专利名称：一种板弹簧的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种线型板弹簧，属于机械领域。
背景技术：
板弹簧是一种在一平板上按照规定的线型刻蚀出的零件， 一般应用
于往复运动的机械中，又称柔性支撑，英文(flexure bearing)。
这里特指的是一种应用于线性电机驱动斯特林制冷机的新型线型的 板弹簧，是决定制冷机寿命、可靠性的关键零件。以制冷的线性压縮机 为例，压縮机一般由气缸、活塞、驱动电机、连接机构和壳体等组成， 电机驱动连接机构，连接机构带动活塞在气缸内往复运动，板弹簧的作 用有就是将线性电机支撑起来，使其能延运动方向往复运动。因此，板 弹簧的意义在于①板弹簧作为电机的支撑零件(也可以说板弹簧为斯特 林制冷机中唯一动子支撑机构)其寿命直接决定了制冷机的寿命；②在 制冷机里要求活塞在气缸内直线往复运动，其运动精度必须要有保证(减 少摩擦、振动)，这就要求线性电机的运动轨迹精度保证，因此这就要求 电机的支撑一板弹簧往复运动时保证精度。因而决定了板弹簧的两项重 要指标寿命一疲劳寿命、直性运动精度一径向刚度与轴向刚度比。我们 研制了一种长寿命、结构简单、径向刚度与轴向刚度比高的新型线型的 板弹簧。
发明内容
本发明的目的是研制一种长寿命、径向刚度与轴向刚度比高的板弹簧。
板弹簧材料一般为1Crl8Ni9Ti、铍青铜。
板弹簧又称柔性支撑，它是一种在一圆形或有一定形状的平板上， 厚度一般为0. lmm 2mm，按照特定的线型刻蚀出的零件。
板弹簧的形态的设定依据该发明用算法来确定板弹簧上的螺旋线， 共三条螺旋线，三条螺旋线承12(T均匀分布，以下为该线性的数学表达:
方程中符号定义
R:板弹簧的外径(mm);r:板弹簧的内径(mm); R,:型线起点的半径(mm); R2:型线终点的半径(腿)； cp:掠角变量(°); 最大掠角范围(°)
型线起始段的掠角范围(。)； 。1:型线终段的掠角范围(°); 螺旋线线线的极坐标的一般形式 A O) = ", - A⑨+ "2. A (P)
其中％和《2为小于1的线型叠和系数，《,+a2=l / 30) = ^ 其中fc-(ln(尺2/i ,)/① AO)1+W(i 广i ,)/(D
线型的起始段、主段、终段的方程 起始方程(0^ ^02)
P。⑨=A⑨-A其中& = (0>2 - (p)4 . (^) 主段方程(。2 S^^O,)终段方程(o^ ^o)
A.⑨=+ A其中A =- 。')6 (^)
d.另两条曲线分别为沿中心旋转120°和240°,用(^ + 120。)和 (p + 240D)替代上述方程中的cp即可。
板弹簧的工作方式首先，定义圆形平板的平面为x，y，垂直于平板
的方向为z (轴向)。板弹簧安装在线性电机的两端，支撑起线性电机，
板弹簧的轴向与线性电机的运动方向一致，板弹簧的内孔与线性电机的
轴连接，外圆与壳体连接；当线性电机运动时，将带动轴一起运动，由 于板弹簧上刻蚀曲线，板弹簧会象弹簧一样往复运动，从而实现了弹簧 的功能。另外由于平板上的线型将其分为三部分，在轴向运动时这三部 分平板又会产生沿xy方向的力且对称相等，这就保证了动子轴不会沿xy 方向移动，起到了限位作用。
本发明的特点板弹簧的刻蚀曲线的线型。
本发明的优点为a.该线型的板弹簧径向刚度与轴向刚度比高；b. 板弹簧的局部应力变型小；c.使用寿命长。
图中l一平板、2 —刻蚀的线型。
具体实施例方式
下面利用不锈钢材料作为板材，设计外径030，内孔03，掠角360'的板弹簧，结合附图对本发明作进一步的加工描述。
