CN219454303U - 一种压缩活塞组件结构及旋转式斯特林制冷机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种压缩活塞组件结构及旋转式斯特林制冷机，该压缩活塞组件结构包括压缩活塞基体、单向阀片和活塞连接轴，所述压缩活塞基体具有内空腔，其外壁上周向设有若干个连通内空腔的节流孔，所述压缩活塞基体的一端面上设置有进气孔，且所述单向阀片置于该进气孔处，所述活塞连接轴与所述压缩活塞基体的另一端面密封连接。该实用新型采用气体轴承技术，通过在压缩活塞基体内部设计气腔和安装单向阀片，气体通过单向阀片进入气腔，并通过节流孔进入气缸活塞间隙中，形成气浮效应，实现了活塞与气缸实时对中，降低了磨损风险，提升了可靠性。

Description

一种压缩活塞组件结构及旋转式斯特林制冷机

技术领域

本实用新型属于旋转式斯特林制冷机技术领域，具体涉及一种压缩活塞组件结构及旋转式斯特林制冷机。

背景技术

旋转式斯特林制冷机具有集成度高、体积小的特点，在红外探测领域、空间探测、生物医疗等领域具有广泛的应用。但旋转斯特林制冷机结构形式固有的侧向力，大大影响了活塞与气缸运动寿命，同样气缸活塞对中技术、精密机械加工技术、耐磨涂层等技术瓶颈，大大限制了其长期可靠性。而且旋转式斯特林制冷机为了提升制冷性能，对制冷机气缸活塞间隙、内部工质纯净度均具有极高要求。

斯特林制冷机通过电机驱动电机转轴运动，压缩及推移连杆随电机转轴上偏心轮旋转运动，实现压缩活塞和推移活塞的往复直线运动。在压缩腔产生压力波，传递至推移组件中，经过蓄冷器部件时进行热交换，在蓄冷器的冷端吸热，在冷指气缸冷端形成低温环境。但压缩活塞和膨胀机活塞中心均由整个零件结构和精度来保证，局限于每个零件的加工精度和装配可行性，压缩活塞与压缩气缸无法避免的存在接触，压缩活塞耐磨涂层在硬磨损情况下，易产生固体污染物，引起机械异常或者固体污染；同时污染物随压缩腔压力波进入膨胀机端，可能引起蓄冷器丝网堵塞，引起换热效率低下。

目前旋转式斯特林制冷机的活塞对中技术通常使用已下两种技术：(1)选用万向轴承实现自由偏摆适应运动中心同轴；(2)选用弹性元件支撑，实现理论对中，超耐磨涂层技术开发来增强磨损寿命。然而，采用万向轴承实现自调节，由于活塞无任何支撑力，在自由状态下活塞与气缸始终存在硬接触，气体力作用下，万向轴承调节始终无法避免活塞与气缸存在高频敲击，制冷机存在声音异常问题；而高效率高可靠性需求下，制冷机压缩活塞气缸间隙基本在微米级，采用弹性元件支撑，活塞与连杆中心精度极高，同时在往复运动负载作用下，活塞与连杆中心无法保证，无法避免活塞与气缸磨损。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种压缩活塞组件结构，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种压缩活塞组件结构，包括压缩活塞基体、单向阀片和活塞连接轴，所述压缩活塞基体具有内空腔，其外壁上周向设有若干个连通内空腔的节流孔，所述压缩活塞基体的一端面上设置有进气孔，且所述单向阀片置于该进气孔处，所述活塞连接轴与所述压缩活塞基体的另一端面密封连接。

进一步的，上述压缩活塞组件结构还包括压缩连杆，所述压缩连杆的一端通过万向球头结构与活塞连接轴连接。

进一步的，所述活塞连接轴上与压缩连杆连接的一端为球窝，所述球窝外壁与压缩活塞基体的端面固定连接，所述压缩连杆端部具有与该球窝相配合的球头。

进一步的，所述压缩连杆的球头外壁上设有环形凹槽一，所述环形凹槽一与球窝之间设置O形圈。

进一步的，所述活塞连接轴轴向贯穿压缩活塞基体的内空腔，且活塞连接轴的两端与压缩活塞基体的两端面密封连接。

进一步的，所述活塞连接轴的一端具有小径段，所述压缩活塞基体的进气孔所在端面上具有供小径段插接的插接孔，所述活塞连接轴的另一端具有沿其径向向外延伸的环形凸台部，所述环形凸台部与压缩活塞基体的另一端面外侧相贴合。

进一步的，所述活塞连接轴与压缩活塞基体同轴布置。

进一步的，所述压缩活塞基体上进气孔所在端面设有环形凹槽二，所述单向阀片固定安装于环形凹槽二内。

另外，本实用新型还提供了一种旋转式斯特林制冷机，包括压缩气缸、偏心转轴以及所述的压缩活塞组件结构，所述压缩活塞基体设置于压缩气缸内，所述偏心转轴位于压缩气缸一侧且垂直于压缩气缸轴线设置，所述偏心转轴通过压缩连杆与所述活塞连接轴连接，所述偏心转轴通过电机驱动，而带动压缩活塞组件结构在压缩气缸内往复运动。

