一种导轨传动旋转斯特林制冷机的制作方法

1.本发明涉及斯特林制冷机领域，提出了一种导轨传动旋转斯特林制冷机。


背景技术：

2.目前，斯特林制冷机因其降温速度快、制冷效率高及制冷温区范围宽的优点，广泛应用于红外夜视、导弹制导、低温医疗等领域，旋转式斯特林制冷机更是因其体积小、重量轻及结构紧凑等优点、广泛应用于手持、车载、机载等领域。
3.旋转式斯特林制冷机作为一种通用整体式斯特林制冷机，其压缩活塞与推移活塞通过轴承传动的曲柄连杆机构将电机的旋转运动变为活塞的往复运动，工质在压缩空间、蓄冷器(回热器)和膨胀空间等部分来回交替流动,而气体质量不变，构成闭式循环。该结构机器内没有阀门,内部不可逆损失小，因此具有效率高、结构紧凑、体积小、重量轻等优点，已被广泛使用。但目前制冷机轴承传动的曲柄连杆机构作旋转运动导致的侧向力造成振动，轴承和密封的磨损以及泄露等问题也限制了整机的寿命，另外轴承中使用的润滑脂产生的可凝性气体对工质气体的污染也常常是制冷机发生故障的诱因。
4.现有的采用轴承传动旋转式斯特林制冷机具有以下的缺陷：
5.1、轴承传动的曲柄连杆机构作旋转运动产生的侧向力造成振动，轴承和密封的磨损以及泄露等问题限制了整机的寿命；
6.2、轴承中使用的润滑脂产生的可凝性气体会污染工质气体导致制冷机发生故障。
7.因此，目前急需一种新的传动方式的旋转斯特林制冷机，从而解决现有技术中存在的技术问题。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术存在的问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：本发明提供一种导轨传动旋转斯特林制冷机，包括电机转轴、压缩连杆、推移连杆，以及分别与压缩连杆和推移连杆连接的压缩活塞和推移活塞，其特征在于，所述电机转轴具有偏心曲轴，所述压缩连杆和/或推移连杆具有与偏心曲轴相配合的导轨，所述电机转轴与所述压缩连杆和/或推移连杆组成曲柄连杆机构将电机转轴的旋转运动转化为压缩活塞和/或推移活塞的直线往复运动。
9.进一步地，所述压缩连杆和/或推移连杆的导轨呈环状，且所述导轨沿其运动方向的内径小于沿垂直于其运动方向的内径，所述偏心曲轴穿过所述导轨并与所述导轨的内表面相切。
10.进一步地，所述电机转轴具有第一偏心曲轴，所述推移连杆具有推移连杆导轨，所述推移连杆导轨与所述第一偏心曲轴传动配合。
11.进一步地，所述推移连杆上设置有第一推移连杆支撑、第二推移连杆支撑，所述第一推移连杆支撑、第二推移连杆支撑分别位于所述推移连杆导轨的两侧。
12.进一步地，所述电机转轴的轴线方向、所述推移连杆导轨的导轨方向以及所述推
移连杆的运动方向三者两两呈90度设置。
13.进一步地，所述电机转轴具有第二偏心曲轴，所述压缩连杆具有压缩连杆导轨，所述压缩连杆导轨与所述第第二偏心曲轴传动配合。
14.进一步地，所述压缩连杆包括第一压缩连杆支撑、第二压缩连杆支撑，所述第一压缩连杆支撑、第二压缩连杆支撑分别位于所述压缩连杆导轨的两侧。
15.进一步地，所述电机转轴的轴线方向、所述压缩连杆导轨的导轨方向以及所述压缩连杆的运动方向三者两两呈90度设置。
16.进一步地，所述第一偏心曲轴的偏心方向与所述第二偏心曲轴的偏心方向呈90度设置，所述推移连杆导轨的导轨方向与所述压缩连杆导轨的导轨方向呈90度设置。
17.进一步地，所述电机转轴上设有第一电机转轴支撑和第二电机转轴支撑，所述第一电机转轴支撑和第二电机转轴支撑分别位于所述第一偏心曲轴和所述第二偏心曲轴的外侧。
