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：
本實用新型屬于制冷技術(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特林制冷機(jī)。
背景技術(shù)：
斯特林制冷機(jī)是一種主動式制冷機(jī)，其制冷循環(huán)為斯特林逆循環(huán)(由兩個等溫過程和兩個等容回?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、啟動快、安裝靈活、工作溫度范圍寬、操作簡便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于紅外探測儀、X射線儀、伽瑪射線測量儀、高溫超導(dǎo)濾波器和計算機(jī)中CMOS電路、捕集水蒸汽的冷阱等。
自1954年第一臺斯特林制冷機(jī)問世以來，各國對斯特林制冷機(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，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動相位和行程恒定，熱力學(xué)和動力學(xué)特性相互獨立，容易實現(xiàn)穩(wěn)定的制冷性能。但活塞和排出器對相應(yīng)氣缸的側(cè)向力較大，磨損比較嚴(yán)重。由于傳動機(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，并采用無潤滑的間隙密封。這種制冷機(jī)壓縮機(jī)的運動部件少、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。但由于運動活塞和排出器無徑向支撐，所以，其平均無故障時間(MTBF)一般也只有2500小時，少數(shù)實驗樣機(jī)可以達(dá)到5000小時。
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小時以上的要求，1976年，北美Pillips實驗室開始為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5年)，提出并實現(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/5W的制冷指標(biāo)，地面實驗壽命也達(dá)到了28000小時；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\動組件的完全非接觸，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。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)的地面實驗壽命(MTBT)達(dá)到了41933小時。板彈簧支撐的難點在于氣缸、活塞組件和板彈簧組件的對準(zhǔn)和組裝、間隙測量與準(zhǔn)直方面要求很高，造價高，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動活塞的直線電機(jī)驅(qū)動的斯特林制冷機(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小時以上。但由于電機(jī)設(shè)計和制冷機(jī)關(guān)聯(lián)，加工制造過程對電機(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)和動力學(xué)特征相互影響，相互制約，運動相位與行程會因制冷機(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小時之間造價低廉、適合批量制造的斯特林制冷機(jī)存在空缺。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型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)運動過程的徑向位置，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小時以上。
本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型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)動壓縮機(jī)活塞13在氣缸體11中往復(fù)運動，驅(qū)動冷頭排出器18在冷缸體4中往復(fù)運動；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。
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級精度。
本實用新型的制冷機(jī)選擇了旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的結(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)的行程和相位在運行過程中完全恒定，動力學(xué)和熱力學(xué)相對獨立，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)可以從市場獨立購置，便于產(chǎn)業(yè)化。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的斯特林制冷機(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)動的斯特林制冷機(jī)的優(yōu)勢，本實用新型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密封間隙，將制約制冷機(jī)壽命的滑動摩擦轉(zhuǎn)換為成熟的線性軸承的滾動摩擦，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，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，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制冷工質(zhì)的污染，提高制冷機(jī)工作壽命。本實用新型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，因而磨損相對較大，因此固體潤滑的直線滑軌軸承的工作壽命會有所降低。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軸承、固體滑動軸承或低擴(kuò)散潤滑油脂軸承。
本實用新型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)運動過程的徑向位置，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小時以上。
附圖1為本實用新型的斯特林制冷機(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 活塞圓柱面M1排出器圓柱面M1’、M1” 排出器滑塊固定座圓柱面M2’氣缸體內(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具體實施方式
附圖1為本實用新型的斯特林制冷機(jī)整體剖視圖；由圖可知，本實用新型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)動壓縮機(jī)活塞13在氣缸體11中往復(fù)運動，驅(qū)動冷頭排出器18在冷缸體4中往復(fù)運動；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，本實用新型在壓縮機(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與活塞滑塊固定本實用新型本實用新型本實用新型座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。
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級精度。
制冷機(jī)內(nèi)部充有一定壓力的氦氣。工作時，旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過曲柄連接機(jī)構(gòu)6、8、9驅(qū)動壓縮機(jī)活塞13在氣缸體11中往復(fù)運動，旋轉(zhuǎn)電機(jī)同時通過曲柄連接機(jī)構(gòu)6、8、9驅(qū)動冷頭的排出器18在冷缸體4中往復(fù)運動；排出器18與活塞13的運動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13 90度；壓縮腔12中的氦氣在活塞13的往復(fù)運動過程中產(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)運行，實現(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)運動的同時，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)運動的同時，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)動壓縮機(jī)活塞(13)在氣缸體(11)中往復(fù)運動，驅(qū)動冷頭排出器(18)在冷缸體(4)中往復(fù)運動；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。
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級精度。
專利摘要本實用新型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)運動過程的徑向位置，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。且成本低、易批量生產(chǎn)，工作壽命可達(dá)5000小時以上。
文檔編號F25B9/14GK2700781SQ20042000398
公開日2005年5月18日 申請日期2004年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月19日
發(fā)明者李青, 洪國同, 李強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所