專利名稱：帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制冷技術(shù)領(lǐng)域的制冷機(jī)，特別涉及一種帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)。
背景技術(shù)：
斯特林制冷機(jī)是一種主動(dòng)式制冷機(jī)，其制冷循環(huán)為斯特林逆循環(huán)(由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容回?zé)徇^程組成的熱力循環(huán))。斯特林制冷具有制冷效率高、體積小、重量輕、啟動(dòng)快、安裝靈活、工作溫度范圍寬、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于紅外探測(cè)儀、X射線儀、伽瑪射線測(cè)量儀、高溫超導(dǎo)濾波器和計(jì)算機(jī)中CMOS電路、捕集水蒸汽的冷阱等。
自1954年第一臺(tái)斯特林制冷機(jī)問世以來，各國對(duì)斯特林制冷機(jī)進(jìn)行了較深入的研究。由于紅外技術(shù)和超導(dǎo)電子學(xué)的發(fā)展，尤其是紅外探測(cè)技術(shù)在軍事領(lǐng)域和空間領(lǐng)域的應(yīng)用，極大地推進(jìn)了斯特林制冷機(jī)的發(fā)展。斯特林制冷機(jī)的壽命和可靠性得到了很大提高，成為研究最深入、應(yīng)用最廣泛、變型最多的一種制冷機(jī)。
早期傳統(tǒng)的斯特林制冷機(jī)為整體結(jié)構(gòu)，壓縮機(jī)和冷頭成90°布置，壓縮機(jī)活塞與冷頭排出器經(jīng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，活塞和排出器與相應(yīng)氣缸的密封形式為非金屬彈性環(huán)的接觸密封。這種活塞和排出器的運(yùn)動(dòng)相位和行程恒定，熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性相互獨(dú)立，容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的制冷性能。但活塞和排出器對(duì)相應(yīng)氣缸的側(cè)向力較大，磨損比較嚴(yán)重。由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為有油潤滑，制冷工質(zhì)存在污染，因而制冷機(jī)的工作壽命受到影響。
1968年，荷蘭Pillips公司認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)斯特林制冷機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)(軸承、密封、污染等存在缺陷)，首先提出線性諧振壓機(jī)概念，并將其應(yīng)用于斯特林制冷機(jī)設(shè)計(jì)，并采用無潤滑的間隙密封。這種制冷機(jī)壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件少、側(cè)向力小、污染小、磨損低，因而工作壽命和可靠性得到提高。但由于運(yùn)動(dòng)活塞和排出器無徑向支撐，所以，其平均無故障時(shí)間(MTBF)一般也只有2500小時(shí)，少數(shù)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)可以達(dá)到5000小時(shí)。
為了進(jìn)一步提高斯特林制冷機(jī)的工作壽命和可靠性，使其達(dá)到空間應(yīng)用的20000小時(shí)以上的要求，1976年，北美Pillips實(shí)驗(yàn)室開始為NASA和DARPA開發(fā)線性諧振式星載長壽命斯特林制冷機(jī)(歷時(shí)5年)，提出并實(shí)現(xiàn)了電磁軸承支撐技術(shù)，以保證活塞與氣缸的密封間隙，大大提高制冷機(jī)的工作壽命，其樣機(jī)達(dá)到了65K/SW的制冷指標(biāo)，地面實(shí)驗(yàn)壽命也達(dá)到了28000小時(shí)；但由于結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)過于復(fù)雜，體積、重量太大(60kg)，使得后來未列入衛(wèi)星應(yīng)用計(jì)劃而中止研制和開發(fā)。