專利名稱：采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及線性壓縮機(jī)，尤其涉及一種采用三種彈簧共同支撐的用于驅(qū)動(dòng)低溫制冷機(jī)的無(wú)閥線性壓縮機(jī)。
背景技術(shù)：
在低溫領(lǐng)域，用于驅(qū)動(dòng)斯特林制冷機(jī)和脈管制冷機(jī)的壓縮機(jī)主要是一種無(wú)閥的線性壓縮機(jī),根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件不同，分為動(dòng)圈式、動(dòng)磁式和動(dòng)鐵式三種。這種線性壓縮機(jī)采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，消除了傳統(tǒng)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)耦合間隙密封和無(wú)油潤(rùn)滑技術(shù)，使其具有效率聞、壽命長(zhǎng)、體積小、振動(dòng)低等特點(diǎn)，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(wú)油潤(rùn)滑技術(shù)的保證。一般來(lái)說(shuō)線性壓縮機(jī)主要是單獨(dú)采用渦旋臂板簧或直線臂板簧進(jìn)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(jiǎn)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(dòng)，但加工過(guò)程相對(duì)復(fù)雜一些。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010248988. 5的中國(guó)專利文獻(xiàn)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(jī)。該線性壓縮機(jī)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(diǎn)，更好的實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的間隙密封和無(wú)油潤(rùn)滑；同時(shí)可以通過(guò)更換渦旋臂板簧和直線臂板簧的比例，以對(duì)線性壓縮機(jī)的共振頻率進(jìn)行柔性調(diào)節(jié)。但是對(duì)于功率較大或者動(dòng)子質(zhì)量較大的線性壓縮機(jī)，單獨(dú)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(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的高頻運(yùn)行。這勢(shì)必會(huì)降低線性壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，甚至不能與低溫制冷機(jī)的冷頭進(jìn)行匹配使用。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機(jī)，提高了線性壓縮機(jī)的軸向剛度，能夠?qū)崿F(xiàn)具有較大動(dòng)子質(zhì)量的線性壓縮機(jī)的高頻高效運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)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(jī)，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(gè)活塞、以及驅(qū)動(dòng)兩個(gè)活塞同軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)直線電機(jī)，兩個(gè)直線電機(jī)分別通過(guò)活塞軸與對(duì)應(yīng)活塞傳動(dòng)；每個(gè)活塞軸兩個(gè)端部分別通過(guò)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(gè)活塞軸遠(yuǎn)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(shí)，其最大應(yīng)力集中值相對(duì)較小，在活塞端采用渦旋臂板彈簧組件，有利于保證壓縮機(jī)工作時(shí)，不會(huì)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(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(duì)于動(dòng)子質(zhì)量較大的線性壓縮機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)高頻共振運(yùn)行，提高運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)線性壓縮機(jī)和低溫制冷機(jī)冷頭的特性匹配。[0009]為便于圓柱螺旋彈簧安裝固定，同時(shí)進(jìn)一步減小壓縮機(jī)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(gè)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，可滿足多種特殊場(chǎng)合的要求。為避免運(yùn)行過(guò)程中圓柱螺旋彈簧產(chǎn)生徑向晃動(dòng)，同時(shí)保證圓柱螺旋彈簧的安裝強(qiáng)度，作為優(yōu)選，所述容納槽的深度為活塞軸總長(zhǎng)度的1/3 2/3。容納槽的實(shí)際深度，可根據(jù)實(shí)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(yuǎn)離活塞的一側(cè)具有擴(kuò)徑段，所述容納槽處在該擴(kuò)徑段內(nèi)。擴(kuò)徑段的直徑大小，需要根據(jù)實(shí)際需要安裝的圓柱螺旋彈簧的型號(hào)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(gè)環(huán)形的限位臺(tái)階，與該活塞軸對(duì)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(gè)限位臺(tái) 階上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)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(wú)油潤(rùn)滑技術(shù)的同時(shí)，可以有效的提高彈簧的軸向剛度，對(duì)于動(dòng)子質(zhì)量較大的線性壓縮機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)高頻共振運(yùn)行，提高運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)線性壓縮機(jī)和低溫制冷機(jī)冷頭的特性匹配。(2)通過(guò)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(jī)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(shí)現(xiàn)線性壓縮機(jī)的緊湊化設(shè)計(jì)。(4)對(duì)于單個(gè)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(xiǎn)。

圖I為本實(shí)用新型的三種彈簧共同支撐的動(dòng)磁式線性壓縮機(jī)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(jìn)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(kuò)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(shí)施方式

