膜片彈簧具有效率高、體積小、質(zhì)量輕、啟動(dòng)較快、振動(dòng)低、工作溫度寬等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于車載、機(jī)載紅外系統(tǒng)及商業(yè)制冷等。微型制冷機(jī)中，膜片彈簧主要用于支撐壓縮機(jī)活塞動(dòng)子組件及斯特林線性制冷機(jī)的排出器組件做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，保持運(yùn)動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)部件（活塞或排出器）與氣缸之間的動(dòng)態(tài)密封，并為運(yùn)動(dòng)部件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(jī)長壽命、高可靠運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。

20世紀(jì)80年代，牛津大學(xué)首次在斯特林制冷機(jī)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(qiáng)度及自振頻率這4個(gè)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(shí)現(xiàn)氣缸與運(yùn)動(dòng)部件之間無摩擦的相對運(yùn)行；軸向剛度主要為運(yùn)動(dòng)部件往返運(yùn)動(dòng)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(jī)長壽命運(yùn)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(jì)的主要原則為：

(1)膜片彈簧最大應(yīng)力集中點(diǎn)的應(yīng)力值要遠(yuǎn)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(jì)過程中應(yīng)力集中點(diǎn)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(shí)現(xiàn)非接觸式運(yùn)動(dòng)的前提，足夠大的徑向剛度配合精密的裝配可以實(shí)現(xiàn)活塞在運(yùn)動(dòng)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(yuǎn)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(diǎn)。根據(jù)實(shí)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(jìn)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(yuǎn)小于材料的 疲勞極限值其次，由于在制冷機(jī)工作過程中，膜片彈簧隨主軸作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)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?？紤]到膜片彈簧在產(chǎn)生軸向變形時(shí)，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(shí)的徑向剛度。同時(shí)，膜片彈簧工作時(shí)處于運(yùn)動(dòng)中，因此必須研究膜片彈簧的動(dòng)態(tài)剛度。

（4）膜片彈簧型線設(shè)計(jì)

膜片彈簧是支撐制冷壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)活塞的一個(gè)彈性部件，其特點(diǎn)是軸向剛度能滿足運(yùn)動(dòng)活塞振動(dòng)要求; 徑向剛度能支撐運(yùn)動(dòng)活塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中不與氣缸接觸，從而避免產(chǎn)生磨損。膜片彈簧在一個(gè)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(jì)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。