膜片彈簧具有效率高、體積小、質(zhì)量輕、啟動較快、振動低、工作溫度寬等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于車載、機載紅外系統(tǒng)及商業(yè)制冷等。微型制冷機中，膜片彈簧主要用于支撐壓縮機活塞動子組件及斯特林線性制冷機的排出器組件做往復(fù)運動，保持運動過程中運動部件（活塞或排出器）與氣缸之間的動態(tài)密封，并為運動部件的往復(fù)運動提供足夠的軸向剛度，因此，膜片彈簧技術(shù)是微型斯特林制冷機長壽命、高可靠運行的關(guān)鍵技術(shù)之一。

20世紀80年代，牛津大學(xué)首次在斯特林制冷機中使用柔性膜片彈簧，并在空間長壽命應(yīng)用中顯示出其巨大的潛力。對膜片彈簧而言，徑向剛度、軸向剛度、疲勞強度及自振頻率這4個指標(biāo)全面地反映了其不同方面的性能，其中膜片彈簧較大徑向剛度可與間隙密封技術(shù)相結(jié)合，以實現(xiàn)氣缸與運動部件之間無摩擦的相對運行；軸向剛度主要為運動部件往返運動提供合適的軸向回復(fù)力；膜片彈簧在工作行程下的最大應(yīng)力不應(yīng)超過材料本身的疲勞極限，從而滿足制冷機長壽命運行；此外還應(yīng)考慮工作頻率下膜片彈簧不發(fā)生諧振，工作頻率應(yīng)避開膜片彈簧的自振頻率。

分析和設(shè)計的主要原則為：

(1)膜片彈簧最大應(yīng)力集中點的應(yīng)力值要遠低于材料的疲勞極限值，膜片彈簧材料為一種彈簧鋼，材料本身最大疲勞極限值為800N/mm2,在設(shè)計過程中應(yīng)力集中點應(yīng)力值應(yīng)小于600N/mm2;

2)膜片彈簧有足夠大的徑向剛度，徑向剛度是實現(xiàn)非接觸式運動的前提，足夠大的徑向剛度配合精密的裝配可以實現(xiàn)活塞在運動過程中徑向方向的最大偏移小于4微米；

(3)膜片彈簧自身共振頻率遠高于膜片彈簧的工作頻率。在膜片彈簧支承系統(tǒng)中，膜片彈簧應(yīng)具有軸向剛度小，徑向剛度很大的特點。根據(jù)實際工作的需要，膜片彈簧的研究工作主要有以下三方面的內(nèi)容。首先，由于工作需要，彈簧的循環(huán)次數(shù)超過20億次，所需要對彈簧的線型、工藝孔、厚度等基本參數(shù)進行分析研究，使彈簧在工作中，各處的應(yīng)力趨于一致，消除應(yīng)力集中，最大應(yīng)力遠小于材料的 疲勞極限值其次，由于在制冷機工作過程中，膜片彈簧隨主軸作高速往復(fù)運動，其運動頻率受制于彈簧片固有頻率為避免彈簧片板條發(fā)生共振而折斷，則必須使 共振頻率避開彈簧的固有頻率再次。考慮到膜片彈簧在產(chǎn)生軸向變形時，其徑向剛度會降低，為了防止彈簧失穩(wěn) ，則必須研究在軸向位移時的徑向剛度。同時，膜片彈簧工作時處于運動中，因此必須研究膜片彈簧的動態(tài)剛度。

（4）膜片彈簧型線設(shè)計

膜片彈簧是支撐制冷壓縮機運動活塞的一個彈性部件，其特點是軸向剛度能滿足運動活塞振動要求; 徑向剛度能支撐運動活塞在往復(fù)運動中不與氣缸接觸，從而避免產(chǎn)生磨損。膜片彈簧在一個平面上由兩條或多條型線構(gòu)成，每條型線由漸開線或漸開線組合形成。膜片彈簧分為等截面和非等截面兩種類型，如圖 1 所示，圖 1( a) 為兩臂等截面形線，圖 1( b) 為三臂非等截面形線，圖 1( c) 為三臂等截面膜片彈簧，圖 1( d) 為三臂非等截面膜片彈簧。

在設(shè)計過程中通過改變膜片彈簧懸臂的線形、長度和厚度來滿足軸向剛度和徑向剛度的需要。根據(jù)支撐剛度和可靠性需要，可由一片或多片重疊組合而形成膜片彈簧組。