英國牛津大學(xué)于70年代末開始直接開發(fā)星載長壽命斯特林制冷機(jī)，首先將其研制的并獲空間成功應(yīng)用的擺線懸臂梁型板狀彈簧支撐技術(shù)(簡稱板簧)應(yīng)用于斯特林制冷機(jī)，以保證活塞和回?zé)崞鬟\(yùn)動(dòng)組件的完全非接觸，消除磨損，使斯特林制冷機(jī)的可靠性和工作壽命大大提高，開創(chuàng)了風(fēng)靡低溫界的牛津型斯特林制冷機(jī)時(shí)代。與Pillips公司的電磁軸承柔性支撐相比，板彈簧柔性支撐具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。至1992年11月，BAe公司(現(xiàn)明為Matra Marconi Space)研制的牛津型斯特林制冷機(jī)的地面實(shí)驗(yàn)壽命(MTBT)達(dá)到了41933小時(shí)。板彈簧支撐的難點(diǎn)在于氣缸、活塞組件和板彈簧組件的對(duì)準(zhǔn)和組裝、間隙測(cè)量與準(zhǔn)直方面要求很高，造價(jià)高，適合于數(shù)量少的空間技術(shù)。后期，美國超導(dǎo)技術(shù)公司(STI)應(yīng)用氣體懸浮技術(shù)和板彈簧支撐技術(shù)研制成氣體懸浮支撐運(yùn)動(dòng)活塞的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的斯特林制冷機(jī)，提高了制冷機(jī)的壽命。
上述直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的斯特林制冷機(jī)的直線電機(jī)沿軸向的往復(fù)力直接作用于活塞和排出器，因而側(cè)向力小，磨損小，工作壽命較高(5000小時(shí)左右)。如果結(jié)合間隙密封和板彈簧支撐或氣體懸浮支撐，壽命可達(dá)到15000小時(shí)以上。但由于電機(jī)設(shè)計(jì)和制冷機(jī)關(guān)聯(lián)，加工制造過程對(duì)電機(jī)、板彈簧等零部件的加工精度要求很高，因而成本較高。此外，制冷機(jī)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征相互影響，相互制約，運(yùn)動(dòng)相位與行程會(huì)因制冷機(jī)內(nèi)外部環(huán)境的改變而發(fā)生變化，并且也存在相互影響和制約，制冷量和溫度控制比較復(fù)雜，影響制冷機(jī)的工作可靠性。
綜上所述，可以看出，工作壽命在5000-15000小時(shí)之間造價(jià)低廉、適合批量制造的斯特林制冷機(jī)存在空缺。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種帶有直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，該制冷機(jī)的制冷機(jī)活塞和排出器由直線滑軌軸承支撐，可保證制冷機(jī)的壓縮機(jī)活塞和冷頭排出器在軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程的徑向位置，減少和消除其與相應(yīng)氣缸間的磨損，提高制冷機(jī)工作壽命和可靠性。而且成本低、易于批量生產(chǎn)，工作壽命可達(dá)5000小時(shí)以上。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，主要由壓縮機(jī)、冷頭、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、曲柄連接機(jī)構(gòu)四部分組成，壓縮機(jī)和冷頭成90°布置，壓縮機(jī)活塞13與冷頭排出器18分別與由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)相連，所述活塞13和冷頭排出器18分別與相應(yīng)氣缸的密封為間隙密封；曲柄連接機(jī)構(gòu)的曲軸8同時(shí)與活塞連桿9和排出器連桿6相連，旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過曲軸8、排出器連桿6和活塞連桿9分別驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)活塞13在氣缸體11中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)冷頭排出器18在冷缸體4中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；壓縮腔12與冷頭的室溫腔39由小孔徑通道15相連通；回?zé)崞?