18.本发明相较于现有技术的有益效果如下：
19.本发明提出一种新的旋转传动结构代替旋转斯特林制冷机的轴承传动，主要由曲轴和带导轨的连杆组成曲柄连杆系统，曲轴穿过连杆导轨并与导轨内表面相切。曲轴绕轴线作旋转运动，同时也沿连杆导轨来回滚动，并推动连杆沿直线来回移动，从而避免了连杆的偏摆磨损。另外采用导轨传动代替了传动轴承，也避免了轴承中的润滑脂产生的可凝性气体污染，以及振动和噪音问题。推移活塞以及压缩活塞的行程由第一偏心曲轴和第二偏心曲轴的偏心距离分别控制，两个连杆的行程不会形成相互约束，从而能够自由调整。曲轴与导轨内表面直接相切，曲轴在导轨内滚动，滚动摩擦阻力相对更少，设备的可靠性也得到增强，增加了整机的使用时间，提高了整机的寿命；本发明中所述这种电机转轴和压缩、推移连杆通过导轨连接，从而实现旋转运动和直线运动转换的特殊连接方式。
附图说明
20.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，显而易见地，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示出的结构获得其他的附图。
21.图1为导轨传动旋转斯特林制冷机结构示意图；
22.图2为推移连杆和曲轴连接示意图；
23.图3为压缩连杆与曲轴连接示意图；
24.图4为推移连杆示意图；
25.图5为压缩连杆示意图。
26.附图标号说明：
27.1.电机转轴；2.推移连杆；3.第一推移连杆支撑；4.第二推移连杆支撑；5.蓄冷器；6.第一转轴支撑；7.第一偏心曲轴；8.第一压缩连杆支撑；9.第二压缩连杆支撑；10.压缩连杆；11.第二偏心曲轴；12.第二转轴支撑；13.压缩活塞；14.压缩气缸；15.电机；16.推移连杆导轨；17.压缩连杆导轨。
28.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
29.下面将结合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的一部分实施例，而不是全部的实施例。
30.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
32.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
33.本发明的导轨传动旋转斯特林制冷机如图1-5所示，导轨传动旋转斯特林制冷机主要由电机转轴1，推移连杆2，第一推移连杆支撑3，第二推移连杆支撑4，蓄冷器5，第一转轴支撑6，第二转轴支撑12，第一偏心曲轴7，第二偏心曲轴11，第一压缩连杆支撑8，第二压缩连杆支撑9，压缩连杆10，压缩活塞13，压缩气缸14以及电机15构成。推移连杆2有一个推移连杆导轨16，曲轴7穿过推移连杆2的推移连杆导轨16且与其内表面相切，第一偏心曲轴7绕着电机转轴1轴线y向作旋转运动，同时沿推移连杆导轨16在z方向上下滚动，从而推动推移连杆2沿x向来回移动。第一推移连杆支撑3，第二推移连杆支撑4一方面起到支撑推移连杆的作用，另一方面也很好的限制了推移连杆的偏摆磨损。同理，第二偏心曲轴11穿过压缩连杆10的压缩连杆导轨17并与其内表面相切，第二偏心曲轴11绕着轴线y向作旋转运动，同时也沿压缩连杆导轨17在x方向来回滚动，从而带动压缩连杆10沿z向上下移动。第一压缩连杆支撑8，第二压缩连杆支撑9起到对压缩连杆10的支撑作用，同时也很好的限制了压缩连杆10的偏摆磨损。图1的左下角给出了相应的电机转轴1的轴线方向即y方向，以及轴线y方向在空间直角坐标系中对应的x、z方向。
