專利名稱：采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及線性壓縮機，尤其涉及一種采用三種彈簧共同支撐的用于驅(qū)動低溫制冷機的無閥線性壓縮機。
背景技術(shù)：
在低溫領(lǐng)域，用于驅(qū)動斯特林制冷機和脈管制冷機的壓縮機主要是一種無閥的線性壓縮機,根據(jù)運動部件不同，分為動圈式、動磁式和動鐵式三種。這種線性壓縮機采用直線電機直接驅(qū)動，消除了傳統(tǒng)往復(fù)活塞式壓縮機的曲柄連桿機構(gòu)，同時耦合間隙密封和無油潤滑技術(shù)，使其具有效率聞、壽命長、體積小、振動低等特點，從而獲得廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。而采用柔性板彈簧(板簧)支撐正是間隙密封和無油潤滑技術(shù)的保證。一般來說線性壓縮機主要是單獨采用渦旋臂板簧或直線臂板簧進行支撐。渦旋臂板簧是應(yīng)用最廣泛的一種板簧，技術(shù)成熟，加工簡單；而直線臂板簧相比渦旋臂板簧具有較大的徑軸向剛度比，能有效的減小徑向振動，但加工過程相對復(fù)雜一些。申請?zhí)枮镃N201010248988. 5的中國專利文獻公開了一種采用兩種不同型線板簧支撐系統(tǒng)的線性壓縮機。該線性壓縮機采用渦旋臂板簧和直線臂板簧共同支撐，這樣可以綜合利用兩種板簧的優(yōu)點，更好的實現(xiàn)壓縮機的間隙密封和無油潤滑；同時可以通過更換渦旋臂板簧和直線臂板簧的比例，以對線性壓縮機的共振頻率進行柔性調(diào)節(jié)。但是對于功率較大或者動子質(zhì)量較大的線性壓縮機，單獨采用某一種板簧支撐或者采用兩種板簧混合支撐，都難以提供較大的軸向剛度以實現(xiàn)壓縮機的高頻運行。這勢必會降低線性壓縮機的運行效率，甚至不能與低溫制冷機的冷頭進行匹配使用。
實用新型內(nèi)容本實用新型提供了一種采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機，提高了線性壓縮機的軸向剛度，能夠?qū)崿F(xiàn)具有較大動子質(zhì)量的線性壓縮機的高頻高效運行。為實現(xiàn)本實用新型的目的，將采用如下的技術(shù)方案一種采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機，包括支架、與支架相互固定的氣缸、與氣缸內(nèi)壁間隙配合的兩個活塞、以及驅(qū)動兩個活塞同軸往復(fù)運動的兩個直線電機，兩個直線電機分別通過活塞軸與對應(yīng)活塞傳動；每個活塞軸兩個端部分別通過渦旋臂板彈簧組件和直線臂板彈簧組件與所述支架固定，且渦旋臂板彈簧組件靠近活塞設(shè)置；每個活塞軸遠離活塞的端部與所述支架之間分別設(shè)有用于提供軸向彈力的圓柱螺旋彈簧。渦旋臂板彈簧組件在軸向位移較大時，其最大應(yīng)力集中值相對較小，在活塞端采用渦旋臂板彈簧組件，有利于保證壓縮機工作時，不會由于板彈簧破裂而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。直線臂板彈簧組件的軸向剛度、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密封要求。采用圓柱螺旋彈簧可以有效的提高彈簧的軸向剛度，對于動子質(zhì)量較大的線性壓縮機，可以實現(xiàn)高頻共振運行，提高運行效率，實現(xiàn)線性壓縮機和低溫制冷機冷頭的特性匹配。[0009]為便于圓柱螺旋彈簧安裝固定，同時進一步減小壓縮機的整體體積，作為優(yōu)選，所述活塞軸端部設(shè)有同軸設(shè)置的容納槽；所述圓柱螺旋彈簧一端與支架相互固定，另一端內(nèi)嵌于所述容納槽內(nèi)。容納槽的設(shè)置，使得整個壓縮機的結(jié)構(gòu)更加緊湊，可滿足多種特殊場合的要求。為避免運行過程中圓柱螺旋彈簧產(chǎn)生徑向晃動，同時保證圓柱螺旋彈簧的安裝強度，作為優(yōu)選，所述容納槽的深度為活塞軸總長度的1/3 2/3。容納槽的實際深度，可根據(jù)實際需要確定。為保證圓柱螺旋彈簧具有足夠大的安裝空間，避免因安裝空間狹窄限制圓柱螺旋彈簧的大小，作為優(yōu)選，所述活塞軸遠離活塞的一側(cè)具有擴徑段，所述容納槽處在該擴徑段內(nèi)。擴徑段的直徑大小，需要根據(jù)實際需要安裝的圓柱螺旋彈簧的型號大小確定。所述圓柱螺旋彈簧可選擇多種方式與支架相互固定，為便于實施，可選擇在所述支架上固定安裝板或者安裝座，選擇安裝板時，可采用焊接或者螺紋固定方式將圓柱螺旋彈簧與支架固定；選擇安裝座時，可選擇在所述支架上固定環(huán)形的安裝座，所述圓柱螺旋彈簧一端卡接在該安裝座上。