制冷线性压缩机弹簧组件的设计与研究

陈洪月 张站立 林青竹

1.辽宁工程技术大学机械工程学院，阜新，123000 2.中国煤炭工业协会高端综采成套装备动力学测试与大数据分析中心，阜新，123000 3.矿山液压技术与装备国家工程研究中心，阜新，123000

0 引言

制冷线性压缩机具有电机效率高、谐振运行、体积小、容量调节简单等优点，是一种极具吸引力的蒸汽压缩制冷设备[1]。BANSAL等[2]研究发现线性压缩机是具有更高效率和潜力的制冷量控制设备。弹簧组件作为线性压缩机的关键部件，为活塞提供径向支撑来保证直线运动中活塞与气缸之间的间隙密封，具有足够的刚度和一定的行程[3]。

LEE等[4]采用多项式拟合的方法处理阿基米德型线和牛津型线，基于试验数据开发了关于这两种型线的设计程序。RAWLINGS等[5]设计的一种涡旋弹簧成功用于美国军用小型制冷机。TROLLIER 等[6]设计了一款牛津型线的三臂柔性板弹簧，通过改变型线的形状、长度和涡旋臂的厚度，可在不增加最大应力的情况下，增大轴向与径向的刚度比。陈楠等[7]利用两条同基圆的渐开线构成涡旋槽，通过改变基圆半径、渐开线发生角、涡旋槽槽宽得到不同几何形状的涡旋线。

目前，制冷线性压缩机的弹簧组件主要采用圆柱弹簧和涡旋臂板弹簧。圆柱弹簧轴向刚度大，可为线性压缩机驱动轴提供轴向回复力，提高活塞往复直线运动的效率，但无法为活塞轴提供有效的径向支撑。涡旋臂板弹簧通过中心孔与驱动轴相连，驱动轴和活塞共轴线，具有较大的径向刚度，能有效避免活塞径向偏移导致的活塞与气缸之间的摩擦接触，实现活塞与气缸的无油润滑密封，但涡旋臂板弹簧的轴向刚度较小，需通过增大板弹簧厚度或使用板弹簧组来满足线性压缩机需求。……