用于將多個主體彈開的緊湊型柔性支承彈簧的制作方法
【專利說明】用于將多個主體彈開的緊湊型柔性支承彈簧
[0001]發(fā)明背景
[0002]本發(fā)明涉及一種機械彈簧，更具體地，涉及一種已在過去用于使自由活塞斯特林發(fā)動機的置換器或冷卻器在其外殼內(nèi)共振的特殊類型的機械彈簧中的改進，但其改進允許彈簧使多個不同的主體共振，而不是僅使一個主體共振。
[0003]術(shù)語“柔性支承彈簧”用于表示這樣一種類型的彈簧，其在現(xiàn)有技術(shù)中已被稱為多種術(shù)語，其包括平面彈簧、柔性支承件以及平螺旋彈簧。在美國專利5，522，214和8，028，409以及美國公開申請US 2008/0191399中示出了這種彈簧的實例。柔性支承彈簧通常用于支撐往復(fù)主體，例如活塞和自由活塞斯特林發(fā)動機的置換器或冷卻器。典型的柔性支承彈簧具有環(huán)繞的周緣框架(其中央軸線垂直于框架)和從周緣框架向內(nèi)延伸的一組臂部。臂部不沿著軸線的徑向向內(nèi)延伸，而是每個臂部沿著或多或少的螺旋形路徑向內(nèi)行進。臂部的內(nèi)端在周緣框架內(nèi)普通地連接在一起，其中，其附接至沿著中央軸線往復(fù)運動的主體。柔性支承彈簧是這種意義上的支承件:其支撐主體抵抗遠離其往復(fù)運動軸線的徑向運動。其是這種意義上的彎曲部分:其臂部是在主體往復(fù)運動過程中彎曲的懸臂彈簧。其是這種意義上的彈簧:其臂部是彈性的和能復(fù)原的，因此可接收、儲存并返還能量。臂部圍繞中央軸線等角度地間隔開，并且優(yōu)選地，臂部是相同的，這是因為這些特征允許彈簧與往復(fù)運動主體之間的徑向力具有一矢量和，該矢量和是當(dāng)臂部徑向地位于中心時基本上為零的徑向力的結(jié)果。如果臂部偏離中心，則其施加使軸向往復(fù)運動的主體返回至軸線的定心力。由于定心力以及在位于中心時沒有側(cè)向力，所以主體被保持在軸線上，但主體可沿著軸線共振地往復(fù)運動。臂部無需沿著數(shù)學(xué)上精確的螺旋形延伸。實際上，一些柔性支承彈簧具有線性臂，該線性臂具有成角度交叉的區(qū)段。柔性支承彈簧的臂部沿著朝向中央軸線徑向地向內(nèi)且圍繞中央軸線成角度地行進的路徑延伸，使得臂部比其為徑向時更長，因此，與徑向臂相比，每個臂部施加更小的徑向側(cè)力，并可在往復(fù)運動過程中進一步沿著軸線平移。當(dāng)臂部從周緣框架朝向軸線向內(nèi)行進時，臂部的特殊輪廓原則上是設(shè)計師判斷的問題，并且通常需要試驗和誤差實驗。
[0004]因為柔性支承彈簧用作彈簧并將與其附接的主體保持在中央軸線上，所以該柔性支承彈簧通常用于支撐自由活塞斯特林機器的置換器活塞并使其共振。置換器通過連桿附接至彈簧，并以機器的運轉(zhuǎn)頻率而在置換器氣缸內(nèi)沿著其中央軸線往復(fù)運動。該彈簧還附接至斯特林機器的外殼，使得其形成連接在置換器與外殼之間的彈簧。為了增加彈簧常量(使彈簧變硬)，將多個相同的柔性支承彈簧堆疊在一起，并將其都連接至相同的連桿連接且連接至外殼。
[0005]對于許多自由活塞斯特林機器來說，可僅用斯特林循環(huán)壓力擺動來使斯特林機器的動力活塞共振，因此，不用單獨的彈簧來使動力活塞共振。然而，對于一些自由活塞斯特林機器而言，將期望向活塞增加一些機械彈簧，以使活塞靜態(tài)地軸向定心，和/或使發(fā)動機在給定的壓力下運行得更快。但實際上這很少實現(xiàn)，這是因為對動力活塞增加第二彈簧會增加機械復(fù)雜性、增加額外的部件和重量、并且顯著增加機器的長度。原因在于，置換器和動力活塞都沿著相同軸線異相地往復(fù)運動。因此，必須小心以避免兩個彈簧之間的干擾，例如碰撞。因此，在兩個活塞沿著相同軸線往復(fù)運動且每個活塞與不同的柔性支承彈簧連接的情況下，這兩個彈簧必須軸向地間隔開，以避免彈簧之間的干擾。通常，所增加的動力活塞彈簧遠離置換器彈簧軸向地移動一距離(該距離大約是活塞振幅)，以避免操作過程中的干擾。因此，必須使斯特林機器的長度增加出彈簧之間的間隔的長度。這意味著，外殼的尺寸必須也增加出動力活塞連桿的長度。這種增加的尺寸和產(chǎn)生的重量增加使得斯特林機器更大且更重，從而減小其功率重量比和功率體積比。