进一步的，所述压缩连杆一端通过万向球头结构与活塞连接轴连接，另一端通过滚动轴承与所述偏心转轴连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型提供的这种压缩活塞组件结构采用气体轴承技术，通过在压缩活塞基体内部设计气腔和安装单向阀片，气体通过单向阀片进入气腔，并通过节流孔进入气缸活塞间隙中，形成气浮效应，实现了活塞与气缸实时对中，降低了磨损风险，提升了可靠性。

(2)本实用新型提供的这种压缩活塞组件结构中活塞连接轴与压缩连杆之间设计万向球结构进行连接，并在压缩连杆的球头与活塞连接轴的球窝中采用O形圈支撑，实现了活塞万向调节作用，同样减少球头球窝磨损噪音。

(3)本实用新型提供的这种压缩活塞组件结构采用气体轴承支撑，降低了对全尺寸链零件精度要求，减少了加工难度和成本。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型压缩活塞组件结构的剖面示意图；

图2是本实用新型压缩活塞组件结构的爆炸图；

图3是本实用新型中旋转式斯特林制冷机的压缩向剖面示意图。

附图标记说明：1、压缩活塞基体；2、单向阀片；3、节流孔；4、活塞连接轴；5、压缩连杆；6、滚动轴承；7、进气孔；8、环形凹槽二；9、小径段；10、插接孔；11、球窝；12、环形凹槽一；13、环形凸台部；14、O形圈；15、球头；16、压缩气缸；17、底座；18、推移组件；19、偏心转轴。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是抵触连接或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种压缩活塞组件结构，包括压缩活塞基体1、单向阀片2和活塞连接轴4，所述压缩活塞基体1具有内空腔，其外壁上周向设有若干个连通内空腔的节流孔3，所述压缩活塞基体1的一端面上设置有进气孔7，且所述单向阀片2置于该进气孔7处，通过进气孔7进气顶开单向阀片2，所述活塞连接轴4与所述压缩活塞基体1的另一端面密封连接。具体的，将所述活塞连接轴4轴向贯穿压缩活塞基体1的内空腔布置，且活塞连接轴4的两端与压缩活塞基体1的两端面密封连接。优选的，所述活塞连接轴4与压缩活塞基体1同轴布置。在实施例中，压缩活塞基体1与单向阀片2焊接，再与活塞连接轴4焊接，从而使压缩活塞基体1的内空腔密封形成活塞气腔；应用时，压缩活塞基体1在压缩气缸内往复运动产生的高压气体由进气孔7通过单向阀片2进入活塞气腔内，同时活塞气腔内高压气体通过节流孔3进入压缩气缸与压缩活塞间隙中，形成气浮效应，提供承载气体力，起到气体轴承支撑作用，不仅实现了压缩活塞与压缩气缸实时对中，而且实现了压缩活塞和压缩气缸之间的无接触无摩擦状态往复运动，保证了压缩活塞始终在压缩中心往复运行，减少了压缩气缸与压缩活塞间的磨损，提升了可靠性。

作为本实施例的优化技术方案，本实施例的压缩活塞组件结构还包括压缩连杆5，所述压缩连杆5的一端通过万向球头结构与活塞连接轴4连接，以实现压缩活塞的万向调节作用。具体的，将所述活塞连接轴4上与压缩连杆5连接的一端设计为球窝11，所述球窝11外壁与压缩活塞基体1的端面固定连接，所述压缩连杆5端部具有与该球窝11相配合的球头15，压缩连杆5的球头15与活塞连接轴4的球窝11通过旋压技术实现固定连接，通过活塞气腔内气体压力调节球窝11自由偏摆实现压缩活塞调心作用，从而实现压缩活塞与压缩气缸对中效应，防止压缩活塞与压缩气缸间的硬接触，降低了压缩活塞与压缩气缸的磨损风险。

进一步的，所述压缩连杆5的球头外壁上设有环形凹槽一12，所述环形凹槽一12与球窝11之间设置O形圈14；在压缩连杆5的球头15与活塞连接轴4的球窝11中采用O形圈14支撑，减少了球头15与球窝11磨损噪音。

作为本实施例的优化技术方案，为了提高活塞连接轴4与压缩活塞基体1连接的密封性，本实施例在所述活塞连接轴4的一端设计为具有小径段9，从而在活塞连接轴4的此端形成台阶结构，所述压缩活塞基体1的进气孔7所在端面上具有供小径段9插接的插接孔10，活塞连接轴4的此端与压缩活塞基体1连接时，活塞连接轴4的小径段9插接于插接孔10内，对插接孔10形成封堵状态，不仅提高了活塞连接轴4的此端与压缩活塞基体1连接的密封性，而且活塞连接轴4可对压缩活塞基体1形成支撑，保证了两者连接的稳定性。另外，设计所述活塞连接轴4的另一端具有沿其径向向外延伸的环形凸台部13，所述环形凸台部13与压缩活塞基体1的另一端面外侧相贴合，同时环形凸台部13的径向外边沿抵接于压缩活塞基体1侧壁的内表面，压缩活塞基体1的端面抵接于活塞连接轴4的外侧壁上，这种结构形式大大提高了活塞连接轴4的此端与压缩活塞基体1连接的密封性。

