CN112781265A - 一种gm制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GM制冷机，所述GM制冷机包括驱动装置、气缸和活塞，所述活塞设置在所述气缸中，所述驱动装置驱动所述活塞沿所述气缸的内壁往复运动，所述气缸的内壁涂覆有类金刚石涂层。在本发明实施例中，所述GM制冷机通过类金刚石涂层的涂层技术，有效降低金属和非金属对磨面的摩擦力，有效减少金属和非金属对磨面的磨损，有效提高所述GM制冷机中零部件的耐磨寿命，从而延长所述GM制冷机的生命周期和维护时间。

Description

一种GM制冷机

技术领域

本发明涉及制冷机技术领域，具体而言，涉及一种GM制冷机。

背景技术

GM制冷机主要应用于获得极低温的温度，主要分为4K、10K和77K制冷机，广泛应用于核磁共振、半导体及泛半导体真空镀膜设备等；GM制冷机主要由驱动装置、配气结构、活塞和气缸组成，通过驱动装置带动配气阀门的旋转以及带动活塞沿着气缸的内壁往复运动，将氦气不断压缩和膨胀，实现降温制冷。

在GM制冷机的运行过程中，由于金属和非金属对磨面会发生磨损，经过1-3年就会导致GM制冷机失效，目前国际上要求GM制冷机的维护时间为1年，导致维护运营成本昂贵，因此市场迫切需要长生命周期和长维护时间的GM制冷机。

在目前的GM制冷机中，金属和非金属对磨面的磨损主要发生在气缸的内壁与活塞之间，气缸的内壁与活塞摩擦后，气缸的内壁和活塞都会产生磨损，气缸的内壁粗糙度会变差，导致气缸的内壁与活塞之间的摩擦力会增大，不仅会影响活塞的制冷效率，还会引起驱动装置的过载，从而导致GM制冷机失效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种GM制冷机，在所述GM制冷机中，气缸的内壁涂覆有类金刚石涂层，能大幅度降低气缸的内壁与活塞之间的摩擦力，有效减少气缸的内壁和活塞的磨损，有效保证活塞的制冷效率，有效减少驱动装置的负载，延长所述GM制冷机的寿命。

相应的，本发明实施例提供了一种GM制冷机，所述GM制冷机包括驱动装置、气缸和活塞，所述活塞设置在所述气缸中，所述驱动装置驱动所述活塞沿所述气缸的内壁往复运动，所述气缸的内壁涂覆有类金刚石涂层。