位于冷頭排出器18內(nèi)部，回?zé)崞?的兩端分別與室溫腔39和冷腔2相連通；其特征在于在壓縮機(jī)活塞13和氣缸體11之間安裝一直線滑軌軸承100，該直線滑軌軸承100的導(dǎo)軌20和滑塊10分別與壓縮機(jī)活塞13和活塞滑塊固定座14固定連接，所述活塞滑塊固定座14安裝于氣缸體11之內(nèi)并成一體；在所述排出器18和冷缸體4之間安裝一直線滑軌軸承200，該直線滑軌軸承200的導(dǎo)軌28和滑塊17分別與冷頭排出器18和冷頭排出器滑塊固定座16固定連接，所述冷頭排出器滑塊固定座16安裝于冷缸體4之內(nèi)并成一體。
所述的直線滑軌軸承100中的導(dǎo)軌20橫截面為四方形，所述壓縮機(jī)活塞13以導(dǎo)軌20的兩相垂直的基準(zhǔn)面C和D為基準(zhǔn)面與導(dǎo)軌20定位配合；所述活塞滑塊固定座14以滑塊10的兩相垂直的基準(zhǔn)面A和B為基準(zhǔn)面與滑塊10定位配合；所述活塞滑塊固定座14的外圓柱面M2與氣缸體11的內(nèi)圓柱面M5定位配合，所述氣缸體11的另一內(nèi)圓柱面M4與活塞13的外圓柱面M1之間的密封間隙均勻；所述的直線滑軌軸承200的導(dǎo)軌28橫截面為四方形，所述冷頭排出器18以導(dǎo)軌28的兩相垂直的基準(zhǔn)面C’和D’為基準(zhǔn)面與導(dǎo)軌28定位配合；所述冷頭滑塊固定座16以滑塊17的兩相垂直的基準(zhǔn)面A’和B’為基準(zhǔn)面與滑塊17定位配合；所述冷頭滑塊固定座16的外圓柱面M2’與冷缸體4的內(nèi)圓柱面M5’定位配合，冷缸體4的另一內(nèi)圓柱面M4’與冷頭排出器18的外圓柱面M1’之間的密封間隙均勻。
所述基準(zhǔn)面A和B與氣缸體11的軸線之間、基準(zhǔn)面C和D與活塞13的軸線之間、基準(zhǔn)面A’和B’與氣缸體4的軸線之間以及基準(zhǔn)面C’和D’與冷頭排出器18的軸線之間的平行度和位置精度至少為6級(jí)。
在所述滑塊10與活塞滑塊固定座14之間的水平方向設(shè)有推動(dòng)滑塊10的滑塊側(cè)壓塊24，滑塊10的側(cè)面與滑塊固定座基準(zhǔn)面B緊密接觸；在所述滑塊10與活塞滑塊固定座14之間的垂直方向設(shè)有滑塊底墊19，滑塊10上表面與滑塊固定座基準(zhǔn)面A緊密接觸；所述滑塊17與滑塊固定座16之間設(shè)有推動(dòng)滑塊17的滑塊側(cè)壓塊33，滑塊17的側(cè)面與滑塊固定座基準(zhǔn)面B’緊密接觸；在所述滑塊17與滑塊固定座16之間的垂直方向設(shè)有滑塊底墊29，滑塊17上表面與滑塊固定座基準(zhǔn)面A’緊密接觸。
在所述導(dǎo)軌20與壓縮機(jī)活塞13之間的水平方向設(shè)有推動(dòng)導(dǎo)軌20的導(dǎo)軌側(cè)壓塊22，導(dǎo)軌20的側(cè)面與活塞基準(zhǔn)面C緊密接觸；所述導(dǎo)軌28與冷頭排出器18之間設(shè)有推動(dòng)導(dǎo)軌28的導(dǎo)軌側(cè)壓塊31，導(dǎo)軌28側(cè)面與排出器基準(zhǔn)面C’緊密接觸。
所述的活塞圓柱面M1和活塞滑塊固定座圓柱面M2之間、排出器圓柱面M1’、M1”和排出器滑塊固定座圓柱面M2’之間的同軸度至少為6級(jí)精度。
所述的氣缸體11的內(nèi)圓柱面M4和另一內(nèi)圓柱面M5之間的同軸度、冷缸體4的內(nèi)圓柱面M4’和另一內(nèi)圓柱面M5’之間的同軸度至少為6級(jí)精度。
