專利名稱：一種板彈簧的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種線型板彈簧，屬于機械領域。
背景技術：
板彈簧是一種在一平板上按照規(guī)定的線型刻蝕出的零件， 一般應用
于往復運動的機械中，又稱柔性支撐，英文(flexure bearing)。
這里特指的是一種應用于線性電機驅動斯特林制冷機的新型線型的 板彈簧，是決定制冷機壽命、可靠性的關鍵零件。以制冷的線性壓縮機 為例，壓縮機一般由氣缸、活塞、驅動電機、連接機構和殼體等組成， 電機驅動連接機構，連接機構帶動活塞在氣缸內往復運動，板彈簧的作 用有就是將線性電機支撐起來，使其能延運動方向往復運動。因此，板 彈簧的意義在于①板彈簧作為電機的支撐零件(也可以說板彈簧為斯特 林制冷機中唯一動子支撐機構)其壽命直接決定了制冷機的壽命；②在 制冷機里要求活塞在氣缸內直線往復運動，其運動精度必須要有保證(減 少摩擦、振動)，這就要求線性電機的運動軌跡精度保證，因此這就要求 電機的支撐一板彈簧往復運動時保證精度。因而決定了板彈簧的兩項重 要指標壽命一疲勞壽命、直性運動精度一徑向剛度與軸向剛度比。我們 研制了一種長壽命、結構簡單、徑向剛度與軸向剛度比高的新型線型的 板彈簧。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是研制一種長壽命、徑向剛度與軸向剛度比高的板彈簧。
板彈簧材料一般為1Crl8Ni9Ti、鈹青銅。
板彈簧又稱柔性支撐，它是一種在一圓形或有一定形狀的平板上， 厚度一般為0. lmm 2mm，按照特定的線型刻蝕出的零件。
板彈簧的形態(tài)的設定依據(jù)該發(fā)明用算法來確定板彈簧上的螺旋線， 共三條螺旋線，三條螺旋線承12(T均勻分布，以下為該線性的數(shù)學表達:
方程中符號定義
R:板彈簧的外徑(mm);r:板彈簧的內徑(mm); R,:型線起點的半徑(mm); R2:型線終點的半徑(腿)； cp:掠角變量(°); 最大掠角范圍(°)
型線起始段的掠角范圍(。)； 。1:型線終段的掠角范圍(°); 螺旋線線線的極坐標的一般形式 A O) = ", - A⑨+ "2. A (P)
其中％和《2為小于1的線型疊和系數(shù)，《,+a2=l / 30) = ^ 其中fc-(ln(尺2/i ,)/① AO)1+W(i 廣i ,)/(D
線型的起始段、主段、終段的方程 起始方程(0^ ^02)
P。⑨=A⑨-A其中& = (0>2 - (p)4 . (^) 主段方程(。2 S^^O,)終段方程(o^ ^o)
A.⑨=+ A其中A =- 。')6 (^)
d.另兩條曲線分別為沿中心旋轉120°和240°,用(^ + 120。)和 (p + 240D)替代上述方程中的cp即可。
板彈簧的工作方式首先，定義圓形平板的平面為x，y，垂直于平板
的方向為z (軸向)。板彈簧安裝在線性電機的兩端，支撐起線性電機，
板彈簧的軸向與線性電機的運動方向一致，板彈簧的內孔與線性電機的
軸連接，外圓與殼體連接；當線性電機運動時，將帶動軸一起運動，由 于板彈簧上刻蝕曲線，板彈簧會象彈簧一樣往復運動，從而實現(xiàn)了彈簧 的功能。另外由于平板上的線型將其分為三部分，在軸向運動時這三部 分平板又會產(chǎn)生沿xy方向的力且對稱相等，這就保證了動子軸不會沿xy 方向移動，起到了限位作用。
本發(fā)明的特點板彈簧的刻蝕曲線的線型。
本發(fā)明的優(yōu)點為a.該線型的板彈簧徑向剛度與軸向剛度比高；b. 板彈簧的局部應力變型小；c.使用壽命長。
圖中l(wèi)一平板、2 —刻蝕的線型。
具體實施例方式
下面利用不銹鋼材料作為板材，設計外徑030，內孔03，掠角360'的板彈簧，結合附圖對本發(fā)明作進一步的加工描述。
首先，1、選擇厚度為0.1mm的不銹鋼材料；2、對選擇好的不銹鋼 材料進行壓平熱處理；3、外徑030，內孔0>3，掠角36(T， 0,和cD4艮據(jù)安 裝位置的壓環(huán)確定， 一般為10° 15°,帶入方程可以得到一曲線方程；4、 將曲線方程編為程序，以cp掠角為變量進行計算， 一般掠角的變量的增量 為1° (可點也可小點，根據(jù)加工能力和水平?jīng)Q定，變量的增量越小，曲 線越平滑，但加工要求越高)；5、通過曲線方程計算可以得到曲線點的 坐標；6、將處理好的板材，加工為內孔①3，外圓(D30的環(huán)狀，；7、將曲 線的第l個點標注在環(huán)形板材上，以板材的圓心旋轉120°，再標注，再旋 轉12(T，標注，用電火花打孔；7、將前面計算的曲線坐標輸入線切割機， 然后將環(huán)形板材放在線切割機上，切割絲從第一點穿過，然后按設定好 的坐標進行切割；以圓心為中心旋轉120。，同上切割；再旋轉120('，同 上切割；8、完成后，進行超聲波清洗，清除切割處的殘留物。(注線 型的切割方法，還可是化學腐蝕和激光刻蝕)；9、檢驗合格后，封存， 以備裝配使用。