可选的实施方式，所述气缸包括设置在气缸轴线上的一级气缸和二级气缸；

所述活塞包括一级活塞和二级活塞，所述一级活塞设置在所述一级气缸中，所述二级活塞设置在所述二级气缸中；

所述驱动装置驱动所述一级活塞沿所述一级气缸的内壁往复运动，所述一级活塞与所述二级活塞相连接，所述一级活塞带动所述二级活塞沿所述二级气缸的内壁往复运动；

所述一级气缸的内壁和所述二级气缸的内壁都涂覆有类金刚石涂层。

可选的实施方式，所述气缸还包括密封所述气缸的气缸端盖；

所述驱动装置包括驱动电机和曲柄连杆；

所述曲柄连杆设置在所述气缸端盖中，所述驱动电机驱动所述曲柄连杆沿所述气缸轴线的方向往复运动；

所述气缸端盖中设置有连杆贯通部，所述连杆贯通部与所述一级气缸的内部连通，所述曲柄连杆的一端经所述连杆贯通部与所述一级活塞连接。

可选的实施方式，所述连杆贯通部与所述曲柄连杆的一端之间设置有导向动密封套。

可选的实施方式，所述曲柄连杆的一端外周涂覆有类金刚石涂层。

可选的实施方式，所述驱动装置还包括曲柄凸轮件，所述曲柄凸轮件包括曲柄凸轮轴和曲柄凸轮；

所述驱动电机的驱动端连接有电机驱动套；

所述曲柄凸轮轴的一端连接在所述电机驱动套的内孔中；

所述曲柄凸轮连接在所述曲柄凸轮轴的另一端，且所述曲柄凸轮与所述曲柄连杆配合。

可选的实施方式，所述曲柄凸轮轴的外周涂覆有类金刚石涂层。

可选的实施方式，所述一级活塞的外周设置有第一密封环凹槽，所述第一密封环凹槽中设置有活塞动密封环，所述活塞动密封环密封所述一级活塞与所述一级气缸之间的间隙。

可选的实施方式，所述气缸在与所述气缸端盖连接的气缸连接面上设置有第二密封环凹槽，所述第二密封环凹槽中设置有气缸密封环，所述气缸密封环密封所述气缸与所述气缸端盖之间的连接间隙。

可选的实施方式，所述气缸端盖在与所述气缸连接的气缸端盖连接面上涂覆有类金刚石涂层。

本发明实施例提供了一种GM制冷机，在所述GM制冷机中，所述一级气缸的内壁和所述二级气缸的内壁涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述一级气缸内壁和所述二级气缸内壁的表面硬度，大幅度降低所述一级气缸的内壁与所述一级活塞之间、所述二级气缸的内壁与所述二级活塞之间的摩擦力，有效减少所述一级气缸内壁、所述二级气缸内壁、所述一级活塞和所述二级活塞的磨损，有效保证所述一级活塞和所述二级活塞的制冷效率，有效减少所述驱动装置的负载，从而延长所述GM制冷机的生命周期和维护时间；所述曲柄连杆的一端外周涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述曲柄连杆一端的表面硬度，大幅度降低所述曲柄连杆的一端与所述导向动密封套之间的摩擦力，有效减少所述曲柄连杆的一端和所述导向动密封套的磨损，有效保证所述导向动密封套的动密封性能，从而保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量；所述曲柄凸轮轴的外周涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述曲柄凸轮轴的表面硬度，大幅度降低所述曲柄凸轮轴与所述电机驱动套的内孔之间的摩擦力，有效减少所述曲柄凸轮轴和所述电机驱动套的内孔的磨损，从而保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。可见，所述GM制冷机通过类金刚石涂层的涂层技术，有效降低金属和非金属对磨面的摩擦力，有效减少金属和非金属对磨面的磨损，有效提高所述GM制冷机中零部件的耐磨寿命，从而延长所述GM制冷机的生命周期和维护时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中GM制冷机的内部结构示意图；

图2是本发明实施例中气缸的具体结构示意图；

图3是本发明实施例中曲柄连杆的具体结构示意图；

图4是本发明实施例中曲柄凸轮轴与电机驱动套的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例中GM制冷机的内部结构示意图。

本发明实施例提供了一种GM制冷机，所述GM制冷机包括驱动装置1、气缸2和活塞3，所述活塞3设置在所述气缸2中，所述驱动装置1驱动所述活塞3沿所述气缸2的内壁往复运动，所述气缸2的内壁涂覆有类金刚石涂层。

具体实施中，所述驱动装置1驱动所述活塞3沿所述气缸2的内壁往复运动，以将氦气不断压缩和膨胀，实现降温制冷；所述GM制冷机还包括相应的配气结构，在本发明实施例中不作具体阐述。

需要说明的是，类金刚石涂层也叫DLC涂层，具备较高的硬度(大于HV1500)和较低的干摩擦系数(0.05-0.1)，是一种可实现无油自润滑的涂层，有润滑性高(摩擦系数低)、抗粘附性好和磨损性能好的特性。

在所述GM制冷机中，所述气缸2的材质为奥氏体不锈钢，在所述气缸2的内壁涂覆类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高奥氏体不锈钢的表面硬度，并可以大幅度降低奥氏体不锈钢的摩擦系数，即可以提高所述气缸2内壁的表面硬度，大幅度降低所述气缸2的内壁与所述活塞3之间的摩擦力，有效减少所述气缸2的内壁和所述活塞3的磨损，有效提高所述GM制冷机的零部件耐磨寿命，有效保证所述活塞3的制冷效率，有效减少所述驱动装置1的负载，从而延长所述GM制冷机的生命周期和维护时间。