為便于渦旋臂板彈簧組件和直線臂板彈簧組件的固定，作為優(yōu)選，所述活塞軸的外周均帶有兩個環(huán)形的限位臺階，與該活塞軸對應(yīng)的渦旋臂板彈簧組件和直線臂板彈簧組件分別套裝在其中一個限位臺 階上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在(I)三種彈簧的共同使用，在保證間隙密封和無油潤滑技術(shù)的同時，可以有效的提高彈簧的軸向剛度，對于動子質(zhì)量較大的線性壓縮機，可以實現(xiàn)高頻共振運行，提高運行效率，實現(xiàn)線性壓縮機和低溫制冷機冷頭的特性匹配。(2)通過改變渦旋臂板彈簧組件和直線臂板彈簧組件使用比例，可以使得線性壓縮機的共振頻率在一定范圍內(nèi)柔性可調(diào)。(3)圓柱螺旋彈簧采用內(nèi)嵌于活塞軸的安裝方式，可以有效的縮小尺寸、減輕重量，實現(xiàn)線性壓縮機的緊湊化設(shè)計。(4)對于單個的活塞軸，采用了雙側(cè)板簧支撐，這樣有利于保證活塞與氣缸的同軸度以及間隙密封，減小摩擦碰撞的風(fēng)險。

圖I為本實用新型的三種彈簧共同支撐的動磁式線性壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為渦旋臂板彈簧組件的平面示意圖。圖3為直線臂板彈簧組件的平面示意圖。圖4為圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)平面圖。圖中1為外殼，2為直線臂板彈簧組件，3為外墊圈，4為內(nèi)墊圈，5為次支架，6為主支架，7為氣缸，8為進排氣孔，9為渦旋臂板彈簧組件，10為外墊圈，11為內(nèi)墊圈，12為外軛鐵，13為線圈，14為永磁體，15為氣隙，16為安裝座，17為圓柱螺旋彈簧，18為外固定環(huán)，19為內(nèi)軛鐵，20為擴徑段，21為內(nèi)固定環(huán)，22為壓縮腔，23為活塞軸，24為背壓腔，25為活塞，26為容納槽。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖詳細地說明本實用新型的具體實施方案。如圖I所示，本實用新型中采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機主要包括支架組件、氣缸活塞組件、直線電機組件和彈簧組件。其中支架組件包括外殼I、外殼I內(nèi)的支架，支架由主支架6和次支架5組成。外殼I用于密封機體,次支架5和主支架6用于固定彈簧組件、氣缸活塞組件和直線電機組件。氣缸活塞組件包括氣缸7、兩個活塞25、活塞軸23。氣缸7的側(cè)壁上設(shè)有進排氣孔8，氣缸7兩端斷面上設(shè)有環(huán)形安裝臺，用于與外殼I相互固定。兩個活塞25安裝在氣缸7中，與氣缸7內(nèi)壁間隙配合，兩個活塞25之間的氣缸工作腔形成壓縮腔22?；钊S23位于主支架6圍成的圓柱形通道內(nèi)?；钊S23遠離對應(yīng)活塞25的一側(cè)具有擴徑段20，擴徑段20端部設(shè)有同軸設(shè)置的容納槽26，圓柱螺旋彈簧17 —端與外殼I相互固定，另一端內(nèi)嵌于該容納槽26內(nèi)?；钊S23的外周均帶有兩個環(huán)形的限位臺階，與該活塞軸23對應(yīng)的渦旋臂板彈簧組件9和直線臂板彈簧組件2分別套裝在其中一個限位臺階上。直線電機組件主要包括外軛鐵12、內(nèi)軛鐵19、線圈13和永磁體14。外軛鐵12和內(nèi)軛鐵19由片狀的硅 鋼片堆疊而成，連成一個環(huán)，其中外軛鐵12通過次支架5與主支架6固定，而內(nèi)軛鐵19套在主支架6上,兩端分別由內(nèi)固定環(huán)21和外固定環(huán)18定位。線圈13嵌套在外軛鐵12中，當線圈13中通以交流電時，永磁體14將會受到交變的軸向力，在氣隙15中作軸向往復(fù)運動。彈簧組件主要包括渦旋臂板彈簧組件9(具體結(jié)構(gòu)詳見圖2)、直線臂板彈簧組件2(具體結(jié)構(gòu)詳見圖3)、圓柱螺旋彈簧17 (具體結(jié)構(gòu)詳見圖4)及其墊圈固定件等?？拷钊?5的一端為渦旋臂板彈簧組件9，渦旋臂板彈簧組件9之間為避免產(chǎn)生干摩擦，用渦旋臂板彈簧組件內(nèi)墊圈11和外墊圈10隔開。其中渦旋臂板彈簧組件9的外墊圈10通過螺釘固定在主支架6上，內(nèi)墊圈11通過螺釘與活塞軸23連接在一起。遠離活塞25 —端的板簧為直線臂板彈簧組件2，直線臂板彈簧組件2之間同樣用直線臂板彈簧組件內(nèi)墊圈4和外墊圈3隔開。其中外墊圈3通過螺釘固定在次支架5上，內(nèi)墊圈4通過螺釘連接在活塞軸23上。