一种无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机的制作方法

1.本实用新型涉及膨胀机领域，尤其涉及一种无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机。


背景技术：

2.随着红外探测技术和高温超导材料的发展，低温技术应用越来越广泛，使得低温制冷机拥有了广阔的应用前景。在一些高端的应用场景中，机械制冷机能够稳定地维持特定的低温环境，例如用于军事和太空应用的红外成像仪器，还有夜视设备以及监视和制导系统，对小型且高效的低温制冷机的迫切需求进一步推动了产品的快速发展。
3.机械驱动的斯特林制冷机从膨胀机的驱动上可分为电控式和气动式两类，其中气动型分置式斯特林制冷机的膨胀机是依靠高压气体来驱动，而不用电机驱动，这样整个制冷机重量和体积进一步减小，并有效地降低能耗，提升紧凑性，在超导电子和红外探测领域有着较好的应用前景。斯特林膨胀机内的活塞与气缸之间的配合间隙要求在微米精度内。然而传统的斯特林膨胀机内，活塞依靠弹簧固定，弹簧安装困难大，调节存在极大的难度，对斯特林膨胀机性能影响显著。这样会极大增加人力成本及加工成本，不利于制冷机的生产。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是如何提高分置式斯特林膨胀机装配一致性，针对上述要解决的技术问题，现提出一种无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机，包括气缸、活塞、基座、后端盖、限位器组件，所述后端盖位于气缸的后端，所述基座位于后端盖和气缸之间，所述基座的两端分别与后端盖和气缸固定连接，所述活塞设置在气缸、基座及后端盖构成的腔体内，所述限位器组件设置在后端盖内部。
7.进一步地，所述限位器组件包括限位器、上o型圈、上固定座、下o型圈、下固定座；所述上o型圈通过固定支架固定在上固定座上，所述下o型圈通过固定支架固定在下固定座；所述上固定座与基座通过螺钉固定，所述下固定座与后端盖通过螺钉固定。
8.进一步地，所述活塞的前段位于气缸的内部，所述活塞的另一端依次贯穿基座、限位器组件并与限位器通过螺纹连接。
9.进一步地，所述限位器为圆环结构，其圆环外径大于所述上o型圈和所述下o型圈外径。
10.进一步地，所述限位器的圆环上设有多个通孔。
11.进一步地，所述活塞振子系统的振动为持续激励下的强迫振动，其激励方式为简谐激励。
12.进一步地，所述气缸与活塞顶部形成腔体为膨胀腔，所述气缸与活塞中部及基座形成腔体为压缩腔，所述活塞底部与基座及后端盖形成腔体为背压腔。
13.进一步地，所述基座的两端分别与后端盖和气缸通过激光焊接固定。
14.进一步地，所述上o型圈和下o型圈材料采用丁腈橡胶。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过调节活塞的动子质量和腔体容积匹配膨胀机工作时活塞的动态平衡，消除了弹簧带来的限制，降低加工和人力成本，避免安装所带来的性能损失，使得斯特林膨胀机可批量生产、高效运行。
附图说明
16.图1为本实用新型无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机的结构示意图；
17.图2为本实用新型无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机的限位器组件示意图；
18.图3为本实用新型无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机的限位器的限位器示意图；
19.图4为本实用新型无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机中涉及的固定座结构示意图；
20.图中：1-气缸；2-活塞；3-基座；4-后端盖；5-限位器组件；501-限位器；502-上o型圈；503-上固定座；504-下o型圈；505-下固定座。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本实用新型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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.如图1~4所示，本具体实施方式披露了一种无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机，包括气缸1、活塞2、基座3、后端盖4、限位器组件5，后端盖4位于气缸1的后端，基座3位于后端盖4和气缸1之间，基座3的两端分别与后端盖4和气缸1固定连接，活塞2设置在气缸1、基座3及后端盖4构成的腔体内，限位器组件5设置在后端盖4内部。如图2所述，限位器组件5包括限位器501、上o型圈502、上固定座503、下o型圈504、下固定座505；上o型圈502通过固定支架固定在上固定座503上，下o型圈504通过固定支架固定在下固定座505，可有效降低限位器501撞击所产生的振动和噪音；上固定座503与基座3通过螺钉固定，下固定座505与后端盖4通过螺钉固定。如图3所示，限位器501为圆环结构，其圆环外径大于上o型圈502和下o型圈504外径，可起到限位作用，限位器501的圆环上设有多个通孔，可有效降低流动阻力和匹配动子质量。
23.具体地，活塞2的前段位于气缸1的内部，活塞2的另一端依次贯穿基座3、限位器组件5并与限位器501通过螺纹连接。
24.优选地，活塞2振子系统的振动为持续激励下的强迫振动，其激励方式为简谐激励。
25.具体地，气缸1与活塞2顶部形成腔体为膨胀腔，气缸1与活塞2中部及基座3形成腔体为压缩腔，活塞2底部与基座3及后端盖4形成腔体为背压腔；活塞2所受气动力方程为：
26.，
27.其中，m为活塞2动子质量，c为活塞2所受阻尼，k为支撑活塞2的气体刚度，x表示活塞2的位移，表示活塞2速度，表示活塞2加速度，fe为活塞2所受膨胀腔气动力，fc为活塞
2所受压缩腔气动力，fb为活塞2所有背压腔气动力；
28.各个腔体内压力方程为：
29.；
30.其中，p0为充气压力，pm为压力波幅值，ω为角频率，t为时间。根据上述方程，可以调节活塞2动子的质量和腔体的容积以达到运动活塞2的动态平衡，达到无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机。
31.优选地，基座3的两端分别与后端盖4和气缸1通过激光焊接固定。
32.优选地，上o型圈502和下o型圈504材料采用丁腈橡胶。