作为本实施例的优化技术方案，所述压缩活塞基体1上用于安装单向阀片2的端面设有环形凹槽二8，所述单向阀片2固定安装于环形凹槽二8内，提高单向阀片2安装的稳定性。

另外，如图3所示，本实用新型还提供了一种旋转式斯特林制冷机，包括压缩气缸16、偏心转轴19以及所述的压缩活塞组件结构，所述压缩活塞基体1设置于压缩气缸16内，所述偏心转轴19位于压缩气缸16一侧且垂直于压缩气缸16轴线设置，所述偏心转轴19通过压缩连杆5与所述活塞连接轴4连接，所述偏心转轴19通过电机驱动。优选的，所述压缩连杆5一端通过万向球头结构与活塞连接轴4连接，另一端通过滚动轴承6与所述偏心转轴19连接。在工作过程中，先对制冷机内部充有高压氦气，通过电机驱动偏心转轴19转动，偏心转轴19的旋转运动转化为压缩活塞组件结构在压缩气缸16内往复运动，压缩腔高压气体通过单向阀片2进入压缩活塞基体1的活塞气腔内，活塞气腔内高压气体通过节流孔3实现压缩活塞支撑作用，同样以气体压力调节活塞连接轴4的球窝11自由偏摆实现压缩活塞调心作用，实现压缩活塞与压缩气缸16对中效应，减少压缩气缸16与压缩活塞磨损，提升了旋转斯特林制冷机的寿命。

作为本实施例的优化技术方案，该旋转式斯特林制冷机还包括推移组件18，所述推移组件18与所述偏心转轴19连接，偏心转轴19的旋转运动同时也带动推移组件18往复直线运动，而推移组件18与压缩活塞组件结构垂直设置，压缩活塞组件结构产生压力波，可传递至推移组件18中，之后经过蓄冷器部件时进行热交换，在蓄冷器的冷端吸热，在冷指气缸冷端形成低温环境。其中，推移组件18为本领域常规技术，此处就不再详述其具体的结构及工作流程。

可选的，本实施例的旋转式斯特林制冷机还包括底座17，所述底座17内具有供压缩气缸16、压缩活塞组件结构、压缩连杆5、偏心转轴19、推移组件18安置的容置腔，压缩气缸16、偏心转轴19、推移组件18均落于底座上。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压缩活塞组件结构，其特征在于：包括压缩活塞基体、单向阀片和活塞连接轴，所述压缩活塞基体具有内空腔，其外壁上周向设有若干个连通内空腔的节流孔，所述压缩活塞基体的一端面上设置有进气孔，且所述单向阀片置于该进气孔处，所述活塞连接轴与所述压缩活塞基体的另一端面密封连接。

2.如权利要求1所述的压缩活塞组件结构，其特征在于：还包括压缩连杆，所述压缩连杆的一端通过万向球头结构与活塞连接轴连接。

3.如权利要求2所述的压缩活塞组件结构，其特征在于：所述活塞连接轴上与压缩连杆连接的一端为球窝，所述球窝外壁与压缩活塞基体的端面固定连接，所述压缩连杆端部具有与该球窝相配合的球头。

4.如权利要求3所述的压缩活塞组件结构，其特征在于：所述压缩连杆的球头外壁上设有环形凹槽一，所述环形凹槽一与球窝之间设置O形圈。

5.如权利要求1所述的压缩活塞组件结构，其特征在于：所述活塞连接轴轴向贯穿压缩活塞基体的内空腔，且活塞连接轴的两端与压缩活塞基体的两端面密封连接。

6.如权利要求5所述的压缩活塞组件结构，其特征在于：所述活塞连接轴的一端具有小径段，所述压缩活塞基体的进气孔所在端面上具有供小径段插接的插接孔，所述活塞连接轴的另一端具有沿其径向向外延伸的环形凸台部，所述环形凸台部与压缩活塞基体的另一端面外侧相贴合。

7.如权利要求5所述的压缩活塞组件结构，其特征在于：所述活塞连接轴与压缩活塞基体同轴布置。

8.如权利要求1所述的压缩活塞组件结构，其特征在于：所述压缩活塞基体上进气孔所在端面设有环形凹槽二，所述单向阀片固定安装于环形凹槽二内。

9.一种旋转式斯特林制冷机，其特征在于：包括压缩气缸、偏心转轴以及权利要求1～8任一项所述的压缩活塞组件结构，所述压缩活塞基体设置于压缩气缸内，所述偏心转轴位于压缩气缸一侧且垂直于压缩气缸轴线设置，所述偏心转轴通过压缩连杆与所述活塞连接轴连接，所述偏心转轴通过电机驱动，而带动压缩活塞组件结构在压缩气缸内往复运动。

10.如权利要求9所述的旋转式斯特林制冷机，其特征在于：所述压缩连杆一端通过万向球头结构与活塞连接轴连接，另一端通过滚动轴承与所述偏心转轴连接。