專利名稱：采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直線壓縮機(jī)，尤其涉及一種采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性 壓縮機(jī)。
背景技術(shù)：
直線壓縮機(jī)在低溫工程中為斯特林制冷機(jī)、脈管制冷機(jī)等提供動態(tài)壓力波，為整 個制冷循環(huán)提供動力。低溫制冷機(jī)在航天、軍事、低溫電子學(xué)低溫電子學(xué)、低溫醫(yī)學(xué)、氣象、 氣體液化等諸多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，這些應(yīng)用場合對低溫制冷機(jī)的可靠性、低振動和長 壽命提出越來越嚴(yán)格的要求。其中壓縮機(jī)工作的穩(wěn)定性、工作過程中的長壽命和壓縮機(jī)的 體積是制冷機(jī)發(fā)展中的主要瓶頸。對于傳統(tǒng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動的壓縮機(jī)系統(tǒng)，由于活塞與 氣缸之間存在摩擦，產(chǎn)生了垂直于活塞運(yùn)動方向的側(cè)向力，長期工作在這種狀態(tài)下的活塞 和氣缸容易產(chǎn)生較大的磨損，使得制冷機(jī)性能惡化，產(chǎn)生較大的振動，限制了其在空間和紅 外等領(lǐng)域的應(yīng)用。線性壓縮機(jī)采用直線電機(jī)驅(qū)動，將電磁力直接轉(zhuǎn)化為活塞往復(fù)運(yùn)動的驅(qū) 動力，避免了由曲柄連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化所帶來的損失，由于活塞運(yùn)動方向和氣缸平行，不存在活 塞和氣缸之間的側(cè)向力，因此，可使壓縮機(jī)工作壽命提高，振動減小，噪聲相比旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī) 也有較大的降低。線性壓縮機(jī)采用新型的板彈簧支撐技術(shù)和無油潤滑技術(shù)，為壓縮機(jī)穩(wěn)定 工作提供可靠的保障。柔性板彈簧為活塞提供徑向支撐和軸向自由的往復(fù)運(yùn)動，較大的徑 向剛度，使活塞運(yùn)動中不會上下晃動而產(chǎn)生徑向位移，避免了活塞和氣缸之間的直接接觸； 板彈簧的軸向剛度遠(yuǎn)小于其徑向剛度，可以使活塞在氣缸中自由運(yùn)動。間隙密封技術(shù)代替 了傳統(tǒng)的活塞環(huán)部件，活塞和氣缸之間的無接觸避免了磨損的發(fā)生，同時運(yùn)動中可保證壓 縮腔和背壓腔之間的密封，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定。因此，線性壓縮機(jī)可滿足高可靠性、低振動、低 噪聲和長壽命的應(yīng)用要求。直線壓縮機(jī)多采用板彈簧板彈簧支撐系統(tǒng)為活塞提供支撐，保證活塞和氣缸之間 的間隙密封的要求，提高壓縮機(jī)的效率。板彈簧組件同樣可以為壓縮機(jī)活塞軸提供軸向剛度，保證壓縮機(jī)在工作的過程中 不會產(chǎn)生較大的震動。采用無油潤滑間隙密封方法可以有效防止壓縮機(jī)在工作過程中不會有潤滑油進(jìn) 入氣缸，污染工質(zhì)氣體。經(jīng)文獻(xiàn)搜索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利申請公開號1585857A.名稱為直線壓縮機(jī)，該發(fā) 明自述為本發(fā)明涉及的直線壓縮機(jī)，由氣缸、活塞、缸體端面、構(gòu)成直線電動機(jī)部分的可動 部分及固定部分、螺旋彈簧和端蓋部分、支撐機(jī)構(gòu)部分、密封容器等構(gòu)成。缸體內(nèi)形成有進(jìn) 行氣體壓縮的壓縮室。彈簧機(jī)構(gòu)構(gòu)件的彈簧構(gòu)件由具有一定彈簧剛性的螺旋彈簧構(gòu)成。在 螺旋彈簧被最大壓縮時，通過確保活塞的端面和上述缸體端面之間的間隙，可以限制直線 壓縮機(jī)的活塞的振幅。該發(fā)明雖然利用螺旋彈簧作為壓縮機(jī)活塞的支撐部件，但是螺旋彈 簧作為支撐部件不能保證活塞在徑向方向上不產(chǎn)生偏移，無法保證活塞和氣缸之間不產(chǎn)生 磨損。