34.实施例一：
35.在本实施例中，本发明提供一种导轨传动旋转斯特林制冷机，包括电机转轴1、压缩连杆10、推移连杆2，以及分别与压缩连杆10和推移连杆2连接的压缩活塞13和推移活塞，所述电机转轴1具有偏心曲轴，所述压缩连杆10和/或推移连杆2具有与偏心曲轴传动配合的导轨，所述电机转轴1与所述压缩连杆10和/或推移连杆2组成曲柄连杆机构将电机转轴1
的旋转运动转化为压缩活塞和/或推移活塞的直线往复运动。本实施例中，压缩活塞和推移活塞均通过导轨传动的曲柄连杆机构进行驱动，在其他实施例中，也可以是仅压缩活塞和推移活塞中的一个通过导轨传动的曲柄连杆机构进行驱动，另一个通过其他的传动方式例如轴承传动进行驱动。
36.进一步地，所述压缩连杆10和/或推移连杆2的导轨呈环状，且所述导轨沿其运动方向的内径小于沿垂直于其运动方向的内径，可以理解地，所述导轨的运动方向即对应的压缩连杆10或推移连杆2的运动方向，所述导轨的具体形状可以为椭圆环或腰圆环，所述偏心曲轴穿过所述导轨并与所述导轨的内表面相切，所述电机转轴1的轴线方向、所述导轨的方向以及对应连杆的运动方向三者两两呈90度设置。所述偏心曲轴绕着电机转轴1的轴线作旋转运动时，会沿着所述导轨的方向来回运动，同时带动压缩连杆10和/或推移连杆2作直线往复运动。优选地，所述导轨的沿其运动方向的内径与偏心曲轴的直径相匹配，二者可以为间隙配合，保证偏心曲轴相对于导轨只沿一个方向即垂直于连杆运动方向来回运动，而在平行于连杆运动方向不产生相对运动，使整体结构更稳定；所述导轨的沿垂直于其运动方向的内径不小于两倍的偏心曲轴的偏心距离，如此，能够保证偏心曲轴不会与导轨的两端产生干涉，因此不会产生侧向力。
37.进一步地，所述电机转轴1具有第一偏心曲轴7，所述推移连杆2具有推移连杆导轨16，所述推移连杆导轨16与所述第一偏心曲轴7传动配合。
38.进一步地，所述推移连杆2上设置有第一推移连杆支撑3、第二推移连杆支撑4，所述第一推移连杆支撑3、第二推移连杆支撑4分别位于所述推移连杆导轨16的两侧，一方面起到支撑推移连杆的作用，另一方面也很好的限制了推移连杆的偏摆磨损。
39.进一步地，所述电机转轴1的轴线方向、所述推移连杆导轨16的导轨方向以及所述推移连杆2的运动方向三者两两呈90度设置。所述第一偏心曲轴7绕着所述电机转轴的轴线y方向作旋转运动，同时沿所述推移连杆导轨16在z方向上下滚动，推动所述推移连杆2沿x方向来回移动；所述x方向和z方向与电机转轴的轴线y方向组成直角坐标系。
40.进一步地，所述电机转轴1具有第二偏心曲轴11，所述压缩连杆10具有压缩连杆导轨17，所述压缩连杆导轨17与所述第二偏心曲轴11传动配合。
41.进一步地，所述压缩连杆10包括第一压缩连杆支撑8、第二压缩连杆支撑9，所述第一压缩连杆支撑8、第二压缩连杆支撑9分别位于所述压缩连杆导轨17的两侧，一方面起到支撑压缩连杆的作用，另一方面也很好的限制了压缩连杆的偏摆磨损。
42.进一步地，所述电机转轴1的轴线方向、所述压缩连杆导轨17的导轨方向以及所述压缩连杆10的运动方向三者两两呈90度设置。所述第二偏心曲轴11绕着轴线y方向作旋转运动，同时也沿所述压缩连杆导轨17在x方向来回滚动，从而带动所述压缩连杆10沿z方向上下移动；所述x方向和z方向与轴线y方向组成直角坐标系。