图2是本发明实施例中气缸的具体结构示意图。

具体的，所述气缸2包括设置在气缸轴线上的一级气缸21和二级气缸22。

所述活塞3包括一级活塞31和二级活塞32，所述一级活塞31设置在所述一级气缸21中，所述二级活塞32设置在所述二级气缸22中。

所述驱动装置1驱动所述一级活塞31沿所述一级气缸21的内壁往复运动，所述一级活塞31与所述二级活塞32相连接，所述一级活塞31带动所述二级活塞32沿所述二级气缸22的内壁往复运动。

所述一级气缸21的内壁和所述二级气缸22的内壁都涂覆有类金刚石涂层。

在本发明实施例中，类金刚石涂层可以提高所述一级气缸21内壁和所述二级气缸22内壁的表面硬度，大幅度降低所述一级气缸21的内壁与所述一级活塞31之间、所述二级气缸22的内壁与所述二级活塞32之间的摩擦力，有效减少所述一级气缸21内壁、所述二级气缸22内壁、所述一级活塞31和所述二级活塞32的磨损，有效提高所述GM制冷机的零部件耐磨寿命，有效保证所述一级活塞31和所述二级活塞32的制冷效率，有效减少所述驱动装置1的负载，从而延长所述GM制冷机的生命周期和维护时间。

图3是本发明实施例中曲柄连杆的具体结构示意图。

具体的，所述气缸2还包括密封所述气缸的气缸端盖23。

所述驱动装置1包括驱动电机11和曲柄连杆12。

所述曲柄连杆12设置在所述气缸端盖23中，所述驱动电机11驱动所述曲柄连杆12沿所述气缸轴线的方向往复运动。

所述气缸端盖23中设置有连杆贯通部231，所述连杆贯通部231与所述一级气缸21的内部连通，所述曲柄连杆12的一端经所述连杆贯通部231与所述一级活塞31连接。

具体实施中，所述驱动电机11驱动所述曲柄连杆12沿所述气缸轴线的方向往复运动，所述曲柄连杆12带动所述一级活塞31沿所述一级气缸21的内壁往复运动，所述一级活塞31带动所述二级活塞32沿所述二级气缸22的内壁往复运动，以将氦气不断压缩和膨胀，实现降温制冷。

其中，所述连杆贯通部231与所述曲柄连杆12的一端之间设置有导向动密封套232，所述导向动密封套232能对所述曲柄连杆12的往复运动形成动密封，有效保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。

但是，由于所述曲柄连杆12的材质为奥氏体不锈钢，所述导向动密封套232的材质为聚酰亚胺聚合物，因此在所述GM制冷机的运行过程中，金属和非金属对磨面的磨损还会发生在所述曲柄连杆12的一端与所述导向动密封套232之间，虽然所述导向动密封套232采用了聚酰亚胺聚合物高耐磨塑料，但所述导向动密封套232与所述曲柄连杆12的一端之间的摩擦系数大，会加快所述导向动密封套232和所述曲柄连杆12的磨损，导致所述导向动密封套232的动密封性能下降，影响所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。

相应的，所述曲柄连杆12的一端外周涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述曲柄连杆12一端的表面硬度，大幅度降低所述曲柄连杆12的一端与所述导向动密封套232之间的摩擦力，有效减少所述曲柄连杆12的一端和所述导向动密封套232的磨损，有效保证所述导向动密封套232的动密封性能，从而保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。

另外，所述曲柄连杆12的另一端沿所述气缸轴线的方向滑动配合在所述气缸端盖23中，在本发明实施例中，所述曲柄连杆12的另一端外周也涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述曲柄连杆12另一端的表面硬度，大幅度降低所述曲柄连杆12的另一端与所述气缸端盖23之间的滑动摩擦力，有效减少所述曲柄连杆12的另一端和所述气缸端盖23的磨损，有效提高所述曲柄连杆12和所述气缸端盖23的耐磨寿命。

图4是本发明实施例中曲柄凸轮轴与电机驱动套的连接示意图。

具体的，所述驱动装置1还包括曲柄凸轮件，所述驱动电机11通过所述曲柄凸轮件驱动所述曲柄连杆12沿所述气缸轴线的方向往复运动，所述曲柄凸轮件包括曲柄凸轮轴13和曲柄凸轮。