公開號為1330223A，名稱為“直線壓縮機(jī)”的專利申請，其自述為直線壓縮機(jī)包 括一個具有法蘭和圓筒形部的氣缸由一支撐機(jī)構(gòu)支撐在氣密容器內(nèi)，一個沿著軸向可移動 地支撐機(jī)構(gòu)支撐在氣密容器內(nèi)，一個沿著軸向可移動地支撐在圓筒形部內(nèi)的活塞，一個將 軸向力施加給活塞的彈簧件，和一個直線電動機(jī)，其定子固定在氣缸的法蘭上并設(shè)置在圓 筒形部外周的周圍，其移動件與活塞連接。其時再定子和圓筒形部之間形成一個空間。該 裝置采用彈簧件支撐活塞組件，但只用到了一組板彈簧組件支撐壓縮機(jī)活塞，這種結(jié)構(gòu)類 似于懸臂結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)很難克服由于側(cè)向力及重力對活塞的影響，從而引起活塞與氣缸 的側(cè)向磨損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種采用兩種不同型線板彈簧 支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)。采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)包括壓縮機(jī)組件、直線電機(jī)組 件、活塞組件和支撐系統(tǒng)組件；壓縮機(jī)組件包括壓縮機(jī)殼體、機(jī)架、氣缸、排氣孔口和充氣孔 口，壓縮機(jī)殼體通過螺釘連接在壓縮機(jī)機(jī)架上，接觸面之間采用橡皮圈密封，氣缸通過螺釘 固定在機(jī)架上，采用雙氣缸對稱布置，排氣孔口和充氣孔口分別位于壓縮機(jī)機(jī)架的兩端，氣 缸與活塞之間形成10 30um的間隔，直線電機(jī)通過螺釘固定在壓縮機(jī)機(jī)架上面；直線電機(jī) 組件包括外軛鐵，內(nèi)軛鐵，永磁鐵和移動線圈，外軛鐵和內(nèi)軛鐵之間通過膠水粘帖永磁鐵， 內(nèi)軛鐵上面布置有防撞墊圈；活塞組件包括相連接的活塞頭和活塞主軸；支撐系統(tǒng)組件包 括蝸旋臂板彈簧組件，直線臂板彈簧組件和板彈簧連接架通過螺釘連接。蝸旋臂板彈簧組 件包括蝸旋板彈簧，蝸旋板彈簧外墊圈，蝸旋板彈簧內(nèi)墊圈，蝸旋板彈簧支架通過螺釘軸向 固定在一起，直線臂板彈簧組件包括直線臂板彈簧，直線臂板彈簧外墊圈，直線臂板彈簧內(nèi) 墊圈，直線臂板彈簧支架通過螺釘軸向固定在一起；支撐系統(tǒng)組件通過螺釘固定在壓縮機(jī) 組件的機(jī)架上，直線電機(jī)組件由外軛鐵通過螺釘和壓縮機(jī)組件的機(jī)架固定在一起?；钊M 件由螺釘和直線電機(jī)組件的線圈支架相互連接。所述的蝸旋板彈簧和直線板彈簧采用的材料為匝片不銹鋼301。所述的蝸旋板 彈簧為2 4片，兩片蝸旋板彈簧之間通過蝸旋板彈簧外墊圈和蝸旋板彈簧內(nèi)墊圈隔開。所 述的直線臂板彈簧為1 3片，兩片直線臂板彈簧之間通過直線臂板彈簧外墊圈和直線臂 板彈簧內(nèi)墊圈隔開。所述的永磁體采用多塊平行取向的扇形永磁體拼接成的準(zhǔn)輻射永磁路 結(jié)構(gòu)。所述的永磁體的材料為釹鐵硼磁體。所述的壓縮機(jī)組件中的機(jī)座和氣缸為分開的兩 個零件由螺釘固定在機(jī)座上面。所述的線圈骨架是采用整體式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果1)采用直線臂板彈簧懸掛系統(tǒng)支撐活塞組件，可以為活塞的線圈支架提供較大的 軸向剛度和徑向剛度；2)用直線臂板彈簧支撐活塞后端較重的質(zhì)量，因?yàn)橹本€臂板彈簧擁有較大的徑向 剛度；3)采用蝸旋臂板彈簧支撐活塞頭端，可以使此處的板彈簧的應(yīng)力值得到降低；4)采用兩種型式的板彈簧支撐活塞組件，使得壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。5)采用直線臂板彈簧和蝸旋臂板彈簧組件聯(lián)合使用的方式可以使得彈簧組件系統(tǒng)的諧振頻率提高，盡量的避免了壓縮機(jī)系統(tǒng)的固有頻率值。