43.进一步地，所述第一偏心曲轴7的偏心方向与所述第二偏心曲轴11的偏心方向呈90度设置，所述推移连杆导轨16的导轨方向与所述压缩连杆导轨17的导轨方向呈90度设置。
44.进一步地，所述电机转轴1上设有第一电机转轴支撑6和第二电机转轴支撑12，所述第一电机转轴支撑6和第二电机转轴支撑12分别位于所述第一偏心曲轴7和所述第二偏心曲轴11的外侧。
45.实施例二：
46.在本实施例中，本发明提供一种导轨传动旋转斯特林制冷机主要由电机转轴1，推移连杆2，第一推移连杆支撑3，第二推移连杆支撑4，蓄冷器5，第一转轴支撑6，第二转轴支撑12，第一偏心曲轴7，第二偏心曲轴11，第一压缩连杆支撑8，第二压缩连杆支撑9，压缩连杆10，压缩活塞13，压缩气缸14以及电机15构成。所述第一推移连杆支撑3、第二推移连杆支撑4分别位于所述推移连杆2的两侧，所述推移连杆2与所述第一偏心曲轴7传动配合；所述推移连杆具有推移连杆导轨16，所述第一偏心曲轴穿过所述推移连杆的所述推移连杆导轨并与所述推移连杆导轨的内表面相切，所述第一偏心曲轴绕着所述电机转轴的轴线y方向作旋转运动，同时沿所述推移连杆导轨在z方向上下滚动，推动所述推移连杆沿x方向来回移动；所述第一推移连杆支撑3、第二推移连杆支撑4能支撑所述推移连杆2，限制所述推移连杆2的偏摆磨损；所述压缩连杆10与所述第二偏心曲轴11连接，所述第一压缩连杆支撑8、第二压缩连杆支撑9分别位于所述压缩连杆10的两侧；所述压缩连杆具有压缩连杆导轨17，所述第二偏心曲轴11穿过所述压缩连杆的所述压缩连杆导轨17并与所述压缩连杆导轨17的内表面相切；所述第二偏心曲轴11绕着轴线y方向作旋转运动，同时也沿所述压缩连杆导轨在x方向来回滚动，从而带动所述压缩连杆10沿z方向上下移动；所述第一压缩连杆支撑8、第二压缩连杆支撑9能支撑所述压缩连杆10，限制所述压缩连杆的偏摆磨损；电机转轴1穿过第一转轴支撑6与电机15相连，电机15驱动电机转轴1做旋转运动，推移连杆2穿过第一推移连杆支撑3与推移活塞13连接，带动推移活塞13往复运动，进而在蓄冷器5中产生制冷效应；压缩连杆10穿过第一压缩连杆支撑8与压缩活塞13连接，带动压缩活塞13在压缩气缸14中往复运动；所述x方向和z方向与轴线y方向组成直角坐标系。
47.进一步的，第一偏心曲轴7和第二偏心曲轴11的可以为任意能实现曲轴与导轨内表面相切，曲轴绕着轴线方向作旋转运动，沿导轨滚动，实现连杆在某一方向移动的结构，不限于本技术附图中的相互垂直的直线结构。
48.本发明所采用的导轨传动旋转斯特林制冷机由曲轴和带导轨的连杆组成曲柄连杆系统，曲轴穿过连杆导轨并与导轨内表面相切。曲轴绕轴线作旋转运动，同时也沿连杆导轨来回滚动，并推动连杆沿直线来回移动，从而避免了连杆的偏摆磨损。另外采用导轨传动代替了传动轴承，也避免了轴承中的润滑脂产生的可凝性气体污染，以及振动和噪音问题。推移活塞以及压缩活塞的行程由第一偏心曲轴和第二偏心曲轴的偏心距离分别控制，两个连杆的行程不会形成相互约束，从而能够自由调整。曲轴与导轨内表面直接相切，曲轴在导轨内滚动，滚动摩擦阻力相对更少，设备的可靠性也得到增强，增加了整机的使用时间，提高了整机的寿命；本发明中所述这种电机转轴和压缩、推移连杆通过导轨连接，从而实现旋转运动和直线运动转换的特殊连接方式。