本發(fā)明的制冷機(jī)選擇了旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。由于這種結(jié)構(gòu)的斯特林制冷機(jī)的活塞和排出器之間的相位和各自的位移完全由旋轉(zhuǎn)電機(jī)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)保證，所以，制冷機(jī)的行程和相位在運(yùn)行過程中完全恒定，動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)相對(duì)獨(dú)立，不存在相互影響，因而制冷機(jī)熱性能穩(wěn)定，可靠性高。此外，旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以從市場(chǎng)獨(dú)立購置，便于產(chǎn)業(yè)化。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的斯特林制冷機(jī)存在的主要問題是活塞和排出器的側(cè)向力較大，與相應(yīng)汽缸間的磨損較大，從而影響工作壽命。為了解決上述問題，最大限度地發(fā)揮旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的斯特林制冷機(jī)的優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明采用直線滑軌軸承支撐壓縮機(jī)活塞和冷頭排出器，保證制冷機(jī)活塞與氣缸之間、排出器與冷缸之間的微米級(jí)密封間隙，將制約制冷機(jī)壽命的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)換為成熟的線性軸承的滾動(dòng)摩擦，從而減少活塞與氣缸間的摩擦，提高制冷機(jī)工作壽命。
由于采用了直線滑軌軸承支撐，制冷機(jī)的活塞和排出器與相應(yīng)氣缸之間的磨損得到控制。但同時(shí)，影響制冷機(jī)工作壽命的關(guān)鍵轉(zhuǎn)移到了直線滑軌軸承部件上。直線滑軌軸承的壽命直接制約著制冷機(jī)的壽命。根據(jù)制冷機(jī)工作參數(shù)和直線滑軌軸承的性能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，采用油脂潤滑的直線滑軌軸承的工作壽命可以達(dá)到5690000小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足制冷機(jī)的要求。選用飽和蒸汽壓很低的油脂潤滑產(chǎn)品(市場(chǎng)可以購到)并結(jié)合曲軸箱設(shè)置吸附劑材料可以減少油脂放氣對(duì)制冷工質(zhì)的污染，提高制冷機(jī)工作壽命。本發(fā)明也可以采用空間高性能軸承所使用過的固體潤滑技術(shù)對(duì)直線軸承進(jìn)行鍍固體潤滑膜處理，既可以提高直線滑軌軸承的壽命，同時(shí)也消除了由于油脂潤滑材料可能帶來的污染。與油脂潤滑相比，固體潤滑性能較差，因而磨損相對(duì)較大，因此固體潤滑的直線滑軌軸承的工作壽命會(huì)有所降低。固體潤滑軸承的工作壽命一般為油脂潤滑的0.1～0.2倍。按最差的情況計(jì)算，可得到固體潤滑直線滑軌軸承的工作壽命也能達(dá)到569000小時(shí)以上。此外，曲柄連桿機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的軸承可選用固體潤滑滾動(dòng)軸承、固體滑動(dòng)軸承或低擴(kuò)散潤滑油脂軸承。
本發(fā)明提供的帶有直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，該制冷機(jī)的活塞和排出器由直線滑軌軸承支撐，可保證制冷機(jī)的活塞和排出器在軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程的徑向位置，減少和消除其與相應(yīng)氣缸間的磨損，提高制冷機(jī)工作壽命和可靠性。而且成本低、易于批量生產(chǎn)，其工作壽命可達(dá)5000小時(shí)以上。


附圖1為本發(fā)明的斯特林制冷機(jī)整體剖視圖；附圖2-1為活塞組件結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2-2為附圖2-1的S-S剖視圖；附圖2-3為附圖2-1的P-P剖視圖；附圖3為氣缸體結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4-1為排出器結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4-2為附圖4-1的Q-Q剖視圖；附圖4-3為附圖4-1的K-K剖視圖；
