板弹簧、板弹簧组以及压缩机的制作方法

本发明涉及弹簧技术领域，特别是涉及一种板弹簧和多个板弹簧组成的板弹簧组以及包含该板弹簧组的压缩机。

背景技术：

板弹簧支撑技术是线性压缩机的关键技术之一。相对于传统的圆柱弹簧，板弹簧具有较大的径向刚度，使得活塞在运动中不会由于振动而产生径向位移，避免了活塞和气缸之间的直接接触；且板弹簧的轴向刚度远小于其径向刚度，可以使活塞在气缸中自由的往复运动。

专利号为CN101892971A的专利公开了一种采用两种不同型线板弹簧支撑系统的线性压缩机，其板弹簧的等效质量过大，难以满足直线压缩机的高频率，低等效质量的需求。专利号为JP2003247580(A)的专利公开了一种涡旋臂板弹簧，专利号为CN201010248988.5的专利公开了一种直线臂板弹簧和一种涡旋臂板弹簧，这两个专利里公开的涡旋臂板弹簧都存在以下问题：板弹簧的等效质量过大，为满足刚度和固有频率要求，会增加零部件的质量。

所以，传统的板弹簧由于自身结构限制，难以满足低等效质量、高刚度以及高频率的需求。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术的缺陷和不足，提供一种具有低等效质量、高刚度以及高模态频率的板弹簧和多个板弹簧组成的板弹簧组以及包含该板弹簧组的压缩机。

为实现本发明目的而提供的板弹簧，包括两条弹性臂和一用于安装定位的固定装置；

两条所述弹性臂的结构相同，均由若干对同心圆弧或偏心圆弧相切而成；所述若干对同心圆弧或偏心圆弧由内向外半径逐渐增大，所有的所述同心圆弧或偏心圆弧的圆心均在同一条直线上；

两条所述弹性臂的初始端相切，其连接处设置有一个内固定孔，两条所述弹性臂以所述内固定孔为中心均匀分布；

两条所述弹性臂的末端分别连接所述固定装置。

在其中一个实施例中，位于最外圈的一对所述同心圆弧或偏心圆弧不大于半圈，其余对所述同心圆弧或偏心圆弧为半圈。

在其中一个实施例中，所述固定装置为一圆形固定圈；

所述内固定孔位于所述固定圈的中心，两条所述弹性臂以所述固定圈的中心为起始端，向所述固定圈的外周盘旋延伸；

两条所述弹性臂的末端分别与所述固定圈通过圆弧过渡连接；

所述固定圈上设置有外固定孔。

在其中一个实施例中，所述弹性臂由n对所述同心圆弧或偏心圆弧相切而成，由内向外，所述n对同心圆弧或偏心圆弧满足以下方程：

第一对圆弧半径：R₁₁，R₁₂＝R₁₁+e₁+b；

第二对圆弧半径：R₂₁＝R₁₁+R₁₂+J/2，R₂₂＝R₂₁+e₂+(R₁₂-R₁₁)+e₁；

第i(n≥i≥3)对圆弧半径：R_i1＝R_(i-1)1+J，R_i2＝R_i1+e_i+(R_(i-1)2-R_(i-1)1)+e_(i-1)；

其中，R₁₁为第一对圆弧的内圆半径，R₁₂为第一对圆弧的外圆半径，R₂₁为第二对圆弧的内圆半径，R₂₂为第二对圆弧的外圆半径，R_i1为第i对圆弧的内圆半径，R_i2为第i对圆弧的外圆半径；

e₁为第一对圆弧的外圆圆心偏离内圆圆心的距离，e₂为第二对圆弧的外圆圆心偏离内圆圆心的距离，e_i为第i对圆弧的外圆圆心偏离内圆圆心的距离；

b为两条所述弹性臂的起始端的臂宽，J为两条所述弹性臂之间的间隙。

在其中一个实施例中，两条所述弹性臂之间的间隙大于0.1倍的所述弹性臂的厚度。

在其中一个实施例中，所述弹性臂的臂宽为恒定值。

在其中一个实施例中，所述弹性臂的臂宽由起始端向末端逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述弹性臂由3对同心圆弧或偏心圆弧相切而成。

本发明的板弹簧组包括多个上述板弹簧，多个所述板弹簧之间设置有垫片。

本发明的压缩机包括上述板弹簧组。

本发明的有益效果：本发明的板弹簧通过设置两条轴向对称的弹性臂，具有较小的等效质量、较高的固有频率和刚度，避免了通过增加零部件的质量来满足刚度和固有频率的要求，从而减轻了产品质量，增加了产品寿命，节约了成本。本发明提供的板弹簧组，由多个上述板弹簧叠在一起使用，可提高相对运动部件之间的刚度。本发明提供的压缩机，由于采用本发明的板弹簧组，提高了相对运动部件之间的刚度，减轻了产品的重量，延长了产品的寿命。