以下結(jié)合附圖詳細(xì)地說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案。如圖I所示，本實(shí)用新型中采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機(jī)主要包括支架組件、氣缸活塞組件、直線電機(jī)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(jī)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(jī)組件。氣缸活塞組件包括氣缸7、兩個(gè)活塞25、活塞軸23。氣缸7的側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)排氣孔8，氣缸7兩端斷面上設(shè)有環(huán)形安裝臺(tái)，用于與外殼I相互固定。兩個(gè)活塞25安裝在氣缸7中，與氣缸7內(nèi)壁間隙配合，兩個(gè)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(yuǎn)離對(duì)應(yīng)活塞25的一側(cè)具有擴(kuò)徑段20，擴(kuò)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(gè)環(huán)形的限位臺(tái)階，與該活塞軸23對(duì)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(gè)限位臺(tái)階上。直線電機(jī)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(gè)環(huán)，其中外軛鐵12通過(guò)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(dāng)線圈13中通以交流電時(shí)，永磁體14將會(huì)受到交變的軸向力，在氣隙15中作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。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(guò)螺釘固定在主支架6上，內(nèi)墊圈11通過(guò)螺釘與活塞軸23連接在一起。遠(yuǎn)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(guò)螺釘固定在次支架5上，內(nèi)墊圈4通過(guò)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(jī)結(jié)構(gòu)緊湊的同時(shí)，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(shí)際安裝過(guò)程中，為了保證間隙密封和無(wú)油潤(rùn)滑技術(shù)的實(shí)施，并且不能有過(guò)多的高壓氣體由壓縮腔22進(jìn)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(duì)氣缸7與活塞25的加工和裝配要求很高?；钊S23通過(guò)與永磁體14直接耦合，獲得驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)活塞25軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮和膨脹過(guò)程，使得壓縮腔22內(nèi)的高壓氣體從進(jìn)排氣孔8排出，為低溫制冷機(jī)提供氣源。以上實(shí)施案例僅是說(shuō)明三種彈簧的布置方案，而不是對(duì)其使用范圍進(jìn)行限制。上述實(shí)施案例是針對(duì)動(dòng)磁式線性壓縮機(jī)展開的，而三種彈簧共同支撐的方案也同樣適用于動(dòng)圈式和動(dòng)鐵式線性壓縮機(jī)。如上所述，本實(shí)用新型提出對(duì)線性壓縮機(jī)采用三種彈簧共同支撐，在保證間隙密封和無(wú)油潤(rùn)滑技術(shù)的同時(shí)，可以有效的提高彈簧的軸向剛度，對(duì)于動(dòng)子質(zhì)量較大的線性壓縮機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)高頻共振運(yùn)行，提高運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)線性壓縮機(jī)和低溫制冷機(jī)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(jī)，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(gè)活塞(25)、以及驅(qū)動(dòng)兩個(gè)活塞(25)同軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)直線電機(jī)，兩個(gè)直線電機(jī)分別通過(guò)活塞軸(23)與對(duì)應(yīng)活塞傳動(dòng)； 其特征在于，每個(gè)活塞軸兩個(gè)端部分別通過(guò)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(gè)活塞軸(23)遠(yuǎn)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(jī)，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(jī)，其特征在于，所述容納槽(26)的深度為活塞軸(23)總長(zhǎng)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(jī)，其特征在于，所述活塞軸(23 )遠(yuǎn)離活塞(25 )的一側(cè)具有擴(kuò)徑段(20 )，所述容納槽(26 )處在該擴(kuò)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(jī)，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(jī)，其特征在于，所述活塞軸(23)的外周均帶有兩個(gè)環(huán)形的限位臺(tái)階，與該活塞軸對(duì)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(gè)限位臺(tái)階上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種采用三種彈簧共同支撐的線性壓縮機(jī)，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(gè)活塞、以及驅(qū)動(dòng)兩個(gè)活塞同軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)直線電機(jī)，兩個(gè)直線電機(jī)分別通過(guò)活塞軸與對(duì)應(yīng)活塞傳動(dòng)；每個(gè)活塞軸兩個(gè)端部分別通過(guò)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(gè)活塞軸遠(yuǎn)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(shí)用新型的線性壓縮機(jī)采用三種彈簧共同支撐，在保證間隙密封和無(wú)油潤(rùn)滑技術(shù)的同時(shí)，有效的提高彈簧的軸向剛度，對(duì)于動(dòng)子質(zhì)量較大的線性壓縮機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)高頻共振運(yùn)行，提高運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)線性壓縮機(jī)和低溫制冷機(jī)冷頭的特性匹配。
文檔編號(hào)F04B35/04GK203130409SQ201320103969
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)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(mèng), 朱佳凱, 宋豫京 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)