附圖5為冷缸體組件結(jié)構(gòu)示意圖；其中曲軸8 活塞連桿9排出器連桿6 壓縮機(jī)活塞13氣缸體11 冷頭排出器18 冷缸體4壓縮腔12 室溫腔39 小孔徑通道15回?zé)崞? 冷腔體2導(dǎo)軌20、28滑塊10、17滾珠37、38 活塞滑塊固定座14排出器滑塊固定座16基準(zhǔn)面A、B、C、D、A’、B’、C’、D’導(dǎo)軌側(cè)壓塊22、31 滑塊側(cè)壓塊24、33滑塊底墊19、29活塞外圓柱面M1排出器外圓柱面M1’、M1” 排出器滑塊固定座外圓柱面M2’氣缸體的內(nèi)圓柱面M4、M5冷缸體內(nèi)圓柱面M4’、M5’活塞滑塊固定座外圓柱面M2螺釘21、23、25、26、27、30、32、33、34、3具體實(shí)施方式
附圖1為本發(fā)明的斯特林制冷機(jī)整體剖視圖；由圖可知，本發(fā)明帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)主要由壓縮機(jī)、冷頭、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、曲柄連接機(jī)構(gòu)四部分組成，壓縮機(jī)和冷頭成90°布置，壓縮機(jī)活塞13與冷頭排出器18分別與由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)相連，所述活塞13和冷頭排出器18分別與相應(yīng)氣缸的密封為間隙密封；曲柄連接機(jī)構(gòu)的曲軸8同時(shí)與活塞連桿9和排出器連桿6相連，旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過曲軸8、排出器連桿6和活塞連桿9分別驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)活塞13在氣缸體11中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)冷頭排出器18在冷缸體4中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；壓縮腔12與冷頭的室溫腔39由小孔徑通道15相連通；回?zé)崞?位于冷頭排出器18內(nèi)部，回?zé)崞?的兩端分別與室溫腔39和冷腔2相連通；附圖2-1為活塞組件結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2-2為附圖2-1的S-S剖視圖；附圖2-3為附圖2-1的P-P剖視圖；附圖3為氣缸體結(jié)構(gòu)示意圖；由圖可知，本發(fā)明在壓縮機(jī)活塞13和氣缸體11之間安裝一直線滑軌軸承100，該直線滑軌軸承100由導(dǎo)軌20、滑塊10和滾珠37組成，其導(dǎo)軌20與壓縮機(jī)活塞13通過螺釘21固定連接，滑塊10與活塞滑塊固定座14通過螺釘26固定連接，所述活塞滑塊固定座14安裝于氣缸體11之內(nèi)并成一體(圖1中有示)；附圖4-1為排出器結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4-2為附圖4-1的Q-Q剖視圖；附圖4-3為附圖4-1的K-K剖視圖；附圖5為冷缸體組件結(jié)構(gòu)示意圖；由圖可知，在所述排出器18和冷缸體4之間安裝一直線滑軌軸承200，該直線滑軌軸承200由導(dǎo)軌28、滑塊17和滾珠38組成，其導(dǎo)軌28與冷頭排出器18通過螺釘30固定連接，滑塊17與滑塊固定座16通過螺釘36固定連接，所述冷頭排出器滑塊固定座16安裝于冷缸體4之內(nèi)并成一體(圖1中有示)。