所述驱动电机11的驱动端连接有电机驱动套111。

所述曲柄凸轮轴13的一端连接在所述电机驱动套111的内孔中。

所述曲柄凸轮连接在所述曲柄凸轮轴13的另一端，且所述曲柄凸轮与所述曲柄连杆12配合。

但是，由于所述曲柄凸轮轴13的材质为奥氏体不锈钢，所述电机驱动套111的材质为聚酰亚胺聚合物，因此在所述GM制冷机的运行过程中，金属和非金属对磨面的磨损还会发生在所述曲柄凸轮轴13与所述电机驱动套111的内孔之间，虽然所述电机驱动套111采用了聚酰亚胺聚合物高耐磨塑料，但所述电机驱动套111长期带负载运行，所述曲柄凸轮轴13与所述电机驱动套111的内孔之间摩擦系数大，会加快所述曲柄凸轮轴13和所述电机驱动套111的内孔的磨损，导致所述电机驱动套111的内孔变大，大幅降低了所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。

相应的，所述曲柄凸轮轴13的外周涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述曲柄凸轮轴13的表面硬度，大幅度降低所述曲柄凸轮轴13与所述电机驱动套111的内孔之间的摩擦力，有效减少所述曲柄凸轮轴13和所述电机驱动套111的内孔的磨损，从而保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。

具体的，所述一级活塞31的外周设置有第一密封环凹槽，所述第一密封环凹槽中设置有活塞动密封环311，所述活塞动密封环311密封所述一级活塞31与所述一级气缸21之间的间隙，能有效避免氦气的泄漏，从而保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。

需要说明的是，所述一级气缸21的材质为奥氏体不锈钢，所述活塞动密封环311为非金属材料，因此在所述GM制冷机的运行过程中，金属和非金属对磨面的磨损还会发生在所述一级气缸21的内壁与活塞动密封环311之间，但是由于所述一级气缸21的内壁涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述一级气缸21内壁的表面硬度，大幅度降低所述一级气缸21的内壁与所述活塞动密封环311之间的摩擦力，有效减少所述一级气缸21的内壁和活塞动密封环311的磨损，有效保证所述活塞动密封环311的密封性能，从而保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。

具体的，所述气缸2在与所述气缸端盖23连接的气缸连接面上设置有第二密封环凹槽，所述第二密封环凹槽中设置有气缸密封环24，所述气缸密封环24密封所述气缸2与所述气缸端盖23之间的连接间隙，能有效避免氦气的泄漏，从而保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。

但是，由于所述气缸端盖23的材质为奥氏体不锈钢，所述气缸密封环24为非金属材料，在所述气缸端盖23的安装过程中，金属和非金属对磨面的磨损还会发生在所述气缸端盖23与所述气缸密封环24之间，同样会磨损所述气缸端盖23和所述气缸密封环24，影响所述气缸密封环24的密封性能，影响所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。

相应的，所述气缸端盖23在与所述气缸2连接的气缸端盖连接面上涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述气缸端盖连接面的表面硬度，大幅度降低所述气缸端盖连接面与所述气缸密封环24之间的摩擦力，有效减少所述气缸端盖连接面和所述气缸密封环24的磨损，有效保证所述气缸密封环24的密封性能，从而保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。