首先，1、选择厚度为0.1mm的不锈钢材料；2、对选择好的不锈钢 材料进行压平热处理；3、外径030，内孔0>3，掠角36(T， 0,和cD4艮据安 装位置的压环确定， 一般为10° 15°,带入方程可以得到一曲线方程；4、 将曲线方程编为程序，以cp掠角为变量进行计算， 一般掠角的变量的增量 为1° (可点也可小点，根据加工能力和水平决定，变量的增量越小，曲 线越平滑，但加工要求越高)；5、通过曲线方程计算可以得到曲线点的 坐标；6、将处理好的板材，加工为内孔①3，外圆(D30的环状，；7、将曲 线的第l个点标注在环形板材上，以板材的圆心旋转120°，再标注，再旋 转12(T，标注，用电火花打孔；7、将前面计算的曲线坐标输入线切割机， 然后将环形板材放在线切割机上，切割丝从第一点穿过，然后按设定好 的坐标进行切割；以圆心为中心旋转120。，同上切割；再旋转120('，同 上切割；8、完成后，进行超声波清洗，清除切割处的残留物。(注线 型的切割方法，还可是化学腐蚀和激光刻蚀)；9、检验合格后，封存， 以备装配使用。
经试验测试其轴向刚度16. 74N/cm，径向刚度555N/cm (Z=0mm)，径 向刚度522N/cm(Z=lmm)，径向刚度457N/cm(Z=20,)，径向刚度392N/cm (Z二3mra)。其中Z为沿轴向位移，平衡位置为起点0。
再以设计外径063，内孔(D4，掠角36(T的板弹簧，结合附图对本发
明作进一步的加工描述
首先，1、选择厚度为0. 15mm的不锈钢材料；2、对选择好的不锈钢材料进行压平热处理；3、外径(D63，内孑L04，掠角360°， ^和。2根据安 装位置的压环确定， 一般为10° 15°，带入方程可以得到一曲线方程；4、 将曲线方程编为程序，以(p掠角为变量进行计算， 一般掠角的变量的增量 为r (可点也可小点，根据加工能力和水平决定，变量的增量越小，曲 线越平滑，但加工要求越高)；5、通过曲线方程计算可以得到曲线点的 坐标；6、将处理好的板材，加工为内孔04，外圆①63的环状，；7、将曲 线的第1个点标注在环形板材上，以板材的圆心旋转120°，再标注，再旋 转12(T，标注，用电火花打孔；7、将前面计算的曲线坐标输入线切割机， 然后将环形板材放在线切割机上，切割丝从第一点穿过，然后按设定好 的坐标进行切割；以圆心为中心旋转12(T，同上切割；再旋转120"，同 上切割；8、完成后，进行超声波清洗，清除切割处的残留物。(注线 型的切割方法，还可是化学腐蚀和激光刻蚀)；9、检验合格后，封存，
以备装配使用。
经试验测试其轴向刚度11. 85N/cm，径向刚度1715N/cm(Z二0mm)，径 向刚度2205/cm (Z二l咖)，径向刚度1666N/cm (Z二20腿)，径向刚度 1225N/cm (Z=3ram)，径向刚度833N/cm (Z二4咖)。
权利要求
1. 一种板弹簧试验装置，包括位移传感器、外壳体、法兰、进风口、引线孔、2个以上的板弹簧、永磁体、线圈体、出气口、外压环、主轴、安装筒及螺钉；其特征在于连接关系为沿主轴安装零件依次板弹簧、线圈体、板弹簧、锁紧螺母和位移传感器；沿安装筒依次安装板弹簧、永磁体、板弹簧、外压环，用外压环将它们固定；电源线从线圈体的固定螺钉处通过安装筒的引线孔引至外壳体和安装筒的间隙处，然后引向引线孔引出；板弹簧的内孔被安装在主轴上，外圆被安装在安装筒上，且有两组板弹簧将线圈体支撑起来，进风口位于引线孔的对称位置，出气口位于外壳体的端部，空气从进风口进，从出气口出；主轴的末端安装了位移传感器，监测板弹簧的往复位移。
全文摘要
本发明涉及一种板弹簧试验装置，用于模拟测试板弹簧的疲劳寿命。包括位移传感器、外壳体、法兰、进风口、引线孔、板弹簧、永磁体、线圈体、出气口、外压环、主轴、安装筒及螺钉；连接关系为沿主轴安装零件依次板弹簧、线圈体、板弹簧、锁紧螺母和位移传感器；沿安装筒依次安装板弹簧、永磁体、板弹簧、外压环，用外压环将它们固定；电源线从线圈体的固定螺钉处通过安装筒的引线孔引至外壳体和安装筒的间隙处，然后从引向引线孔引出；板弹簧的内孔安装于主轴，外圆安装于安装筒，且有两组板弹簧将线圈体支撑起来，进风口位于引线孔的对称位置，出气口位于外壳体的端部，空气从进风口进，从出气口出；主轴的末端安装了位移传感器，监测板弹簧的往复位移。
文档编号G01N3/32GK101470060SQ200710304639
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者潘雁频, 陈正刚 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所