CN206072188U - 板弹簧和压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种板弹簧和压缩机。该板弹簧包括基板，基板上开设有至少两条呈螺旋状延伸的开口，基板的位于相邻两条开口之间的部分形成弹性臂，其特征在于，开口包括N个依次连接的圆弧对，每个圆弧对包括内圆弧和外圆弧；第1～N个内圆弧分别依次以基准多边形的一个顶点为圆心；第1～K个外圆弧分别依次以基准多边形的一个顶点为圆心，第K+1～N个外圆弧分别以偏离顶点的位置为圆心，其中1<K<N‑1；其中，圆弧对、内圆弧及外圆弧均沿远离基准多边形的方向由1至N依次编号。本实用新型由于采用了上述弹性臂的轮廓线成型方式，可以更好地实现对板弹簧弹性臂的臂宽以及间隙等参数的调节，具有低等效质量、高刚度、高固有频率的特性。

Description

板弹簧和压缩机

技术领域

本实用新型涉及压缩机领域，特别涉及一种板弹簧和压缩机。

背景技术

板弹簧是一种在平板上按照特定的线型刻蚀出的零件，一般应用于往复运动的机械中。板弹簧支撑技术是线性压缩机的关键技术之一，其主要作用是将线性电机动子支撑起来，使其能沿运动方向往复运动。相对于传统的圆柱弹簧，板弹簧具有较大的径向刚度，使得活塞在运动过程中不会由于振动而产生径向位移，避免了活塞与气缸之间的同轴度偏移过大而导致的摩擦所引起的过度磨损以及噪声。由于板弹簧的轴向刚度远小于径向刚度，因此线性压缩机的活塞也可以自由的在气缸中进行往复运动。另一方面也能够对直线电机动子沿板弹簧径向方向进行稳定支撑，保证直线电机动定子气隙稳定，进而保证电机性能的稳定性。

现有技术中的板弹簧通常包括直线臂板弹簧和涡旋臂板弹簧，这两种板弹簧通常存在等效质量过大的缺点，为满足直线电机所需要的高刚度以及高固有频率的要求，往往需要增加零件的质量。因此，这两种板弹簧由于其自身的结构限制，难以满足低等效质量、高刚度以及高固有频率的要求。

专利号为CN201420814666.6的专利公开一种板弹簧。如图1所示，该板弹簧包括两条弹性臂100和一用于安装定位的固定装置120，两条弹性臂100结构相同，均由若干对同心圆弧或偏心圆弧相切而成，该若干对同心圆弧或偏心圆弧由内向外半径逐渐增大，且所有所述同心圆弧或偏心圆弧的圆心均在同一条直线上。两条所述弹性臂100的初始端相切，其连接处设置有一个内固定孔101，两条弹性臂100以所述内固定孔101为中心均匀分布，所述的固定装置120上设有外固定孔110。

但是，采用上述板弹簧的弹性臂的成型方式会给图1的板弹簧带来以下缺陷：(1)该板弹簧的弹性臂的臂宽与弹性臂之间的间隙无法根据实际的使用情况和使用要求进行自由方便的调整；(2)由于采用上述弹性臂成型方式，两条弹性臂中间连接处设置中心孔的位置结构会对板弹簧整体尺寸的调整产生一定的限制，其中心孔直径至少需要小于板弹簧弹性臂臂宽，使得整个板弹簧的整体尺寸偏大，无法实现小型化；(3)该板弹簧中心固定孔处机械强度以及使用安全系数较低，可靠性较低；(4)该板弹簧中心固定孔的配合件易沿中心孔轴线周向方向发生旋转，无法实现沿中心孔周向的完全自由度约束。

发明内容

本实用新型提供了一种板弹簧和压缩机，以解决现有技术中的板弹簧无法自由调节弹性臂的臂宽及间隙的问题。

为解决上述问题，作为本实用新型的一个方面，提供了一种板弹簧，包括基板，所述基板上开设有至少两条呈螺旋状延伸的开口，所述基板的位于相邻两条所述开口之间的部分形成弹性臂，所述开口包括N个依次连接的圆弧对，每个所述圆弧对包括内圆弧和外圆弧；第1～N个内圆弧分别依次以基准多边形的一个顶点为圆心；第1～K个外圆弧分别依次以所述基准多边形的一个顶点为圆心，第K+1～N个外圆弧分别以偏离所述顶点的位置为圆心，其中1<K<N-1；其中，所述圆弧对、所述内圆弧及所述外圆弧均沿远离所述基准多边形的方向由1至N依次编号。

