[發明專利]一種阿基米德螺線板彈簧

在審

• 申請號: 201711220857.4
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108167359A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 陳曦;楊厚成
• 申請（專利權）人: 陜西仙童科技有限公司
• 主分類號: F16F1/18
• 分類號: F16F1/18
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王永偉;陸惠中

本發明公開了一種阿基米德螺線板彈簧，包括設定基圓的圓形板材和設置于所述板材上圍繞所述基圓設置的四條渦旋臂、四條渦旋槽，其特征在于：四條所述渦旋槽圍繞基圓呈90°角對稱分布，所述渦旋槽型線為封閉結構設置，所述渦旋槽型線的中心線由阿基米德螺線方程：r＝a+bθ確定，其中：a、b為常數，a用于調整偏離渦旋線極點的距離，b用于調整型線擴張的速度；r為極徑；θ為極角；本發明通過構造新型的阿基米德螺線并將渦旋槽對稱分布設置，封閉端光滑過渡，利用板彈簧的兩臂分散所受應力，使應力更均勻地分布在彈簧臂上，提高了彈簧的可靠性，并具有較大的徑向剛度和合適的軸向剛度，本發明型線表達和設計簡單，易于機械加工。

技術領域

本發明是涉及一種板彈簧，具體說，是涉及一種阿基米德螺線板彈簧，特別適用于線性壓縮機。

背景技術

板彈簧是在中心開孔的圓形彈性片狀材料上構造出一組具有適當幾何尺寸的渦旋槽，形成可振動的彈性臂，從而使片狀材料具有一定的軸向剛度和徑向剛度。一般用于支撐氣缸中的壓縮活塞和膨脹活塞，不但可以保持運動過程活塞與氣缸的密封間隙，還可以調節壓縮活塞與膨脹活塞的相位差，為活塞的往復振動提供足夠的剛度和一定的行程，廣泛應用于使用直線電機作為機電轉換裝置的聲能制冷機和聲能發電機中，對保證機器的穩定高效運行具有重要作用。

根據彈性臂數不同，板彈簧可以分為二、三、四臂及多臂彈簧。根據渦旋槽的空間分布，可分為同心型板彈簧和偏心型板彈簧。根據渦旋槽寬不同，可分為變槽寬彈簧和不變槽寬彈簧。

板彈簧的性能主要體現在疲勞強度、軸向剛度、徑向剛度及自然頻率這四個方面。由于工作需要，彈簧往復運動超過20億次，要求彈簧在工作時各處應力趨于一致，消除應力集中，并使最大應力遠小于材料的疲勞極限；在低溫制冷機中，直線壓縮機的運動狀態均為直線往復運動，作為振子系統的彈性部件，彈簧軸向剛度對于整個壓縮機能耗和運行穩定性有非常重要的作用；直線壓縮機中彈簧直接與活塞相連，彈簧支撐活塞及電機動子組件，較大的徑向剛度能夠保證活塞運動不受側向力影響而偏離平衡位置，保證氣缸的活塞之間的間隙密封，氣缸的活塞之間的密封間隙越小，壓縮活塞的泄露損失就越小；柔性彈簧隨主軸作高速往復運動，其運動頻率受制于彈簧片自然頻率，為避免柔性彈簧臂發生共振而斷裂，則必須使直線壓縮機的運行頻率避開柔性彈簧的自然頻率。

上述板彈簧的四個性能指標與彈簧幾何結構密切相關。結構參數中可以調整的參數有彈簧厚度、型線方式、內外螺孔的開口位置和大小，以及彈簧外徑。其中，螺孔的位置和外徑受外界接口尺寸的限制，調整的余地不大。在型線不變的前提下彈簧厚度加大，軸向剛度和徑向剛度增大，可提供的行程減小，因此，當彈簧外徑和接口尺寸受限，同時制冷機需要提供較大的徑向剛度、軸向剛度和大的活塞行程時，單一改變彈簧厚度就不能滿足性能的需求，從而改變型線成為一種有效的方法。

阿基米德螺線又稱等速螺線，其極坐標方程為：

r＝a+bθ

其直角坐標方程為：

x＝(R+Vθ)cosθ

y＝(R+Vθ)sinθ

為解決上述問題，有中國專利201010225430.5公開了一種柔性彈簧，以費馬曲線方程確定型線且型線共有三條，通過調整渦旋槽型線起始發生角和略角控制型線起始位置和終了位置，通過改變渦旋槽型線起點半徑和渦旋系數控制型線形狀。該發明渦旋槽封閉方法使用圓弧過渡，但設計方法復雜且封閉型線偏向一側，其軸向剛度、徑向剛度不足，而且不便于機械加工；也有中國專利201420814666.6公開了一種板彈簧，其具有兩條彈性臂，型線由若干對同心圓弧或偏心圓弧相切而成，兩種圓弧由內向外半徑逐漸增大，且其圓心均在同一條直線上。該板彈簧的缺點是：型線由多條同心圓弧和偏心圓弧組成，且圓弧間要保證相切過渡，所以型線表達和設計復雜，機械加工困難。因此，本領域渴望開發一種型線表達和設計簡單的阿基米德螺線板彈簧，易于機械加工，同時滿足具有一定徑向剛度、軸向剛度的、自然頻率和疲勞強度的應用需求，將具有良好的應用前景和經濟價值。