑62、推移活塞63与片弹簧组件2组成。片弹簧组件2将推移活塞63支撑在推移活塞气缸61内形成推移活塞间隙密封，在推移活塞组件中，推移活塞气缸61及推移活塞支撑62构成静子，推移活塞63构成动子。间隙密封隔开推移活塞左腔与右腔，分别通过推移活塞气缸盖60上的推移活塞左出口与推移活塞气缸61上的推移活塞右出口与外界相通。

其中，片弹簧组件2的结构如图4所示，片弹簧组件包括多个在轴向叠放的片弹簧，多个片弹簧采用螺栓连接。片弹簧如图5-6所示，包括三个连接簧片1，三个连接簧片1成组围绕一中心周向均匀布置，相邻的两个连接簧片1有部分在径向内外交错。单个连接簧片包括一体成型的弧形段111、直线段112以及连接弧形段111和直线段112的过渡段113。其中，过渡段113呈圆弧形，使弧形段111与直线段112圆弧过渡连接，避免应力集中。直线段112和弧形段111之间具有夹角而使连接簧片整体呈弯形臂，在三个连接簧片组成片弹簧时，相邻的两个连接簧片1中，一个连接簧片1的直线段112处于相邻连接簧片1的弧形段111的内侧。当然，需要说明的是，上述所描述的直线段、弧形段并非是指严格意义上的直线或弧形，而是意指包含直线或弧线以及近似直线或弧线的形状。

另外，直线段112的背离弧形段111的一端具有第一固定连接段114，弧形段111的背离直线段112的一端具有第二固定连接段115，第一固定连接段上设有连接孔120用于与动子固定连接，第二固定连接段同样设有连接孔120用于与定子固定连接，从而使片弹簧在动子与静子之间起到径向支撑作用。为了提高固定连接段的静子或动子的连接强度，相应地，本实施例做了优化的设计，即第一、第二固定连接段的宽度大于直线段和弧形段的宽度。当然，在其他片弹簧的实施方式中，第一、第二固定连接段的宽度完全可以等于直线段和弧形段的宽度，或者，在其他片弹簧的实施方式中，根据实际使用需要，第一、第二固定连接段的宽度小于直线段和弧形段的宽度也可。

多个片弹簧在层叠布置并与动子和静子连接时，如图4及7-10所示，轴向上相邻的两个连接簧片的第一固定连接段114之间垫设有内隔板30，第二固定连接段115之间垫设有外隔板20，在轴向最外侧的连接簧片的第一固定连接段114处还垫设有内压板50，在轴向最外侧的连接簧片的第二固定连接段115处还垫设有外压板40，相应地，外隔板20及外压板40上对应于连接簧片上的连接孔120分别设有外隔板穿孔21和外压板穿孔41，内隔板30及内压板50上对应于连接簧片上的连接孔120分别设有内隔板穿孔31和内压板穿孔51，以供连接螺栓依次穿过对应的各个孔对应于定子或静子连接。

具体地，为了合理和充分的利用动子和静子之间围成的环形空间，使三个连接簧片围成的形状近似圆环形，第一固定连接段114呈与弧形段111匹配的形状弯折，其第一外轮廓面1140与弧形段内轮廓面1110适配，三个第一固定连接段114的第一内轮廓面1141处于同一圆周上，当然，第一固定连接段114的第一外轮廓面1140在第一固定连接段114的端部与过渡段113的内轮廓面适配并延伸至直线段112内侧处。第二固定连接段115的第二内轮廓面1150呈直线延伸，与直线段112的直线段外轮面1121适配，第二固定连接段115的第二外轮廓面1151与弧形段111的弧形段外轮廓面1111处于同一圆周上，且三个连接簧片1的弧形段外轮廓面1111也处于同一圆周上。本实施例中，根据定子上设置的固定连接孔的布置，第二固定连接段115的背向弧形段的端面紧挨其上的连接孔的位置设置，为呈斜线延伸的斜线段1152。

如上述的这种连接簧片在加工时，可以直接在如图6所示的环形原料板9上直接冲裁出，这样不需要冲裁掉很多的原料，减少原料的浪费，在一定程度上节省了生产成本。

另外，采用上述的连接簧片围成的片弹簧充分利用金属，整体轮廓曲线较为流畅，同时保持连接簧片的在径向上起到支撑作用的部分弯曲程度相对低，保证了径向的刚度，提升了径向支撑效果；连接簧片整体面积较大，能够优化在轴向上可弹性变形的性能。整体上延长了压缩机的使用寿命。

当然，本发明的片弹簧并不仅限与上述描述的实施方式。

本发明还提供了其他几种不同形式的片弹簧的实施例。

例如，在片弹簧的具体实施例二中，片弹簧的结构如图11所示，其与片弹簧的实施例一的结构有较为明了的区别，即作为构成片弹簧的主要部件的三个连接簧片在第一固定连接段处通过内连接环130一体连接，即在冲裁加工片弹簧时，直接冲裁出作为一个整块片体的片弹簧，第一固定连接段114上同样还设有用于与动子连接的连接孔120。这样的片弹簧整体上成一体结构，减少了零部件数量，便于运输和装配；第一固定连接段114连成一体，也进一步提升了片弹簧的径向刚度。