所述的直線滑軌軸承100中的導(dǎo)軌20橫截面為四方形，壓縮機(jī)活塞13以導(dǎo)軌20的兩相垂直的基準(zhǔn)面C和D為基準(zhǔn)面與導(dǎo)軌20定位配合；所述活塞滑塊固定座14以滑塊10的兩相垂直的基準(zhǔn)面A和B為基準(zhǔn)面與滑塊10定位配合；所述活塞滑塊固定座14的外圓柱面M2與氣缸體11的內(nèi)圓柱面M5(圖4所示)定位配合，最終保證所述氣缸體11的另一內(nèi)圓柱面M4與活塞13的外圓柱面M1之間均勻的密封間隙；所述的直線滑軌軸承200的導(dǎo)軌28橫截面為四方形，所述冷頭排出器18以導(dǎo)軌28的兩相垂直的基準(zhǔn)面C’和D’為基準(zhǔn)面與導(dǎo)軌28定位配合；所述冷頭滑塊固定座16以滑塊17的兩相垂直的基準(zhǔn)面A’和B’為基準(zhǔn)面與滑塊17定位配合；所述冷頭滑塊固定座16的外圓柱面M2’與冷缸體4的內(nèi)圓柱面M5’定位配合，最終保證冷缸體4的另一內(nèi)圓柱面M4’與冷頭排出器18的外圓柱面M1’和M1”之間均勻的密封間隙。
所述基準(zhǔn)面A和B與氣缸體11的軸線之間、基準(zhǔn)面C和D與活塞13的軸線之間、基準(zhǔn)面A’和B’與氣缸體4的軸線之間以及基準(zhǔn)面C’和D’與冷頭排出器18的軸線之間的平行度和位置精度至少為6級(jí)。
在所述滑塊10與活塞滑塊固定座14之間的水平方向設(shè)有滑塊側(cè)壓塊24，用螺釘25推動(dòng)滑塊側(cè)壓塊24，使滑塊10的側(cè)面與滑塊固定座基準(zhǔn)面B緊密接觸；在所述滑塊10與活塞滑塊固定座14之間的垂直方向設(shè)有滑塊底墊19，用螺釘27推動(dòng)滑塊底墊19，使滑塊10上表面與滑塊固定座基準(zhǔn)面A緊密接觸，最后用螺釘26將滑塊10與活塞滑塊固定座14固定成一體；所述滑塊17與滑塊固定座16之間設(shè)有滑塊側(cè)壓塊33，用螺釘34推動(dòng)滑塊側(cè)壓塊33，使滑塊17的側(cè)面與滑塊固定座基準(zhǔn)面B’緊密接觸；在所述滑塊17與滑塊固定座16之間的垂直方向設(shè)有滑塊底墊29，用螺釘35推動(dòng)滑塊底墊29，使滑塊17上表面與滑塊固定座基準(zhǔn)面A’緊密接觸，最后用螺釘36將滑塊17與滑塊固定座16固定成一體；在所述導(dǎo)軌20與壓縮機(jī)活塞13之間的水平方向設(shè)有導(dǎo)軌側(cè)壓塊22，用螺釘23推動(dòng)導(dǎo)軌側(cè)壓塊22，使導(dǎo)軌20的側(cè)面與活塞基準(zhǔn)面C緊密接觸，最后用螺釘21將導(dǎo)軌20與壓縮機(jī)活塞13固定；所述導(dǎo)軌28與冷頭排出器18之間設(shè)有導(dǎo)軌側(cè)壓塊31，用螺釘32推動(dòng)導(dǎo)軌側(cè)壓塊31，使導(dǎo)軌28側(cè)面與排出器基準(zhǔn)面C’緊密接觸，最后用螺釘36將導(dǎo)軌28與冷頭排出器18固定。
所述的活塞圓柱面M1和活塞滑塊固定座圓柱面M2之間、排出器圓柱面M1’、M1”和排出器滑塊固定座圓柱面M2’之間的同軸度至少為6級(jí)精度。
所述的氣缸體11的內(nèi)圓柱面M4和另一內(nèi)圓柱面M5之間、冷缸體4的內(nèi)圓柱面M4’和另一內(nèi)圓柱面M5’之間的同軸度至少為6級(jí)精度。
制冷機(jī)內(nèi)部充有一定壓力的氦氣。工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過曲柄連接機(jī)構(gòu)6、8、9驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)活塞13在氣缸體11中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)同時(shí)通過曲柄連接機(jī)構(gòu)6、8、9驅(qū)動(dòng)冷頭的排出器18在冷缸體4中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；排出器18與活塞13的運(yùn)動(dòng)相位差由曲柄連接機(jī)構(gòu)6、8、9保持為冷頭排出器18超前壓縮機(jī)活塞1390度；壓縮腔12中的氦氣在活塞13的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生壓力波，該壓力波通過連接壓縮腔12與室溫腔39的小孔徑通道15傳至冷頭的室溫腔39，經(jīng)排出器18內(nèi)部的回?zé)崞?再進(jìn)入冷腔2，氦氣在冷腔體2內(nèi)膨脹產(chǎn)生冷量；這種結(jié)構(gòu)保證了制冷機(jī)按斯特林制冷循環(huán)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)制冷降溫。