[0006]因此，本發(fā)明的一個目的和特征在于提供一種能夠?qū)蓚€不同的同軸往復(fù)運動主體(例如，自由活塞斯特林機器的動力活塞和置換器)彈開至外殼的柔性支承彈簧，而不需要延長機器使其超過如果僅有一個主體彈開至外殼時所需的長度。
[0007]本發(fā)明的另一目的和特征在于提供一種能夠?qū)蓚€不同的同軸往復(fù)運動主體(例如，自由活塞斯特林機器的動力活塞和置換器)彼此彈開并將其中一個彈開至外殼的柔性支承彈簧。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是一種緊湊型的(優(yōu)選地平面的)柔性支承機械彈簧，其可附接至至少兩個不同的、獨立往復(fù)運動的主體，以使每個主體獨立地彈開至外殼，或使第一主體彈開至外殼并使另一主體彈開至第一主體。該彈簧形成有至少兩組彈簧臂。每組彈簧臂置于另一組彈簧臂之間的開口中。這允許每組彈簧臂的臂部在往復(fù)運動過程中獨立地穿過另一組臂部之間的開口。因此，每組彈簧臂自由地移動穿過彈簧的公共平面，從而允許緊湊地軸向布置。一組彈簧臂可具有一個、兩個、三個或更多個彈簧臂。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的一個實施例的俯視平面圖。
[0010]圖2是圖1的實施例的側(cè)視圖以及圖3至圖7的實施例的側(cè)視圖。
[0011]圖3是本發(fā)明的一個可替換實施例的俯視平面圖。
[0012]圖4是本發(fā)明的一個可替換實施例的俯視平面圖。
[0013]圖5是本發(fā)明的一個可替換實施例的俯視平面圖。
[0014]圖6是本發(fā)明的一個可替換實施例的俯視平面圖。
[0015]圖7是本發(fā)明的一個可替換實施例的俯視平面圖。
[0016]圖8是本發(fā)明的一個可替換實施例的部件的俯視平面圖。
[0017]圖9是將與圖8的部件連接以形成本發(fā)明的一個可替換實施例的第二部件的俯視平面圖。
[0018]圖10是圖8和圖9的形成本發(fā)明的一個替代實施例的組裝部件的俯視平面圖。
[0019]圖11是圖10的組裝部件的側(cè)視圖。
[0020]圖12是本發(fā)明的另一替代實施例的部件的俯視平面圖。
[0021]圖13是將與圖12的部件連接以形成本發(fā)明的一個可替換實施例的第二部件的俯視平面圖。
[0022]圖14是圖12和圖13的形成本發(fā)明的一個可替換實施例的組裝部件的側(cè)視圖。
[0023]在描述附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例時，為了清楚起見，將采取專用術(shù)語。然而，并非旨在將本發(fā)明限制于由此選擇的專用術(shù)語，將理解到的是，每個專用術(shù)語均包括所有以類似方式操作以實現(xiàn)類似目的的技術(shù)等價物。
【具體實施方式】
[0024]現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)開發(fā)了一種平面彈簧，該平面彈簧具有一組螺旋形的臂部且用于提供彈簧力以使主體共振。本發(fā)明增加了至少額外的一組額外的臂部，使得同一彈簧也可使第二個單獨的主體共振。該額外的臂部可來自于“接地物”，例如外殼，其中，該額外的一組臂部本質(zhì)上是與第二主體接地的單獨的第二彈簧?？商鎿Q地，第二組臂部可連接至第一組臂部的運動部分，在該情況中，產(chǎn)生“相對的”彈簧，其是連接在兩個運動主體之間的彈簧。還可增加額外的多組臂部。
[0025]圖1示出了體現(xiàn)本發(fā)明的柔性支承彈簧10。圖1的彈簧10用于通過彈簧將兩個主體中的每一個獨立地連接至第三主體(例如外殼)，并因此用作兩個單獨的彈簧。像本發(fā)明的所有所示的實施例一樣，彈簧10是平面的，如在圖2的其側(cè)視圖中所示出的。彈簧10具有周緣框架12和垂直于周緣框架12 (且垂直于附圖的平面)的中央軸線14。彈簧10具有主臂部組，該主臂部組包括由開口 20和22彼此間隔開的多個主彈簧臂16和18。彈簧10還具有輔助臂部組，該輔助臂部組包括輔助彈簧臂24和26。輔助彈簧臂24和26置于主臂部16和18之間的開口 20和22中。
[0026]如圖1所示(但對本發(fā)明的其他所示實施例而言也是正確的)，彈簧10是單一一片彈性材料，所有臂部平穩(wěn)地結(jié)合到周緣框架12中。因此，在臂