附图说明

为了使本发明的板弹簧、板弹簧组以及压缩机的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明的板弹簧、板弹簧组以及压缩机进行进一步详细说明。

图1为弹簧振动系统的结构示意图；

图2为本发明的板弹簧的一个实施例的结构示意图；

图3与图2相同，其中示出了两条弹性臂的起始端的臂宽和两条弹性臂之间的间隙；

图4为本发明的板弹簧的实施例一的剖视图；

图5为本发明的板弹簧的实施例二的剖视图；

图6为本发明的板弹簧的一个实施例的侧视图。

图7为本发明的压缩机的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

首先对板弹簧的等效质量做一个说明：

如图1所示的弹簧质量振动系统。设弹簧的质量为m_s，静平衡时长为L，振动中弹簧的端部位移为u(t)。根据材料力学中直杆拉压静位移沿杆呈线性分布的结论，可近似认为弹簧的振动位移分布是线性的。因此，弹簧上坐标为x处截面的位移是长度为dx的弹簧段质量为m_sdx/L，于是弹簧的动能是所以整个系统动能为整个系统的参考动能为且，T_max＝w_n²T_ref，整个系统的最大势能为由机械能守恒条件T_max＝V_max可得其中，a为弹簧的伸长量，k为弹簧的劲度系数，w_n为弹簧的振动频率。由以上可得当m＝0时，有m_等为弹簧在振动系统中的等效质量，w_d为弹簧的固有频率。同理对于板弹簧，其等效质量为通过CAE模拟对板弹簧的模型进行分析可以得到其轴向刚度k和轴向振动的固有频率w_d，从而可得到其在整个振动系统中的等效质量。

由以上可知，板弹簧的等效质量由板弹簧的实际结构决定，即由板弹簧的固有频率和轴向刚度决定。我们希望板弹簧的等效质量m_等与板弹簧的质量m_s之比越小越好，现有的同心涡旋臂等臂宽板弹簧的这个比值在50％左右，偏心涡旋臂板弹簧的这个比值会更大，而本发明通过改变板弹簧的结构，例如通过减小板弹簧结构中间部分的材料的占有量来减小m_等/m_s的比值。

基于此，参见图2和图3，本发明提供了一种板弹簧，包括两条轴向对称弹性臂100。具体地，两条弹性臂100的结构相同，均由若干对同心圆弧或偏心圆弧相切而成，若干对同心圆弧或偏心圆弧由内向外半径逐渐增大，所有的同心圆弧或偏心圆弧的圆心均在同一条直线上。两条弹性臂100的初始端相切，初始端之间的连接处设置有一个内固定孔110。两条弹性臂100以该内固定孔110为中心均匀分布。

本发明提供的板弹簧还包括一固定装置200，两条弹性臂100的末端分别连接固定装置200。固定装置200用于安装定位，其结构可根据实际安装情况，设计为相应的定位孔或螺钉孔等。

相应的，如图2和图3所示，位于最外圈的一对同心圆弧或偏心圆弧不大于半圈，便于其末端与固定装置200实现圆弧过渡连接，其余对同心圆弧或偏心圆弧为半圈。

如图2和图3所示，固定装置200可以设置为一圆形固定圈，固定圈上对称设置有2个外固定孔210，用于与对应的安装结构相固定。具体地，内固定孔110位于固定圈的中心，两条弹性臂100以固定圈的中心为起始端，向固定圈的外周盘旋延伸，两条弹性臂的末端分别与固定圈通过圆弧过渡连接。

上述板弹簧中，假设两条弹性臂100由n对同心圆弧或偏心圆弧相切而成，由内向外，n对同心圆弧或偏心圆弧满足以下方程：

第一对圆弧半径：R₁₁，R₁₂＝R₁₁+e₁+b；

第二对圆弧半径：R₂₁＝R₁₁+R₁₂+J/2，R₂₂＝R₂₁+e₂+(R₁₂-R₁₁)+e₁；

第i(n≥i≥3)对圆弧半径：R_i1＝R_(i-1)1+J，R_i2＝R_i1+e_i+(R_(i-1)2-R_(i-1)1)+e_(i-1)；

其中，R₁₁为第一对圆弧的内圆半径，R₁₂为第一对圆弧的外圆半径，R₂₁为第二对圆弧的内圆半径，R₂₂为第二对圆弧的外圆半径，R_i1为第i对圆弧的内圆半径，R_i2为第i对圆弧的外圆半径。e₁为第一对圆弧的外圆圆心偏离内圆圆心的距离，e₂为第二对圆弧的外圆圆心偏离内圆圆心的距离，e_i为第i对圆弧的外圆圆心偏离内圆圆心的距离。参加图3，b为两条弹性臂的起始端的臂宽，J为两条弹性臂之间的间隙。