在直線滑軌軸承100的作用下，壓縮機(jī)活塞13沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，其徑向位置得到保持，因而減少或避免了壓縮機(jī)活塞13的外表面與氣缸體11的內(nèi)表面的摩擦，提高制冷機(jī)工作可靠性和壽命。
同樣，在直線滑軌軸承200的作用下，冷頭排出器18沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，其徑向位置得到保持，因而減少或避免了冷頭排出器18外表面與冷缸體4內(nèi)表面的摩擦，提高制冷機(jī)工作可靠性和壽命。
權(quán)利要求
1.一種帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，主要由壓縮機(jī)、冷頭、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、曲柄連接機(jī)構(gòu)四部分組成，壓縮機(jī)和冷頭成90°布置，壓縮機(jī)活塞(13)與冷頭排出器(18)分別與由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)相連，所述活塞(13)和冷頭排出器(18)分別與相應(yīng)氣缸的密封為間隙密封；曲柄連接機(jī)構(gòu)的曲軸(8)同時(shí)與活塞連桿(9)和排出器連桿(6)相連，旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過排出器連桿(6)、曲軸(8)和活塞連桿(9)分別驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)活塞(13)在氣缸體(11)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)冷頭排出器(18)在冷缸體(4)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；壓縮腔(12)與冷頭的室溫腔(39)由小孔徑通道(15)相連通；回?zé)崞?3)位于冷頭排出器(18)內(nèi)部，回?zé)崞?3)的兩端分別與室溫腔(39)和冷腔(2)相連通；其特征在于在壓縮機(jī)活塞(13)和氣缸體(11)之間安裝一直線滑軌軸承(100)，該直線滑軌軸承(100)的導(dǎo)軌(20)和滑塊(10)分別與壓縮機(jī)活塞(13)和活塞滑塊固定座(14)固定連接，所述活塞滑塊固定座(14)安裝于氣缸體(11)之內(nèi)并成一體；在所述排出器(18)和冷缸體(4)之間安裝一直線滑軌軸承(200)，該直線滑軌軸承(200)的導(dǎo)軌(28)和滑塊(17)分別與冷頭排出器(18)和冷頭排出器滑塊固定座(16)固定連接，所述冷頭排出器滑塊固定座(16)安裝于冷缸體(4)之內(nèi)并成一體。
2.按權(quán)利要求1所述的帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，其特征在于，所述的直線滑軌軸承(100)中的導(dǎo)軌(20)橫截面為四方形，所述壓縮機(jī)活塞(13)以導(dǎo)軌(20)的兩相垂直的基準(zhǔn)面(C)和(D)為基準(zhǔn)面與導(dǎo)軌(20)定位配合；所述活塞滑塊固定座(14)以滑塊(10)的兩相垂直的基準(zhǔn)面(A)和(B)為基準(zhǔn)面與滑塊(10)定位配合；所述活塞滑塊固定座(14)的外圓柱面(M2)與氣缸體(11)的內(nèi)圓柱面(M5)定位配合，所述氣缸體(11)的另一內(nèi)圓柱面(M4)與活塞(13)的外圓柱面(M1)之間的密封間隙均勻；所述的直線滑軌軸承(200)的導(dǎo)軌(28)橫截面為四方形，所述冷頭排出器(18)以導(dǎo)軌(28)的兩相垂直的基準(zhǔn)面(C’)和(D’)為基準(zhǔn)面與導(dǎo)軌(28)定位配合；所述冷頭滑塊固定座(16)以滑塊(17)的兩相垂直的基準(zhǔn)面(A’)和(B’)為基準(zhǔn)面與滑塊(17)定位配合；所述冷頭滑塊固定座(16)的外圓柱面(M2’)與冷缸體(4)的內(nèi)圓柱面(M5’)定位配合，冷缸體(4)的另一內(nèi)圓柱面(M4’)與排出器(18)的外圓柱(M1’)之間的密封間隙均勻。