49.本以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种导轨传动旋转斯特林制冷机，包括电机转轴(1)、压缩连杆(10)、推移连杆(2)，以及分别与压缩连杆(10)和推移连杆(2)连接的压缩活塞(13)和推移活塞，其特征在于，所述电机转轴(1)具有偏心曲轴，所述压缩连杆(10)和/或推移连杆(2)具有与偏心曲轴相配合的导轨，所述电机转轴(1)与所述压缩连杆(10)和/或推移连杆(2)组成曲柄连杆机构将电机转轴(1)的旋转运动转化为压缩活塞和/或推移活塞的直线往复运动。2.根据权利要求1所述的导轨传动旋转斯特林制冷机，其特征在于，所述压缩连杆(10)和/或推移连杆(2)的导轨呈环状，且所述导轨沿其运动方向的内径小于沿垂直于其运动方向的内径，所述偏心曲轴穿过所述导轨并与所述导轨的内表面相切。3.根据权利要求2所述的导轨传动旋转斯特林制冷机，其特征在于，所述电机转轴(1)具有第一偏心曲轴(7)，所述推移连杆(2)具有推移连杆导轨(16)，所述推移连杆导轨(16)与所述第一偏心曲轴(7)传动配合。4.根据权利要求3所述的导轨传动旋转斯特林制冷机，其特征在于，所述推移连杆(2)上设置有第一推移连杆支撑(3)、第二推移连杆支撑(4)，所述第一推移连杆支撑(3)、第二推移连杆支撑(4)分别位于所述推移连杆导轨(16)的两侧。5.根据权利要求3所述的导轨传动旋转斯特林制冷机，其特征在于，所述电机转轴(1)的轴线方向、所述推移连杆导轨(16)的导轨方向以及所述推移连杆(2)的运动方向三者两两呈90度设置。6.根据权利要求3所述的导轨传动旋转斯特林制冷机，其特征在于，所述电机转轴(1)具有第二偏心曲轴(11)，所述压缩连杆(10)具有压缩连杆导轨(17)，所述压缩连杆导轨(17)与所述第二偏心曲轴(11)传动配合。7.根据权利要求6所述的导轨传动旋转斯特林制冷机，其特征在于，所述压缩连杆(10)包括第一压缩连杆支撑(8)、第二压缩连杆支撑(9)，所述第一压缩连杆支撑(8)、第二压缩连杆支撑(9)分别位于所述压缩连杆导轨(17)的两侧。8.根据权利要求6所述的导轨传动旋转斯特林制冷机，其特征在于，所述电机转轴(1)的轴线方向、所述压缩连杆导轨(17)的导轨方向以及所述压缩连杆(10)的运动方向三者两两呈90度设置。9.根据权利要求6所述的导轨传动旋转斯特林制冷机，其特征在于，所述第一偏心曲轴(7)的偏心方向与所述第二偏心曲轴(11)的偏心方向呈90度设置，所述推移连杆导轨(16)的导轨方向与所述压缩连杆导轨(17)的导轨方向呈90度设置。10.根据权利要求6所述的导轨传动旋转斯特林制冷机，其特征在于，所述电机转轴(1)上设有第一电机转轴支撑(6)和第二电机转轴支撑(12)，所述第一电机转轴支撑(6)和第二电机转轴支撑(12)分别位于所述第一偏心曲轴(7)和所述第二偏心曲轴(11)的外侧。

技术总结
本发明属于斯特林制冷机领域，提出了一种导轨传动旋转斯特林制冷机，具体为由曲轴和带导轨的连杆组成曲柄连杆机构，曲轴穿过连杆的导轨并与导轨内表面相切，曲轴绕轴线作旋转运动，同时也沿连杆的导轨来回滚动，并推动连杆沿直线来回移动，从而避免了连杆的偏摆磨损，另外采用导轨代替了轴承传动，也避免了轴承中的润滑脂产生的可凝性气体污染，具有良好的应用前景。用前景。用前景。


技术研发人员：黄晟 黄立 刘文吉 左冲
受保护的技术使用者：武汉高芯科技有限公司
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/1