优选地，第1～N个内圆弧及第1～K个外圆弧所对应的圆心角均为360/n度，其中，n为所述基准多边形的边数。

优选地，第1个圆弧对的内圆弧半径为R(1,1)、外圆弧半径为R(1,2)，且R(1,2)＝R(1,1)+D1，则第1～K个所述内圆弧的半径和外圆弧的半径为：第m个圆弧对的内圆弧半径为R(m,1)＝R(m-1,1)+L，第m个圆弧对的外圆弧半径为R(m,2)＝R(m,1)+D1，且D1+D2＝2*L；其中，m为圆弧对的编号，且2≤m≤K；D1为位于两个弹性臂间的所述开口的宽度；D2为弹性臂的宽度；L为上一圆弧对的圆心至当前圆弧对的圆心的距离。

优选地，第1个内圆弧的自由端与第1个外圆弧的自由端通过第一圆弧连接，所述第一圆弧同时与第1个内圆弧及第1个外圆弧相切。

优选地，第K+1个内圆弧的半径为：R(K+1,1)＝R(K,1)+L，第K+1个外圆弧的半径为：R(K+1,2)＝R(K,2)+M1；其中，M1为第K个外圆弧的圆心至第K+1个外圆弧的圆心之间的偏心距离，且所述第K+1个外圆弧的圆心位于第K个外圆弧的终点对应的半径所在的直线上、且位于所述第K+1个内圆弧的圆心的远离所述基准多边形的一侧。

优选地，第K+1个内圆弧的半径为：R(K+1,1)＝R(K,1)+L，第K+1个外圆弧的半径为：R(K+1,2)＝R(K+1,1)+M1；其中，M1为第K+1个内圆弧的圆心至第K+1个外圆弧的圆心之间的偏心距离，且第K+1个外圆弧的圆心位于第K个外圆弧的终点对应的半径所在的直线上、且位于第K+1个内圆弧的圆心的远离基准多边形的一侧。

优选地，第K+2～N个内圆弧的半径为：R(s,1)＝R(s-1,1)+L，第K+2～N个外圆弧的半径为：R(s,2)＝R(s-1,2)+M2；其中，s为圆弧对的编号，且K+2≤s≤N；M2为上一外圆弧的圆心至当前外圆弧的圆心的偏心距离，且第s个外圆弧的圆心位于第s-1个外圆弧的终点对应的半径所在的直线上。

优选地，第N个内圆弧的自由端与第N个外圆弧的自由端通过第二圆弧连接，所述第二圆弧同时与第N个内圆弧及第N个外圆弧相切。

优选地，所述基准多边形为四边形。

优选地，所述四边形为正方形或长方形。

优选地，所述弹性臂的个数为两个或三个。

优选地，K＝N-2。

优选地，所述基板上还形成有位于各所述弹性臂的始端之间的防旋转固定孔。

优选地，所述防旋转固定孔包括中心孔以及由所述中心孔的边缘向外延伸的凹槽。

优选地，所述凹槽呈矩形或三角形。

优选地，所述凹槽的个数为多个，所述多个凹槽沿所述中心孔的周向均匀分布。

优选地，所述基板上还形成有相对所述基板的中心对称设置的两个外固定孔。

本实用新型还提供了一种压缩机，包括上述的板弹簧。

本实用新型由于采用了上述弹性臂的轮廓线成型方式，可以更好地实现对板弹簧的弹性臂循环周期、弹性臂的数量、板弹簧弹性臂的臂宽以及弹性臂之间的间隙等参数的调节，具有低等效质量、高刚度、高固有频率的特性。