圓柱螺旋彈簧17—端固定于安裝座16上,一端與活塞軸23 f禹合,并內(nèi)嵌于活塞軸23內(nèi)的容納槽26內(nèi)，這樣就可以使得壓縮機結(jié)構(gòu)緊湊的同時，又可以獲得較大的軸向剛度。圓柱螺旋彈簧17與安裝座16之間也可選擇卡合固定方式固定。實際安裝過程中，為了保證間隙密封和無油潤滑技術(shù)的實施，并且不能有過多的高壓氣體由壓縮腔22進入背壓腔24，活塞25與氣缸7之間的間隙一般在10 30 μ m范圍內(nèi)，因此對氣缸7與活塞25的加工和裝配要求很高。活塞軸23通過與永磁體14直接耦合，獲得驅(qū)動力，推動活塞25軸向往復(fù)運動，實現(xiàn)氣體的壓縮和膨脹過程，使得壓縮腔22內(nèi)的高壓氣體從進排氣孔8排出，為低溫制冷機提供氣源。以上實施案例僅是說明三種彈簧的布置方案，而不是對其使用范圍進行限制。上述實施案例是針對動磁式線性壓縮機展開的，而三種彈簧共同支撐的方案也同樣適用于動圈式和動鐵式線性壓縮機。如上所述，本實用新型提出對線性壓縮機采用三種彈簧共同支撐，在保證間隙密封和無油潤滑技術(shù)的同時，可以有效的提高彈簧的軸向剛度，對于動子質(zhì)量較大的線性壓縮機，可以實現(xiàn)高頻共振運行，提高運行效率，實現(xiàn)線性壓縮機和低溫制冷機冷頭的特性匹配。
權(quán)利要求1.一種采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機，包括支架、與支架相互固定的氣缸(7)、與氣缸(7)內(nèi)壁間隙配合的兩個活塞(25)、以及驅(qū)動兩個活塞(25)同軸往復(fù)運動的兩個直線電機，兩個直線電機分別通過活塞軸(23)與對應(yīng)活塞傳動； 其特征在于，每個活塞軸兩個端部分別通過渦旋臂板彈簧組件(9)和直線臂板彈簧組件(2)與所述支架固定，且渦旋臂板彈簧組件(9)靠近活塞(25)設(shè)置；每個活塞軸(23)遠離活塞(25)的端部與所述支架之間分別設(shè)有用于提供軸向彈力的圓柱螺旋彈簧(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機，其特征在于，所述活塞軸(23)端部設(shè)有同軸設(shè)置的容納槽(26);所述圓柱螺旋彈簧(17) —端與支架相互固定，另一端內(nèi)嵌于所述容納槽(26)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機，其特征在于，所述容納槽(26)的深度為活塞軸(23)總長度的1/3 2/3。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機，其特征在于，所述活塞軸(23 )遠離活塞(25 )的一側(cè)具有擴徑段(20 )，所述容納槽(26 )處在該擴徑段內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機，其特征在于，所述支架上固定有環(huán)形的安裝座(16)，所述圓柱螺旋彈簧一端卡接在該安裝座上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機，其特征在于，所述活塞軸(23)的外周均帶有兩個環(huán)形的限位臺階，與該活塞軸對應(yīng)的渦旋臂板彈簧組件(9)和直線臂板彈簧組件(2)分別套裝在其中一個限位臺階上。
專利摘要本實用新型公開了一種采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機，包括支架、與支架相互固定的氣缸、與氣缸內(nèi)壁間隙配合的兩個活塞、以及驅(qū)動兩個活塞同軸往復(fù)運動的兩個直線電機，兩個直線電機分別通過活塞軸與對應(yīng)活塞傳動；每個活塞軸兩個端部分別通過渦旋臂板彈簧組件和直線臂板彈簧組件與所述支架固定，且渦旋臂板彈簧組件靠近活塞設(shè)置；每個活塞軸遠離活塞的端部與支架之間分別設(shè)有用于提供軸向彈力的圓柱螺旋彈簧。本實用新型的線性壓縮機采用三種彈簧共同支撐，在保證間隙密封和無油潤滑技術(shù)的同時，有效的提高彈簧的軸向剛度，對于動子質(zhì)量較大的線性壓縮機，可以實現(xiàn)高頻共振運行，提高運行效率，實現(xiàn)線性壓縮機和低溫制冷機冷頭的特性匹配。
文檔編號F04B35/04GK203130409SQ201320103969
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者汪偉偉, 甘智華, 張小斌, 王龍一, 王博, 劉東立, 吳鎂, 劉雨夢, 朱佳凱, 宋豫京 申請人:浙江大學(xué)