3.按權(quán)利要求1所述的帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，其特征在于，所述基準(zhǔn)面(A)和(B)與氣缸體(11)的軸線之間、基準(zhǔn)面(C)和(D)與活塞(13)的軸線之間、基準(zhǔn)面(A’)和(B’)與氣缸體(4)的軸線之間以及基準(zhǔn)面(C’)和(D’)與冷頭排出器(18)的軸線之間的平行度和位置精度至少為6級(jí)。
4.按權(quán)利要求1所述的帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，其特征在于，在所述滑塊(10)與滑塊固定座(14)之間的水平方向設(shè)有推動(dòng)滑塊(10)的滑塊側(cè)壓塊(24)，滑塊(10)的側(cè)面與滑塊固定座基準(zhǔn)面(B)緊密接觸；在所述滑塊(10)與滑塊固定座(14)之間的垂直方向設(shè)有滑塊底墊(19)，滑塊(10)上表面與滑塊固定座基準(zhǔn)面(A)緊密接觸；所述滑塊(17)與滑塊固定座(16)之間設(shè)有推動(dòng)滑塊(17)的滑塊側(cè)壓塊(33)，滑塊(17)的側(cè)面與滑塊固定座基準(zhǔn)面(B’)緊密接觸；在所述滑塊(17)與滑塊固定座(16)之間的垂直方向設(shè)有滑塊底墊(29)，滑塊(17)上表面與滑塊固定座基準(zhǔn)面(A’)緊密接觸。
5.按權(quán)利要求1所述的帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，其特征在于，在所述導(dǎo)軌(20)與活塞(13)之間的水平方向設(shè)有推動(dòng)導(dǎo)軌(20)的導(dǎo)軌側(cè)壓塊(22)，導(dǎo)軌(20)的側(cè)面與活塞基準(zhǔn)面(C)緊密接觸；所述導(dǎo)軌(28)與排出器(18)之間設(shè)有推動(dòng)導(dǎo)軌(28)的導(dǎo)軌側(cè)壓塊(31)，導(dǎo)軌(28)側(cè)面與排出器基準(zhǔn)面(C’)緊密接觸。
6.按權(quán)利要求1所述的帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，其特征在于，所述的活塞圓柱面(M1)和活塞滑塊固定座圓柱面(M2)之間、排出器圓柱面(M1’)、(M1”)和排出器滑塊固定座圓柱面(M2’)之間的同軸度至少為6級(jí)精度。
7.按權(quán)利要求1所述的帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，其特征在于，所述的氣缸體(11)的內(nèi)圓柱面(M4)和另一內(nèi)圓柱面(M5)的同軸度、冷缸體(4)的內(nèi)圓柱面(M4’)和另一內(nèi)圓柱面(M5’)的同軸度至少為6級(jí)精度。
全文摘要
本發(fā)明的帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機(jī)，主要由壓縮機(jī)、冷頭、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、曲柄連接機(jī)構(gòu)組成，壓縮機(jī)和冷頭成90度布置，其特點(diǎn)為活塞和氣缸體之間安裝有直線滑軌軸承，該軸承的導(dǎo)軌和滑塊分別與活塞和活塞滑塊固定座固定連接，活塞滑塊固定座安裝于氣缸體之內(nèi)并成一體；排出器和冷缸體之間安裝有直線滑軌軸承，該軸承的導(dǎo)軌和滑塊分別與排出器和排出器滑塊固定座固定連接，排出器滑塊固定座安裝于冷缸體之內(nèi)并成一體。由于該制冷機(jī)的活塞和排出器分別由直線滑軌軸承支撐，可保證活塞和排出器在軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程的徑向位置，減少和消除與氣缸間磨損，提高制冷機(jī)工作壽命和可靠性。而且成本低、易批量生產(chǎn)，工作壽命可達(dá)5000小時(shí)以上。
文檔編號(hào)F25B9/14GK1683845SQ20041003119
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
發(fā)明者李青, 洪國同, 李強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所