技术特征：
1.一种无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机，其特征在于，包括气缸（1）、活塞（2）、基座（3）、后端盖（4）、限位器组件（5），所述后端盖（4）位于气缸（1）的后端，所述基座（3）位于后端盖（4）和气缸（1）之间，所述基座（3）的两端分别与后端盖（4）和气缸（1）固定连接，所述活塞（2）设置在气缸（1）、基座（3）及后端盖（4）构成的腔体内，所述限位器组件（5）设置在后端盖（4）内部。2.根据权利要求1所述的气动斯特林膨胀机，其特征在于，所述限位器组件（5）包括限位器（501）、上o型圈（502）、上固定座（503）、下o型圈（504）、下固定座（505）；所述上o型圈（502）通过固定支架固定在上固定座（503）上，所述下o型圈（504）通过固定支架固定在下固定座（505）；所述上固定座（503）与基座（3）通过螺钉固定，所述下固定座（505）与后端盖（4）通过螺钉固定。3.根据权利要求2所述的气动斯特林膨胀机，其特征在于，所述活塞（2）的前段位于气缸（1）的内部，所述活塞（2）的另一端依次贯穿基座（3）、限位器组件（5）并与限位器（501）通过螺纹连接。4.根据权利要求2所述的气动斯特林膨胀机，其特征在于，所述限位器（501）为圆环结构，其圆环外径大于所述上o型圈（502）和所述下o型圈（504）外径。5.根据权利要求4所述的气动斯特林膨胀机，其特征在于，所述限位器（501）的圆环上设有多个通孔。6.根据权利要求1所述的气动斯特林膨胀机，其特征在于，所述活塞（2）振子系统的振动为持续激励下的强迫振动，其激励方式为简谐激励。7.根据权利要求1所述的气动斯特林膨胀机，其特征在于，所述气缸（1）与活塞（2）顶部形成腔体为膨胀腔，所述气缸（1）与活塞（2）中部及基座（3）形成腔体为压缩腔，所述活塞（2）底部与基座（3）及后端盖（4）形成腔体为背压腔。8.根据权利要求1所述的气动斯特林膨胀机，其特征在于，所述基座（3）的两端分别与后端盖（4）和气缸（1）通过激光焊接固定。9.根据权利要求2所述的气动斯特林膨胀机，其特征在于，所述上o型圈（502）和下o型圈（504）材料采用丁腈橡胶。

技术总结
本实用新型公开了一种无弹簧支撑的气动斯特林膨胀机，包括气缸（1）、活塞（2）、基座（3）、后端盖（4）、限位器组件（5），所述后端盖（4）位于气缸（1）的后端，所述基座（3）位于后端盖（4）和气缸（1）之间，所述基座（3）的两端分别与后端盖（4）和气缸（1）固定连接，所述活塞（2）设置在气缸（1）、基座（3）及后端盖（4）构成的腔体内，所述限位器组件（5）设置在后端盖（4）内部。通过调节活塞的动子质量和腔体容积匹配膨胀机工作时活塞的动态平衡，利用气体弹簧支撑活塞往复运动，消除了弹簧带来的限制，降低加工和人力成本，避免安装所带来的性能损失，使得斯特林膨胀机批量生产、高效运行。高效运行。高效运行。


技术研发人员：吴亦农 朱海峰 陈雷 蒋珍华 汤逸豪 王秀飞 夏益伟 王仕越
受保护的技术使用者：南通智能感知研究院
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2022/5/17