圖1是采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)一個實(shí)施實(shí)例的結(jié)構(gòu)圖；圖3采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)蝸旋臂板彈簧結(jié)構(gòu)分解示 意圖；圖4是采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)直線臂板彈簧結(jié)構(gòu)分解 示意圖；圖5(a)是采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)蝸旋臂板彈簧的應(yīng)力 分析示意圖；圖5(b)是采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)直線臂板彈簧的應(yīng)力 分析示意圖；圖6是采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)兩種型式的板彈簧軸向 剛度對比圖；圖7是采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)兩種型式的板彈簧徑向 剛度對比圖；圖8是采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)兩種型式的板彈簧徑軸 剛度比圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)圖1-圖8給出本發(fā)明的一個較好的實(shí)例，并且予以詳細(xì)的描述，以使能 更好的說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和功能特點(diǎn)，而不是用限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。參閱圖1和圖2，采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)包括壓縮機(jī)組 件1、直線電機(jī)組件2、活塞組件3和支撐系統(tǒng)組件4 ；壓縮機(jī)組件1包括壓縮機(jī)殼體10、機(jī) 架11、氣缸12、排氣孔口 13和充氣孔口 14，壓縮機(jī)殼體10通過螺釘連接在壓縮機(jī)機(jī)架11 上，接觸面之間采用橡皮圈密封，保證壓縮機(jī)背壓側(cè)的壓力；氣缸12通過螺釘固定在機(jī)架 11上，采用雙氣缸對稱布置，排氣孔口 13和充氣孔口 14分別位于壓縮機(jī)機(jī)架11的兩端， 氣缸與活塞之間形成10 30um的間隔，直線電機(jī)通過螺釘固定在壓縮機(jī)機(jī)架上面；直線電 機(jī)組件2包括外軛鐵20，內(nèi)軛鐵21，永磁鐵22和移動線圈23，外軛鐵20和內(nèi)軛鐵21之間 通過膠水粘帖永磁鐵22，內(nèi)軛鐵21上面布置有防撞墊圈24，其主要防止活塞頭在氣缸中運(yùn) 動時的撞擊現(xiàn)象發(fā)生，外軛鐵20通過螺釘固定在壓縮機(jī)機(jī)座11上，永磁體22為8塊輻射 狀充磁的釹鐵硼材料瓦片狀永磁體，用膠水粘合在一起，組成一個整體式套圈形的永磁體 22。內(nèi)軛鐵21同樣采用膠水粘合在永磁體22上面用來固定。永磁體22處于外軛鐵20和 內(nèi)軛鐵21構(gòu)成的磁場中。運(yùn)動線圈23通過螺釘固定在活塞主軸上面。通過有限元分析電 磁場，計算得出電機(jī)的基本幾何參數(shù)，線圈23與外軛鐵20之間的距離為0. 5mm，線圈23與 內(nèi)軛鐵之間的距離也是0. 5mm,再根據(jù)磁路計算出永磁體22的厚度和寬度。片狀的永磁體 22通過徑向充磁后，分別粘貼在外軛鐵20的內(nèi)筒處，尺寸與外軛鐵的相應(yīng)凹槽對應(yīng)，共同 與內(nèi)軛鐵21形成完整的磁路。外軛鐵20、內(nèi)軛鐵21、永磁體22、可動線圈23保持同心。；活塞組件3包括相連接的活塞頭30和活塞主軸31，這兩個組件同心連接在一起，活塞頭30 的外端面有螺紋，活塞主軸的內(nèi)端面也有螺紋同活塞頭相互配合，緊固在一起。；支撐系統(tǒng) 組件4包括蝸旋臂板彈簧組件40，直線臂板彈簧組件41和板彈簧連接架42通過螺釘連接。 