本发明实施例提供了一种GM制冷机，在所述GM制冷机中，所述一级气缸21的内壁和所述二级气缸22的内壁涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述一级气缸21内壁和所述二级气缸22内壁的表面硬度，大幅度降低所述一级气缸21的内壁与所述一级活塞31之间、所述二级气缸22的内壁与所述二级活塞32之间的摩擦力，有效减少所述一级气缸21内壁、所述二级气缸22内壁、所述一级活塞31和所述二级活塞32的磨损，有效保证所述一级活塞31和所述二级活塞32的制冷效率，有效减少所述驱动装置1的负载，从而延长所述GM制冷机的生命周期和维护时间；所述曲柄连杆12的一端外周涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述曲柄连杆12一端的表面硬度，大幅度降低所述曲柄连杆12的一端与所述导向动密封套232之间的摩擦力，有效减少所述曲柄连杆12的一端和所述导向动密封套232的磨损，有效保证所述导向动密封套232的动密封性能，从而保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量；所述曲柄凸轮轴13的外周涂覆有类金刚石涂层，类金刚石涂层可以提高所述曲柄凸轮轴13的表面硬度，大幅度降低所述曲柄凸轮轴13与所述电机驱动套111的内孔之间的摩擦力，有效减少所述曲柄凸轮轴13和所述电机驱动套111的内孔的磨损，从而保证所述GM制冷机的制冷效率和制冷量。可见，所述GM制冷机通过类金刚石涂层的涂层技术，有效降低金属和非金属对磨面的摩擦力，有效减少金属和非金属对磨面的磨损，有效提高所述GM制冷机中零部件的耐磨寿命，从而延长所述GM制冷机的生命周期和维护时间。

另外，以上对本发明实施例所提供的一种GM制冷机进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种GM制冷机，其特征在于，所述GM制冷机包括驱动装置、气缸和活塞，所述活塞设置在所述气缸中，所述驱动装置驱动所述活塞沿所述气缸的内壁往复运动，所述气缸的内壁涂覆有类金刚石涂层。

2.根据权利要求1所述的GM制冷机，其特征在于，所述气缸包括设置在气缸轴线上的一级气缸和二级气缸；

所述活塞包括一级活塞和二级活塞，所述一级活塞设置在所述一级气缸中，所述二级活塞设置在所述二级气缸中；

所述驱动装置驱动所述一级活塞沿所述一级气缸的内壁往复运动，所述一级活塞与所述二级活塞相连接，所述一级活塞带动所述二级活塞沿所述二级气缸的内壁往复运动；

所述一级气缸的内壁和所述二级气缸的内壁都涂覆有类金刚石涂层。

3.根据权利要求2所述的GM制冷机，其特征在于，所述气缸还包括密封所述气缸的气缸端盖；

所述驱动装置包括驱动电机和曲柄连杆；

所述曲柄连杆设置在所述气缸端盖中，所述驱动电机驱动所述曲柄连杆沿所述气缸轴线的方向往复运动；

所述气缸端盖中设置有连杆贯通部，所述连杆贯通部与所述一级气缸的内部连通，所述曲柄连杆的一端经所述连杆贯通部与所述一级活塞连接。

4.根据权利要求3所述的GM制冷机，其特征在于，所述连杆贯通部与所述曲柄连杆的一端之间设置有导向动密封套。

5.根据权利要求4所述的GM制冷机，其特征在于，所述曲柄连杆的一端外周涂覆有类金刚石涂层。

6.根据权利要求3所述的GM制冷机，其特征在于，所述驱动装置还包括曲柄凸轮件，所述曲柄凸轮件包括曲柄凸轮轴和曲柄凸轮；

所述驱动电机的驱动端连接有电机驱动套；

所述曲柄凸轮轴的一端连接在所述电机驱动套的内孔中；

所述曲柄凸轮连接在所述曲柄凸轮轴的另一端，且所述曲柄凸轮与所述曲柄连杆配合。

7.根据权利要求6所述的GM制冷机，其特征在于，所述曲柄凸轮轴的外周涂覆有类金刚石涂层。

8.根据权利要求2所述的GM制冷机，其特征在于，所述一级活塞的外周设置有第一密封环凹槽，所述第一密封环凹槽中设置有活塞动密封环，所述活塞动密封环密封所述一级活塞与所述一级气缸之间的间隙。

9.根据权利要求2所述的GM制冷机，其特征在于，所述气缸在与所述气缸端盖连接的气缸连接面上设置有第二密封环凹槽，所述第二密封环凹槽中设置有气缸密封环，所述气缸密封环密封所述气缸与所述气缸端盖之间的连接间隙。

10.根据权利要求9所述的GM制冷机，其特征在于，所述气缸端盖在与所述气缸连接的气缸端盖连接面上涂覆有类金刚石涂层。

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