本发明的弹性臂的型线有明确的表达式，能根据此表达式，控制弹性臂的宽度。如取e_i＝0(i＝1～n)，则为等宽多圆臂板弹簧。如取e_i>0(i＝3～n)，便可获得由中心逐渐变宽的不等宽多圆壁板弹簧。下面对这两种多圆壁板弹簧的型线分别做详细说明：

实施例一，参见图4；

本实施例中的板弹簧为等宽多圆臂板弹簧300。本实施例中的等宽多圆臂板弹簧300包括两条轴向对称弹性臂310、320，以及一圆形固定圈330，固定圈330上设置有外固定孔331，用于与对应的安装结构相固定。

两条弹性臂310、320的结构相同，从起始端到末端的宽度为恒定值，即宽度不变，均由3对同心圆弧或偏心圆弧相切而成。3对同心圆弧或偏心圆弧由内向外半径逐渐增大，其圆心均在同一条直线上。两条弹性臂310、320的初始端相切，初始端之间的连接处设置有一个内固定孔340，两条弹性臂310、320以该内固定孔340为中心均匀分布。

内固定孔340位于固定圈330的中心，两条弹性臂310、320以固定圈330的中心为起始端，向固定圈330的外周盘旋延伸。两条弹性臂310、320的末端分别与固定圈330通过圆弧过渡连接。

实施例二，参见图5；

本实施例中的板弹簧为不等宽多圆臂板弹簧400。本实施例中的不等宽多圆臂板弹簧400包括两条轴向对称弹性臂410、420，以及一圆形固定圈430，固定圈430上设置有外固定孔431，用于与对应的安装结构相固定。

两条弹性臂410、420的结构相同，由中心向外(从起始端到末端)逐渐变宽，均由3对同心圆弧或偏心圆弧相切而成。3对同心圆弧或偏心圆弧由内向外半径逐渐增大，其圆心均在同一条直线上。两条弹性臂410、420的初始端相切，初始端之间的连接处设置有一个内固定孔440，两条弹性臂410、420以该内固定孔440为中心均匀分布。

内固定孔440位于固定圈430的中心，两条弹性臂410、420以固定圈430的中心为起始端，向固定圈430的外周盘旋延伸。两条弹性臂410、420的末端分别与固定圈430通过圆弧过渡连接。

上述实施例一和实施例二提供的两种结构的板弹簧的具体结构参数如下如表所示：

表1

同比图4所示的等宽多圆臂板弹簧，图5所示不等宽多圆臂板弹簧第1阶模态固频提高了35.1％；弹簧刚度提高了112.3％；等效质量降低8.8％。相比较而言，由中心逐渐变宽的不等宽多圆壁板弹簧更容易实现等效质量低，弹簧刚度大，模态频率高等要求。

参见图3和图6，由于本发明的板弹簧具有两条弹性臂，为避免臂与臂之间的干涉，本发明中的两条弹性臂之间的间隙J大于0.1倍的弹性臂的厚度t，以保证两条弹性臂之间具有足够间隙，同时满足工艺加工要求。

在此基础上，本发明还提供了一种板弹簧组，包括多个上述板弹簧，多个上述板弹簧叠在一起使用，可提高相对运动部件之间的刚度。多个板弹簧之间还可以设置有垫片。垫片设置在板弹簧组的固定处。垫片的加入一方面减小了板弹簧组的固定处的集中应力，另一方面防止了相邻板弹簧之间的摩擦磨损，延长了板弹簧组的使用寿命。

参见图7，本发明还提供了一种压缩机，包括上述的板弹簧组001。本发明的压缩机，当电机线圈通电后，电机内定子和外定子形成闭合交变磁路，驱动电机动子002运动，从而带动活塞003相对于气缸004的缸架作往复运动，实现气体的吸入、压缩和排出的过程。气体经壳体吸气口005被吸入壳体内，壳体内低压气体被吸入压缩机腔。腔体内的气体被压缩后，当压力达到一定时，排气阀006打开，高压气体经内排气管007到达排气口008排到压缩机壳体外。通过采用上述的板弹簧组实现活塞与气缸地轴向弹性支承，实现谐振弹簧的功能。

本发明的板弹簧，具有较小的等效质量、较高的固有频率和刚度，避免了通过增加零部件的质量来满足刚度和固有频率的要求，从而减轻了产品质量，增加了产品寿命，节约了成本。本发明提供的板弹簧组，由多个上述板弹簧叠在一起使用，可提高相对运动部件之间的刚度。本发明提供的压缩机，由于采用本发明的板弹簧组，提高了相对运动部件之间的刚度，减轻了产品的重量，延长了产品的寿命。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。