蝸旋臂板彈簧組件40包括蝸旋板彈簧43，蝸旋板彈簧外墊圈44，蝸旋板彈簧內(nèi)墊圈45，蝸 旋板彈簧支架46通過螺釘軸向固定在一起，直線臂板彈簧組件41包括直線臂板彈簧47，直 線臂板彈簧外墊圈48，直線臂板彈簧內(nèi)墊圈49，直線臂板彈簧支架50通過螺釘軸向固定在 一起，蝸旋板彈簧支架46通過螺釘與活塞桿31相連，外端通過螺釘與機(jī)架11相連，固定在 機(jī)架上面。直線臂板彈簧支架50的內(nèi)圈通過螺釘與線圈骨架23相連接，外圈通過螺釘固 定在線圈連接架42上。蝸旋臂板彈簧43的蝸旋線形成如圖3所示。首先根據(jù)設(shè)計需要的 剛度決定所需要的漸開線型線的幾何參數(shù)，包括漸開角、基圓半徑、漸開線起始角，柔性彈 簧片的厚度等。然后由得到的型線，利用電火花切割或化學(xué)蝕刻的方法在不銹鋼或是其他 金屬平板上面加工出蝸旋槽，最后根據(jù)外軛鐵20和板彈簧連接架42接口的尺寸加工出通 孔用于螺栓固定。多片蝸旋臂板彈簧43、蝸旋臂板彈簧外墊圈44，蝸旋臂板彈簧內(nèi)墊圈45 通過螺釘固定在蝸旋臂板彈簧支架46上；多片直線臂板彈簧47、直線臂板彈簧外墊圈48， 直線臂板彈簧內(nèi)墊圈49通過螺釘固定在直線臂板彈簧支架50上。彈簧支架46或50的長 度根據(jù)所需要的柔性彈簧43或47的片數(shù)放一定的余量，將加工得到的柔性彈簧43或者47 中間加上外墊圈外墊圈44或48，內(nèi)墊圈45或49通過長螺釘固定于彈簧支架46或50上， 所用的內(nèi)外墊圈的數(shù)量與厚度都應(yīng)該一一對應(yīng)，從而保證柔性彈簧43或47不發(fā)生形變引 起活塞組件3平衡位置的改變。；支撐系統(tǒng)組件4通過螺釘固定在壓縮機(jī)組件1)的機(jī)架11 上，直線電機(jī)組件2由外軛鐵20通過螺釘和壓縮機(jī)組件1的機(jī)架11固定在一起。活塞組 件3)由螺釘和直線電機(jī)組件2的線圈支架23相互連接。所述的蝸旋板彈簧43和直線板彈簧47采用的材料為匝片不銹鋼301。所述的 蝸旋板彈簧43為2 4片，兩片蝸旋板彈簧43之間通過蝸旋板彈簧外墊圈44和蝸旋板彈 簧內(nèi)墊圈45隔開。所述的直線臂板彈簧47為1 3片，兩片直線臂板彈簧47之間通過直 線臂板彈簧外墊圈48和直線臂板彈簧內(nèi)墊圈49隔開。所述的永磁體22采用多塊平行取 向的扇形永磁體拼接成的準(zhǔn)輻射永磁路結(jié)構(gòu)。所述的永磁體22的材料為釹鐵硼磁體。所 述的壓縮機(jī)組件1中的機(jī)座11和氣缸10為分開的兩個零件由螺釘固定在機(jī)座上面。所述 的線圈骨架23是采用整體式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中1.板彈簧組件40采用蝸旋型線結(jié)構(gòu)，這種型式的板彈簧在軸向位移較 大的時候得到的最大應(yīng)力集中值相比于直線臂型式的板彈簧小，由于其處于靠近活塞端， 采用這種型式的板彈簧更加有利于壓縮機(jī)工作的時候不會由于板彈簧破裂而導(dǎo)致系統(tǒng)崩 潰。2.活塞外端采用直線臂型式的板彈簧組件，這種型線的板彈簧的軸向剛度、徑向剛度以 及徑軸剛度比都較大，較大的軸向剛度可以使壓縮機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定工作，較大的徑向剛度可以 保證活塞和氣缸之間的間隙密封的要求。3.采用這兩種型式的板彈簧組件，有利于節(jié)省壓 縮機(jī)的體積。
權(quán)利要求
一種采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)，其特征在于包括壓縮機(jī)組件(1)、直線電機(jī)組件(2)、活塞組件(3)和支撐系統(tǒng)組件(4)；壓縮機(jī)組件(1)包括壓縮機(jī)殼體(10)、機(jī)架(11)、氣缸(12)、排氣孔口(13)和充氣孔口(14)，壓縮機(jī)殼體(10)通過螺釘連接在壓縮機(jī)機(jī)架(11)上，接觸面之間采用橡皮圈密封，氣缸(12)通過螺釘固定在機(jī)架(11)上，采用雙氣缸對稱布置，排氣孔口(13)和充氣孔口(14)分別位于壓縮機(jī)機(jī)架(11)的兩端，氣缸與活塞之間形成10～30um的間隔，直線電機(jī)通過螺釘固定在壓縮機(jī)機(jī)架上面；直線電機(jī)組件(2)包括外軛鐵(20)，內(nèi)軛鐵(21)，永磁鐵(22)和移動線圈(23)，外軛鐵(20)和內(nèi)軛鐵(21)之間通過膠水粘帖永磁鐵(22)，內(nèi)軛鐵(21)上面布置有防撞墊圈(24)；活塞組件(3)包括相連接的活塞頭(30)和活塞主軸(31)；支撐系統(tǒng)組件(4)包括蝸旋臂板彈簧組件(40)，直線臂板彈簧組件(41)和板彈簧連接架(42)通過螺釘連接。