[發(fā)明專利]直線壓縮機蝸旋板彈簧徑向剛度的測試裝置及制造方法

有效

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• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104330249A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設計）人: 黨海政
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發(fā)明涉及直線壓縮機中的的板彈簧檢測技術，特別涉及一種直線壓縮機蝸旋板彈簧徑向剛度的測試裝置及制造方法。

背景技術

直線壓縮機(或稱線性壓縮機)是往復式活塞壓縮機的一種，也是具有革新意義的一種往復式活塞壓縮機。它利用直線電機驅(qū)動活塞在氣缸中作往復直線運動，理論上完全消除了對活塞的徑向作用力，因而也消除了活塞和氣缸壁之間的機械磨損以及由此產(chǎn)生的無用功，工作壽命和能量轉(zhuǎn)化效率都大幅度提高，故而在需要長壽命、高可靠和高效率工作的航空、航天、軍事等特殊領域有著非常重要的應用。例如，目前航空航天領域應用最為廣泛的兩類長壽命回熱式低溫制冷機——脈沖管制冷機和斯特林制冷機，絕大多數(shù)都采用直線壓縮機作為其動力源。

國際上應用于航空航天等領域的直線壓縮機主要采用牛津型結構形式。所謂“牛津型”，其得名源于英國牛津大學的兩項重要技術發(fā)明——間隙密封和板彈簧支撐，這兩項技術是直線壓縮機實現(xiàn)無油潤滑而能長壽命運轉(zhuǎn)的關鍵保障。

間隙密封的實質(zhì)是使運動的活塞和氣缸內(nèi)壁之間始終保持微小的間隙(稱為氣隙，厚度為微米量級)。間隙密封技術以非接觸式的氣體動密封方式取代了接觸式的固體密封，從而巧妙而徹底地解決了活塞與氣缸之間的接觸磨損以及常規(guī)固體密封所需的油潤滑帶來的污染問題，對于無油潤滑式長壽命直線壓縮機的發(fā)展影響深遠。

板彈簧支撐技術的主要作用是實現(xiàn)和長期維持所需的間隙密封。板彈簧一般由一組或數(shù)組薄彈簧片組成，這些彈簧片被設計成在徑向上剛度很大，而在軸向上剛度較小。活塞軸被固定于板彈簧的中心，以此來保證活塞在氣缸內(nèi)始終沿軸向運動，而不在徑向上發(fā)生偏移，從而嚴格保證活塞與氣缸內(nèi)壁之間的氣隙厚度。

由上述論述可知，板彈簧在直線壓縮機技術中起著核心的關鍵作用，板彈簧設計與制造質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響到間隙密封的效果，從而對直線壓縮機的效率、可靠性和工作壽命都產(chǎn)生決定性的影響。

在實踐中，蝸旋板彈簧是直線壓縮機最為常用的板彈簧類型，它有數(shù)條蝸旋臂組成，分為蝸旋槽、外緣、內(nèi)緣、中心孔和外緣固定孔等關鍵部位。蝸旋板彈簧的設計開發(fā)需要經(jīng)過復雜的計算并利用建模分析的方法盡量使結構得到優(yōu)化，以獲得所需的關鍵參數(shù)值。在投入實用之前，還需要對設計和加工完成的實物樣品進行詳細的檢驗分析和測試，對比設計計算和模型分析，找出材料和加工工藝方面可能存在的問題，并獲取在結構上進一步優(yōu)化的反饋信息。在這其中，軸向剛度和徑向剛度的測量是非常關鍵的兩項測試。

相比較軸向剛度，蝸旋板彈簧徑向剛度的測量要求更高，因為在徑向方向上，當蝸旋板彈簧內(nèi)緣和外緣分別固定并施加拉力或壓力時，只有內(nèi)緣和外緣的受力方向完全重疊時，才能準確測出板彈簧的徑向強度。否則，只要出現(xiàn)微小的偏置，板彈簧就會產(chǎn)生翻折，整個測試過程完全失效。因而，實踐中，對用于蝸旋板彈簧徑向剛度測量的測試裝置要求十分嚴格，它需要固定板彈簧的內(nèi)、外緣，并能將受力方向嚴格控制在一條直線上；尤為困難的是，這兩個受力方向均為蝸旋板彈簧的徑向，蝸旋板彈簧一般都是厚度低于1.0mm的薄片，這給徑向剛度的測量無形中增加了許多困難。由于長壽命牛津型直線壓縮機在國內(nèi)的發(fā)展還處于起步階段，故而用于其蝸旋板彈簧徑向剛度的專用測試裝置還不多見。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出一種直線壓縮機蝸旋板彈簧徑向剛度的測試裝置及制造方法。

本發(fā)明的目的在于，通過所發(fā)明的測試裝置分別固定蝸旋板彈簧的內(nèi)緣和外緣，使內(nèi)緣和外緣相互之間在分別受力的狀態(tài)下產(chǎn)生位移，又能使兩個受力方向完全重疊，以便準確測量出板彈簧在徑向受力之后的位移量和對應的強度值以及變化趨勢，為蝸旋板彈簧的設計優(yōu)化和制作提供準確實測數(shù)據(jù)的對比及參考。

所發(fā)明的直線壓縮機蝸旋板彈簧徑向剛度的測試裝置包括上吊耳1、定位銷2、蓋板3、底座4、固定螺釘5、固定螺母6、下吊耳7、內(nèi)墊圈8、外墊圈9、內(nèi)墊片10、外墊片11，其中：

上吊耳1的上部加工有與上吊耳上端面41垂直的上吊耳螺紋孔13，側(cè)向加工有橫向貫通上吊耳1的上吊耳定位銷孔12；

蓋板3的一側(cè)加工有蓋板定位圈20，另一側(cè)加工有蓋板導向槽18，中心開有蓋板中心孔21，沿蓋板3的外緣圓周加工有與板彈簧外緣固定孔36數(shù)目相同的蓋板外緣固定孔37，并開有一個橫向貫通蓋板3的蓋板定位銷孔19；