淺談柔性板彈簧組件及對間隙密封的影響

金雷

摘 要：研究直線壓縮機性能以及可靠性的提升方式，在現階段深冷與普冷領域，直線壓縮機得到更為廣泛應用的大環境下，顯得尤為重要。柔性板彈簧在直線壓縮機的存在形式，多是通過在活塞運動軸上，組裝多片組件等方式來實現，并用薄墊片隔開相鄰的板彈簧片。想要達成氣缸無摩擦地與活塞進行相對運行，可以采取柔性板彈簧技術，結合間隙密封技術的方式來實現，除此之外，兩種技術的結合，在一定程度上，可以減少因使用潤滑油而產生的污染問題。通過分析柔性板彈簧組件，在對板彈簧組件建模的基礎上，對板彈簧組件，受各種厚度墊片壓力所產生的影響，板彈簧片的數量，對板彈簧組件的頻率產生變化的規律，包括間隙密封，受不同板彈簧組件裝配方式的影響。

關鍵詞：柔性板彈簧組件 安裝方式 墊片 模態分析

中圖分類號：TB65 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（b）-0130-02

直線壓縮機的應用領域越來越廣泛，作為其關鍵部位，柔性板彈簧在對活塞及電機動子的支撐方面，維持活塞和氣缸之間密封間隙的穩定方面，發揮了巨大的作用。板彈簧的片數、片厚度，墊片數以及墊片厚度，對板彈簧組件的應力包括頻率，產生了一定影響。除此之外，活塞偏移量也容易受不同的板彈簧組件裝配方式、板彈簧個數以及軸間距的影響。

1 對安裝柔性板彈簧的方式及間隙密封的影響分析

1.1 安裝板彈簧組件的方式

柔性板彈簧組件，在直線壓縮機中的安裝方式，主要分為兩種：單邊安裝以及雙邊安裝。單邊安裝方式的主要特點，是在直線電機的相同側，進行柔性板彈簧組件安裝工作。在單邊安裝方式中，有可以細分為雙電子式對置活塞、整體式自由活塞。分置式制冷劑常用雙電子式對置活塞；整體式制冷劑常用整體式自由活塞安裝方式。活塞進行運動時，由于受到電機產生的電磁力，活塞徑向不均勻的氣體氣壓原因，產生的其體力，還有活塞重力等多種因素的干擾，會在受到徑向力的作用下，產生徑向偏移現象，氣缸與活塞之間，密封間隙的大小程度，遭到破壞。

與單邊安裝不同的是，雙邊安裝方式的主要為在電機的兩側，對稱安裝柔性板彈簧組件。達成支撐活塞自重的效果，主要依靠柔性板彈簧組件存在的徑向剛度，分置式低溫制冷劑常采用雙邊安裝方式。雙邊安裝方式相較于單邊安裝方式，在加工以及裝配環節，更為復雜，因此，雙邊安裝方式在應用范圍的廣度方面不如單邊安裝方式。

1.2 安裝柔性板彈簧組件方式的不同，對間隙密封產生的影響

運動活塞，受直線壓縮機中，不同的柔性板彈簧安裝方式的影響，在徑向偏移方面產生了較大的變化。通過對活塞在徑向偏移方面變化的研究，可以得出，活塞與氣缸之間間隙密封大小變化的規律。盡管通過對間隙密封技術的采用，現代長壽命低溫制冷機實現了無油潤滑的效果，但不容忽視的是，間隙密封的大小因活塞偏移現象在直線壓縮機運行過程中出現而被改變，這也導致制冷機的性能，因密封損失作用在很大程度上受到影響。

間隙密封損失和半徑間隙的三次方以及壓力波幅值存在正比關系，間隙密封損失在與密封長度方面存在反比關系，通過分析得知，密封損失無關于工作頻率。由于活塞產生的徑向偏移現象，使得密封的半徑間隙，在密封長度的方向上，存在增大趨勢，與此同時，密封的損失，也因此趨勢而隨之增大。

2 分析安裝柔性板彈簧組件的兩種方式

2.1 分析單邊安裝

間隙密封技術在直線壓縮機中，其主要存在10～20μm。間隙密封在徑向受到較小力的時候，效果被破壞。在活塞上的徑向偏移量，明顯受到墊片厚度的影響，偏移量可以利用增加墊片數量的形式，達到減小的效果。此外，降低徑向偏移量的方法，還可以通過添加柔性板彈簧片的數量來達到，這種方法可以使偏移量成倍減少。通過研究得知，活塞徑向偏移量與密封半徑間隙上的密封長度存在正比關系，徑向偏移量的縮小，長度變化也隨之變小，因此，氣缸和活塞之間也就存在越小的密封損失。

2.2 分析雙邊安裝

由于電機在兩組柔性板彈簧中間，是安裝雙邊柔性板彈簧組件的主要形式，這也導致了柔性板組件之間存在著較大的間距，活塞軸受到的主要徑向磁力，來自于電機，在分析雙邊安裝時，保持活塞尺寸大小，活塞軸存在變量，利用由三片柔性板彈簧進行裝配的組件，分析活塞軸間距不同時，活塞在徑向偏移量上的變化。經過分析得知，雙邊安裝方式，活塞在徑向偏移量上，明顯比單邊安裝方式上的偏移量要小，活塞的徑向偏移量，可以通過對柔性板彈簧組件之間的間距，進行加大處理，來達到減小徑向偏移量的效果。

2.3 分析板彈簧組件模態

柔性板彈簧在應力方面，受到墊片厚度不同影響的變化較小。壓縮機在通常情況下的運行頻率，大多保持在30～70 Hz，柔性板彈簧種類的不同，但其一階固有頻率，都不在壓縮機正常運行頻率范圍內出現，因此，不會由于產生共振，導致板彈簧臂出現斷裂現象，在一定程度上，對于噪音也是很大的改善。不同的柔性板彈簧組件，也有較為接近的二、三階固有頻率，不同的柔性板彈簧在同樣厚度時，也有較為接近的同階頻率。這說明，板彈簧片數的增加，不會改變柔性板彈簧的頻率，其存在固有特性的特點。利用對板彈簧組件安裝方式、安裝間距、墊片厚度方面存在的差異，進行分析，得出活塞徑向偏移量的變化對密封半徑間隙產生的影響。從得出的結果了解到，在進行單邊安裝方式時，在活塞軸上，安裝多個板彈簧組件，使得裝配方式更加優化。

3 結語

利用分析柔性板彈簧組件，可以了解到，不同厚度的墊片，對于板彈簧組件在最大等效應力方面，沒有很明顯的變化和影響；利用分析柔性板彈簧組件模態，得出其自振頻率，確保板彈簧組件的運行范圍，不出現在電機系統的共振頻率之內，柔性板彈簧組件的彈簧臂，也不會因引起共振，出現擠壓膨脹，而導致彈簧臂折斷的情況。

參考文獻

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