附图说明

图1示意性地示出了现有技术中的板弹簧的结构示意图；

图2示意性地示出了本实用新型中采用正方形的顶点为圆心生成的板弹簧的结构示意图；

图3示意性地示出了本实用新型中的板弹簧的开口型线生成原理图；

图4示意性地示出了本实用新型中的板弹簧的侧视图；

图5示意性地示出了本实用新型中的板弹簧(图5a)与现有技术中的板弹簧(图5b)的弹性臂尾部应力对比图；

图6示意性地示出了现有技术中的板弹簧(图6a)与本实用新型中的板弹簧(图6b)的防旋转固定孔周围应力对比图；

图7示意性地示出了本实用新型中采用长方形的顶点为圆心生成的板弹簧的结构示意图；

图8示意性地示出了本实用新型中中心孔相对的两端采用三角形凹槽时的结构示意图。

图中附图标记：1、基板；2、开口；3、弹性臂；4、基准多边形；5、中心孔；6、凹槽；7、外固定孔。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图2至图8所示，本实用新型中的板弹簧包括基板1，在基板1上形成至少两条呈螺旋状延伸的开口2，这样，可在相邻两条开口2之间的部分处形成一条弹性臂3，因此，弹性臂3的个数与开口2的个数相关，在开口2的个数为两个的情况下，形成的弹性臂3为两条。优选地，每条弹性臂3的结构相同。优选地，弹性臂的个数为两个或三个。

与现有技术中的方式不同，本实用新型中的开口2型线是利用一个基准多边形4来生成的，该基准多边形4可以为正多边形，也可以为非正多边形。其中，每个开口2由N个依次连接的圆弧对构成，每个圆弧对包括内圆弧和外圆弧。为了方便描述，本实用新型对圆弧对、内圆弧及外圆弧均沿远离基准多边形4的方向由1至N依次编号，也就是说，最内圈的编号为1，最外圈的最后一段编号为N。

本实用新型通过下述方式形成所述型线，其中，所有的内圆弧分别依次以基准多边形4的一个顶点为圆心且半径逐渐增大，例如，图3中的第1个内圆弧的圆心为正方形的左上角的顶点，则其第2个内圆弧的圆心为左下角的顶点，如此类推并循环使用这些顶点。因此，如果存在第5个内圆弧，那么它与第1个内圆弧的圆心相同。优选地，内圆弧和外圆弧的弧长均小于1/2圆。

类似地，第1～K个外圆弧分别依次以基准多边形4的一个顶点为圆心且半径逐渐增大。但是，第K+1～N个外圆弧分别以偏离顶点的位置为圆心且半径逐渐增大，其中1<K<N-1。优选地，K＝N-2，即最后两段外圆弧采用偏心的方式生成，而其他外圆弧及内圆弧则采用同心的方式。

通过上述方式，本实用新型可以利用上述弹性臂的轮廓线成型方式，更好地实现对板弹簧的弹性臂循环周期、弹性臂的个数、板弹簧弹性臂的臂宽以及弹性臂之间的间隙等参数的调节，从而能够根据实际的使用情况与使用要求进行方便简洁的调整，而同时又具有低等效质量、高刚度、高固有频率的特性。

此外，本实用新型可为基板中心处的中心孔留出了更加宽阔的空间，可以提供孔径更大的中心孔，以适应不同应用场合的需求，因此避免了现有技术中由于中心孔的位置结构对板弹簧整体尺寸的调整会产生一定限制作用的问题。

更优选地，本实用新型中所有内圆弧及第1～K个外圆弧所对应的圆心角均为360/n度，其中，n为基准多边形4的边数。例如，当采用正方形或长方形时，该圆心角为90度，即采用1/4圆弧。

以图2至图6中采用正方形和1/4圆弧时生成的板弹簧为例，本实用新型中的板弹簧相较于背景技术中全部采用同心圆弧的板弹簧来说，能够降低板弹簧弹性臂上的应力，两者的某一应用实例的应力对比如图5所示。

根据图5的仿真结果可知，本实用新型板弹簧的弹性臂与图1所涉及的板弹簧相比，其弹性臂与基板连接处的应力能够降低50-150MPa左右，其原因可以归结为偏心过渡圆弧使弹性臂向基板由窄到宽的过渡部分更平滑，因此也能够使应力过渡更加平滑，减少应力集中的现象。

