浅谈柔性板弹簧组件及对间隙密封的影响

金雷

摘 要：研究直线压缩机性能以及可靠性的提升方式，在现阶段深冷与普冷领域，直线压缩机得到更为广泛应用的大环境下，显得尤为重要。柔性板弹簧在直线压缩机的存在形式，多是通过在活塞运动轴上，组裝多片组件等方式来实现，并用薄垫片隔开相邻的板弹簧片。想要达成气缸无摩擦地与活塞进行相对运行，可以采取柔性板弹簧技术，结合间隙密封技术的方式来实现，除此之外，两种技术的结合，在一定程度上，可以减少因使用润滑油而产生的污染问题。通过分析柔性板弹簧组件，在对板弹簧组件建模的基础上，对板弹簧组件，受各种厚度垫片压力所产生的影响，板弹簧片的数量，对板弹簧组件的频率产生变化的规律，包括间隙密封，受不同板弹簧组件装配方式的影响。

关键词：柔性板弹簧组件 安装方式 垫片 模态分析

中图分类号：TB65 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（b）-0130-02

直线压缩机的应用领域越来越广泛，作为其关键部位，柔性板弹簧在对活塞及电机动子的支撑方面，维持活塞和气缸之间密封间隙的稳定方面，发挥了巨大的作用。板弹簧的片数、片厚度，垫片数以及垫片厚度，对板弹簧组件的应力包括频率，产生了一定影响。除此之外，活塞偏移量也容易受不同的板弹簧组件装配方式、板弹簧个数以及轴间距的影响。

1 对安装柔性板弹簧的方式及间隙密封的影响分析

1.1 安装板弹簧组件的方式

柔性板弹簧组件，在直线压缩机中的安装方式，主要分为两种：单边安装以及双边安装。单边安装方式的主要特点，是在直线电机的相同侧，进行柔性板弹簧组件安装工作。在单边安装方式中，有可以细分为双电子式对置活塞、整体式自由活塞。分置式制冷剂常用双电子式对置活塞；整体式制冷剂常用整体式自由活塞安装方式。活塞进行运动时，由于受到电机产生的电磁力，活塞径向不均匀的气体气压原因，产生的其体力，还有活塞重力等多种因素的干扰，会在受到径向力的作用下，产生径向偏移现象，气缸与活塞之间，密封间隙的大小程度，遭到破坏。

与单边安装不同的是，双边安装方式的主要为在电机的两侧，对称安装柔性板弹簧组件。达成支撑活塞自重的效果，主要依靠柔性板弹簧组件存在的径向刚度，分置式低温制冷剂常采用双边安装方式。双边安装方式相较于单边安装方式，在加工以及装配环节，更为复杂，因此，双边安装方式在应用范围的广度方面不如单边安装方式。

1.2 安装柔性板弹簧组件方式的不同，对间隙密封产生的影响

运动活塞，受直线压缩机中，不同的柔性板弹簧安装方式的影响，在径向偏移方面产生了较大的变化。通过对活塞在径向偏移方面变化的研究，可以得出，活塞与气缸之间间隙密封大小变化的规律。尽管通过对间隙密封技术的采用，现代长寿命低温制冷机实现了无油润滑的效果，但不容忽视的是，间隙密封的大小因活塞偏移现象在直线压缩机运行过程中出现而被改变，这也导致制冷机的性能，因密封损失作用在很大程度上受到影响。

间隙密封损失和半径间隙的三次方以及压力波幅值存在正比关系，间隙密封损失在与密封长度方面存在反比关系，通过分析得知，密封损失无关于工作频率。由于活塞产生的径向偏移现象，使得密封的半径间隙，在密封长度的方向上，存在增大趋势，与此同时，密封的损失，也因此趋势而随之增大。

2 分析安装柔性板弹簧组件的两种方式

2.1 分析单边安装

间隙密封技术在直线压缩机中，其主要存在10～20μm。间隙密封在径向受到较小力的时候，效果被破坏。在活塞上的径向偏移量，明显受到垫片厚度的影响，偏移量可以利用增加垫片数量的形式，达到减小的效果。此外，降低径向偏移量的方法，还可以通过添加柔性板弹簧片的数量来达到，这种方法可以使偏移量成倍减少。通过研究得知，活塞径向偏移量与密封半径间隙上的密封长度存在正比关系，径向偏移量的缩小，长度变化也随之变小，因此，气缸和活塞之间也就存在越小的密封损失。

2.2 分析双边安装

由于电机在两组柔性板弹簧中间，是安装双边柔性板弹簧组件的主要形式，这也导致了柔性板组件之间存在着较大的间距，活塞轴受到的主要径向磁力，来自于电机，在分析双边安装时，保持活塞尺寸大小，活塞轴存在变量，利用由三片柔性板弹簧进行装配的组件，分析活塞轴间距不同时，活塞在径向偏移量上的变化。经过分析得知，双边安装方式，活塞在径向偏移量上，明显比单边安装方式上的偏移量要小，活塞的径向偏移量，可以通过对柔性板弹簧组件之间的间距，进行加大处理，来达到减小径向偏移量的效果。

2.3 分析板弹簧组件模态

柔性板弹簧在应力方面，受到垫片厚度不同影响的变化较小。压缩机在通常情况下的运行频率，大多保持在30～70 Hz，柔性板弹簧种类的不同，但其一阶固有频率，都不在压缩机正常运行频率范围内出现，因此，不会由于产生共振，导致板弹簧臂出现断裂现象，在一定程度上，对于噪音也是很大的改善。不同的柔性板弹簧组件，也有较为接近的二、三阶固有频率，不同的柔性板弹簧在同样厚度时，也有较为接近的同阶频率。这说明，板弹簧片数的增加，不会改变柔性板弹簧的频率，其存在固有特性的特点。利用对板弹簧组件安装方式、安装间距、垫片厚度方面存在的差异，进行分析，得出活塞径向偏移量的变化对密封半径间隙产生的影响。从得出的结果了解到，在进行单边安装方式时，在活塞轴上，安装多个板弹簧组件，使得装配方式更加优化。

3 结语

利用分析柔性板弹簧组件，可以了解到，不同厚度的垫片，对于板弹簧组件在最大等效应力方面，没有很明显的变化和影响；利用分析柔性板弹簧组件模态，得出其自振频率，确保板弹簧组件的运行范围，不出现在电机系统的共振频率之内，柔性板弹簧组件的弹簧臂，也不会因引起共振，出现挤压膨胀，而导致弹簧臂折断的情况。

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