蝸旋臂板彈簧組件(40)包括蝸旋板彈簧(43)，蝸旋板彈簧外墊圈(44)，蝸旋板彈簧內(nèi)墊圈(45)，蝸旋板彈簧支架(46)通過螺釘軸向固定在一起，直線臂板彈簧組件(41)包括直線臂板彈簧(47)，直線臂板彈簧外墊圈(48)，直線臂板彈簧內(nèi)墊圈(49)，直線臂板彈簧支架(50)通過螺釘軸向固定在一起；支撐系統(tǒng)組件(4)通過螺釘固定在壓縮機(jī)組件(1)的機(jī)架(11)上，直線電機(jī)組件(2)由外軛鐵(20)通過螺釘和壓縮機(jī)組件(1)的機(jī)架(11)固定在一起?；钊M件(3)由螺釘和直線電機(jī)組件(2)的線圈支架(23)相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)，其特 征在于所述的蝸旋板彈簧(43)和直線板彈簧(47)采用的材料為匝片不銹鋼301。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)，其特 征在于所述的蝸旋板彈簧(43)為2 4片，兩片蝸旋板彈簧(43)之間通過蝸旋板彈簧外 墊圈(44)和蝸旋板彈簧內(nèi)墊圈(45)隔開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)，其特 征在于所述的直線臂板彈簧(47)為1 3片，兩片直線臂板彈簧(47)之間通過直線臂板 彈簧外墊圈(48)和直線臂板彈簧內(nèi)墊圈(49)隔開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)，其特 征在于所述的永磁體(22)采用多塊平行取向的扇形永磁體拼接成的準(zhǔn)輻射永磁路結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)，其特 征在于所述的永磁體(22)的材料為釹鐵硼磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)，其特 征在于所述的壓縮機(jī)組件(1)中的機(jī)座(11)和氣缸(10)為分開的兩個零件由螺釘固定在 機(jī)座上面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)，其特 征在于所述的線圈骨架(23)是采用整體式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用兩種不同型線板彈簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機(jī)。其主要組件為四個部分分別是壓縮機(jī)組件，直線電機(jī)組件，活塞組件和支撐系統(tǒng)組件。壓縮機(jī)包括機(jī)座，壓縮機(jī)殼體，壓縮機(jī)氣缸，排氣孔口和吸氣孔口；直線電機(jī)包括內(nèi)軛鐵，外軛鐵，永磁體，防撞墊圈和線圈骨架及其上面的線圈；活塞包括活塞主軸，活塞頭；支撐系統(tǒng)包括兩組不同型線結(jié)構(gòu)的板彈簧組和連接架。此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在活塞頭質(zhì)量較輕一端采用蝸旋型式的板彈簧支撐活塞軸組件，在活塞頭這端采用蝸旋臂板彈簧支撐活塞頭在氣缸中運(yùn)動，保證間隙密封；活塞組件后端采用直線臂板彈簧為這端較大的質(zhì)量運(yùn)動提供較好的支撐，減少板彈簧的數(shù)量，節(jié)省壓縮機(jī)的體積。
文檔編號F04B35/04GK101892971SQ201010248988
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者周文杰, 甘智華, 邱利民 申請人:浙江大學(xué)