可见，在板弹簧中心发生相同位移的情况下，其开口(即间隙)型线的末尾采用过渡偏心圆弧的结构相较于全部采用同心圆弧的结构来说，具有较小的应力集中。

下面，参考图3对内圆弧和外圆弧的具体生成方式进行详细说明。为了描述方便起见，本实用新型中假设第1个圆弧对的内圆弧半径为R(1,1)、外圆弧半径为R(1,2)，且R(1,2)＝R(1,1)+D1。

对于第1～K个圆弧对来说，同一圆弧对所属的内圆弧与外圆弧为同心圆弧，其中，第m个圆弧对的内圆弧半径为R(m,1)＝R(m-1,1)+L，第m个圆弧对的外圆弧半径为R(m,2)＝R(m,1)+D1，且D1+D2＝2*L。

其中，m为圆弧对的编号，且2≤m≤K；D1为位于两个弹性臂间的开口2的宽度；D2为弹性臂的宽度；L为上一圆弧对的圆心至当前圆弧对的圆心的距离。优选地，基准多边形4为正方形，L为正方形的边长。弹性臂的宽度与两个弹性臂间的开口2的宽度之和等于二倍的正方形的边长。

优选地，第1个内圆弧的自由端与第1个外圆弧的自由端通过第一圆弧连接，第一圆弧同时与第1个内圆弧及第1个外圆弧相切。优选地，第一圆弧R0的半径为D1/2，以更好地降低应力集中的问题。

对于第K+1个内圆弧来说，其半径为R(K+1,1)＝R(K,1)+L，而与其对应的第K+1个外圆弧的半径为R(K+1,2)＝R(K,2)+M1。其中，M1为第K个外圆弧的圆心至第K+1个外圆弧的圆心之间的偏心距离，且第K+1个外圆弧的圆心位于第K个外圆弧的终点对应的半径所在的直线上、且位于第K+1个内圆弧的圆心的远离基准多边形4的一侧。

在另一个可替代的方式中，对于第K+1个内圆弧来说，其半径为R(K+1,1)＝R(K,1)+L，而与其对应的第K+1个外圆弧的半径为R(K+1,2)＝R(K+1,1)+M1。M1为第K+1个内圆弧的圆心至第K+1个外圆弧的圆心之间的偏心距离，且第K+1个外圆弧的圆心位于第K个外圆弧的终点对应的半径所在的直线上、且位于第K+1个内圆弧的圆心的远离基准多边形4的一侧。这两个方式的M1相差一个L的长度。

剩余的第K+2～N个内圆弧的半径为：R(s,1)＝R(s-1,1)+L，第K+2～N个外圆弧的半径为：R(s,2)＝R(s-1,2)+M2。其中，s为圆弧对的编号，且K+2≤s≤N；M2为上一外圆弧的圆心至当前外圆弧的圆心的偏心距离，且第s个外圆弧的圆心位于过第s-1个外圆弧的终点对应的半径所在的直线上。

优选地，第N个内圆弧的自由端与第N个外圆弧的自由端通过第二圆弧R1连接，第二圆弧同时与第N个内圆弧及第N个外圆弧相切，第二圆弧R1的半径可在合理范围内任意选择。

对于三条及以上的弹性臂，只需形成一组弹性臂开口型线，然后进行圆周阵列出三组以上即可形成三条及以上的弹性臂，对于首组开口型线满足所述要求即可。

通过对以上各种参数的调整，可以使本实用新型满足不同的使用空间、不同的刚度要求、不同的固有频率的要求等情况，同时板弹簧又能具有较小的等效质量，例如：

(1)对弹性臂的圆弧对循环周期进行调整。通过调整所使用的圆弧对的数量，能够方便的调整所需要弹性臂的总长度。

(2)可在更少限制条件的情况下，调整板弹簧的总体尺寸。通过调整中心成型多边形的边数及边长、以及最外侧两条偏心圆弧的偏心距离，能够方便的调整整个板弹簧的整体尺寸，此外，还可使板弹簧的中心孔部位具有更大的空间，可根据实际需要进行调整，从而增加中心固定孔附近的机械强度、可靠性以及使用安全系数，进而保证了整个板弹簧的寿命。

