[发明专利]柔性弹簧、柔性弹簧组以及压缩机

说明书

本发明提供一种柔性弹簧、柔性弹簧组以及压缩机，柔性弹簧包括基板，在基板的轴心开设有中心孔，邻近基板的外周开设有多个固定孔，基板上开设有至少两条呈涡旋状延伸的涡旋槽，至少两条涡旋槽以中心孔为轴心均匀地分布，基板上位于相邻两条涡旋槽之间的部分形成涡旋臂，涡旋槽具有内侧涡旋线、外侧涡旋线以及邻近中心孔内凹的封闭轮廓，封闭轮廓由第四圆弧段、第一圆弧段、第二圆弧段、垂线段以及第三圆弧段平滑连接形成。通过修改参数来调节封闭轮廓的面积，进而对整机的动子质量进行精确调节，有效减小柔性弹簧起始端的应力集中。同时，利用上述方法改变柔性弹簧起始端封闭轮廓的大小，不会影响柔性弹簧的刚度。

技术领域

本发明涉及声能制冷机设备技术领域，尤其涉及一种柔性弹簧、柔性弹簧组以及压缩机。

背景技术

柔性弹簧是在中心开孔的圆形弹性片状材料上构造出一种涡旋槽型线，使用激光切割、线切割或化学蚀刻技术加工成型的零件。柔性弹簧上可振动的弹性臂用于支撑斯特林机器的压缩活塞与膨胀活塞，保持运动过程中活塞与气缸的间隙密封，还可以调节压缩活塞与膨胀活塞的相位差。

评价柔性弹簧性能最终要的四个指标：疲劳强度、轴向刚度、径向刚度、自振频率。在柔性弹簧的设计过程中，首先要使弹簧的轴向刚度达到设定值，并且要有足够大的径向刚度以保证活塞与气缸之间的间隙密封。除此之外，最为关键的就是要使柔性弹簧的最大应力小于材料的疲劳应力，这样才能保证柔性弹簧在长期高频往复振动下不发生疲劳断裂，保证制冷机长寿命高可靠运行。

通常来讲，柔性弹簧发生疲劳断裂的位置在涡旋线的起始端或终了端。常规减小柔性弹簧应力集中的方法是增大封闭圆弧的半径，从而扩大封闭轮廓，消除应力集中。此方法的缺点在于，一味地扩大封闭圆弧半径虽然会减小该处的应力集中，但因为切除的过多的材料，同时也会减小该柔性弹簧的轴向刚度和径向刚度，使其无法满足制冷机的设计要求。

在小型低温制冷机的动力学设计中，为了使整机达到共振，控制动子系统的质量是非常关键的。柔性弹簧作为整个动子系统中的一部分，其质量的控制也显的尤为重要。通常来讲，因为柔性弹簧外圆周固定，其真正参与往复振动的部分仅为涡旋臂部分，一般按照经验取柔性弹簧总质量的1/3作为动子质量。当通过改变柔性弹簧厚度或柔性弹簧臂宽来调节柔性弹簧质量时，其真正改变的动子质量并不是柔性弹簧实际增加或减小的质量，并且通过改变厚度和臂宽来调节柔性弹簧质量，势必又会影响柔性弹簧的刚度与应力，这就给设计带来了不小的难度。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种可精确调节运动质量的柔性弹簧，减小起始端的集中应力，且不会影响柔性弹簧的刚度。

本发明的第二目的是提供一种使用上述柔性弹簧的柔性弹簧组。

本发明的第三目的是提供一种使用上述柔性弹簧组的压缩机。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种柔性弹簧包括基板，在基板的轴心开设有中心孔，邻近基板的外周开设有多个固定孔，基板上开设有至少两条呈涡旋状延伸的涡旋槽，至少两条涡旋槽以中心孔为轴心均匀地分布，基板上位于相邻两条涡旋槽之间的部分形成涡旋臂，涡旋槽具有内侧涡旋线、外侧涡旋线以及邻近中心孔内凹的封闭轮廓，以中心孔的轴心为圆心并且以中心孔的轴心与内侧涡旋线的起点之间的距离为半径形成第一圆弧段,第一圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至65°，以第一圆弧段的终点为起点形成内凹的第二圆弧段,第二圆弧段的半径为0.5至5.0毫米并与第一圆弧段的终点相切,第二圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至90°，与第二圆弧段的终点在其径向垂直延伸有垂线段，垂线段的终点与内侧涡旋线之间设置有外凸的第三圆弧段，第三圆弧段分别与内侧涡旋线和垂线段的终点相切,第三圆弧段的起点与终点之间的夹角为5°至90°，内侧涡旋线的起点与外侧涡旋线的起点设置有半圆弧状的第四圆弧段,封闭轮廓由第四圆弧段、第一圆弧段、第二圆弧段、垂线段以及第三圆弧段平滑连接形成。

更进一步的方案是，第一圆弧段的起点与终点之间的夹角为48°。