类似的变形方式，如图12所示的片弹簧的第三种实施例中所包含的片弹簧，其除了三个连接簧片的第一固定连接段通过内连接环130一体连接外，其第二固定连接段115还通过外连接环140一体连接。这种片弹簧的径向内外都一体连接，径向刚度更大，使用时对动子和静子的弹性支撑效果更好。当然，也可以很容易的想到另一种片弹簧的变形，即三个连接簧片的第二固定连接段通过外连接环一体连接，而第一固定连接段依旧相互独立。

较为接近的变形方式，如图13所示的片弹簧的第四种实施方式中所包含的片弹簧，作为构成片弹簧的主要部件的三个连接簧片在第一固定连接段处通过内连接环130一体连接，即在冲裁加工片弹簧时，直接冲裁出作为一个整块片体的片弹簧，而且，该内孔直接作为与动子固定连接的连接孔，此时，不需要在第一固定连接段上设置连接孔，第一固定连接段间接的通过内连接环130与动子固定连接。这种结构形式片弹簧的整体面积更大，除了更好的起到径向支撑作用外，轴向可弹性变形的性能也得到提升，使用寿命较长。

或者再例如片弹簧的第五种实施方式，其片弹簧如图14所示，其与第一种片弹簧的实施例的区别也能够从图中较为明显的看出，根据连接簧片与定子上对应的连接孔的位置不同，第二固定连接段的形状整体呈弓形，其外轮廓为劣弧，与弧形段的外轮廓面处于同一圆周上，且在第二固定连接段的背离弧形段的端部与第二固定连接段的内轮廓圆角过渡连接。这种结构设计在多个连接簧片构成片弹簧时，整体上形成较为完整的环形，最大可能的利用了静子和动子所围出的环形空间，尽可能的提高空间利用率，对于片弹簧来讲，整体的刚度实现了最大化。

还有更多的片弹簧的不同实施例，例如，构成一个片弹簧的连接簧片也可以有两个或四个，当连接簧片有四个时，其结构形式和布置形式与实施例中的三个连接簧片的布置形式类似，均呈弯形臂，且直线段处于相邻的两节簧片的弧形段的内侧。这样的话能够使片弹簧与静子和动子之间的连接位置更多，连接强度更强；第一固定连接段、第二固定连接段的宽度也可以与直线段和弧形段的宽度尺寸相当，此时，第二固定连接段的内侧面与直线段的外轮廓也可以不具备吻合匹配的对应关系。当连接簧片有两个时，其布置方式可以在围绕同一中心均布，此时呈弯臂状的连接簧片的弧形段和直线段的夹角较实施例一中的连接簧片的弧形段和直线段的夹角大，或者，在布置时也可以不均匀，例如直接在实施例一的片弹簧所包含的三个连接簧片中的一个省去。

此外，在上述所列举的各种片弹簧的实施例的基础上，还可以改进得到更为优化的方案，例如为了防止连接簧片扎手和可能存在的应力集中，连接簧片的第二固定连接段在背向弧形段的一侧在斜线段与内外侧轮廓线的交汇位置处倒圆角。相应地，片弹簧组件在对应于第二固定连接段处设置的压板和隔板也相应的倒圆角。根据使用需要，其他有尖角的地方也可有倒角。片弹簧的加工方法各种各样，如冲压，线切割等。

由于本发明的连接簧片的具体结构可以与上述的片弹簧的各种实施例中的连接簧片结构相同，连接簧片的实施例就不再展开描述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种连接簧片，在使用时，至少两个成组围绕一中心周向布置，相邻的两个有部分在径向内外交错；

其特征是，包括：

直线段，及弧形段；

直线段和弧形段圆弧过渡连接，直线段的背离弧形段的一端具有第一固定连接段，弧形段的背离直线段的一端具有第二固定连接段；

直线段和弧形段之间具有夹角而使连接簧片整体呈弯形臂，使用时，直线段处于相邻连接簧片的弧形段内侧；

所述第一固定连接段的外侧面与弧形段的内轮廓吻合匹配，在使用时，第一固定连接段顺沿相邻连接簧片的弧形段弯曲延伸；

第一固定连接段上设有用于与动子连接的连接孔。

2.根据权利要求1所述的连接簧片，其特征是，第二固定连接段的外轮廓与弧形段的外轮廓处于同一圆弧上。

3.根据权利要求1所述的连接簧片，其特征是，第一、第二固定连接段的宽度大于直线段和弧形段的宽度。

4.根据权利要求1所述的连接簧片，其特征是，所述第二固定连接段的内侧面与直线段的外轮廓吻合匹配，在使用时，第二固定连接段顺沿相邻连接簧片的直线段的外侧面延伸。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的连接簧片，其特征是，第二固定连接段的端部轮廓为斜线形。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的连接簧片，其特征是，第二固定连接段的外轮廓为劣弧，且在其背离弧形段的端部与内轮廓圆角过渡连接。

7.片弹簧，包括：

至少两个连接簧片围绕一中心周向布置、相邻的两个连接簧片有部分在径向内外交错构成的成组连接簧片；

其特征是，所述连接簧片为权利要求1-6任意一项所述的连接簧片。

8.根据权利要求7所述的片弹簧，其特征是，成组连接簧片的第一固定连接段通过连接环一体连接，第一固定连接段上设有用于与动子连接的连接孔，或连接环的内孔用于与动子连接。

9.根据权利要求7或8所述的片弹簧，其特征是，所述片弹簧还包括外连接环，外连接环将成组的连接簧片围在内部，且成组连接簧片的第二固定连接段与外连接环一体连接。

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