(3)对板弹簧弹性臂的臂宽与弹性臂间隙的比例进行调整。由于弹性臂的臂宽与弹性臂的间隙宽度满足D1+D2＝2*L的关系，因此，增加D1的尺寸则相应会减小D2的尺寸，同样地，如果增加D2的尺寸则会减小D1的尺寸。因此，能够根据需要在满足使用要求的情况下随意调整D1与D2的比例关系。

在图2至图8所示的实施例中，本实用新型的基准多边形4采用四边形，当然实际当中也可以采用三角形、五边形、六边形等。其中，图2至图6的实施例中，采用的是正方形，而在图7所示的实施例中则可以采用长方形。

如图7所示，采用长方形生成的板弹簧与图2至图6中最优实施案例中的板弹簧的弹性臂略微有一些不同。图7中，板弹簧的弹性臂会沿着长方形的对角线方向发生一定的缩放，其中一条对角线上的同心圆弧会略微向内偏移，而另一条对角线上的同心圆弧会向外偏移。根据仿真结果显示，图7中的板弹簧的固有频率低于最优实施例。由于采用了长方形来生成板弹簧，因此图7中的弹性臂的径向刚度沿不同的角度方向具有较大差异，适用于比较特殊的场合。

现有技术中的板弹簧(如图1)的中心固定孔为圆孔，与其配合的零件易发生相对旋转，无法实现沿中心轴周向的完全自由度约束。为此，本实用新型在基板1上还形成有防旋转固定孔，其位于各弹性臂3的始端之间。为了达到防旋转的目的，本实用新型中的防旋转固定孔包括中心孔5和凹槽6，其中，凹槽6为由中心孔5的边缘向外延伸的凹槽6，从而形成一个防旋转结构。例如，凹槽呈矩形或三角形。当然，本领域技术人员也可以采用本领域常规的其他防旋转结构，均属于本实用新型的等同替换方式。采用该结构形式，能够有效的防止与板弹簧相配合的零件(如圆形轴等)在安装固定时发生沿中心孔的中心轴线周向方向的旋转，使该零件进行更合适的自由度约束。优选地，凹槽6的个数为多个(例如两个)，且其沿中心孔5的周向均匀分布。

与图1涉及的现有技术中的板弹簧相比，本实用新型中的防旋转固定孔周边的型线结构能够有效提升板弹簧中心部位的机械强度、可靠性以及寿命，二者的某一应用实例的应力对比情况如图6所示。

根据图6的仿真结果可知，本实用新型中的板弹簧中心孔附近的应力分布比较均匀，约为30MPa左右，而图1中的板弹簧中心孔附近的应力集中现象则约为本实用新型的2-3倍，其原因是本实用新型的板弹簧中心孔附近结构型线采用了更多的圆弧线进行拟合，使其过渡更加平滑，从而使应力分布过渡更加平滑。另一方面，本实用新型中的板弹簧在其中心孔附近的材料有效面积也比图1中的板弹簧大，因而能够更加有效的使应力分布均匀，进而减小应力集中的情况。

优选地，基板1上还形成有相对基板1的中心对称设置的两个外固定孔7。

本实用新型还提供了一种压缩机，特别是一种线性压缩机，其包括上述的板弹簧。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种板弹簧，包括基板(1)，所述基板(1)上开设有至少两条呈螺旋状延伸的开口(2)，所述基板(1)的位于相邻两条所述开口(2)之间的部分形成弹性臂(3)，其特征在于，

所述开口(2)包括N个依次连接的圆弧对，每个所述圆弧对包括内圆弧和外圆弧；

第1～N个内圆弧分别依次以基准多边形(4)的一个顶点为圆心；

第1～K个外圆弧分别依次以所述基准多边形(4)的一个顶点为圆心，第K+1～N个外圆弧分别以偏离所述顶点的位置为圆心，其中1<K<N-1；

其中，所述圆弧对、所述内圆弧及所述外圆弧均沿远离所述基准多边形(4)的方向由1至N依次编号。

2.根据权利要求1所述的板弹簧，其特征在于，第1～N个内圆弧及第1～K个外圆弧所对应的圆心角均为360/n度，其中，n为所述基准多边形(4)的边数。

3.根据权利要求2所述的板弹簧，其特征在于，第1个圆弧对的内圆弧半径为R(1,1)、外圆弧半径为R(1,2)，且R(1,2)＝R(1,1)+D1，则第1～K个所述内圆弧的半径和外圆弧的半径为：