經(jīng)試驗測試其軸向剛度16. 74N/cm，徑向剛度555N/cm (Z=0mm)，徑 向剛度522N/cm(Z=lmm)，徑向剛度457N/cm(Z=20,)，徑向剛度392N/cm (Z二3mra)。其中Z為沿軸向位移，平衡位置為起點0。
再以設計外徑063，內孔(D4，掠角36(T的板彈簧，結合附圖對本發(fā)
明作進一步的加工描述
首先，1、選擇厚度為0. 15mm的不銹鋼材料；2、對選擇好的不銹鋼材料進行壓平熱處理；3、外徑(D63，內孑L04，掠角360°， ^和。2根據(jù)安 裝位置的壓環(huán)確定， 一般為10° 15°，帶入方程可以得到一曲線方程；4、 將曲線方程編為程序，以(p掠角為變量進行計算， 一般掠角的變量的增量 為r (可點也可小點，根據(jù)加工能力和水平?jīng)Q定，變量的增量越小，曲 線越平滑，但加工要求越高)；5、通過曲線方程計算可以得到曲線點的 坐標；6、將處理好的板材，加工為內孔04，外圓①63的環(huán)狀，；7、將曲 線的第1個點標注在環(huán)形板材上，以板材的圓心旋轉120°，再標注，再旋 轉12(T，標注，用電火花打孔；7、將前面計算的曲線坐標輸入線切割機， 然后將環(huán)形板材放在線切割機上，切割絲從第一點穿過，然后按設定好 的坐標進行切割；以圓心為中心旋轉12(T，同上切割；再旋轉120"，同 上切割；8、完成后，進行超聲波清洗，清除切割處的殘留物。(注線 型的切割方法，還可是化學腐蝕和激光刻蝕)；9、檢驗合格后，封存，
以備裝配使用。
經(jīng)試驗測試其軸向剛度11. 85N/cm，徑向剛度1715N/cm(Z二0mm)，徑 向剛度2205/cm (Z二l咖)，徑向剛度1666N/cm (Z二20腿)，徑向剛度 1225N/cm (Z=3ram)，徑向剛度833N/cm (Z二4咖)。
權利要求
1. 一種板彈簧試驗裝置，包括位移傳感器、外殼體、法蘭、進風口、引線孔、2個以上的板彈簧、永磁體、線圈體、出氣口、外壓環(huán)、主軸、安裝筒及螺釘；其特征在于連接關系為沿主軸安裝零件依次板彈簧、線圈體、板彈簧、鎖緊螺母和位移傳感器；沿安裝筒依次安裝板彈簧、永磁體、板彈簧、外壓環(huán)，用外壓環(huán)將它們固定；電源線從線圈體的固定螺釘處通過安裝筒的引線孔引至外殼體和安裝筒的間隙處，然后引向引線孔引出；板彈簧的內孔被安裝在主軸上，外圓被安裝在安裝筒上，且有兩組板彈簧將線圈體支撐起來，進風口位于引線孔的對稱位置，出氣口位于外殼體的端部，空氣從進風口進，從出氣口出；主軸的末端安裝了位移傳感器，監(jiān)測板彈簧的往復位移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種板彈簧試驗裝置，用于模擬測試板彈簧的疲勞壽命。包括位移傳感器、外殼體、法蘭、進風口、引線孔、板彈簧、永磁體、線圈體、出氣口、外壓環(huán)、主軸、安裝筒及螺釘；連接關系為沿主軸安裝零件依次板彈簧、線圈體、板彈簧、鎖緊螺母和位移傳感器；沿安裝筒依次安裝板彈簧、永磁體、板彈簧、外壓環(huán)，用外壓環(huán)將它們固定；電源線從線圈體的固定螺釘處通過安裝筒的引線孔引至外殼體和安裝筒的間隙處，然后從引向引線孔引出；板彈簧的內孔安裝于主軸，外圓安裝于安裝筒，且有兩組板彈簧將線圈體支撐起來，進風口位于引線孔的對稱位置，出氣口位于外殼體的端部，空氣從進風口進，從出氣口出；主軸的末端安裝了位移傳感器，監(jiān)測板彈簧的往復位移。
文檔編號G01N3/32GK101470060SQ200710304639
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權日2007年12月28日
發(fā)明者潘雁頻, 陳正剛 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所