第m个圆弧对的内圆弧半径为R(m,1)＝R(m-1,1)+L，

第m个圆弧对的外圆弧半径为R(m,2)＝R(m,1)+D1，

且D1+D2＝2*L；

其中，m为圆弧对的编号，且2≤m≤K；D1为位于两个弹性臂间的所述开口(2)的宽度；D2为弹性臂的宽度；L为上一圆弧对的圆心至当前圆弧对的圆心的距离。

4.根据权利要求3所述的板弹簧，其特征在于，第1个内圆弧的自由端与第1个外圆弧的自由端通过第一圆弧连接，所述第一圆弧同时与第1个内圆弧及第1个外圆弧相切。

5.根据权利要求3所述的板弹簧，其特征在于，

第K+1个内圆弧的半径为：R(K+1,1)＝R(K,1)+L，

第K+1个外圆弧的半径为：R(K+1,2)＝R(K,2)+M1；

其中，M1为第K个外圆弧的圆心至第K+1个外圆弧的圆心之间的偏心距离，且所述第K+1个外圆弧的圆心位于第K个外圆弧的终点对应的半径所在的直线上、且位于所述第K+1个内圆弧的圆心的远离所述基准多边形(4)的一侧。

6.根据权利要求3所述的板弹簧，其特征在于，

第K+1个内圆弧的半径为：R(K+1,1)＝R(K,1)+L，

第K+1个外圆弧的半径为：R(K+1,2)＝R(K+1,1)+M1；

其中，M1为第K+1个内圆弧的圆心至第K+1个外圆弧的圆心之间的偏心距离，且第K+1个外圆弧的圆心位于第K个外圆弧的终点对应的半径所在的直线上、且位于第K+1个内圆弧的圆心的远离基准多边形(4)的一侧。

7.根据权利要求5或6所述的板弹簧，其特征在于，

第K+2～N个内圆弧的半径为：R(s,1)＝R(s-1,1)+L，

第K+2～N个外圆弧的半径为：R(s,2)＝R(s-1,2)+M2；

其中，s为圆弧对的编号，且K+2≤s≤N；M2为上一外圆弧的圆心至当前外圆弧的圆心的偏心距离，且第s个外圆弧的圆心位于第s-1个外圆弧的终点对应的半径所在的直线上。

8.根据权利要求7所述的板弹簧，其特征在于，第N个内圆弧的自由端与第N个外圆弧的自由端通过第二圆弧连接，所述第二圆弧同时与第N个内圆弧及第N个外圆弧相切。

9.根据权利要求1所述的板弹簧，其特征在于，所述基准多边形(4)为四边形。

10.根据权利要求9所述的板弹簧，其特征在于，所述四边形为正方形或长方形。

11.根据权利要求1所述的板弹簧，其特征在于，所述弹性臂的个数为两个或三个。

12.根据权利要求1所述的板弹簧，其特征在于，K＝N-2。

13.根据权利要求1所述的板弹簧，其特征在于，所述基板(1)上还形成有位于各所述弹性臂(3)的始端之间的防旋转固定孔。

14.根据权利要求13所述的板弹簧，其特征在于，所述防旋转固定孔包括中心孔(5)以及由所述中心孔(5)的边缘向外延伸的凹槽(6)。

15.根据权利要求14所述的板弹簧，其特征在于，所述凹槽呈矩形或三角形。

16.根据权利要求14所述的板弹簧，其特征在于，所述凹槽(6)的个数为多个，所述多个凹槽(6)沿所述中心孔(5)的周向均匀分布。

17.根据权利要求14所述的板弹簧，其特征在于，所述基板(1)上还形成有相对所述基板(1)的中心对称设置的两个外固定孔(7)。

18.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求1至17中任一项所述的板弹簧。